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

Procedura în fază și în cuadratură (I&Q)

real and imagine quantities real and imagine quantities

Ilustrație 1: Mărimi reale și imaginare

Procedura în fază și în cuadratură (I&Q)

Dacă frecvența FI cu un convertor A/D rapid, dar simplu, este deja digitizată, atunci am o valoare digitală a amplitudinii pentru fiecare celulă de interval. Aceasta reprezintă partea reală a semnalului ecou complex, dar unde rămâne informația de fază? Da, cu metoda simplă, informația de fază se pierde!

Demodulator în cuadratură

O cantitate complexă este întotdeauna formată dintr-o parte reală (verde deschis) și o parte imaginară (albastru deschis). Cu toate acestea, un convertor analogic-digital ia întotdeauna în considerare doar partea reală care se află pe axa X.

Aceasta nu este o problemă pentru radarele mai vechi. Blip-ul este compus din minimum 12 până la 15 impulsuri. Dacă unul sau două impulsuri au amplitudinea reală egală cu zero (prin maximul decalajului de fază), semnalul va fi vizibil în ambele sensuri. Dar radarele mai noi folosesc de obicei așa-numita tehnologie Monopulse. Toate datele sunt rezultatul unui singur impuls transmis. Așadar, avem nevoie și de datele imaginare!

Demodulatorul în cuadratură furnizează o reprezentare a semnalului FI, inclusiv faza și amplitudinea, fără pierderi de informații. Semnalele în bandă de bază în fază (I) și în cvadratură de fază (Q) sunt digitizate cu ajutorul unei perechi de convertoare A/D. Demodulatorul în cuadratură se mai numește și receptor de canal în cuadratură, detector sincronic, demodulator I/Q sau detector coerent.

Ei bine, dacă rotesc întreaga construcție cu 90° …

 … atunci partea imaginară anterioară se află exact pe axa X și poate fi scanată, dar partea reală anterioară a căzut acum!

Dar cantitatea vectorului original poate fi calculată din nou cu ajutorul teoremei lui Pitagora din aceste două rezultate.

Și cum se rotește acum întreaga construcție cu 90° acum?

(în fază)
(în cuadratură)
A
A
D
D
I-date
Q-date
fsem
fosc

Ilustrație 2: Schema bloc a demodulatorului în cuadratură

(în fază)
(în cuadratură)
A
A
D
D
I-date
Q-date
fsem
fosc

Ilustrație 2: Schema bloc a demodulatorului în cuadratură

I+Q_phase_detector.pdf
(faceţi click pentru mărire: PDF 115 kByte)

Ilustrație 3: un exemplu concret (documentație)

Ah, este destul de simplu: faza semnalului trebuie să fie deplasată cu 90°. Ambele părți analogice ale semnalului ar trebui să fie digitizate. Acum, am doar de două ori mai multe linii de date, dar prelucrarea semnalului controlată de procesorul digital îmi aduce în principal mult mai multe posibilități în acest sens.

Datele digitale rezultate pot fi apoi prelucrate cu ajutorul unei mari varietăți de algoritmi de procesare digitală a semnalelor. (Filtrele digitale au, de exemplu, muchii mult mai abrupte decât construcțiile analogice …
… prin conversia foarte timpurie în semnale digitale, nici un zgomot nu-mi poate distorsiona datele în felul următor semnal … și așa mai departe)

Componentele I și Q sunt legate între ele astfel

I = A cos(ϕ)
Q = A sin(ϕ)
(1)

De aici, magnitudinea semnalului A și defazajul ϕ pot fi calculate astfel

A2= I2+Q2  
ϕ=arctan(Q/I)
(2)

Ilustrație 3: Semnal în fază (cyan) și semnal în cuadratură (magenta)

De ce se face evaluarea I&Q?

Dispozitivele front-end radar care utilizează conversia descendentă directă oferă aproape întotdeauna ambele ieșiri. Acum, s-ar putea pune întrebarea: dacă nu aveți nevoie de informația de fază, ar fi suficient să evaluați doar o singură ieșire.

Da, acest lucru ar putea aduce mai întâi un rezultat, dar într-un mod foarte ineficient. Priviți din nou figura 1: indicatorul roșu se rotește destul de repede, în funcție de frecvența Doppler. Dar numai dimensiunea indicatorului verde poate fi măsurată. Numai dacă indicatorul roșu indică în aceeași direcție cu indicatorul verde, veți obține un semnal de ieșire eficient. Cu frecvențe Doppler mai mici sau chiar cu ținte fixe, poziția de fază se schimbă încet sau deloc. În acest caz, indicatorul roșu poate rămâne în poziția perpendiculară pe indicatorul verde și radarul nu poate emite un semnal de ieșire. Acest lucru se poate întâmpla chiar și la frecvențe Doppler mai mari, deoarece atunci când se utilizează o rată de eșantionare cu o frecvență foarte specifică pentru frecvența Doppler, apare un fel de efect stroboscopic.

Acest lucru poate cauza o bătaie, adică uneori există un semnal de ieșire foarte puternic și alteori niciunul! Ambele stări alternează periodic.

Prin urmare, numai dacă sunt evaluate ambele canale, dimensiunea indicatorului roșu poate fi calculată din cele două semnale măsurate, indiferent de direcția în care acesta indică.