Zasada działania

radaru impulsowego

Schemat funkcjonalny radaru impulsowego

Krótkie impulsy generowane przez czasoster, tzw. impulsy spustowe, o ściśle
określonej częstotliwości ich powtarzania, stymulują wytwarzanie w modulatorze
nadajnika impulsów prostokątnych wysokiego napięcia o określonym czasie trwania,
które z kolei powodują wytworzenie przez generator mikrofalowy impulsów
ultrawielkiej częstotliwości o bardzo dużej mocy szczytowej, tzw. impulsów
sondujących. Impulsy te poprzez linię przesyłową i przełącznik antenowy N-O
(Nadawanie–Odbiór) doprowadzane są do anteny i wypromieniowane w przestrzeń w
postaci impulsowej fali elektromagnetycznej. Ponieważ w czasie emisji tych
impulsów łatwo mógłby zostać uszkodzony czuły odbiornik radaru, jest on na czas
trwania impulsów sondujących odłączany od anteny za pomocą przełącznika N-O,
jednak niewielka część energii impulsów sondujących przedostaje się do odbiornika,
wskutek czego impuls może być zobrazowany na optycznym wskaźniku radaru, co
ułatwia prawidłowy odczyt odległości.

Schemat funkcjonalny radaru impulsowego

Wraz z uruchomieniem modulatora, impulsy spustowe czasosteru wyzwalają
generator podstawy czasu we wskaźniku, wskutek czego zainicjowany jest pomiar
czasu upływającego od chwili wyemitowania w przestrzeń impulsu sondującego do
momentu powrotu impulsów odbitych od ewentualnych obiektów.
Po zakończeniu generowania impulsu sondującego przełącznik N-O automatycznie
odłącza od anteny nadajnik, a dołącza odbiornik, który w przypadku istnienia w
otaczającej radar przestrzeni obiektów, odbiera odbite od nich impulsy (echa
radiolokacyjne). Impulsy te po wzmocnieniu i detekcji w odbiorniku doprowadzane są
do wskaźnika, umożliwiając zobrazowanie obiektów oraz określenie ich położenia w
przestrzeni poprzez pomiar ich współrzędnych.

Impulsowy pomiar odległości

Impulsowa metoda pomiaru odległości polega na pomiarze czasu t

R

przejścia

impulsowej fali elektromagnetycznej od radaru do celu i z powrotem przy założeniu,
że prędkość propagacji fali jest stała i znana. Czas t

R

jest wprost proporcjonalny do

podwójnej wartości odległości R i odwrotnie proporcjonalny do prędkości propagacji
c:

stąd po przekształceniu:

Impulsowy pomiar odległości

Impulsowy pomiar odległości

Generator impulsów prostokątnych wytwarza synchronicznie z impulsami z czasosteru
długie impulsy o dodatniej polaryzacji, których czas trwania uwarunkowany jest
żądanym zakresem pomiarowym odległości i określa czas trwania tp części roboczej
(liniowej) napięcia podstawy czasu wytwarzanego w generatorze podstawy czasu.
Impulsy dodatnie doprowadzane są do jednej z siatek lampy oscyloskopowej i
powodują okresowe odblokowywanie jej na czas tp. W pozostałym czasie lampa jest
zablokowana i strumień elektronów nie dociera do ekranu lampy. Impulsy te
doprowadzane są również do generatorów podstawy czasu i znaczników odległości
oraz stanowią warunek generacji odpowiednich napięć.
Typowy kształt napięcia podstawy czasu jest piłozębowy i w zakresie czasu tp napięcie
to jest liniową funkcją czasu. Dzięki temu sterowany przy jego pomocy zogniskowany
uprzednio strumień elektronów lampy oscyloskopowej odchylany jest ze stałą
prędkością kątową. W wyniku tego widoczna na ekranie plamka świetlna również
porusza się ze stałą prędkością liniową v

p

.

