De superheterodyne-ontvanger
Een echo op 3 of 10 GHz is lastig direct te versterken en te filteren. Vrijwel elke radar (en elke ESM-ontvanger) gebruikt daarom het superheterodyne-principe: een menger (mixer) combineert de echo met een lokale oscillator (LO) en zet hem om naar een vaste, lagere middenfrequentie (intermediate frequency, IF) — typisch tientallen MHz. Op die IF gebeurt het eigenlijke versterken en filteren, met componenten die veel beter presteren dan op microgolffrequentie.
Daar zit de achilleshiel. Een menger kan niet zien aan welke kant van de LO een signaal binnenkwam. Een signaal op de spiegelfrequentie (image frequency), op 2 × IF van de gewenste frequentie, komt dus net zo goed in de IF terecht. Een filter vóór de menger (de preselector) moet het tegenhouden; met dubbele menging — eerst naar een hoge, dan naar een lage IF — ligt de spiegelfrequentie zo ver weg dat filteren eenvoudig wordt.
Wie de LO-frequentie van een radar kent of kan schatten, kan op de spiegelfrequentie jammen — een frequentie waar de radar zelf niet werkt en een eenvoudige frequency agility-strategie niet naar kijkt. Andersom lekt de LO van een ontvanger zelf een beetje naar de antenne: een gevoelige ESM-ontvanger kan dat lek soms opvangen, zelfs bij een "zwijgende" ontvanger.
Versterking, detectie en I/Q
Achter de menger regelen twee mechanismen de enorme dynamiek tussen een verre, zwakke echo en sterke clutter dichtbij. STC (sensitivity time control) verlaagt de versterking vlak na de zendpuls en laat die met de looptijd oplopen, zodat dichtbije clutter de ontvanger niet verzadigt. AGC (automatic gain control, § 5.10.7) past de versterking aan het gemiddelde signaalniveau aan.
Daarna volgt de detector. Een eenvoudige amplitudedetector geeft alleen de omhullende van de echo: genoeg voor een niet-coherente radar en een PPI-beeld, maar de fase-informatie gaat verloren. Een coherente radar gebruikt een I/Q-fasedetector: hij vergelijkt het IF-signaal met de COHO (§ 5.28.3) en met een 90° verschoven kopie daarvan. Dat levert twee componenten: I (in-phase) en Q (quadrature). Samen geven ze amplitude én fase van elke echo — en daarmee de grondstof voor dopplerfilters (§ 5.11), pulse compression en alle digitale verwerking.
Van hits naar plots en tracks
Een radar levert per scan duizenden metingen. De plot extractor maakt daar doelen van, in drie stappen:
- Hit processor: per range cell en per puls wordt bepaald of de echo boven de drempel (CFAR, § 5.10.7) uitkomt. Elke overschrijding is een hit.
- Sliding window: een venster schuift in azimuth over de opeenvolgende pulsen en verklaart pas een doel als genoeg hits bij elkaar liggen — bijvoorbeeld 8 van de 12 (een m-uit-n-criterium, zie de hits per scan van § 5.27.3). Losse ruispieken vallen zo af.
- Zwaartepunt (centre of mass): uit de reeks hits wordt de richting bepaald op het midden van de groep, nauwkeuriger dan één bundelbreedte. Het resultaat is een plot: range, azimuth, tijd en amplitude.
Plots zijn momentopnames. De tracker koppelt plots van opeenvolgende scans aan elkaar: hij voorspelt waar een bekend doel nu moet zijn, legt er een gate (zoekvenster) omheen en accepteert de plot die daarin valt. Een nieuwe track wordt pas gestart als een doel meerdere scans achter elkaar consistent verschijnt. Track-while-scan (§ 5.15.7) is deze cyclus, uitgevoerd terwijl de radar blijft zoeken.
Dit is de keten die elk vals doel (§ 11.4) moet overleven. Een deceptive jammer moet niet één piek maken, maar een reeks hits die door het sliding window komt, een plot op een plausibele plek, en scan na scan een kinematisch geloofwaardige beweging — anders wijst de tracker hem af. Omgekeerd verklaart dit waarom een range gate pull-off geleidelijk moet gebeuren: een sprong valt buiten de gate.
Radartutorial.eu: radarontvangers en signaalverwerking.