Детали радиолокационной инженерии - Radar engineering details

Детали радиолокационной инженерии технические детали, относящиеся к компонентам радар и их способность обнаруживать обратную энергию от движущихся рассеиватели - определение положения объекта или препятствия в окружающей среде.^[1]^[2]^[3] Это включает в себя поле зрения с точки зрения телесный угол и максимальная однозначная дальность и скорость, а также разрешение по углу, дальности и скорости. Датчики радара классифицируются по применению, архитектуре, режиму радара, платформе и окну распространения.

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

Выбор архитектуры

Угол цели определяется путем сканирования поля зрения высоконаправленным лучом. Это делается в электронном виде, с фазированная антенная решетка, или механически путем вращения физического антенна. Излучатель и приемник могут находиться в том же месте, что и у моностатические радары, или быть разделенными, как в бистатические радары. Наконец, излучаемая радиолокационная волна может быть непрерывной или импульсной. Выбор архитектуры зависит от используемых датчиков.

Сканирующая антенна

рисунок 1: Пассивная матрица с электронным сканированием и моноимпульсной системой питания.

Матрица с электронным сканированием (ESA) или фазированная решетка, предлагает преимущества по сравнению с антеннами с механическим сканированием, такие как мгновенное сканирование луча, наличие нескольких одновременных подвижных лучей и одновременная работа режимов радара. Достоинства ESA - это пропускная способность, то эффективная изотропно излучаемая мощность (EIRP) и G_р/ T коэффициент, поле зрения. EIRP - это произведение коэффициента передачи, G_Т, а мощность передачи P_Т. г_р/ T - это отношение усиления приема и шумовой температуры антенны. Высокий EIRP и G_р/ T являются предпосылкой для обнаружения на большом расстоянии. Варианты дизайна:

Активный против пассивный: В активная матрица с электронным сканированием (AESA) каждая антенна подключена к модулю T / R с твердотельным усилением мощности (SSPA). AESA имеет распределенное усиление мощности и предлагает высокую производительность и надежность, но стоит дорого. В пассивная матрица с электронным сканированием, массив подключается к одному модулю T / R с устройствами вакуумной электроники (ВЭД). PESA имеет централизованное усиление мощности и предлагает экономию затрат, но требует фазовращателей с малыми потерями.
Диафрагма: The Антенна апертура радиолокационного датчика может быть реальным или синтетическим. Радиолокационные датчики с прямым лучом позволяют обнаруживать цели в реальном времени. Радар с синтетической апертурой (SAR) позволяют получить угловое разрешение, превышающее реальную ширину луча, за счет перемещения апертуры над целью и когерентного добавления эхо-сигналов.
Архитектура: Поле зрения сканируется высоконаправленными частотно-ортогональными (щелевой волновод), пространственно-ортогональными (коммутируемые схемы формирования луча) или ортогональными во времени лучами.^[4]^[5]^[6] В случае ортогонального по времени сканирования луч ESA сканируется предпочтительно с применением прогрессивной временной задержки, ${ displaystyle Delta tau}$ , постоянным по частоте, вместо применения постепенного сдвига фазы, постоянного по частоте. Использование истинной задержки (TTD ) фазовращатели предотвращают косоглазие луча из-за частоты. Угол сканирования, ${ displaystyle theta}$ , выражается как функция прогрессии фазового сдвига, ${ displaystyle beta}$ , которая является функцией частоты и прогрессивной временной задержки, ${ displaystyle Delta tau}$ , которая инвариантна с частотой:

{ Displaystyle к , д , соз { тета} = бета влево (е право) = 2 , пи , { гидроразрыва {с} { лямбда _ {0}}} , Delta tau}

{ displaystyle theta = arccos { left ({ frac {c} {d}} , Delta tau right)}}

Обратите внимание, что ${ displaystyle theta}$ не зависит от частоты. Постоянный фазовый сдвиг по частоте также имеет важные применения, хотя и в синтезе широкополосных структур. Например, генерация широкополосных моноимпульсов ${ Displaystyle Sigma / Delta}$ шаблоны приема зависят от питающей сети, которая объединяет два подмассива с использованием широкополосного гибридный соединитель.

