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§5.10 radar di impulso

Inizio

The radar di impulso è la forma radar classica e ancora più comune: il trasmettitore è molto corto (il impulso) e poi relativamente lungo, mentre il ricevitore ascolta eco. Dalla durata di ogni eco segue la distanza (Distanza dal bersaglio al radar). Questa sezione tratta i parametri che caratterizzano un radar di impulso — per uno specialista EW, questi sono esattamente i parametri con cui si identifica un radar.

PW PRI = 1 / PRF tempo di ascolto (ricevuto)
Larghezza di impulso del radar di impulso (PW), intervallo di ripetizione del polso (PRI).

Frequenza di ripetizione di impulso

The Frequenza di ripetizione di impulso (PRF) è il numero di impulsi che il radar trasmette al secondo, espressi in Hz o impulsi al secondo (pps). I valori tipici vanno da diverse centinaia di Hz (sorveglianza a lungo raggio) a centinaia di migliaia di Hz (tracciamento del pulse-dopple).

La PRF è forse la scelta più importante di un radar a impulsi, perché determina uno scambio fondamentale:

EW rilevanza

La PRF è un componente chiave dell'impronta digitale elettronica di un radar. I sistemi ESM classificano le emissioni catturate inizialmente su frequenza, PRF e larghezza di impulso — Il tipo di radar, e spesso il sistema di arma dietro di esso, può essere tracciato.

Pulse Ripetition Interval and Pulse Width

The Intervallo di ripetizione di impulso (PRI, chiamato anche tempo di ripetizione del polso) è il tempo dall'inizio di un impulso all'inizio del successivo. PRI e PRF sono l'opposto:

PRI = 1 / PRF e PRF = 1 / PRI esempio: PRF = 1.000 Hz → PRI = 1 ms = 1.000 μs

The Larghezza di impulso (PW, durata del polso, τ) è quanto tempo il trasmettitore è effettivamente su per polso, in genere 0.1 – 100 μs. Il rapporto tra tempo di trasmissione e tempo totale è chiamato ciclo di lavoro:

ciclo di dovere = PW / PRI = PW × PRF esempio: PW = 1 μs, PRI = 1.000 μs → ciclo di dovere = 0.001 = 0,1%

La larghezza del polso è un compromesso in sé:

All'interno di un PRI questo accade: inviare (PW), poi ascoltare il polso successivo. Il tempo di ascolto (PRI − PW) determina fino a che punto un echo può tornare prima delle prossime foglie di impulso.

Potenza massima e potenza media del radar di impulso

Con un radar di impulso, devi tenere a bada due abilità:

Pav = PP × ciclo di dovere = PP × (PW / PRI) dove: Pav = potenza media (W)PP = potenza di picco (W)PW = larghezza di impulso (s), PRI = intervallo di ripetizione del polso (s)
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Un radar ha PP = 500 kW, PW = 2 μs e PRF = 500 Hz (PRI = 2000 μs). Ciclo di dovere = 2/2000 = 0.001. Pav = 500.000 × 0,001 = 500 W. Mezzo megawatt picco, ma in media non più di un bollitore.

Questo spiega perché i radar di impulso possono fornire una potenza di picco così enorme: Il tubo di trasmissione deve solo lavorare una frazione del tempo e può "riposo". Spiega anche un dettaglio EW: un ricevitore che ascolta il radar cattura l'impulso massimo di potenza — Ecco perché un RWR può sentire un radar a distanza molto maggiore di quanto il radar possa vedere l'aereo.

Gamma minima

Finché il trasmettitore è acceso, il ricevitore non può ascoltare — Il duplexer ha collegato l'antenna al trasmettitore e il ricevitore è schermato. Un eco che torna indietro durante Quindi mandare il polso e' perso. Di conseguenza, ogni radar di impulso ha un Gamma minima: gli obiettivi più vicini sono invisibili.

Rmin min min = (c × PW) / 2 dove: Rmin min min = gamma minima (m)c = velocità della luce8 m/iPW = larghezza di impulso (s)(in pratica viene aggiunto un piccolo tempo di recupero del duplexer)
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PW = 2 μs → Rmin min min = (3 × 108 × 2 × 10-6) / 2 = 300 m. Tutto entro 300 metri è per questa zona cieca radar. Con PW = 100 μs (impulso a lungo raggio) cresce a 15 km!

Pertanto, i radar che devono anche essere in grado di vedere da vicino (ramoni di navigazione, difesa a corto raggio) usano impulsi molto brevi, e scambiano molti radar di sorveglianza impulsi lunghi con brevi impulsi (vicino alla vista).

Gamma massima non ambigua

Dopo ogni impulso, il radar ascolterà fino a quando il polso successivo non partirà. Il radar assume implicitamente che ogni eco ricevuto al ultima nave polso. Se un echo di un obiettivo molto lontano viene all'interno del polso successivo, allora è attribuito al polso sbagliato e posto a una distanza troppo breve: uno eco di seconda volta. La distanza entro la quale non può verificarsi confusione è chiamata Gamma massima non ambigua (R)max.?

Rmax. = (c × PRI) / 2 = c / (2 × PRF) dove: Rmax. = gamma massima non ambigua (m)PRI = intervallo di ripetizione del polso (s), PRF in Hz
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PRF = 1.000 Hz → PRI = 1 ms → Rmax. = (3 × 108 × 0.001)/2 = 150 km. Un bersaglio a 180 km consegna solo il suo eco 1,2 ms dopo il polso — così 0,2 ms dopo il polso successivo — e appare falsamente a (0.2 ms × c)/2 = 30 km.

