Koherencja i częstotliwość Dopplerowska

Co to jest radar koherentny?

Pojęcie koherencji

W radaru impulsowego koherencja opisuje relacje fazowe pomiędzy transmitowanymi impulsami. Oscylacje i fale elektromagnetyczne, których relacje fazowe względem siebie są stałe, określa się jako koherentne. W przypadku niespójności te zależności fazowe mają rozkład statystyczny. O tym czy urządzenie radarowe jest koherentne czy nie decyduje rodzaj przetwornika. Jako nadajniki w radarze mogą pracować różne systemy, które są w pełni koherentne, częściowo koherentne lub niekoherentne.

Radar niekoherentny

Jednym z systemów nadajników jest samospełniający się nadajnik Power Oscillator Transmitter (POT). Po włączeniu i wyłączeniu takiego nadajnika impulsem modulacji prostokątnej, nadajnik ten zaczyna oscylować z innym położeniem fazy w każdym impulsie nadawczym. Ta pozycja fazowa wejścia oscylacyjnego jest procesem czysto losowym.

Uwaga: Nadajniki samoscylujące mają losową fazę od impulsu do impulsu i dlatego nie są koherentne!

Radar koherentny

Innym układem nadajnika jest nadajnik jako wzmacniacz dużej mocy PAT (Power-Amplifier-Transmitter). W tym systemie nadajnik składa się ze wzmacniacza dużej mocy w swoim rdzeniu i jest zasilany wysoce stabilną ciągłą oscylacją generatora głównego, który synchronizuje generator fal i częstotliwość nadajnika. Warunkiem jest, aby ten generator główny (oscylator koherencji) dostarczał fazowo stabilną oscylację ciągłą. Poszczególne impulsy nadawcze składają się wtedy z częściowych odcinków tej ciągłej oscylacji. Radary, w których relacja fazowa jest tak stabilna, nazywane są w pełni koherentnymi. Modulacja wzmacniacza mocy nadajnika nie wpływa na zależność fazową impulsu nadajnika.

Jeśli częstotliwość powtarzania impulsów (PRF) również wynika z częstotliwości generatora nadrzędnego, to nawet każdy impuls nadawczy zaczyna się od tej samej relacji fazowej. Jeśli oscylator ten jest tak stabilny, że nie ma żadnych odchyleń w położeniu fazowym jego oscylacji na przestrzeni godzin czy nawet dni, wówczas radar jest spójny nie tylko od impulsu do impulsu, ale także od skanu do skanu - tj. nawet po kolejnym obrocie (lub w przypadku satelitów: nawet po kolejnej orbicie Ziemi). Odchylenia wystąpiłyby, gdyby podczas generowania oscylacji pojawił się tzw. szum fazowy.

Uwaga: Generatory matek małej mocy z późniejszym wzmocnieniem dużej mocy wytwarzają
stałą fazę między impulsami transmisyjnymi, czyli prawdziwą koherencję!

Radar pseudo koherentny

Za pomocą sztuczki układowej radary niekoherentne są w stanie określić również położenie fazowe sygnału echa. Nawet jeśli nadajnik rozpoczyna pracę z przypadkową pozycją fazową, to ta pozycja fazowa może być utrzymywana dla celów referencyjnych przez kontrolowaną, tłumioną oscylację przez cały okres odbioru. Stabilny oscylator koherentny jest zmuszony przez fazę aktualnego impulsu nadawczego do kontynuowania oscylacji z tym położeniem fazy. Jednak kolejny impuls nadawczy kończy tę koherencję, dlatego metoda ta nazywana jest pseudo-koherentną lub „coherent on receive“.

Zalety

Częstotliwości dopplerowskie to częstotliwości w dolnym zakresie dźwięku. Przy krótkim czasie oświetlenia radarów rozpoznawczych na celu można uzyskać tylko kilka trafień. Są to bardzo nieliczne (często tylko jeden!) okresy oscylacji częstotliwości dopplerowskiej, zdecydowanie zbyt nieliczne, aby można je było zmierzyć bezpośrednio jako oscylacje. Dlatego radar musi mierzyć zmianę fazy od impulsu do impulsu, aby wnioskować o częstotliwości dopplerowskiej.

Najważniejszą zaletą tych koherentnych systemów jest to, że wykrywane są nawet bardzo małe zmiany fazowe w sygnale echa, co zmniejsza wpływ celów stałych poprzez efekt Dopplera. Radary koherentne mają również lepszy stosunek sygnału do szumu niż systemy niekoherentne.