Przy dużej częstotliwości podstawy czasu na ekranie obserwujemy ciągłą linię
poziomą, której długość w przybliżeniu równa jest średnicy ekranu lampy
Jeżeli cel znajdzie się w odległości leżącej w zakresie pomiarowym wskaźnika, to
impuls echa wystąpi na płytkach pionowego odchylania po czasie t

R

względem impulsu

synchronizującego, a linia podstawy czasu zostanie odkształcona w odległości l od jej
początku, proporcjonalnej do odległości od celu

c

R

V

t

V

l

p

R

p

2







W podanym wyżej przypadku, pod wpływem impulsów z wyjścia odbiornika, plamka
świetlna odchyli się w kierunku prostopadłym do linii podstawy czasu, dając
zobrazowanie napięcia impulsów echa od celu w funkcji czasu liczonego względem
momentu wyemitowania impulsu sondującego. Takie zobrazowanie nazywamy
amplitudowym lub odchyleniowym. Kiedy natomiast napięcie sygnału z wyjścia
odbiornika doprowadzimy nie do płytek odchylających lecz do siatki sterującej
lampy oscyloskopowej, to pod wpływem impulsu echa nastąpi rozjaśnienie punktu
podstawy czasu leżącego w odległości l od jej początku. Takie zobrazowanie sygnału
nazywamy jaskrawościowym i jest ono stosowane we wskaźnikach zobrazowujących
dwie lub trzy współrzędne celów (wskaźniki dwuwymiarowe i trójwymiarowe).
W obu przypadkach odległość do celu mierzona jest na zasadzie pomiaru odległości
l dzielącej czoło impulsu sondującego lub początek podstawy czasu do czoła impulsu
echa.

Impulsowy pomiar odległości

Pomiar współrzędnych kątowych

Pomiar współrzędnych kątowych celu zwany radiopelengacją odbywa się za
pomocą pomiaru kierunku, z którego przychodzą sygnały bezpośrednio lub
wtórnie promieniowane przez obiekt. W tym celu wykorzystuje się właściwość
prostoliniowego rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w ośrodkach
jednorodnych oraz możliwość ich kierunkowego promieniowania i odbioru.

Rozróżniamy następujące metody pomiaru współrzędnych kątowych:
metody fazowe, związane z wykorzystaniem różnicy faz sygnałów
odbieranych przez dwie anteny rozsunięte względem siebie;

metody amplitudowo-fazowe, oparte na wykorzystaniu różnicy faz i amplitud
sygnałów odbieranych przez dwie anteny rozsunięte względem siebie;

metody amplitudowe, wykorzystujące właściwości kierunkowe anten:

• metoda namiaru na maksimum;

• metoda równosygnałowa.

Zasięg instrumentalny radaru impulsowego

Po tym jak impuls sondujący zostanie wyemitowany w przestrzeń, musi upłynąć
dostateczny czas, aby wszystkie echa powróciły do radaru zanim zostanie wysłany
następny impuls. Okres powtarzania impulsów sondujących T

p

jest zatem

zdeterminowany największą odległością, w jakiej spodziewamy się wykrywać cele.
Jeżeli ten okres będzie zbyt krótki, to impulsy odbite od bardzo odległych celów
mogą dotrzeć do radaru po wyemitowaniu następnego impulsu sondującego i być
błędnie skojarzone właśnie z nim, a nie z poprzednim. W rezultacie daje to
nieprawidłową, lub inaczej określając, niejednoznacznie zmierzoną odległość. Takie
echo zostanie zobrazowane na wskaźniku w odległości bliższej niż jego odległość
rzeczywista. Z powyższych rozważań wynika, że maksymalna jednoznacznie mierzona
odległość R

u

(u - ang. unambiguous czyli jednoznaczna) jest równa

gdzie f

p

– częstotliwości powtarzania impulsów, f

p

= 1/T

p

Wielkość T

p

wyznacza tzw. zasięg instrumentalny radaru

Podstawowe parametry taktyczno – techniczne radarów

Parametry urządzeń radiolokacyjnych można podzielić na operacyjne oraz
techniczne. Te pierwsze, w zastosowaniach wojskowych zwane też parametrami
taktycznymi, charakteryzują urządzenia radiolokacyjne z punktu widzenia jego
możliwości operacyjnych i wiążą się ściśle z jego przeznaczeniem. Podstawowe
parametry tej grupy to:

zasięg radiolokacyjny i charakterystyka zasięgowa;

obszar przeszukiwania;

okres przeszukiwania;

rozróżnialność odległościowa i kątowa;

rodzaj wyznaczanych współrzędnych i ich dokładność;

odporność na zakłócenia;

niezawodność;

właściwości eksploatacyjne.