Qui si vede lo scambio PRF di Frequenza di ripetizione di impulso nella sua forma più pura: Più alto è il PRF, più piccolo è la gamma non ambigua. Un radar di allarme precoce che deve guardare a 400 km di distanza può utilizzare PRF ≈ 375 Hz al massimo; un radar doppler a impulsi con PRF = 100 kHz ha solo una gamma chiara di 1,5 km e ha bisogno di ricostruire la sua gamma di misure tramite trucchi intelligenti (Modulazione del prezzo). Il che significa "doppio" proprio qui. — e perché lo stesso problema esiste anche nel dominio della velocità — è essere approfondito in Ambiguità.

Modulazione del prezzo

Molti radar non tengono costante il loro PRI, ma deliberatamente variano: Modulazione del prezzo. Le principali forme e i loro obiettivi:

FormaChe succede?Perché?
CostantePrezzo fissosemplicità; ma prevedibile e ambiguo
STAMPATOserie fissa di 2–8 diversi PRI, ripetendovelocità di sollevamento cieca di MTI (Pulse doppler radar e Indicatore di destinazione mobile), unmaschero di eco seconda volta
STAMPATOPrezzo variabile (pseudo) casuale per polsodifficile da prevedere per inganno-giammers; protegge contro false tecniche eco
Interruttore PRF / commutatore di dimorablocchi di impulsi tra loro PRFRisolvere la gamma e doppler raddoppia (ramoni medi-PRF)
Prezzo scorrevoleIl prezzo è acceso o spentoad esempio, prevenire l'eclissi, cambiare l'ambiguità

Come risolve l'ambiguità della PRI-variazione? Un vero eco all'interno di Rmax. Resta alla stessa distanza, qualunque sia il PRE che scegli. Un'eco di seconda volta "scontri" in apparente distanza come il PRI cambia — e cade attraverso il cestino. Lo stesso principio si applica nel dominio doppler per velocità.

EW rilevanza

La prima-modulazione è una spada a due punte. Per il radar si tratta di protezione; per l'operatore ESM, il modello di modulazione PRI (sequenza di rotazione, profondità di jitter) è un identificatore aggiuntivo. Gli inganni moderni devono prevedere che il PRI sia in grado di porre false echi prima del reale — jitter lo rende fondamentalmente più difficile.

Tasso di allarme Falso costante e controllo automatico del guadagno

Quando un radar vede un bersaglio? Se il segnale ricevuto sopra una soglia (soglia) esce. La scelta di tale soglia è un dilemma fondamentale:

Una soglia fissa funziona male perché lo sfondo (rumore + clutter + jamming) varia enormemente per direzione e distanza. Ecco perché i radar usano Tasso di allarme Falso costante (CFAR) processore: Per ogni cella testata, il processore misura il livello di sfondo nelle celle circostanti e mette la soglia sopra un margine fisso. Il risultato: Il numero di falsi allarmi al secondo rimane costante indipendentemente dal fatto che lo sfondo sia ancora o pieno di disordine.

rilevamento rilevamento soglia CFAR adattabile rumore clutter area (soglia automaticamente superiore)
CFAR fornisce la soglia di rilevamento con lo sfondo locale: numero costante di falsi allarmi.

Inoltre, protegge Controllo automatico del guadagno (AGC) il destinatario: AGC controlla automaticamente il rinforzo a segnali forti (chiudi bersagli, ingombro forte, jamming) in modo che il ricevitore non satura, e fino a segnali deboli. Senza AGC, un segnale forte spegnerebbe l'intera catena di trasmissione.

EW rilevanza

La logica della soglia è un approccio per EW. Ruisjamming spinge la soglia CFAR, facendo sparire bersagli reali sotto di essa (il radar "non vede" niente, ma sa essere bloccato). E AGC può essere abusato: tecniche di inganno come AGC-deception/inverse gain play con forti impulsi per interrompere il controllo di rinforzo dei radar di tracciamento.

Compressione e integrazione del polso

Due tecniche di elaborazione del segnale sollevano le prestazioni dei radar di impulso ben al di sopra delle loro specifiche "cale".

Compressione del polso

Il dilemma di Pulse Ripetition Interval and Pulse Width: un polso lungo dà intervallo, un polso corto dà risoluzione. Compressione del polso consegna entrambi allo stesso tempo. Il radar trasmette un impulso lungo che viene modulato internamente — ad esempio, una frequenza crescente (Chirurgia / lineare FM) o un codice di fase (Codice Barker). Il ricevitore "conosce" che la modulazione e comprime l'eco lungo con un filtro abbinato ad un picco corto e alto.

Risoluzione della gamma con compressione: ΔR = c / (2 × B) B = larghezza di banda di modulazione (Hz) — non più la durata del polso ma la larghezza di banda determina la risoluzione rapporto di compressione = PW × B (spesso 100 – 10.000)
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Un polso di 100 μs chirp con larghezza di banda di 10 MHz si comporta in energia come un impulso di 100 μs (grande gamma) ma in risoluzione come un impulso di 0,1 μs: ΔR = 15 m invece di 15 km.

Integrazione del polso

Un eco può scomparire sotto il rumore, ma un bersaglio è colpito da decine di impulsi durante un'onda dell'antenna. Integrazione del polso Metti insieme quegli eco. Il rumore è casuale e in parte intermedio; L'eco di destinazione è sempre nello stesso posto e cresce lungo. Ecco come aumenta l'efficace SNR.

EW rilevanza

La compressione di impulso rende anche i radar resistenti al jamming: Il filtro abbinato rafforza solo i segnali con la giusta modulazione interna. Un peccato che non imita il chirp perde esattamente il profitto di compressione — comune — contro l'eco reale. Ecco perché il moderno DRFM (Digital RF Memory) sta investendo nella registrazione esatta e nella riproduzione della forma di impulso.