http___radartutorial.de_08.transmitters_S_C3_B6zde_20Evreuyumlu_20Radar.tr.html_1.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 23.2 23.3 24.1 24.2 24.3 24.4 25.1 26.1 27.1 27.2 28.1 29.1 29.2 29.3 29.4 30.1 31.1 31.2 31.3 32.1 33.1 33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 34.1 35.1 36.1 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 38.1 39.1 39.2 39.3 40.1 41.1 41.2 41.3 41.4 41.5 42.1 43.1 44.1 45.1 45.2 45.3 46.1 47.1 47.2 48.1 49.1 49.2 49.3 49.4 50.1 50.2 51.1 52.1 53.1 54.1 54.2 55.1 56.1 57.1 58.1 59.1 60.1 60.2 61.1 62.1 62.2 63.1 63.2 63.3 64.1 64.2 64.3 64.4 64.5
Pseudo-coherent Radar Coupler Stage Transmitter sensitive Detector Processor Stage Oscillator Figure 1: The principle of a pseudo-coherent radar. Coupler Stage Transmitter Detector Processor Stage Oscillator Figure 1: The principle of a pseudo-coherent radar. Transmitter Figure 1: The principle of a pseudo-coherent radar. (interactive picture) Pseudo-coherent Radar A requirement for any Doppler radar is coherence; that is, some definite phase relationship must exist between the transmitted frequency and the reference frequency, which is used to detect the Doppler shift of the receiver signal. Moving objects are detected by the phase difference between the target signal and background clutter and noise components. Phase detection of this type relies on coherence between the transmitter frequency and the receiver reference frequency. If the transmitter output stage is a self oscillating device, the pulse to pulse phase is random on transmission. In coherent detection, a stable cw reference oscillator signal, which is locked in phase with the transmitter during each transmitted pulse, is mixed with the echo signal to produce a beat or difference signal. Since the reference oscillator and the transmitter are locked in phase, the echoes are effectively compared with the transmitter in frequency and phase. This phase reference must be maintained from the transmitted pulse to the return pulse picked up by the receiver. Pseudo-coherent Radar sets are sometimes called: “coherent-on-receive”. Duplexer The duplexer alternately switches the antenna between the transmitter and receiver so that only one antenna need be used. This switching is necessary because the high-power pulses of the transmitter would destroy the receiver if energy were allowed to enter the receiver. Mixer Stage The function of the mixer stage is to convert the received rf energy to a lower, intermediate frequency (IF) that is easier to amplify and manipulate electronically. The intermediate frequency is usually 30 op to 74 megahertz. It is obtained by heterodyning the received signal with a local-oscillator signal in the mixer stage. The mixer stage converts the received signal to the lower IF signal without distorting the data on the received signal. IF-Amplifier After conversion to the intermediate frequency, the signal is amplified in several IF-amplifier stages. Most of the gain of the receiver is developed in the IF-amplifier stages. The overall bandwidth of the receiver is often determined by the bandwidth of the IF-stages. Automatic Frequency Control As in all superheterodyne receivers, controlling the frequency of the local oscillator keeps the receiver tuned. Since this tuning is critical, some form of automatic frequency control (afc) is essential to avoid constant manual tuning. Automatic frequency control circuits mix an attenuated portion of the transmitted signal with the local oscillator signal to form an IF signal. This signal is applied to a frequency-sensitive discriminator that produces an output voltage proportional in amplitude and polarity to any change in IF-frequency. If the IF signal is at the discriminator center frequency, no discriminator output occurs. The center frequency of the discriminator is essentially a reference frequency for the IF-signal. The output of the discriminator provides a control voltage to maintain the local oscillator at the correct frequency. Stable Local Oscillator As the receiver is normally a super heterodyne, a stable local oscillator known as the StaLO down converts the signal to intermediate frequency. Most radar receivers use a 30 up to 74 megahertz intermediate frequency. The IF is produced by mixing a local oscillator signal with the incoming signal. The local oscillator is, therefore, essential to efficient operation and must be both tunable and very stable. For example, if the local oscillator frequency is 3,000 megahertz, a frequency change of 0.1 percent will produce a frequency shift of 3 megahertz. This is equal to the bandwidth of most