http___radartutorial.de_11.coherent_co06.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 8.2 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 11.2 11.3 11.4 12.1 12.2 12.3 12.4 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 19.2 20.1 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 22.1 22.2
Doppler- Effect Figure 1: Doppler effect Doppler- Effect In radar technology the Doppler Effect is using for the following tasks: - Speed measuring; - MTI - Moving Target Indication; - in air-or space-based radar systems for precise determination of lateral distances. The Doppler- Effect is the apparent change in frequency or pitch when a sound source moves either toward or away from the listener, or when the listener moves either toward or away from the sound source. This principle, discovered by the Austrian physicist Christian Doppler, applies to all wave motion. The apparent change in frequency between the source of a wave and the receiver of the wave is because of relative motion between the source and the receiver. To understand the Doppler effect, first assume that the frequency of a sound from a source is held constant. The wavelength of the sound will also remain constant. If both the source and the receiver of the sound remain stationary, the receiver will hear the same frequency sound produced by the source. This is because the receiver is receiving the same number of waves per second that the source is producing. Now, if either the source or the receiver or both move toward the other, the receiver will perceive a higher frequency sound. This is because the receiver will receive a greater number of sound waves per second and interpret the greater number of waves as a higher frequency sound. Conversely, if the source and the receiver are moving apart, the receiver will receive a smaller number of sound waves per second and will perceive a lower frequency sound. In both cases, the frequency of the sound produced by the source will have remained constant. For example, the frequency of the whistle on a fast-moving car sounds increasingly higher in pitch as the car is approaching than when the car is departing. Although the whistle is generating sound waves of a constant frequency, and though they travel through the air at the same velocity in all directions, the distance between the approaching car and the listener is decreasing. As a result, each wave has less distance to travel to reach the observer than the wave preceding it. Thus, the waves arrive with decreasing intervals of time between them. This equation is valid, if the speed if the source of a wave is like the radial speed. But the airplane usually flies in another direction than the direction towards to the radar. Only the radial speed is then also measured. However, this is different from the aim speed so that the following equation is valid: Derivation of the Doppler-frequency formula The phase shifting φ of an electromagnetic wave from the radar antenna to the aim and back results from the ratio of the covered distance and the wavelength of the transmitted energy multiplied with the scale of the full circle (2·π): Figure 2: The phase shifting of the received signal If the aim has the radial speed then the value of the phase changes to This is equivalent to the Doppler- frequency fD according to: This means: In practice the Doppler- frequency occurs twice at a radar. Once on the way from the radar to the aim, and then for the reflected (and already afflicted by a Doppler-shift) energy on the way back. Normalized Doppler Frequency The Doppler frequency depends on two variables: the aims radial speed and the carrier frequency of the radar transmitter. If the frequency of the transmitter is constant, then the Doppler frequency is a measure of the radial speed. Modern radars are frequency diversity radars mostly. Their transmitters frequency isn't constant. Here the influence of different transmit frequencies is usually still low. But if the transmission frequencies are in different frequency bands, then a common radar signal processing is not possible. In digital radar signal processing, the Doppler frequency will be divided by the actual transmitted frequency in order to eliminate the influence of different transmit frequencies then:ED = fD / fTx Now the Doppler frequency is a measure of the radial speed only and is called “normalized”. The received echo signals from different radar frequencies can be processed in common now.
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
