Pulssoitu Doppler-tutka

Pulssi Doppler-tutka on tutka pystyy ei ainoastaan antaa otsikon , etäisyys ja korkeus kohde, mutta myös mitata sen säteittäinen nopeus (alue-nopeus) . Tätä varten se käyttää Doppler-vaikutusta . Kohteeseen takaisin heijastuneiden RF- pulssien paluu käsitellään lähetetyn aallon ja vastaanotetun aallon välisen taajuuslujuuden laskemiseksi. Tätä varten päästöjen järjestelmän on oltava erinomainen vaihe vakautta , tässä tapauksessa se on sanottu olevan ” yhtenäinen ”.

Luonteen pulssi tutkat, ja suhde taajuuden kantoaallon ja toistotaajuus tutkan pulssien (in Englanti PRF varten Pulssin toistotaajuuden ) tehdä, että taajuusspektri voi olla erittäin monimutkainen ja voi johtaa virheisiin. Yleensä aliaksen välttämiseksi valitaan erittäin korkea, mutta tämä valinta voi aiheuttaa sivuvaikutuksia, kuten useiden etäisyyksien näyttäminen yhdelle kohteelle. Tämän välttämiseksi käytetään useita erilaisia pulssitaajuuksia. ${\ displaystyle f ^ {T}}$ ${\ displaystyle f ^ {FRI}}$ ${\ displaystyle f ^ {FRI}}$

Perusperiaate

Pulssidoppler-tutka perustuu kahteen toimitilaan. Ensimmäinen on se, että kohteen sijainti voidaan laskea ottamalla huomioon aika tutkapulssin lähettämisen ja sen paluun lähteestä. Toinen siitä, että kohde, joka liikkuu radiaalinopeudella , joka ei ole nolla, tutkan säteeseen nähden, aiheuttaa taajuuden liukastumisen lähettimen referenssitaajuuden ja vastaanotetun kantoaallon referenssitaajuuden välillä . ${\ displaystyle \ nu ^ {r}}$ ${\ displaystyle f ^ {T}}$

Hankinnan parametri

Pulssidoppler-tutkan hankkimiseksi valitaan joukko parametreja. Lähettimen vertailutaajuus , tutkan pulssien toistotaajuus määrää siten pulssin toistovälin (englanniksi PRI for Pulse Repetition Interval ), koska toinen on toisen käänteinen ja impulssin aika d '(emissio) on kukaan muu kuin ). ${\ displaystyle f ^ {T}}$ ${\ displaystyle f ^ {FRI}}$ ${\ displaystyle \ tau ^ {PRI}}$ ${\ displaystyle \ tau ^ {p}}$ ${\ displaystyle \ tau ^ {PRI} - \ tau ^ {p}}$

Sijainti

Jokaisen pulssin välissä antenni ja elektroninen piiri viritetään paluupulssiin tietyn ajan . Kun pulssi on vastaanotettu, etäisyys välillä tutkan ja saostuminen on laskettu seuraavan suhteen mukaisesti , jossa on valon nopeus vastaa 299792458 m / s ). Suurin etäisyys, joka voidaan yksiselitteisesti tutkia, riippuu . Itse asema tuottoa, joka tulee ensimmäisen pulssin, kun toinen pulssi on osa, tulee tulkita väärin palaamassa se: . Vastaavasti, minimietäisyys , että yksi voi koetin riippuu koska tänä aikana tutka lähettää eikä vastaanottaa: . ${\ displaystyle \ tau ^ {PRI} - \ tau ^ {p}}$ $r$ ${\ textstyle r = c {\ frac {\ Delta t} {2}}}$ $vs.$ ${\ displaystyle r _ {\ max}}$ ${\ displaystyle \ tau ^ {PRI}}$ ${\ textstyle r _ {\ max} = c {\ frac {\ tau ^ {PRI}} {2}}}$ ${\ displaystyle r _ {\ min}}$ ${\ displaystyle \ tau ^ {p}}$ ${\ textstyle r _ {\ min} = c {\ frac {\ tau ^ {p}} {2}}}$

Nopeus

Lähetetyn säteen ja palautetun säteen välinen ero johtuu Doppler-vaikutuksesta, joten lähestyvät kohteet antavat suuremman näennäistaajuuden, kun taas lähettimestä poispäin liikkuvat kohteet antavat takaisin pienemmän näennäistaajuuden. Mikään kohde, joka liikkuu tangentiaalisesti tutkan suhteen, ei aiheuta muutoksia taajuudessa.