receivers and would greatly decrease receiver gain. The power output requirement for most local oscillators is small (20 to 50 milliwatt) because most receivers use crystal mixers that require very little power. The local oscillator output frequency must be tunable over a range of several megahertz in the 4,000-megahertz region. The local oscillator must compensate for any changes in the transmitted frequency and maintain a constant 30 up to 74 megahertz difference between the oscillator and the transmitter frequency. A local oscillator that can be tuned by varying the applied voltage is most desirable. Phase-sensitive Detector The IF-signal is passed to a phase sensitive detector (PSD) which converts the signal to base band, while faithfully retaining the full phase and quadrature information of the Doppler signal. This means, the phase-sensitive detector produces a video signal. The amplitude of the video signal is determined by the phase difference between the coho reference signal and the IF echo signals. This phase difference is the same as that between the actual transmitted pulse and its echo. The resultant video signal may be either positive or negative. Signal Processor The signal processor is that part of the system which separates targets from clutter on the basis of Doppler content and amplitude characteristics. Directional Coupler The directional coupler provides a sample of the transmitter output on every pulse. This signal adjusts the STALO frequency via the AFC but more importantly, it adjusts the phase of the COHO, locking it to the phase reference from the magnetron. The phase synchronization of the COHO by means of a sample of the magnetron output is mandatory because there is no phase correlation between two successive RF pulses of the magnetron. Mixer Stage The function of this mixer stage is to convert the sample of the transmitter output to the intermediate frequency. This coho lock pulse synchronize the coho to a fixed phase relationship with the transmitted frequency at each transmitted pulse. Coherent Oscillator The Coherent Oscillator (COHO) provides a low-power continuous RF-energy. It enables the down conversion process into the phase sensitive detector, whilst maintaining an accurate phase reference. The coho lock pulse is originated by the transmitted pulse. It is used to synchronize the coho to a fixed phase relationship with the transmitted frequency at each transmitted pulse. The COHO takes over the phase of the transmitter tube and provides it to the receiver part of the system. This is the reason why the pseudo-coherent radar is also called “coherent on receive”. Modulator The oscillator tube of the transmitter is keyed by a high-power dc pulse of energy generated by this separate unit called the modulator. Antenna The Antenna transfers the transmitter energy to signals in space with the required distribution and efficiency. This process is applied in an identical way on reception. Indicator The indicator should present to the observer a continuous, easily understandable, graphic picture of the relative position of radar targets. Synchronizer The synchronizer supplies the synchronizing signals that time the transmitted pulses, the indicator, and other associated circuits. Disadvantages of the pseudo-coherent radar The pseudo-coherent radar is a retired one today, but some older (or low-cost) radar sets are still operational. The disadvantages of the pseudo-coherent radar can be summarised as follows: - The phase locking process is not as accurate as a fully coherent system, which reduces the MTI Improvement factor. - This technique cannot be applied to frequency agile radar. Frequency change in a magnetron relies on the mechanical tuning of a cavity and it is essentially a narrow band device. - It is not flexible and cannot easily accommodate changes in the PRF, pulsewidth or other parameters of the transmitted signal. Such changes are straightforward in fully coherent radar because they can be performed at low level. It is also impossible to perform FM modulation (which is mandatory for a pulse compression radar) with this type of system. - Second time around echoes are returns from large fixed clutter areas located a long distance from the radar. Because they originate from a large distance, such echoes are returned after a second magnetron pulse has been transmitted. However, they pertain to the first pulse transmitted by the magnetron. Such echoes are range ambiguous but, in addition, second time around clutter will not cancel. This is due to the fact that the phase locking of the COHO applies only to the last transmitted pulse.