Doppler Etkisi Resim 1: Doppler etkisi canlandırma Doppler Etkisi Radar tekniğinde Doppler etkisi aşağıdaki amaçlar için kullanılır: - Hedef hızlarının ölçülmesi - Sabit ve hareketli hedeflerin birbirinden ayırt edilmesi (Hareketli Hedef Göstergesi (Moving Target Indication, MTI) ). - Hava- ya da uzaya konuşlanmış radar aygıtlarında yatay menzilin ölçülmesi Bir ses kaynağı hareket etmeyen bir gözlemciye doğru hareket ettiğinde, gözlemci, gerçekte ses kaynağından gelenden daha yüksek bir sesi algılar. Eğer ses kaynağı gözlemciden uzaklaşıyorsa bu etki tersine döner. Gözlemcinin duyduğu ses yüksekliği, ses kaynağından kaynaklanan sesten daha az algılanır. Her iki durumda da bir frekans kayması meydana gelir. Bu olay yanımızdan geçen bir taşıtta kolayca gözlemlenir. Taşıt hızı ne kadar artarsa, bu etki de o kadar belirginleşir. Hareket eden bir hedefe isabet eden elektromanyetik dalgalar da benzeri şekilde davranırlar ve bir frekans kayması yaşarlar. Doppler etkisi, bir ses kaynağı, bir gözlemciye (yani duyucuya) göre uzaklaşır ya da yakınlaşırsa veya gözlemci, ses kaynağına göre uzaklaşır ya da yakınlaşırsa frekansta ya da ses perdesinde (pitch) meydana gelen belirgin değişikliktir. Doppler frekansı kayma miktarı fD hedef hızının bir ölçütüdür ve tüm dalga hareketlerine uygulanır. Bu etki Avusturyalı fizikçi Christian Doppler (1803-1853) tarafından keşfedilmiş olup, kendisinin adı ile anılmaktadır. Bir ses kaynağı ile o ses kaynağının alıcısı arasında frekanstaki belirgin değişikliğin meydana gelmesinin nedeni, ses kaynağı ile ses alıcısı arasındaki göreli harekettir. Doppler olayını anlamak için önce kaynak frekansını sabit kabul edelim. Sesin dalga boyu da aynı şekilde sabittir. Eğer hem kaynak hem de alıcı sabit kalırsa, alıcı, sesi kaynak frekansında işitecektir. Bunun sebebi alıcının beher saniyede kaynak tarafından üretilen dalga sayısını aynen almasıdır. Şimdi, eğer kaynak veya alıcı, ya da her ikisi, birbirlerine yaklaşırsa alıcı daha yüksek perdede bir ses duyacaktır. Bunun nedeni, alıcının, sesi daha yüksek frekansta almasına yol açan, beher saniyede daha fazla sayıda dalga boyu almasıdır. Tersi durumda yani, kaynak veya alıcı ya da ikisi birden birbirlerinden uzaklaşırsa, beher saniyede alınan dalga boyu sayısı azalacak ve ses daha düşük bir frekansta duyulacaktır. Her iki durumda da kaynak tarafından yayınlanan frekans aynı kalmaktadır. Örneğin, çok hızlı giden bir araçta çalınan bir düdüğün perdesi, araç yaklaştığı sırada artarak yükselir ve araç uzaklaşırken giderek azalır. Aslında çalınan düdüğün frekansı değişmemiştir ve havadaki hızı da sabittir, ancak yaklaşan araç ile duyucu arasındaki açıklık azalmaktadır. Bunun bir sonucu olarak, her dalga, kendisinden bir önce yayınlamış dalgadan daha kısa mesafe kat edecektir. Böylece dalgalar gitgide azalan zaman aralıkları ile duyucuya ulaşacaktır. Bu olay yanımızdan bir taşıt geçip gittiğinde kolayca gözlemlenir. Eğer bu taşıtın hızı artarsa, bu etki daha da belirginleşir. Hareket eden bir hedefe rastlayan elektromanyetik dalgalarda benzeri şekilde davranırlar. Ve bir frekans kaymasına maruz kalırlar. Bu formül, hedefin hızı, hedefin radyal hızına eşit ise geçerlidir. Fakat çoğu uçak, radara olan yönde değil, farklı bir yönde uçarlar. O zaman benzeri şekilde yalnızca radyal hız ölçülür. Ancak bu değer hedefin hızından farklıdır ve aşağıdaki formülle hesaplanır: „Doppler frekans” formülünün türetilmesi Radar anteninden hedefe doğru giden ve geri dönen bir elektromanyetik dalganın φ faz kayma açısı, gidiş ve gelişte kat edilen yolun, gönderilen işaretin dalga boyuna olan oranının bir tam dairenin çevresi 2·π radyan ya da 360° çarpımı ile bulunan açıdır ve aşağıdaki formülle hesaplanır: Resim 2: Alınan işaretteki faz açısı kayması (Eksi işareti yansıma sırasındaki ek faz kaymasını temsil eder.) Eğer uçağın aşağıdaki formül ile ifade edilen bir radyal hızı varsa: o zaman alınan fazdaki değişme şöyle hesaplanır Bu alınan frekanstaki Doppler kaymasına eşittir ve sonucunda Doppler frekansı fD Yani: Pratikte, bir radarda Doppler frekansı iki defa meydana gelir. İlkinde dalganın yansımanın gerçekleşeceği gidiş yolunda ve sonra bir kez de dönüş yolunda. Fakat resimde şu anda yansıyarak dönen işaretteki Doppler frekansı görülüyor. „Normalize edilmiş“ Doppler frekansı Ölçülen Doppler frekansı fD, hedefin radyal hızına ve taşıyıcı frekansa bağlıdır. Bu değer, göndericinin ftx frekansı göreceli sabit ise sadece radyal hız için bir ölçüt olur. Modern radarlar aygıtları genellikle farklı frekanslarda (örneğin, Çok Frekanslı Radarlar) çalışırlar. Burada gönderim frekansları arasındaki farkın, gönderim bant genişliğinden çok az büyük olması nedeniyle gönderim frekansının etkisi genellikle çok küçük kalır. Ancak gönderim frekanslarının yankı işaretleri değişik frekans bantlarından gelmesi durumunda radar işaretlerinin ortak işlenmesi o kadar kolay olmaz. Aynı hedeften gelseler dahi Doppler frekansları önemli ölçüde farklılıklar gösterirler. Burada ölçülen Doppler frekansı, radyal hız için bir ortak ölçüt oluşturmak amacıyla bu Doppler frekansına sebep olan gönderim frekansına bölünür:ED = fD / fTx = 2· vr / c0 Şimdi „normalize edilmiş Doppler-frekansı” denilen, sadece hedefin radyal hızına orantılı bir ED değeri elde edilir. Artık her iki Doppler-frekansı bir arada işlenebilir, örneğin hedefin tüm Doppler-izgesini veri tabanındaki bilgilerle karşılaştırmak mümkündür.