Maksymalna bezbarwna odległość pomiarowa
Rysunek 1: Echo z zasięgu jest wyświetlane w złej odległości.
Rysunek 1: Echo z zasięgu jest wyświetlane w złej odległości.
Co to są przekroczenia na radarze?
Maksymalna bezbarwna odległość pomiarowa
Maksymalna jednoznaczna odległość pomiarowa (Rmax) to dla radaru impulsowego maksymalna możliwa odległość pomiarowa dla sygnału echa, która może być mierzona w czasie pomiędzy dwoma impulsami transmisji. Maksymalny jednoznaczny zakres pomiarowy urządzenia radarowego jest zorientowany nie tylko na wartość wyznaczoną przez energię w równaniu radarowym, ale również na czas trwania odbioru. Należy zapewnić wystarczająco dużo czasu na odbiór sygnałów echa opóźnionych o czas propagacji.
Istnieje stała zależność pomiędzy częstotliwością powtarzania impulsów fp, ich wzajemną wartością (okres powtarzania impulsów T lub PRT) i maksymalną jednoznaczną odległością pomiarową Rmax. Jeżeli weźmiemy pod uwagę pojedynczy transmitowany impuls, który jest emitowany przez radar, odbity w reflektorze i odebrany ponownie, istnieją następujące możliwości dla mierzonego czasu tranzytu t:
- Jeżeli t < T, to odbity sygnał jest odbierany przed następnym impulsem transmisyjnym.
- Jeśli t = T, to odbity sygnał nie może być odebrany, ponieważ radar aktualnie nadaje kolejny impuls.
- Jeśli t > T, to odbity sygnał jest odbierany dopiero po następnym impulsie nadawczym i pojawia się niejednoznaczność, ponieważ radar nie może wykryć, czy sygnał pochodzi z bieżącego impulsu, czy z impulsu nadawanego przed nim. Sygnał docelowy jest następnie wyświetlany w niewłaściwej odległości i jest wywoływany poza zasięgiem.
Na rysunku 1, transmitowane impulsy są odbijane od celu w odległości 200 km. Są one odbierane przez radar przed wysłaniem kolejnego impulsu i dają wyraźny wynik pomiaru. Na tym samym zdjęciu pokazany jest jednak również sygnał echa, który jest odbierany dopiero w następnym okresie impulsowym. Tutaj więc puls powinien być faktycznie pokazany w odległości 400 km. Ale radar nie może tego wykryć, pokazuje sygnał echa w złej odległości tylko 100 km.
Maksymalna jednoznaczna odległość pomiarowa Rmax jest więc odległością, w której czas pracy t jest mniejszy niż okres impulsu t < T.
.print.png)
.png)
(1)
- Rmax = maksymalna wolna przestrzeń pomiarowa w [m]
- c0 = prędkość światła [3·108 m/s]
- T = Czas powtarzania impulsu, PRT [s]
- τ = Czas trwania impulsu transmisyjnego [s]
Czas trwania impulsu transmisyjnego (τ) w tym wzorze opiera się na fakcie, że aby wygenerować docelowy znak, należy najpierw odebrać cały czas trwania impulsu echa. Jeśli ten impuls transmisyjny jest bardzo mały (około 1 µs w porównaniu z czasem odbioru (ponad 1 000 µs), może on zostać zignorowany. Jednak niektóre radary używają bardzo długich impulsów transmisyjnych, które są następnie sprężane w odbiorniku. Jeśli impuls nadawczy jest bardzo mały w porównaniu z okresem impulsu, wzór może zostać skrócony do wartości przybliżonej:
.print.png)
.png)
(2)
- fp = częstotliwość powtarzania impulsów (PRF) [Hz lub s-1]
Im wyższa częstotliwość powtarzania impulsów fp, tym krótszy okres powtarzania impulsów, a w konsekwencji czas odbioru i maksymalna jednoznaczna odległość pomiarowa: Rmax. Odległość wyświetlana na wyświetlaczu powinna zatem przekraczać maksymalną odległość pomiarową zgodnie z równaniem radarowym. Jednakże wyświetlanie na wyświetlaczu tzw. zakresu „oprzyrządowania“ radaru powinno być zakończone przed kolejnym impulsem transmisyjnym.
W przypadku radaru o częstotliwości powtarzania impulsów 1 000 Hz,
czas trwania impulsu jako odwrotności częstotliwości powtarzania impulsów wynosi 1/ 1 000 = 1 ms.
Maksymalna jednoznaczna odległość pomiarowa tego radaru według wzoru (2) wynosi 150 km.
Jeśli radar odbierze sygnał echa o zakładanym czasie propagacji 100 µs, to czy jest to jednoznaczny czy niejednoznaczny sygnał celu?
Odpowiedź: Nie można na to odpowiedzieć w tym związku przyczynowym.
