http___radartutorial.de_01.basics_Azami_20Menzil_20Belirsizli_C4_9Fi.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 6.2 7.1 7.2 7.3 8.1 9.1 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 12.1 13.1 13.2 13.3 13.4 14.1 15.1 15.2 16.1 16.2 16.3 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 24.2 25.1 25.2 25.3 25.4
Maximum Unambiguous Range Figure 1: a second-sweep echo in a distance of 400 km Figure 1: a second-sweep echo in a distance of 400 km What is maximum unambiguous range? Maximum Unambiguous Range It becomes obvious that we cannot send out another pulse until a time window has passed, in which we expect to see a return echo. The maximum measuring distance Rmax of a radar unit isn't orientated only at the value determined in the radar equation but also on the duration of the receiving time. The radar timing system must be reset to zero each time a pulse is radiated. This is to ensure that the range detected is measured from time zero each time. Echo signals arriving after the receive time are placed either into the - following transmit time where they remain unconsidered since the radar equipment isn't ready to receive during this time, or - into the following reception time where they lead to measuring failures (ambiguous returns). The maximum range at witch a target can be located so as to guaratee that the leading edge of the recieved backscatter from that target is receivd before transmission begins for the next pulse. This range is called maximum unambiguous range or the first range ambiguity. The pulse-repetition frequency (PRF) determines this maximum unambiguous range of a given radar before ambiguities start to occur. This range can be determined by using the following equations: Figure 2: The ambiguous target does not have a stable position on the screen at staggered PRT. Figure 2: The ambiguous target does not have a stable position on the screen at staggered PRT. Where c0 is the speed of light with 3·108 m/s. The pulse width (PW) in these equations indicates that the complete echo impulse must be received. If the transmitted pulse is very short, e.g. one microsecond can be ignored. But some radars uses very long pulses (up to 800 microseconds) and the backscattered signal must be compressed in the receiver; in the first place it must be received in full length therefore. What is second time around echo in radar? The pulse repetition time (PRT) of the radar is important when determining the maximum range because target return-times that exceed the PRT of the radar system appear at incorrect locations (ranges) on the radar screen. Returns that appear at these incorrect ranges are referred as ambiguous returns, second-sweep echoes or second time around echos. By employing staggered PRT the target ambiguous return isn't represented any more by small arc. This movement or instability of the ambiguous return is represented typically as a collection of points in certain equipment because of the change in reception times from impulse to impulse. With this distinction, a computer controlled signal processing can calculate the actual distance. Figure 2: The ambiguous target does not have a stable position on the screen at staggered PRT. Figure 3: Unambiguous returns (thin longer arc – IFF Reply; thick shorter arc – return by the primary radar) and ambiguous IFF-reply by using a staggered PRT (collection of points). Figure 3: Unambiguous returns (thin longer arc – IFF Reply; thick shorter arc – return by the primary radar) and ambiguous IFF-reply by using a staggered PRT (collection of points). Figure 3: Unambiguous returns (thin longer arc – IFF Reply; thick shorter arc – return by the primary radar) and ambiguous IFF-reply by using a staggered PRT (collection of points). More modern 3D- radar sets with a phased array antenna (like the RRP-117) don't have this problem with an ambiguous range. The system computer steers the transmitted beams so that ambiguous returns from the previous pulses are not received while the antenna beam points in another direction. Figure 3 shows a target return by the primary radar (thick shorter arc) and an IFF answer reply of the IFF interrogator (thin longer arc) and a second sweep answer of the IFF by using staggered PRT on an PPI-scope. Here you can see as well, that the interrogator doesn't use every primary synchronous-pulse. (The appearance of too many ambiguous IFF-returns can be reduced by using a decreased Tx-power of the interrogator.) Now by using fixed PRT one would expect to see ambiguous returns confusably similar to the unambiguous returns (arcs).
