Технические детали радара

Технические данные радара - это технические детали, относящиеся к компонентам радара и их способности обнаружение отраженной энергии от движущихся рассеивателей - определение положения объекта или препятствия в окружающей среде. Это включает в себя поле зрения с точки зрения телесного угла и максимальную однозначную дальность и скорость, а также разрешение по углу, дальности и скорости. Радарные датчики классифицируются по применению, архитектуре, режиму радара, платформе и окну распространения.

Применение радара включает адаптивный круиз-контроль, автономное наведение на посадку, радарный высотомер, управление воздушным движением, радар раннего предупреждения, радар управления огнем, предупреждение о столкновении вперед, наземный радар, наблюдение и прогноз погоды.

• 1 Выбор архитектуры
  • 1.1 Сканирующая антенна
  • 1.2 FMCW в сравнении с импульсным доплеровским режимом
  • 1.3 Бистатический и моностатический
• 2 Платформа
• 3 Окно распространения
• 4 Режим радара
• 5 См. Также
• 6 Ссылки

Угол цели определяется путем сканирования поля зрения высоконаправленным лучом. Это делается электронным способом, с помощью фазированной антенной решетки, или механически, путем вращения физической антенны. Излучатель и приемник могут находиться в одном месте, как в моностатических радарах , или быть разделенными, как в бистатических радарах . Наконец, излучаемая радиолокационная волна может быть непрерывной или импульсной. Выбор архитектуры зависит от используемых датчиков.

Сканирующая антенна

Рис. 1 : Пассивная решетка с электронным сканированием и моноимпульсной системой питания.

Решетка с электронным сканированием (ESA) или фазированная решетка предлагает преимущества перед антеннами с механическим сканированием, такие как мгновенное сканирование луча, наличие нескольких одновременно работающих гибких лучей и одновременно работающих режимов радара. Достоинствами ESA являются ширина полосы, эффективная изотропно излучаемая мощность (EIRP) и коэффициент G R / T, поле зрения. EIRP является произведением усиления передачи G T и мощности передачи P T. G R / T - это отношение усиления приема и шумовой температуры антенны. Высокий EIRP и G R / T являются предпосылкой для обнаружения на большом расстоянии. Варианты конструкции:

• Активный по сравнению с пассивным : в активной матрице с электронным сканированием (AESA) каждая антенна подключена к модулю приема / передачи с твердотельным питанием. амплификация (SSPA). AESA имеет распределенное усиление мощности и предлагает высокую производительность и надежность, но стоит дорого. В массиве с пассивным электронным сканированием массив подключается к одному передаточному / передаточному модулю с устройствами вакуумной электроники (VED). PESA имеет централизованное усиление мощности и предлагает экономию затрат, но требует фазовращателей с малыми потерями
• Апертура : Апертура антенны радарного датчика может быть реальной или синтетической. Радиолокационные датчики с прямым лучом позволяют обнаруживать цели в реальном времени. Радар с синтезированной апертурой (SAR) обеспечивает угловое разрешение, выходящее за пределы реальной ширины луча, за счет перемещения апертуры над целью и когерентного добавления эхосигналов.
• Архитектура : поле обзора сканируется с помощью высоконаправленные частотно-ортогональные (щелевой волновод), пространственно-ортогональные (коммутируемые схемы формирования луча) или ортогональные во времени лучи. В случае ортогонального во времени сканирования луч ESA предпочтительно сканируется с применением прогрессивной временной задержки, $\Delta \; \tau \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; \backslash \; tau\}$, постоянной по частоте, а не с помощью применение прогрессивного фазового сдвига, постоянного по частоте. Использование фазовращателей с истинной задержкой (TTD ) позволяет избежать перекоса луча из-за частоты. Угол сканирования, $\theta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; theta\}$, выражается как функция прогрессии фазового сдвига, $\beta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; beta\}$, что является функцией частоты и прогрессивной временной задержки, $\Delta \; \tau \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; \backslash \; tau\}$, которая инвариантна с частотой:

$kd\; cos\; \; \theta \; =\; \beta \; (f)\; Знак\; равно\; 2\; \pi \; с\; \lambda \; 0\; \Delta \; \tau \; \{\backslash \; Displaystyle\; к\; \backslash ,\; d\; \backslash ,\; \backslash \; соз\; \{\backslash \; theta\}\; =\; \backslash \; бета\; \backslash \; влево\; (f\; \backslash \; right)\; =\; 2\; \backslash ,\; \backslash \; pi\; \backslash ,\; \{\backslash \; frac\; \{c\}\; \{\backslash \; lambda\; \_\; \{0\}\}\}\; \backslash ,\; \backslash \; Delta\; \backslash \; tau\}$$\theta \; =\; arccos\; \; (cd\; \Delta \; \tau )\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; theta\; =\; \backslash \; arccos\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{c\}\; \{d\}\}\; \backslash ,\; \backslash ,\; \backslash \; Дельта\; \backslash \; тау\; \backslash \; right)\}\}$

Обратите внимание, что $\theta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; theta\}$не является функцией частоты. Постоянный фазовый сдвиг по частоте также имеет важные применения, хотя и в синтезе широкополосных структур. Например, создание широкополосных моноимпульсов $\Sigma \; /\; \Delta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Sigma\; /\; \backslash \; Delta\}$зависит от питающей сети, которая объединяет два подмассива с использованием широкополосного гибридного ответвителя.