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 41.1 42.1 43.1 44.1 45.1 46.1 47.1 48.1 49.1 50.1 51.1 52.1 53.1 54.1 55.1 56.1 57.1 58.1 59.1 60.1 61.1 62.1 63.1 64.1 65.1 66.1 67.1 68.1 69.1
Sözde Evreuyumlu Radar aygıtı bağlaştırıcı katı Yükselteci Gönderici frekans kontrolü osilatör Algılayıcı işlemcisi katı osilatör layıcı Resim 1: Sözde-evreuyumlu bir radarın prensip şeması. aygıtı bağlaştırıcı katı Yükselteci Gönderici frekans kontrolü osilatör Algılayıcı işlemcisi katı osilatör Resim 1: Sözde-evreuyumlu bir radarın prensip şeması. Gönderici osilatör Resim 1: Sözde-evreuyumlu bir radarın prensip şeması (Etkileşimli resim) Sözde-Evreuyumlu Radar Evreuyum her Doppler radarın en önemli özelliğidir. Bu, gönderilen işarette meydana gelen bir Doppler frekans kaymasının ölçülebilmesi için gönderilen işaretler ile yankı işaretleri arasında bir tanımlanmış faz açı ilişkisinin olması anlamına gelir. Bireysel darbeler arasındaki faz kayması ile hareketli hedefler, sabit hedef yankı parazitlerinden ve gürültülerden ayırt edilebilir. Bu faz kaymasının algılanması, radar göndericisi ile alım hattında yankı işaretlerinin referans frekansı arasındaki sabit faz ilişkisine dayanır. Bununla birlikte, bir kendiliğinden salınan (self-oscillating) göndericide, gönderilen işaretin fazının konumu kesin değildir. Her gönderilen darbe rasgele bir faz konumu ile başlar. Bir faz kaymasının kanıtlanması için yüksek kararlılıkta salınan bir üreteç gönderilen işaretin fazıyla eşzamanlaşmaya zorlanır ve böylece faz ayırıcı devre için gerekli faz referansı sağlanmış olur. Böylece, alım süresi boyunca son gönderim darbesinin faz konumu elde edilir. Sözde-evreuyumlu radarlar bazen „alım hattında evreuyumlu“ (coherent-on-receive) olarakta adlandırılır. Dubleks Cihaz Dubleks cihaz, anteni, işaretli gönderim evresinde göndericiye ve alım evresinde ise alıcıya anahtarlar. Gönderim anında hassas alıcı girişlerinin yüksek gönderim gücünden mutlaka korunması gerekir. Karıştırma katı Karıştırma katı (mixing stage) alınan yüksek frekansta ki işaretleri daha düşük, işlenmesi daha kolay ara frekansa (intermediate frequency „IF“) dönüştürür. Radarlarda bu ara frekans 30 ile 74 MHz arasındadır. Ara katta, alınan işaret ile osilatör frekansı girişir (heterodyning) ve bir fark işaretli oluşur. Karıştırma sırasında alınan işaretlerinin genlik ve faz bilgileri kaybolmaz. Ara frekans (IF) yükselteç katı Karıştırılarak ara frekansa düşürülen işaret, birden fazla ara frekans katında yükseltilir. Ara frekans yükselticisi, yükseltme işleminin önemli bir bölümünü alıcı devrelerinde gerçekleştirmelidir. Alıcının bant genişliği yine ara frekans yükselteci tarafından belirlenir. Otomatik frekans kontrolü (AFC) Bütün süperheterodin alıcılarda olduğu gibi, radar alıcısının gönderim frekansına otomatik ince frekans ayarı gereklidir. Radar alıcısının, göndericide sıcaklık değişiklerinden ve besleme kaynağında ki dalgalanmalardan kaynaklanan frekans değişmelerinin telafi edilebilmesi için göndericide ve/veya kararlı lokal osilatörde (StaLO) belirli bir ayar bandına ihtiyacı vardır. Otomatik frekans kontrolü, kararlı lokal osilatör frekansı yardımıyla benzeri şekilde gönderim gücünün bir bölümünü ara frekansa düşürür ve ara frekansın anma (nominal) frekansı ile mukayese eder. Frekans ayırtacının (discriminator) çıkış işaretli, kararlı lokal osilatör, veya ayarlanabilir gönderim tüpleri için söz konusu olan bir kumanda gerilimidir. Gönderici, anma frekansını ara frekansa getirene kadar ayarlama yapmaya devam eder. Kararlı lokal osilatör Süperheterodin alıcılarda ara frekansın üretilmesi için kararlılığı yüksek bir lokal osilatör mutlaka gerekir. Radar alıcılarının ara frekansları çoğunlukla 30 ile 74 MHz arasındadır. Bu ara frekans, lokal üretilen bir frekansla alınan işaret karıştırılarak elde edilir. Bu lokal osilatör, işlevin gerçekleşmesi için mutlaka gereklidir, ve hem ayarlanabilir ve hem de yüksek frekanslarda kararlı