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 21.1 22.1 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
Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil Resim 1: Bir menzil aşımı yankısı menzili ekranda hatalı görüntülüyor. Resim 1: Bir menzil aşımı yankısı menzili ekranda hatalı görüntülüyor. Bir radardaki Menzil Aşımları ne demektir? Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil Bir darbe radarının, bir yankı işareti için gönderdiği iki darbe arasında hatasız ölçebildiği en büyük uzaklığa „Hatasız Ölçülebilecek En büyük Menzil“ denilir. Bir radar aygıtının Rmaks hatasız en büyük ölçüm menzil değeri sadece radar denklemi ile değil, aynı zamanda yankı işaretinin alım süresi de dikkate alınarak hesaplanır. Yankı işaretlerinin alınabilmesi için gönderilen darbeler arasında gönderilen darbenin hedefe varış ve hedeften dönüş zamanına (yürütme zamanı) yetecek kadar bir boşluk bulunmalıdır. Rmaks Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil ile fp Darbe Tekrarlama Frekansı (PRF) ya da tersi T Darbe Tekrarlama Periyodu (Pulse Repetion Time, PRT) arasında bir sabit ilişki vardır. Bir bireysel darbenin radardan gönderildiğini, bir yansıtıcı nesneden geri döndüğünü ve radar tarafından tekrar alındığını düşünelim. Burada ölçülen t gidiş-dönüş zamanı için üç olasılık bulunmaktadır: - Eğer t < T, o zaman yansıyan işaret bir sonraki gönderim darbesi yollanmadan önce radara ulaşır. - Eğer t = T, o zaman radar tam da bir sonraki darbeye yollamak üzeredir ve yansıyan işaret alınamaz. - Eğer t > T, o zaman yansıyan işaret bir sonraki gönderim darbesi yollandıktan hemen sonra ulaşır ve alınan işaretin güncel darbeye mi yoksa bir önce gönderilen darbeye mi ait olduğuna dair bir belirsizlik ortaya çıkar. Menzil aşımı olarak adlandırılan bu hedef işaretleri ekranda hatalı bir menzilde görüntülenir. Resim. 1 de gönderilen darbeler 200 km uzaklıktaki bir hedeften yansıyor. Radar tarafından bir sonraki darbe yollanmadan önce alınıyor ve hatasız bir menzil ölçümü yapılabiliyor. Aynı resimde bir diğer yankı işareti daha bulunmaktadır, bu işaret bir sonraki darbe periyodu içerisinde alınır. Aslında 400 km uzaklıkta görüntülenmesi gereken bu darbe hatalı olarak 100 km menzilde görüntülenmektedir. Bu nedenle Rmaks Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil, t yürütme zamanının (gidiş-dönüş zamanı, İngilizcesi ile runtime) T darbe periyodundan daha küçük olduğu bir menzilde yer almaktadır. - Rmax = Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil [m] - c0 = Işık hızı [3·108 m/s] - T = Darbe Tekrarlama Periyodu (Pulse Repetition Time, PRT) [s] - t = Gönderim Darbe Genişliği [s] Bu formüldeki gönderim darbe süresi (t) bir hedef işareti elde etmek için ilk önce yankı darbesinin radar tarafından tamamının alınması gerektiğine dayanmaktadır. Yaklaşık 1 µs lik bir gönderim darbesi 1000 µs den daha büyük olabilen bir alım süresiyle karşılaştırdığında çok küçük kalır ve bu durumda gönderim darbesinin süresi ihmal edilebilir. Fakat bazı radar aygıtları alıcı aygıtında sonradan sıkıştırılan çok uzun gönderim darbelerini de kullanırlar. Dolayısıyla formül bir daha basitleşir: - fp = Darbe Tekrarlama Frekansı (PRF) [Hz veya s-1] (1) nolu formül radar kullanıcıları için daha da basitleştirilebilir. (1) nolu eşitlikte ışık hızı için yaklaşık c0 = 3x105 km/sn yerleştirir ve periyot değerlerini için µs kullanırsak aşağıdaki formülle menzili km cinsinden bulabiliriz. Darbe Tekrarlama Frekansı fp arttıkça, Darbe Tekrarlama Periyodu T kısalır ve bunun bir sonucu olarak darbeler arasında alım için kullanılan boşluk azalır ve beraberinde Rmaks Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzil değeri de azalır. Bu nedenle ekranda görüntülenen menzil değeri radar denklemiyle hesaplanan menzil değerinden daha fazla olmalıdır. Radarın „aletli menzilinin“ ekrandaki görüntüsü bir sonraki darbe gönderilmeden önce sona ermelidir. (Radarların Rmin ve Rmaks olarak verilen alt ve üst çalışma menzilleri olsa da radarlar „aletli menzil“ (instrumented range)” denilen daha kısa ve kullanılabilir bir aralık içinde çalışırlar. Bu aletli menzil değerini sistem gereksinimleri belirler. Bunların arasında ekranın fiziksel sınırları, devre geçişleri ve radar kalibrasyonları için izin verilen süreler sayılabilir.) 