Koska kohteen siirtymä voidaan hajottaa yhdensuuntaiseksi ja tangentiaaliseksi osaksi, mitattu vaihtelu ei sen vuoksi välttämättä liity todelliseen nopeuteen, vaan ainoastaan siirtymän radiaalisen komponentin (siirtymän kosinin akseliin nähden) nopeuteen. palkin). Tämä radiaalinen kohdenopeus voidaan arvioida määrittämällä kantoaallon keskimääräinen taajuussiirto pulssiryhmässä. Yleensä tähän käytetään joko nopeaa Fourier-muunnosta tai autokorrelaatiotekniikkaa . Muunnos suoritetaan itsenäisesti kullekin näytteelle käyttäen dataa, joka on vastaanotettu samalla etäisyydellä kaikista paketin tai pakettiryhmän pulsseista. Vanhemmissa järjestelmissä käytettiin sarjaa analogisia suodattimia .

Kohteen on oltava joko tutkassa tai poistumassa tutkasta, muuten saadut tiedot luokitellaan tiedostoon, joka on varattu väärin tulkituille tai tulkitsemattomille signaaleille. Jos nopeustiedot tulevat yhdestä tutkasta, se johtaa todellisen nopeuden aliarviointiin. Yksittäisten kohteiden nopeusprofiilin tarkka tulkinta edellyttää useiden eri paikoissa sijaitsevien tutkien toimintaa tulokulman määrittämiseksi. Tilavuustavoitteiden, kuten sademäärän , liikkumisen yhtenäisyydessä ja kattavan hyvän osan tutkan peittämästä alueesta, yli 360 asteen säteittäisten nopeuksien analyysi yhden tutkan ympärillä antaa mahdollisuuden päätellä nopeus ja suunta. tavoitteista poistamalla määrittelemättömyys.

Kohteen radiaalinopeus voidaan helposti laskea, kun keskimääräinen taajuussiirto on tiedossa . Lopulta . ${\ displaystyle f ^ {D}}$ ${\ textstyle v ^ {r} = {\ frac {cf ^ {D}} {2f ^ {T}}}}$

Signaalin demodulaatio

Lopullinen vastaanotettu kuva muodostetaan Doppler-nopeussuodattimilla tai digitaalisilla signaalinkäsittelypiireillä . Useimmissa nykyaikaisissa pulssi-Doppler-tutkissa on tulevan signaalin demodulointivaihe, joka keskittää taajuuden nollaan ja poistaa kantoaaltotaajuuden ennen digitaalista näytteenottoa . Tämä vähentää tarvittavaa laskentatehoa (näytteenottotaajuutta pienennetään vastaavasti) ja tallennuskapasiteettia.

Tuloksena olevaan signaaliin viitataan usein I / Q-datana, jossa IQ tarkoittaa "vaiheessa" ja "vaiheen kvadratuurissa" muistuttamaan, että signaalia edustaa kompleksiluku, jolla on todellinen osa ja kuvitteellinen osa . Esimerkiksi moduloitu signaali voitaisiin demoduloida käyttämällä ja . Se on kaksi elementtiä, joiden taajuus on liian korkea tutkan elektronisille komponenteille, toinen käyttää alipäästösuodatinta samanaikaisesti ja saadakseen ja . Huomaa, että yksinään ei riitä, koska merkki pysyy epämääräisenä. Pulssisarjojen avulla ja tuttujen joukosta tutka pystyy erottamaan saapuvien ja lähtevien Doppler-nopeuksien välillä käsittelemällä pulssitettua Doppler-dataa . ${\ displaystyle s (t) = \ cos (\ omega t + \ phi (t))}}$ ${\ displaystyle I_ {H} (t) = S (t) \ cos (\ omega t)}$ ${\ displaystyle Q_ {H} (t) = S (t) \ sin (\ omega t)}$ ${\ displaystyle I_ {H} (t)}$ ${\ displaystyle Q_ {H} (t)}$ ${\ displaystyle I (t) = \ cos (\ phi (t) + \ phi _ {0})}$ ${\ displaystyle Q (t) = \ sin (\ phi (t) + \ phi _ {0})}$ $I (t)$ $I (t)$ $Q (t)$

Virheet ja päätökset

Johdonmukaisuus

Jotta pulssitettu Doppler-tutka toimisi, on välttämätöntä, että vastaanotetut kaiut ovat yhdenmukaisia kantajan kanssa, ainakin kunnes kaikki kaiut on vastaanotettu ja käsitelty. Tätä varten on useita tekniikoita. Välittömintä on, että lähetinsignaalin tuottaa erittäin vakaa oskillaattori (Coho) ja että vastaanotettu signaali demoduloidaan toisella erittäin vakaa oskillaattorilla (Stalo), johon vaihe on lukittu. Doppler-siirto voidaan sitten määrittää tarkasti vertaamalla kaiun eri taajuuksia lähetetyn signaalin taajuuksiin.

