تازه های مخابرات

تازه ترین دانستنی های دنیای مخابرات را در اینجا جستجو کنید

انواع رادار

رادارهایی که امروزه در هوانوردی غیرنظامی استفاده میشود در دو گروه کلی مورد بحث قرار میگیرد:
Primary Suveillance Radar و Secondary Suveillance Radar

از آنجایی که این دو رادار از هر جهت کامل نیستند اکثرا با هم در یک سایت نصب میشوند.
در اینجا سعی میکنم این دو سیستم رو به همراه معایب و محاسن معرفی کنم.

(Primary Suveillance Radar )PSR :
این اولین نوع رادار بود که در هواپیمایی بکار گرفته شد . اساس کار بر مبنای فرستادن یک سیگنال و محاسبه زمان برگشت آن از هدف بود . این آنتن در ساده ترین حالت از چهار بخش مهم تشکیل شده :
1-فرستنده
2-گیرنه
3-آنتن
4-صفحه نمایش(Plan Position Indicator)

در ابتدای کار آنتن در حالت فرستندگی است و در زمانی بسیار کوتاه ( حدود 2 میکرو ثانیه) امواج الکترومغناطیسی رو پخش میکند . به این زمان Tx Time میگویند.
انرژی به یک آنتن Directional تغذیه شده و در فضا پخش میشود . دقت کنیم که آنتن رادار در اصل یک آنتن سمتی است ( پخش کننده در یک سمت ) ولی وقتی که به گردش در میاید کار یک آنتن همه جهته (Omindirectional) را میکند.

بعد از پخش اموج نوبت به دریافت برگشتی حاصل از برخورد به اهداف است . از اینرو فرستنده خاموش و گیرنده روشن میشود . در مدت زمانی حدود چندین هزار میکرو ثانیه گیرنده روشن میماند . به این زمان Rx Time گویند.

برگشتی های رادار در صفحه نمایش PPI نمایش داده میشود .
برای سوییچ بین فرستنده و گیرنده نیز از یک Duplexer استفاده میشود .

برد رادار ها نیز تابع قرت خروجی فرستنده و زاویه نصب آنتن نصبت به افق است . (Tilt Angle)
در مبحث رادار دو تعریف اصولی داریم که بیان علمی و فنی پارامترهای Rx Time و Tx Time است:

* Pulse Repitation Frequency : تعداد پالسهای فرستنده در واحد زمان است . این مقدار با برد رادار نسبت عکس دارد یعنی هرچه برد بیشتر شود چون Rx Time زیاد میشود PRF کم میشود .

* Pulse Repitation Intervals : به فاصله دو پالس متوالی میگن و در حقیقت همان Rx Time است . هر چه برد بیشتر شود PRI نیز زیاد میشود.

سیستم رادار اولیه به دلیل نبودن سیستم کمکی خارجی ( نظیر آنچه که در Secondary Suveillance Radar استفاده میشود ) دارای معایب گوناگونی است . تلاشها مخصوصا در کاربرهای نظامی بر این بوده که این محدودیتها به حداقل برسد . بطور کلی محدودیتهای PSR به شرح زیر است:

1- اهمیت قدرت فرستنده برای پوشش برد حداکثر .
2- مشکل تفکیک اهداف ثابت و متغیر
3- مشکل در تشخیص اهداف از همدیگر
4- نداشتن ارتفاع اهداف


رادارهای اولیه یا همون PSR اشکالاتی داشت که سعی شد با تکنیکهای مختلف اونها رو رفع کنند . یکی از این تکنیکها خاصیت داپلر بود.

طبق خاصیت داپلر اگر فرستنده و یا گیرنده از منبع تولید انرژی دور و یا به آن نزدیک شوند مقدار فرکانس دریافتی توسط گیرنده بسته به جهت و اندازه سرعت کم و یا زیاد میشود.