• Формирование луча : Луч формируется в цифровой (цифровое формирование луча (DBF)), промежуточной (IF), оптической или радиочастотной (RF) области.
• Конструкция : An электронно сканированный массив представляет собой конструкцию из кирпича, палки, плитки или лотка. Кирпич и лоток относится к конструктивному подходу, при котором ВЧ-схема интегрируется перпендикулярно плоскости массива. Плитка, с другой стороны, относится к подходу к конструкции, при котором ВЧ-схема интегрируется на подложках, параллельных плоскости массива. Стик относится к подходу к построению, при котором ВЧ-схема подключается к линейному массиву в плоскости массива.
• Сеть подачи : Сеть подачи ограничена (корпоративная, последовательная) или имеет пробел.
• Сеть : сетка периодическая (прямоугольная, треугольная) или апериодическая (прореженная).
• Поляризация (антенна) : поляризация наземных радарных датчиков вертикальная, чтобы уменьшить многолучевость ( Угол Брюстера ). Радиолокационные датчики также могут быть поляриметрическими для всепогодных применений.

FMCW в сравнении с импульсным доплеровским режимом

Дальность и скорость цели определяются с помощью определения диапазона задержки импульса и эффекта Доплера ( импульсно-доплеровский ), или посредством частотной модуляции (FM) диапазона и дифференцирования диапазона. Разрешение по дальности ограничено мгновенной шириной полосы сигнала датчика радара как в импульсном доплеровском радаре, так и в РЛС с непрерывной частотной модуляцией (FMCW ). Моностатические моноимпульсные доплеровские радарные датчики обладают преимуществами по сравнению с FMCW-датчиками, такими как:

• полудуплексный : импульсные-доплеровские радарные датчики являются полудуплексными, а радарные FMCW-датчики - полнодуплексными. Следовательно, импульсный доплеровский режим обеспечивает более высокую изоляцию между передатчиком и приемником, значительно увеличивая динамический диапазон приемника (DR) и дальность обнаружения. Кроме того, антенна или решетка могут быть разделены по времени между передатчиком и приемником модуля T / R, тогда как для радаров FMCW требуются две антенны или решетки, одна для передачи и одна для приема. Недостатком полудуплексной работы является наличие слепой зоны в непосредственной близости от датчика радара. Поэтому радиолокационные датчики с импульсным доплером больше подходят для обнаружения на больших расстояниях, в то время как радарные датчики FMCW больше подходят для обнаружения на малых расстояниях.
• Моноимпульс : моноимпульсная сеть питания, как показано на На рис. 2 угловая точность увеличивается до доли ширины луча за счет сравнения эхо-сигналов, которые возникают из одного излучаемого импульса и которые принимаются двумя или более параллельными и пространственно ортогональными лучами.
• Сжатие импульса : Сжатие импульсов связывает ширину импульса и мгновенную ширину полосы сигнала, которые в противном случае обратно пропорциональны. Ширина импульса зависит от времени нахождения на цели, отношения сигнала к шуму (SNR) и максимального диапазона. Мгновенная ширина полосы сигнала связана с разрешением по дальности.
• Импульсно-доплеровская обработка : эхо-сигналы, возникающие из излучаемого пакета, преобразуются в спектральную область с использованием дискретного преобразования Фурье (ДПФ). В спектральной области стационарные помехи могут быть удалены, поскольку они имеют доплеровский сдвиг частоты, который отличается от доплеровского сдвига частоты движущейся цели. Дальность и скорость цели можно оценить с помощью увеличенного отношения сигнал / шум за счет когерентной интеграции эхо-сигналов.

Сравнение бистатического и моностатического сигналов

Бистатические радары имеют пространственно смещенные передатчик и приемник. В этом случае датчик в передающей антенне сообщает системе об угловом положении сканирующего луча, в то время как датчики обнаружения энергии находятся с другой антенной. Синхронизация времени имеет решающее значение для интерпретации данных, поскольку антенна приемника не движется.

Моностатические радары имеют пространственно совмещенные передатчик и приемник. В этом случае излучение должно быть изолировано от приемных датчиков, поскольку излучаемая энергия намного больше возвращаемой.

Радар помехи зависит от платформы. Примерами платформ являются бортовые, автомобильные, корабельные, космические и наземные платформы.

Частота радара выбирается в зависимости от размера и уровня готовности технологии. Частота радара также выбирается для оптимизации поперечного сечения радара (RCS) предполагаемой цели, которая зависит от частоты. Примерами окон распространения являются окна распространения 3 ГГц (S), 10 ГГц (X), 24 ГГц (K), 35 ГГц (Ka), 77 ГГц (W), 94 ГГц (W).

Режимы радара для точечных целей включают поиск и сопровождение. Режимы радара для распределенных целей включают картографирование и съемку местности. В режиме радара устанавливается форма сигнала радара

1. Амплитудный моноимпульс для моноимпульса сравнения амплитуд
2. Фазовая интерферометрия для моноимпульса сравнения фаз