Формирование луча: Луч формируется в цифровой (цифровое формирование луча (DBF)), промежуточной частоте (IF), оптической или радиочастотной (RF) области.
строительство: Массив с электронным сканированием 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. Stick относится к конструктивному подходу, при котором РЧ-схема подключается к линейному массиву в плоскости массива.
Кормовая сеть: Сеть подачи ограниченная (корпоративная, серийная) или распределенная.
Сетка: Сетка бывает периодической (прямоугольной, треугольной) или апериодической (прореженной).
Поляризация (антенна): Поляризация наземных радарных датчиков вертикальная, чтобы уменьшить многолучевость (Угол Брюстера ). Радиолокационные датчики также могут быть поляриметрическими для всепогодных приложений.

FMCW против импульсного допплера

Дальность и скорость цели определяются с помощью диапазона задержки импульса и Эффект Допплера (импульсный допплер ) или через модуляция частоты (FM) дальность и дифференциация дальности. Разрешающая способность по дальности ограничена мгновенной шириной полосы сигнала радарного датчика как в импульсном доплеровском режиме, так и в непрерывном режиме с частотной модуляцией (FMCW ) радары. Моностатические моноимпульсные доплеровские радиолокационные датчики обладают преимуществами перед радиолокаторами FMCW, такими как:

Полудуплекс: Радиолокационные датчики с импульсным доплеровским датчиком являются полудуплексными, а радарные датчики FMCW - 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 радары FMCW требуют двух антенн или решеток, одну для передачи и одну 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 большом расстоянии, в то время как радарные датчики FMCW больше подходят для обнаружения на близком расстоянии.
Моноимпульс: А моноимпульс питающая сеть, как показано на рисунке 2, увеличивает угловую точность 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 импульса связывает ширину импульса и мгновенную ширину полосы сигнала, которые в противном случае обратно пропорциональны. Ширина импульса зависит от времени нахождения на цели, сигнал-шум (SNR) и максимальный диапазон. Ширина полосы мгновенного сигнала зависит от разрешения по дальности.
Импульсно-доплеровская обработка: Эхо, исходящее от излучаемого пакета, преобразуется в спектральную область с использованием дискретное преобразование 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.^[7]

Бистатический или моностатический

Бистатические радары имеют пространственно смещенный 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.

Платформа

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

Окно распространения

Частота радара выбирается в зависимости от размера и уровень технологической готовности соображения. Частота радара также выбирается для оптимизации радиолокационный разрез (RCS) предполагаемой цели, которая зависит от частоты. Примеры окна распространения это окна распространения 3 ГГц (S), 10 ГГц (X), 24 ГГц (K), 35 ГГц (Ka), 77 ГГц (W), 94 ГГц (W).

Режим радара

Режимы радара для точечных целей включают поиск и сопровождение. Режимы радара для распределенных целей включают картографирование и съемку местности. Режим радара устанавливает радар форма волны

Смотрите также

Амплитудный моноимпульс для моноимпульса сравнения амплитуд
Фазовая интерферометрия для моноимпульса сравнения фаз

использованная литература

^ Г. В. Стимсон: «Введение в бортовой радар, 2-е изд.», SciTech Publishing, 1998 г.
^ П. Лакомм, Ж.-П. Харданж, Ж.-К. Марше, Э. Норман: "Воздушные и космические радиолокационные системы: Введение", IEE, 2001 г.
^ М. И. Скольник: "Введение в радиолокационные системы, 3-е изд.", МакГроу-Хилл, 2005 г.
^ Р. Ж. Майю: "Справочник по антеннам с фазированной решеткой", Artech House, 2005 г.
^ Э. Брукнер: "Практические антенные системы с фазированной решеткой", Artech House, 1991 г.
^ Р. К. Хансен: "Антенны с фазированной решеткой", John Wiley & Sons, 1998 г.
^ А. Людлофф: "Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung, 2. Auflage", Viewegs Fachbücher der Technik, 1998 г.

[1] Г. В. Стимсон: «Введение в бортовой радар, 2-е изд.», SciTech Publishing, 1998 г.

[2] П. Лакомм, Ж.-П. Харданж, Ж.-К. Марше, Э. Норман: "Воздушные и космические радиолокационные системы: Введение", IEE, 2001 г.

[3] М. И. Скольник: "Введение в радиолокационные системы, 3-е изд.", МакГроу-Хилл, 2005 г.

[4] Р. Ж. Майю: "Справочник по антеннам с фазированной решеткой", Artech House, 2005 г.

[5] Э. Брукнер: "Практические антенные системы с фазированной решеткой", Artech House, 1991 г.

[6] Р. К. Хансен: "Антенны с фазированной решеткой", John Wiley & Sons, 1998 г.

[7] А. Людлофф: "Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung, 2. Auflage", Viewegs Fachbücher der Technik, 1998 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]