تصور کنید که از یک رادار معمولی در یک منطقه کوهستانی میخوایم استفاده کنیم. طبق تعریف سیستم گیرنده رادار برگشتی از هر مانع خوا ثابت و خواه متحرک رو بر روی PPI نشان میدهد و نتیجتا صفحه نمایش بسیار شلوغ شده و تفسیر اطلاعات رادار سخت و یا نا ممکن میشود. ولی اگر سیستم رو با یک مقایسه کننده فاز( Phase Comparator ) مجهز کنیم تا اصل داپلر را برای ما پیاده کند دیگر با چنین مشکلی مواجه نخواهیم بود . به این ترتیب فاز سیگنالهای برگشتی رادار در PRFهای متوالی با هم مقایسه شده و در صورت یکسان بودن فازها هدف ثابت فرض شده و از صفحه نمایش حذف میشود. لذا در حال حاضر سیستمها به همراه واحدی به نام
Moving Target Indicator یا MTI همراه است و کنترلر میتواند با فعال کردن آن Phase Comparator را وارد مدار گیرنده کرده و هدفهای ثابت را از سیستم حذف کند.

سیستم MTI اگرچه برای رفع برخی از معایب مفید بود ولی اشکالاتی نیز به همراه داشت که در حیطه نظامی بسیار حساس و خطرناک بود . این اشکالات به این ترتیب است:

*** سرعت کور Blind Speed : برای هر سیستم رادار(از نوع داپلر) میتوان یک سرعت پیدا کرد که اگر هواپیما ضمن حرکت در امتداد مرکز آنتن رادار آن سرعت را حفظ کند در رادار نشان داده نخواهد شد . این سرعت به فرکانس کاری رادار بستگی دارد و از یک رادار به رادار دیگر بدلیل اختلاف فرکانسها متفاوت است. در سیستمهای نظامی فرکانس رادارها محرمانه است و از تکنیکهای جنگ الکترونیک هوایی کشف فرکانس رادار دشمن برای پیدا کردن سرعت کور است ولی در سیستم غیر نظامی این سرعت را محاسبه کرده و هواپیماها را طوری هدایت میکنند که در این سرعت قرار نگیرند.
این پدیده هنگامی اتفاق میافتد که تغییر مکان محور جابجایی یک هواپیما در امتداد مرکز رادار برابر ضریب صحیحی از نصف طول موج اواج رادار باشد سیگنالهای برگشتی از هدف همفاز سیگنالهای فرستاده شده بوده و هدف ثابت فرض میشود. اگر L طول موج رادار باشد سرعت کور از رابطه زیر بدست میاید:

Blind Speed ( m/s ) = (L/2) * PRF Blind Speed ( Knots ) = (L*PRF) / 102.5

برای رفع خطر Blind Speed یا میتوان MTI را خاموش کرد و یا از دستگاهی به نام Stagger استفاده کرد. این دستگاه در لحظات مختلف بصورت رندم از PRF ( فرکانس) مختلف استفاده میکند.

*** Arcfading : دومین عیب بزرگ سیستم MTI این است که اگر هواپیما روی قوسی از دایره به مرکزیت آنتن رادار حرکت کند به علت هم فاز بودن دریافتی رادار در دو PRF متوالی سیستم این هواپیما را جسم ثابت تلقی کرده و آن را حذف میکند.

در ادامه توضیح مبحث رادار اولیه و معایب اون نوبت مشکلی به اسم Resolution یا قدرت تفکیک CRT صفحه نمایش رادار است .
Resolution در سه دسته بررسی میشود:
1-Rang Resolution
2-Bearing Resolution
3-CRT Resolution

هر کدام از این موارد باعث میشود تا هدف بر روی صفحه PPI ظاهر نشود.