Podstawowe parametry taktyczno – techniczne radarów

Parametry techniczne charakteryzują przede wszystkim poszczególne podzespoły
radaru. Zalicza się do nich między innymi:

parametry nadajników;
parametry odbiorników;
parametry linii przesyłowych;
parametry anten;
parametry wskaźników;
parametry układów automatycznego śledzenia.

Do najczęściej spotykanych parametrów technicznych radaru można zaliczyć:

częstotliwość nośną f0 lub długość fali λ;

moc generowaną;

częstotliwość powtarzania impulsów;

czas trwania impulsu;

charakterystykę promieniowania i zysk kierunkowy anteny;

metodę przeszukiwania przestrzeni;

czułość odbiornika.

Podstawowe parametry taktyczno – techniczne radarów

Zasięg radiolokacyjny należy do podstawowych parametrów każdego radaru,
ponieważ charakteryzuje on maksymalną odległość, w której wykrywane są cele.
Zasięg zależy od wielu czynników związanych z konstrukcją urządzenia, rodzajem celu
i parametrami atmosfery. Najpełniej zasięg opisuje jego charakterystyka zasięgowa,
którą definiuje się jako miejsce geometryczne w przestrzeni o ustalonym
prawdopodobieństwie poprawnego wykrycia i fałszywego alarmu. Pionowy przekrój
charakterystyki zasięgowej nosi nazwę strefy wykrywania, wyznaczany jest
eksperymentalnie dla celu o określonej skutecznej powierzchni odbicia (najczęściej
1m

2

) i określonym prawdopodobieństwie poprawnego wykrycia (0,5 lub 0,9) oraz w

postaci

wykresu

dołączany

do

dokumentacji

eksploatacyjnej

urządzenia

radiolokacyjnego.

W przypadku radarów impulsowych ważna jest również znajomość minimalnego
zasięgu Rmin (tzw. strefy martwej). Minimalny zasięg zależy od czasu trwania impulsu
sondującego i od bezwładności przełącznika N-O.

Obszar przeszukiwania to obszar ograniczony maksymalną i minimalną odległością
wykrywania oraz szerokością sektora kąta azymutu i kąta elewacji.
Okres przeszukiwania to czas jednokrotnego przeglądu wszystkich elementów
obszaru przeszukiwania. Zależy od metody przeszukiwania oraz od wielkości obszaru
przeszukiwanego.

Podstawowe parametry taktyczno – techniczne radarów

Rozróżnialność w odległości jest to minimalna odległość między dwoma celami
punktowymi o tych samych współrzędnych kątowych, przy której można określić
oddzielnie odległość do każdego z nich, tzn. cele te zobrazowane są w postaci
oddzielnych znaczników.

Rozróżnialność w azymucie jest to minimalna różnica kątów azymutu dwóch celów
punktowych posiadających identyczną odległość i kąt elewacji, przy której możliwy
jest oddzielny pomiar azymutów każdego z nich.

Odporność na zakłócenia określana jest prawdopodobieństwem wykrycia celu i
możliwością określenia jego współrzędnych z wymaganą dokładnością i
rozróżnialnością w warunkach działania zewnętrznych zakłóceń. Zakłócenia mogą
być naturalne (szumy, fluktuacja sygnałów echa, sygnały odbite od chmur) oraz
organizowane (aktywne – szumy, impulsowe, maskujące, pozorujące oraz bierne –
pakiety folii metalizowanej).

Niezawodność radaru określa się średnim czasem bezawaryjnej pracy urządzenia w
określonych warunkach.

Właściwości eksploatacyjne określają czas rozwijania i zwijania urządzenia,
dopuszczalny zakres temperatury otoczenia i wilgotności, maksymalny wiatr, itp.