1 000 Hz lik bir Darbe Tekrarlama Frekansının tersini alarak Darbe Tekrarlama Periyodunu 1/ 1 000 = 1 ms olarak bulduğumuz bir radarın (2) nolu formüle göre Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzili 150 km dir. Eğer radar 100 µs gibi bir yürütme zamanı ile bir yankı alıyorsa, bu hedef işareti doğru mudur yoksa doğruluğu şüpheli midir? Yanıt: Soruya bu şekilde yanıt verilemez. Bu hedef işareti, hem 15 km lik, hem de 165 km lik bir menzilde olabilir. Tersinden giderek bir net sonuca ulaşabilirdik: Bir gerçek hedef 15 km ölçüm uzaklığında bulunuyor olsaydı temiz bir sonuç alınırdı ve yürütme zamanı da 100 µs olurdu. Resim 2: Darbe Tekrarlama Frekansının kademeli olarak değiştiği bir durumda menzil aşımı ile gelen bir hedef işareti takip eden gönderim darbesine göreli olarak ekranda kararlı görüntülenemiyor. Resim 2: Darbe Tekrarlama Frekansının kademeli olarak değiştiği bir durumda menzil aşımı ile gelen bir hedef işareti takip eden gönderim darbesine göreli olarak ekranda kararlı görüntülenemiyor. Resim 2: Darbe Tekrarlama Frekansının kademeli olarak değiştiği bir durumda menzil aşımı ile gelen bir hedef işareti takip eden gönderim darbesine göreli olarak ekranda kararlı görüntülenemiyor. Kademeli Darbe Periyodları (Staggered Pulse Periods) Darbe Tekrarlama Frekansının sürekli değiştiği (Kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı) bir durumda menzil ötesinden gelen hedef işaretleri artık bir küçük yay gibi görüntülenemezler. Daha ziyade aygıta özgün bir nokta kümesi olarak görüntülenirler. Bu ayırt edici özellik sayesinde bir işlemci-kontrollü işaret işleme tekniği ile gerçek menzil hesaplanabilir. (Bu işleme „katlanmış menzilin açılımı“ (unfolding) denilmektedir.) hatalı hedef işaretleri Resim 3: Şüpheye yer bırakmayan bir normal hedef işareti (ince uzun yay- IFF- yanıtı; kalın kısa yay bir birincil radardan dönüş işareti) ve kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde). Resim 3: Şüpheye yer bırakmayan bir normal hedef işareti (ince uzun yay- IFF- yanıtı; kalın kısa yay bir birincil radardan dönüş işareti) ve kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde). hatalı hedef işaretleri Resim 3: Şüpheye yer bırakmayan bir normal hedef işareti (ince uzun yay- IFF- yanıtı; kalın kısa yay bir birincil radardan dönüş işareti) ve kademeli Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde). Bir basit PPI- ekranda saptırma her bir yeni gönderim darbesiyle birlikte ekranın merkezinden başlar. Eğer, çok uzak menzildeki bir yankı bir sonraki gönderim darbesinden sonra alınmışsa bu hedef işareti ekranda yanlış bir menzilde görüntülenir. Resim. 3 de IFF-yanıtlı bir normal hedef işareti ve diğer tarafta sürekli değişen Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılarak elde edilen menzil ötesinden alınan IFF-yanıtı görülmektedir. Burada ilaveten şuna dikkat edilmelidir: IFF-sorgulayıcısı birincil radarın her eşzamanlı darbesini kullanmamaktadır. (Böyle çok sayıda IFF-menzil aşımlarının yarattığı rahatsızlık Sorgulama Göndericisinin çıkış gücünün kısılması ile aşılabilir.) Kural dışılıklar RRP-117 gibi Faz Dizi Anten kullanılan daha modern 3-boyutlu radarlarda hedefin belirlenmesinde menzil aşımından kaynaklanan bu tür sorunları yaşamıyoruz. Bu sistemdeki bilgisayar, belirlenen bir çizelgeye uygun olarak her gönderim darbesini ayrı ayrı yönlere yollar. Takip eden alım zamanı içinde bir yankı işareti daha gelmeden anten ışıma çizgesini çoktan tümüyle farklı bir yükseklik açısına zaten yöneltmiştir. Anten, faz kaydırıcıları henüz yeni programlandığından nispeten uzunca bir ölü süre içinde alıma elverişli olmayacaktır. Radar eğer darbe-içi modülasyon kullanıyorsa ve pratikte her bir gönderim darbesinde bir farklı modülasyon kullanır, böylece radar için artık Hatasız Ölçülebilecek En Büyük Menzilin bir önemi de kalmaz. Her alınan yankı işareti tam olarak kendi kaynağıyla (yani kendi bireysel gönderim darbesiyle) ilişkilendirilir ve böylece yürütme zamanı birkaç periyotta ölçülebilir. Yer yüzeyinin uzaktan algılanması için kullanılan uydulardaki radar aygıtları, hedefleri, eğer bunlar gerçekten belirsiz ise, doğru uzaklıkta belirleyebilirler. Uyduların yörüngelerinin genel yüksekliği bilinmektedir, bu durumda yörüngenin yüksekliğine göre yalnızca birkaç kilometrelik farkı olan bir uzaklık ölçülecektir. Resim. 1 ile karşılaştırırsak; 400 km gibi bir yükseklikte yalnızca ikinci darbe periyodundaki ölçüm sonucu geçerli olabilir.