قبل از شرح این سه مورد باید یادآوری کنم که امواج الکترومغناطیسی که از رادار در حالت فرستندگی پخش میشود دارای یک طول است. طول این امواج رادار در فضا را Package میگویند. با استفاده از فرمول X=V.T میتوانیم طول امواج پخش شده در فضا را بدست آوریم. برای مثال اگر عرض پالس فرستنده یک میکرو ثانیه طول این Package برابر 300 متر خواهد بود و همینطور اگر عرض پالس 4 میکرو ثانیه باشد طول Package برابر 1200 متر خواهد بود.

مشکل Rang Resolution هم از همینجا شروع میشود به طوری که اگر دو هواپیما با زاویه یکسان و فاصله های متفاوت طوری باشند که فاصله آنها کمتر از نصف طول Package ارسالی از رادار باشد این دو هواپیما بر روی PPI یک Blip (یا همون نقطه) ظاهر میشوند.

لذا در شکل زیر میبینید که وقتی فاصله دو هواپیما از هم از نصف Package ارسالی ( 300متر ) تنها یک برگشتی از مجموعه دو هواپیما خواهیم داشت چونPackage قبل از اینکه هواپیمای اول را رد کند به هواپیمای دوم میرسد و برگشتی این دو هدف با هم به رادار میرسد ولی همانطور که در شکل دوم میبینیم در صورت وجود فاصله مناسب ( بیش از نصف طول Package ) برگشتیهای جداگانه خواهیم داشت.

این Package برگشتی قویتر است و در نتیجه Blip ظاهر شده بر روی صفحه PPI نیز قویتر خواهد بود. این مورد را میتوان در شکل زیر با مقایسه قدرت سیگنالهای برگشتی مشاهده کرد.

زمان جنگ از این روش برای نزدیک شدن به هدف بدون اینکه در رادار دیده شوند استفاده میشد. مثلا هواپیمای عراقی خودش رو پشت یک هواپیمای بزرگ مثل C130 قرار میداد و با اون تا خود تهرون میامد. فاصله دو هواپیما طوری بود که رادار آنها را یک هدف میدید.

این مشکل به عوامل متعددی مثل عرض پالس فرستنده , بزرگی هدف و قدرت تفکیک گیرنده بستگی دارد.

مشکل دوم Bearing Resolution است. امواجی که از رادار پخش میشوند شکل مخروطی دارند و اگر از بالا به آنها نگاه کنیم چیزی مانند شکل زیر را میبینیم:

این حالت اینطور تعریف میشود که اگر دو هواپیما با فاصله یکسان و و زوایای متفاوت باشند , میتوانند از دید رادار یک هدف مشاهده شوند به شرط آنکه اگر Beam هنگامی که به هواپیمای دوم رسیده باشد هنوز هواپیمای اول را ترک نکرده باشد و اگر زاویه Beam آنقدر کوچک باشد که وقتی به هواپیمای دوم رسیده باشد هواپیمای اول را ترک کرده باشد انگاه این دو هواپیما با دو blip جداگانه بر روی PPI ظاهر میشوند . طبق آنچه در شکل میبینید اگر فاصله دو هواپیما از هم از فرمول داده شده بیشتر باشد مشکل Bearing Resolution را نخواهیم داشت . از این فرمول میفهمیم که Range Resolution به پارامترهای برد (R) و زاویه Beam رادرا بستگی دارد .هرچه فاصله دو هواپیما از رادار کمتر و هرچه زاویه Beam کمتر باشد رادار ما توانلیی بالاتری در تفکیک اهداف خواهد داشت .

مشکل بعدی CRT Resolution است . صفحه رادار ( PPI ) بسته به کیفیت CRT بکار رفته در آن قدرت تفکیک محدودی دارد . ولی در کل هرچه هدف به رادار نزدیکتر باشد انرزی برگشتی از هدف قویتر و لذا Blip ظاهر شده بر روی صفحه نمایش درشتتر خواهد بود و این میتواند در تفکیک اهدف نزدیک به هم مشکل ایجاد کند.

  
نویسنده : امیر حسین بیک ; ساعت ۱۱:٥٩ ‎ق.ظ روز شنبه ۸ اسفند ۱۳۸۸