olması gerekir. Örneğin, 3 GHz de çalışan bir lokal osilatörde binde birlik bir frekans değişmesi 3 MHz lik bir kaymaya yol açar. Bu değer çoğu alıcının bant genişliği kadardır ve bunun sonucu olarak hiçbir işaret alınamaz. Lokal osilatörlerin çıkış güç değeri, karıştırma katlarında kullanılan kristal diyotların 20 ila 50 mW gibi çok küçük bir güç ile çalışabilmeleri nedeniyle azdır. Lokal osilatörün çıkış frekansı giga-Hertz bölgesinde birkaç yüz mega-Hertze kadar ayarlanabilmelidir. Lokal osilatör, göndericideki muhtemel tüm frekans değişikliklerini dengelemeli, ve 30 ile 74 MHz aralığında sabit bir ara frekansı değerini güvenle sağlamalıdır. Lokal osilatörler çoğunlukla bir kumanda gerilimi vasıtasıyla ayar edilirler. Faz duyarlı detektör Ara frekans işaretli, ara frekansın karıştırılarak temel banda indirildiği, faza bağımlı bir demodülatör olan faz algılayıcısına yönlendirilir. Doppler frekansı işlenmesi için gereken hem genlik, hem de faz bilgilerini elde etmek için, iki hattı (ilki kendi fazındaki işaret bileşeni, ikincisi λ/4 açı farklı „kuadratik“ bileşeni; „In-Phase and Quadrature Sinusoidal Components“) paralel kullanılır. Yani, faz algılayıcısı bir video işaretli üretir. Bu video işaretlin genliği, alınan işaretlin gönderilen işarete olan faz farkına bağlıdır. Çıkış işaretli iki kutupludur (bipolar), yani pozitif veya negatif değerli olabilir. İşaret işlemcisi İşaret işlemcisi, yansıma işaretlerinin darbe karışımlarından, işaret boğulmalarından (jammings), gürültülerden hedefe ait verilerin süzüldüğü bir radar parçasıdır. Yönlü bağlaştırıcı (directional coupler) Yönlü bağlaştırıcı gönderilen enerjinin bir bölümünü kumanda amaçlarıyla yönlendirir. Bu işaret, bir kez daha kararlı lokal osilatörün frekansının ince ayarı için kullanılır, fakat çok daha önemlisi: Bu işaret, evreuyumlu osilatörü göndericinin fazına senkronize eder. Karıştırma katı Bu karıştırma katı gönderim enerjisinin küçük bir bölümünü, evreuyumlu osilatörü göndericinin fazına senkronize etmek için ara frekansa çevirir. Evreuyumlu osilatör Evreuyumlu osilatör işaret alım süresince son gönderilen darbenin fazına uygun olarak salınır ve böylece alınan yansıma işaretlerinin fazlarının karşılaştırılmasını mümkün kılar. Bu osilatör, gönderilen enerjinin ara frekansın alt bandıyla senkronize edilir. Evreuyumlu osilatör göndericinin fazını alır ve alıcıya bir karşılaştırma fazını temin eder. Bu nedenle sözde evreuyumlu radar „alım hattında evreuyumlu“ deyimiyle de anılır. Modülatör Modülatör gönderim anında gönderim tüplerine yüksek gerilim anahtarlar. Sözde-evreuyumlu radar yönteminin sakıncaları Sözde-evreuyumlu radar yönteminin sakıncaları şunlardır: - Eşzamanlaşma süreci bir tam evreuyumlu radarın eşzamanlaşması kadar duyarlı olamaz. Bu durum yavaş uçan bir uçağın algılanmasını zayıflatır. - Bu teknoloji ile frekans değişikliği hiçbir şekilde mümkün değildir. Bir magnetronda frekans değişikliğinin yapılabilmesi için çınlayıcıların (resonators) fiziksel boyutlarında değişiklik yapılması gerekir. - Bu sistem esnek değildir ve Darbe Tekrarlama Frekansında (Pulse Repetition Frequency, PRF), gönderilen darbenin genişliğinde veya başka parametrelerinde hiçbir şekilde daha büyük değişikliklere izin vermez. Bu tür değişiklikler, bu değişiklikleri çok düşük güç tüketen modüllerinde yapabilen tam evreuyumlu radarlarda mümkündür. Dahası, gönderilen işaretlerin (darbe sıkıştırmasında olduğu gibi) bir frekans modülasyonu da mümkün değildir. - Menzil aşım yankıları radardan çok uzak bölgelerde bulunan geniş sabit hedef bölgelerinden gelen yankılardır. Bu yankılar çok uzaktan geldiğinden ikinci darbe gönderildikten sonra radara ulaşırlar. Sabit hedeflerin menzil aşımları ise hâlâ son yollanan işaretin fazına görecelidir. Evreuyumlu osilatör, en son (rasgele) faz durumu ile çalıştığı için, sabit hedeflerin tanınması artık mümkün olmaz. Onlar sözde-evreuyumlu radar yöntemleriyle ekranda daima bir gürültü gibi görünürler.