Ten sygnał docelowy mógł pochodzić z odległości 15 km lub 165 km od celu.
Tylko na odwrót uzyskalibyśmy jednoznaczny wynik:
odległość pomiarowa od rzeczywistego celu w odległości 15 km byłaby jednoznacznym wynikiem i miałaby czas trwania 100 µs.
What is second time around echo in radar?
Rysunek 2: Przy stale zmieniającej się częstotliwości powtarzania impulsów, cel z zasięgu nie ma stabilnej pozycji do następnego impulsu nadajnika.
Rysunek 2: Przy stale zmieniającej się częstotliwości powtarzania impulsów, cel z zasięgu nie ma stabilnej pozycji do następnego impulsu nadajnika.
Rysunek 2: Przy stale zmieniającej się częstotliwości powtarzania impulsów, cel z zasięgu nie ma stabilnej pozycji do następnego impulsu nadajnika.
Czas powtarzania impulsów (PRT) radaru jest ważny przy określaniu maksymalnego zasięgu, ponieważ czasy powrotu celu przekraczające PRT systemu radarowego pojawiają się w niewłaściwych miejscach (zakresach) na ekranie radaru. Powroty, które pojawiają się w tych nieprawidłowych miejscach (zakresach) nazywane są niejednoznacznymi zwrotami, echami powtórzeniami lub drugimi powtórzeniami wokół echos.
PRT rozłożony w czasie
Dzięki zastosowaniu rozłożonego w czasie PRT, cel niejednoznacznego zwrotu nie jest już reprezentowany przez mały łuk na analogowym wyświetlaczu. Ten ruch lub niestabilność niejednoznacznego zwrotu jest zazwyczaj reprezentowana jako zbiór punktów w niektórych urządzeniach ze względu na zmianę czasu odbioru z impulsowego na impulsowy. Dzięki temu rozróżnieniu, sterowane komputerowo przetwarzanie sygnału może obliczyć rzeczywistą odległość.
Rysunek 3: Jednoznaczne zwroty
(cienki dłuższy łuk - IFF Reply; gruby krótszy łuk - powrót za pomocą radaru głównego) i
niejednoznaczny IFF-reply za pomocą rozłożonego PRT (zbieranie punktów).
Rysunek 3: Jednoznaczne zwroty
(cienki dłuższy łuk - IFF Reply; gruby krótszy łuk - powrót za pomocą radaru głównego) i
niejednoznaczny IFF-reply za pomocą rozłożonego PRT (zbieranie punktów).
Rysunek 3: Jednoznaczne zwroty
(cienki dłuższy łuk - IFF Reply; gruby krótszy łuk - powrót za pomocą radaru głównego) i
niejednoznaczny IFF-reply za pomocą rozłożonego PRT (zbieranie punktów).
Rysunek 3 przedstawia powrót celu za pomocą radaru głównego (gruby krótszy łuk) i odpowiedź IFF - odpowiedź interrogatora IFF (cienki dłuższy łuk) oraz drugą odpowiedź MFF - odpowiedź przeszukującą za pomocą PRT rozłożonego na PPI-scope. Tutaj również widać, że interrogator nie wykorzystuje każdego pierwotnego impulsu synchronicznego. (Pojawienie się niejednoznacznych powrotów IFF może być zredukowane poprzez zastosowanie zmniejszonej mocy Tx interrogatora). Teraz stosując stały PRT można spodziewać się niejednoznacznych zwrotów, łukowo podobnych do jednoznacznych (łukowych).
Zwolnienia
Bardziej nowoczesne zestawy radarowe 3D z anteną fazowaną (jak RRP-117) nie mają tego problemu z niejednoznacznym zasięgiem. Komputer systemowy steruje nadawanymi wiązkami w taki sposób, że niejednoznaczne powroty z poprzednich impulsów nie są odbierane, a wiązka anteny skierowana jest w innym kierunku.
Jeśli radar stosuje modulację wewnątrzimpulsową i wykorzystuje inny przebieg w każdym impulsie nadawczym, to maksymalny, jednoznaczny zasięg nie ma dla niego znaczenia. Każdy odebrany sygnał echa może być przypisany dokładnie do jego pochodzenia (indywidualnie nadawanego impulsu) i w ten sposób można zmierzyć czas działania w kilku okresach impulsowych.
Zestawy radarowe w satelitach do zdalnej detekcji Ziemi mogą jednak również reprezentować cele w odpowiedniej odległości, jeśli są one rzeczywiście niejednoznaczne. Ogólna wysokość orbity jest znana, więc można zmierzyć tylko odległość, która różni się o kilka kilometrów od wysokości orbity. W porównaniu z rys. 1 oznacza to, że na wysokości 400 km tylko wynik pomiaru otrzymany w drugim okresie impulsowym może być ważny.