Epäselvyys

Yksi pulssi-Doppler-tutkan pääongelmista on nopeuden epäselvyys, koska Doppler-muutos käy läpi intermodulaation ( aliasing ), kun se ylittää seuraavan viivan taajuusspektrissä. Siten, kuten etäisyyksien kohdalla, on yksiselitteinen maksiminopeus riippuen , ts . Tätä ongelmaa voidaan kuitenkin vähentää lisäämällä , mikä lisää kahden vierekkäisen linjan välistä etäisyyttä lähetetyssä spektrissä ja mahdollistaa siten suuremmat siirtymät ennen aliasingin tapahtumista. Sotilastutkaissa, jotka on suunniteltu mittaamaan saapuvien kohteiden erittäin suuria nopeuksia, pulssin toistotaajuudet ovat useita satoja kilohertsejä . ${\ displaystyle v _ {\ max} ^ {r}}$ ${\ textstyle f ^ {FRI}}$ ${\ textstyle v _ {\ max} ^ {r} = {\ frac {cf ^ {FRI}} {2f ^ {T}}}}$ ${\ displaystyle f ^ {FRI}}$

Lisääntymiselle on kuitenkin raja, jonka ylittyessä etäisyys kohteeseen on epäselvä. Tämän uuden ongelman välttämiseksi voidaan käyttää erittäin korkeita pulssin toistonopeuksia lähettämällä pulssipaketteja, joilla on erilaiset toistotaajuusarvot, koska tällöin nopeuden tarkka arvo pysyy kiinteänä, kun taas aliasin aiheuttamat "fantominopeudet" vaihtelevat pulssien taajuus. ${\ displaystyle f ^ {FRI}}$

Sovelluskommentit

Tutkatyypit

Suurinta nopeutta, joka voidaan mitata ilman epäselvyyttä, rajoittaa pulssin toistotaajuus, kuten yllä on esitetty. Tämän toistumistaajuuden arvo on sen vuoksi valittava harkiten sen mukaan, kannattaako parempi nopeuden resoluutio vai parempi mittausalue etäisyyden suhteen kohteeseen. Tämä valinta riippuu pääasiassa sovelluksesta, esimerkiksi säätutkat mittaavat nopeuksia, joilla ei ole mitään tekemistä ohjuksen kanssa.

Liikkuvat kohteet

Kiinteät kohteet - kuten rakennukset - ovat eniten heikoimmissa Doppler-vuoroissa, kun taas liikkuvat kohteet aiheuttavat suuria Doppler-siirtymiä. Tutkasignaalinkäsittelyjärjestelmä tulisi suunnitella peittämään kiinteät kohteet käyttämällä analogisia tai digitaalisia Doppler-suodattimia spektrin keskilinjan ympärillä. Vain tutkaan nähden liikkuvat kohteet ilmestyvät. Jos tutka itsessään on liikkeessä, esimerkiksi taistelu- tai valvontalentokoneessa, käsittely on kehittyneempää, koska sen on otettava huomioon lentokoneen nopeus, tutkan alla olevan maan suhteellinen nopeus, laskukulma antennin ja sen kiertokulman.

Bibliografia

(en) Hamish Meikle, nykyaikaiset tutkajärjestelmät . ( ISBN 0-86341-172-X )
(en) Gaspare Galati, edistyneet tutkatekniikat ja -järjestelmät . ( ISBN 1-58053-294-2 )

Katso myös

Tutkanäyttö
Doppler-tutka (ei-pulssi, käytetään navigointijärjestelmissä)
Säätutka (pulssi Doppler-prosessoinnilla)
Aliasing - nopeuden epäselvyyden syy

Huomautuksia ja viitteitä

(fr) Tämä artikkeli on osittain tai kokonaan otettu Wikipedian englanninkielisestä artikkelista " Pulse-Doppler radar " ( katso kirjoittajaluettelo ) .

epäselvyys etäisyydestä tulee näkyviin, kun kohteen etäisyyden on riittävän suuri niin, että paluuaika kaiun tulee pidempi kuin inter-pulssin ajan. Tässä tapauksessa kohde näkyy useita kertoja eri etäisyyksillä.
Depressiokulma : kulma, jonka määrittää tutka-säteen pääakseli ja korin vaakasuora taso. Tämä kulma täydentää säteilytyskulmaa.

Ulkoiset linkit

( fr ) Doppler-tutkaesitys, jossa korostetaan autokorrelaatiotekniikan etuja.
( fr ) Pulssi-Doppler-tutka- aineisto Johdatus tutkan periaatteisiin ja sovelluksiin -kurssilta Iowan yliopistosta.