www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Principiile Radiolocaţiei

Radarul cu dublă polarizare

Figura 1: Reprezentare simbolică a principiului de funcţionare a radarului polarimetric

Figura 1: Reprezentare simbolică a principiului de funcţionare a radarului polarimetric

Reprezentare simbolică a principiului de funcţionare a radarului polarimetric, 
© 2015 Christian Wolff www.radartutorial.eu

Figura 1: Reprezentare simbolică a principiului de funcţionare a radarului polarimetric

Radarul cu dublă polarizare

Reflectivitatea diferenţială

O altă metodă pentru detecţia grindinei o reprezintă folosirea dublei polarizări. Radarul emite şi recepţionează unde polarizate liniar, comutând rapid de pe polarizarea orizontală pe cea verticală şi înapoi, de la impuls la impuls sau de la salvă la salvă de impulsuri.

Radarele polarimetrice moderne, cum este sistemul METEOR 1500 produs de Gematronik, emit simultan pe ambele polarizări. Semnalele recepţionate pe fiecare tip de polarizare sunt numite ZH şi ZV, iar cu ajutorul lor se calculează reflectivitatea diferenţială ZDR. În cazul precipitaţiilor moderate până la torenţiale picăturile de ploaie sunt mari, şi în cădere se aplatizează având forma de sferă turtită. Din această cauză semnalul reflectat de la picături va fi mai puternic pe polarizarea orizontală decât pe cea verticală.

Constanta dielectrică a gheţii este de aproximativ 20% din cea a apei şi de aceea forma particulelor de gheaţă are un efect mult mai mic asupra reflectivităţii. De asemenea, particulele de gheaţă se rostogolesc în cădere, iar ZDR va avea o valoare redusă. Grindina este caracterizată de o valoare mare a ZH, respectiv mică a ZDR. În cazul în care valoarea ZDR este subunitară (sau negativă dacă este exprimată în decibeli), rezultă clar că semnalele recepţionate provin de la particule de grindină. (Doar acestea pot cădea orientate vertical – „pe muchie”!)

Cu ajutorul radarului polarimetric poate fi determinată într-o anumită măsură şi mărimea picăturilor de ploaie. Raportul dintre lăţimea şi înălţimea picăturilor depinde puţin de mărimea acestora. Mai importantă este valoarea reflectivităţii. Peste o anumită valoare a ratei precipitaţiilor, picăturile de ploaie vor avea o anumită mărime. Măsurând reflectivitatea diferenţială se obţine un rezultat acceptabil.

Figura 2: Cu cât este mai mare picătura de ploaie, cu atât este mai deformată şi creşte valoarea ZDR

Figura 2: Cu cât este mai mare picătura de ploaie, cu atât este mai deformată şi creşte valoarea ZDR

Rata de depolarizare liniară

În cazul în care se emite doar pe polarizare orizontală, dar se recepţionează pe ambele polarizări, pe canalul de recepţie corespunzător polarizării verticale se recepţionează o anumită cantitate de energie, rezultată ca urmare a schimbării polarizării (depolarizării) undei în urma reflexiei. Raportul dintre puterea recepţionată pe canalul cu polarizare verticală şi puterea recepţionată pe cel cu polarizare orizontală în situaţia emisiei doar pe polarizare orizontală poartă numele de rată de depolarizare liniară (LDR –Linear Depolarization Ratio). LDR se exprimă de obicei în decibeli.

Până în prezent nu au fost realizate sisteme radar polarimetrice care să măsoare direct mărimea particulelor de grindină. Acestea determină doar reflectivitatea diferenţială ZDR şi din diferenţele de fază dintre semnalele polarizate vertical şi orizontal rezultă detecţia grindinei. Intensitatea precipitaţiilor se determină relativ uşor, însă radarul nu poate stabili dacă este vorba de o cantitate mare de particule de dimensiuni mici sau doar de câteva dar de dimensiuni mari.

Schema bloc a unui radar polarimetric

În acest exemplu al unui radar polarimetric, semnalul de emisie este divizat în putere prin intermediul unui cuplor de –3dB în două semnale de aceeaşi putere. Aceste două semnale sunt aplicate la un radiator cu dublă polarizare, fiind radiate în spaţiu simultan, dar cu polarizări diferite (orizontală şi verticală).

Figura 3: Schema bloc simplificată a unui radar polarimetric

Figura 3: Schema bloc simplificată a unui radar polarimetric

Figura 3: Schema bloc simplificată a unui radar polarimetric

Prin intermediul unui comutator se poate trece la emisia pe o singură polarizare pentru măsurarea reflectivităţii (semnalele divizate în putere sunt însumate la loc). Şi în acest caz recepţia se realizează pe ambele polarizări, ambele semnale recepţionate fiind prelucrate în procesor.

Acest lucru este însă util, deoarece în urma reflexiei se modifică şi polarizarea undelor.

Emiţător

Emiţătorul radarului generează impulsurile RF de scurtă durată şi mare putere ce vor fi emise în spaţiu.

Divizor de putere (Hibrid de -3dB #1)

Acest divizor de putere împarte semnalul de sondaj în două semnale de aceeaşi putere. Unul din semnale va fi radiat în spaţiu prin radiatorul polarizat vertical, iar celălalt prin radiatorul polarizat orizontal.

Divizor de putere (Hibrid de -3dB #2)

Dacă se comută pe emisia cu o singură polarizare, cele două semnale sunt însumate la loc prin acest sumator de putere.

Comutator simplă/dublă polarizare

Semnalul de emisie pe polarizare verticală poate fi trimis fie către radiatorul polarizat vertical (în acest caz emisia fiind cu dublă polarizare), fie înapoi pe traseul spre radiatorul polarizat orizontal (emisia fiind cu o singură polarizare).

Linie de întârziere pentru defazare

Linia de întârziere asigură defazajul necesar astfel încât la intrarea sumatorului ambele semnale să fie în fază.

Reflector parabolic

Asigură împreună cu radiatorul emisia directivă a energiei în spaţiu. Energia este concentrată într-un fascicul foarte îngust cu dublă polarizare a undelor.

Radiator dublu

Radiatorul cu dublă polarizare radiază energia în spaţiu, către reflector, cu polarizarea necesară.

Circulator (Comutator de antenă)

Comutatorul de antenă cuplează emiţătorul la antenă pe timpul emisiei, respectiv antena la receptor pe timpul recepţiei, permiţând folosirea unei singure antene atât pentru emisie cât şi pentru recepţie. Comutarea este necesară deoarece puterea mare a impulsurilor de sondaj ar distruge receptorul.

Receptor

Receptorul amplifică şi demodulează semnalele RF recepţionate.

Procesor de semnal

Procesorul de semnal separă semnalele reflectate de la formaţiunile meteo de clutter pe baza caracteristicilor Doppler şi de amplitudine.

Indicator

Indicatorul asigură afişarea informaţiilor meteo, realizând o imagine grafică sugestivă şi uşor de interpretat.