Детали радиолокационной техники - Radar engineering details

                                                                     Radar Eng.


Технические детали радара - это технические детали, относящиеся к компонентам радара и их способности обнаруживать отраженную энергию от движущихся рассеивателей, определяя положение объекта или препятствия в окружающей среде. Применения радара включают адаптивный круиз-контроль, автономное наведение на посадку, радиолокационный высотомер, управление воздушным движением, радар раннего предупреждения, радар управления огнем, систему предотвращения столкновений | обнаружение столкновений с предварительным предупреждением, наземный радар, наблюдение и прогноз погоды.


                                                                   Architecture choice 


        The angle of a target is detected by scanning the field of view with a highly directive beam. This is done electronically, with a phased array antenna, or mechanically by rotating a physical antenna. The emitter and the receiver can be in the same place, as with the monostatic radars, or be separated as in the 

бистатические радары. Наконец, излучаемая радиолокационная волна может быть непрерывной или импульсной. Выбор архитектуры зависит от используемых датчиков.

                                                                   Scanning antenna
 A passive electronically scanned array with a monopulse feed network. An Electronically Scanned Array (ESA), or a phased array antenna|phased array, offers advantages over mechanically scanned antennas such as instantaneous beam scanning, the availability of multiple concurrent agile beams, and concurrently operating radar modes. Figures of merit of an ESA are the signal processing bandwidth, the Effective Isotropically Radiated Power (EIRP) and the G, and the transmit power. GR/T is the quotient of the receive gain and the antenna noise temperature. A high EIRP and GR/T are a prerequisite for long-range detection. Design choices are:
  • Сравнение активного и пассивного: в активной решетке 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 [[массиве с пассивным электронным сканированием массив подключается к одному модулю приемопередачи с вакуумными электронными устройствами (VED). PESA имеет централизованное усиление мощности и предлагает экономию затрат, но требует фазовращателей с малыми потерями.
  • Апертура: Антенна датчика радара может быть реальной или синтетической. Радиолокационные датчики с прямым лучом позволяют обнаруживать цели в реальном времени. Радар с синтезированной апертурой (SAR) обеспечивает 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 сети формирования луча) или ортогональными во времени лучами.


                                                            Time Orthogonal Scanning
     
   In case of time-orthogonal scanning, the beam of an ESA is scanned preferably by applying a progressive time delay, , constant over frequency, instead of by applying a progressive phase shift, constant over frequency. Usage of true-time-delay True Time Delay(TTD) phase shifters avoids beam squinting with frequency. The scanning angle, , is expressed as a function of the phase shift progression, , which is a function of the frequency and the progressive time delay, , which is invariant with frequency:

Обратите внимание, что это не функция частоты. Постоянный фазовый сдвиг по частоте также имеет важные применения, хотя и в синтезе широкополосных структур. Например, формирование широкополосных моноимпульсных комбинаций приема зависит от питающей сети, которая объединяет два подмассива с использованием широкополосного гибридного ответвителя.


  • Формирование луча: Луч формируется в цифровой (цифровое формирование луча (DBF)), промежуточной частоте (IF), оптической или радиочастотной (RF) области.
  • Конструкция: массив с электронным сканированием представляет собой конструкцию из кирпича, палки, плитки или поддона. 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.
  • Сеть подачи: Сеть подачи ограничена (корпоративная, серийная) или имеет объемную подачу.
  • Сетка: Сетка может быть периодической (прямоугольной, треугольной) или апериодической (утоненной).
  • Поляризация (антенна): поляризация наземных радарных датчиков вертикальная, чтобы уменьшить многолучевость ( угол Брюстера ). Радиолокационные датчики также могут быть поляриметрическими для всепогодных приложений.
                                                          === FMCW versus pulse-Doppler ===


                 The range and velocity of a target are detected through pulse delay ranging and the Doppler effect (pulse-Doppler), or through the frequency modulation (FM) ranging and range differentiation. The range resolution is limited by the instantaneous signal bandwidth of the radar sensor in both pulse-Doppler and frequency modulated continuous wave (Continuous-wave radar Modulated continuous-waveFMCW) radars. Monostatic monopulse-Doppler radar sensors offer advantages over FMCW radars, such as:
  • Полудуплекс: радарные 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 (DR) приемника 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: [моноимпульсная] питающая сеть, как показано на рис. 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 импульсов : сжатие импульсов не связывает ширину импульса и мгновенную ширину полосы сигнала, которые в противном случае обратно пропорциональны. Ширина импульса зависит от времени нахождения на цели, отношения сигнал / шум (SNR) и максимальной дальности. Ширина полосы мгновенного сигнала зависит от разрешения по дальности.
  • Импульсно-доплеровская обработка : эхо-сигналы, исходящие от излучаемого пакета, преобразуются в спектральную область с использованием дискретного преобразования 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.

Бистатический или моностатический

Бистатические радары имеют передатчик и приемник, смещенные в пространстве. 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

Помехи от радара зависят от платформы. Примерами платформ являются бортовые, автомобильные, корабельные, космические и наземные платформы.

Окно распространения

Частота радара выбирается исходя из соображений размера и уровня технологической готовности . Частота радара также выбирается для оптимизации радиолокационного поперечного сечения (RCS) предполагаемой цели, которая зависит от частоты. Примерами окон распространения являются 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 форму сигнала радара

Смотрите также

Рекомендации