Podstawy radiolokacji - Określanie odległości

Określanie odległości

Radarprinzip:
Ein elektromagnetischer Impuls bewegt sich (mit Lichtgeschwindigkeit) von einer Antenne bis zu einem Flugziel. Dort wird die Energie reflektiert und das Echo bewegt sich mit gleicher Geschwindigkeit zurück und wird von der Antenne empfangen. Die Zeitmessung (im Bild mit einer mitlaufenden Stoppuhr symbolisiert) ermöglicht aus der bekannten Geschwindigkeit die Entfernung des Flugzieles zu errechnen.

Przykład 1. Zasada pomiaru odległości.

Sendeenergie

Echosignale

Przykład 1. Zasada pomiaru odległości.

transparente Animation:
Ein elektromagnetischer Impuls bewegt sich (mit Lichtgeschwindigkeit) von einer Antenne bis zu einem Flugziel. Dort wird die Energie reflektiert und das Echo bewegt sich mit gleicher Geschwindigkeit zurück und wird von der Antenne empfangen. Auf einem Oszilloskop läuft zeitgleich ein Leuchtfleck mit. Zum Zeitpunkt des Empfangs des Echosignales wird dort ein Echoimpuls geschrieben. Der Abstand dieses Echoimpulses zum Sendeimpuls ist proportional zur Zielentfernung.

Przykład 1. Zasada pomiaru odległości.

Określanie odległości

Radar wysyła w przestrzeń bardzo krótki impuls radiowy dużej mocy. Impuls ten skierowany jest w konkretnym kierunku dzięki kierunkowej charakterystyce anteny i przemieszcza się w określonym kierunku z prędkością światła.

Jeśli na swojej drodze napotka przeszkodę, dla przykładu niech będzie to samolot, wtedy część energii zawartej w impulsie zostanie rozproszona, czyli odbita we wszystkich kierunkach. Niewielka część tej energii jest odbijana w kierunku radaru. Antena radaru odbiera ten szczątkowy sygnał echa, a w odbiorniku następuje jego wzmocnienie i detekcja w efekcie czego otrzymujemy impuls wizyjny, który pozwoli nam na określenie współrzędnych danego samolotu.

Odległość może zostać zmierzona za pomocą prostego oscyloskopu, w naszym przykładzie 1. jest to zielony ekran w prawym dolnym rogu okna animacji. Widoczna na nim rozświetlona plamka zaczyna poruszać się w prawo po linii poziomej w momencie wysłania impulsu sondującego w przestrzeń i porusza się ze stałą prędkością. W momencie odbioru sygnału echa na oscyloskopie obserwujemy pojawienie się impulsu na ekranie oscyloskopu. Odległość pomiędzy widocznymi dwoma impulsami jest miarą odległości od samolotu.

Pomiaru odległości dokonuje się na podstawie pomiaru czasu przejścia fali elektromagnetycznej od SRL do obiektu i z powrotem przy założeniu stałej prędkości fali równej prędkości światła c₀ oraz jej prostoliniowemu rozchodzeniu. W związku z czym otrzymujemy wzór:

(1)

c₀ = prędkość światła = 3·10^8 m/_s
t = czas przejścia fali EM od SRL do obiektu i z powrotem [s]
R = rzeczywista odległość od SRL do obiektu [m]

Odległości te mogą być wyrażane w kilometrach bądź milach morskich (1NM = 1,852 km).

Wyprowadzenie równania

Zasięg jest to odległość pomiędzy SRL a obiektem.

(2)

Formel 3: wie die Formel 2, aber die Strecke (s) wurde durch die zweifache Entfernung (2·R) ersetzt. Die Geschwindigkeit (v) ist also nun dargestellt durch den Quotienten aus der zweifachen Entfernung (2R) geteilt durch die gemessene Zeit (t). Die Maßeinheit ist immer noch Meter pro Sekunde.

(3)

Czynnik 2 w równaniu jest konsekwencją faktu, iż wypromieniowany impuls musi dwukrotnie pokonać drogę pomiędzy SRL, a obiektem.

Formel 4 = Formel 1: Die Formel drei wurde umgestellt: die Entfernung (R) ist nun die Hälfte des Produktes aus der Lichtgeschwindigkeit (C0) und der gemessenen Zeit (t). Die Maßeinheit ist Meter.

(4)

c₀ = 3·10^8 m/_s – prędkość rozchodzenia się fali EM zbliżona do prędkości światła.

Jeśli znamy czas t wówczas odległość R między SRL, a obiektem możemy obliczyć wykorzystując powyższe równanie.