تردد تكرار النبض

يحدد نظام الرادار المدى من خلال التأخير الزمني بين إرسال النبضة واستقبالها وفقًا للعلاقة التالية:

${\displaystyle {\text{المدى}}={\frac {c\tau }{2}}}$

لتحديد المدى بدقة، يجب إرسال نبضة وعكسها قبل إرسال النبضة التالية. وهذا ما يُحدد الحد الأقصى للمدى بشكل قاطع.

${\displaystyle {\text{Max Range}}={\frac {c\tau _{\text{PRT}}}{2}}={\frac {c}{2\,{\text{PRF}}}}\qquad {\begin{cases}\tau _{\text{PRT}}={\frac {1}{\text{PRF}}}\end{cases}}}$

يُحدد المدى الأقصى أيضًا غموضًا في المدى لجميع الأهداف المكتشفة. ونظرًا للطبيعة الدورية لأنظمة الرادار النبضي، يستحيل على بعض أنظمة الرادار تحديد الفرق بين الأهداف التي تفصل بينها مضاعفات صحيحة للمدى الأقصى باستخدام تردد تكرار نبضي واحد. تتجنب أنظمة الرادار الأكثر تطورًا هذه المشكلة باستخدام ترددات تكرار نبضي متعددة، إما في وقت واحد على ترددات مختلفة أو على تردد واحد مع زمن استجابة نبضي متغير.

تُستخدم عملية حل غموض النطاق لتحديد النطاق الحقيقي عندما يكون معدل تكرار النبضات أعلى من هذا الحد.

تُعتبر الأنظمة التي تستخدم معدل تكرار نبضات أقل من 3  كيلوهرتز أنظمة ذات معدل تكرار نبضات منخفض، لأن مداها المباشر يُمكن قياسه لمسافة لا تقل عن 50  كيلومترًا. وعادةً ما تُنتج أنظمة الرادار التي تستخدم معدل تكرار نبضات منخفض مدىً واضحًا لا لبس فيه.

تصبح معالجة دوبلر غير المبهمة تحديًا متزايدًا بسبب قيود التماسك حيث ينخفض ​​معدل تكرار النبضات إلى أقل من 3  كيلو هرتز.

على سبيل المثال، ينتج رادار النطاق L ذو  معدل نبضات 500 هرتز سرعة غامضة تزيد عن 75  مترًا في الثانية (170 ميلًا في الساعة)، بينما يكشف المدى الحقيقي حتى 300  كيلومتر. هذا المزيج مناسب لرادار الطائرات المدنية ورادار الأرصاد الجوية .

${\displaystyle {\text{مدى 300 كم}}={\frac {C}{2\times 500}}}$

${\displaystyle {\text{سرعة 75 م/ث}}={\frac {500\times C}{2\times 10^{9}}}}$

تعاني رادارات التردد المنخفض للنبضات من انخفاض الحساسية في وجود تشويش منخفض السرعة يعيق رصد الطائرات بالقرب من التضاريس. ويُعدّ مؤشر الهدف المتحرك ضروريًا عادةً لتحقيق أداء مقبول بالقرب من التضاريس، إلا أن ذلك يُسبب مشاكل في استجابة الرادار، مما يُعقّد عمل جهاز الاستقبال. وتتأثر رادارات التردد المنخفض للنبضات المُصممة لرصد الطائرات والمركبات الفضائية بشدة بالظواهر الجوية، وهو ما لا يُمكن تعويضه باستخدام مؤشر الهدف المتحرك.

يمكن تحديد كل من المدى والسرعة باستخدام معدل تكرار النبضات المتوسط، ولكن لا يمكن تحديد أي منهما بشكل مباشر. يتراوح معدل تكرار النبضات المتوسط ​​بين 3  كيلوهرتز و30  كيلوهرتز، وهو ما يتوافق مع مدى راداري يتراوح بين 5  كيلومترات و50  كيلومترًا. هذا هو المدى التقريبي، وهو أصغر بكثير من المدى الأقصى. تُستخدم دقة تحديد المدى التقريبي لتحديد المدى الحقيقي في الرادار ذي معدل تكرار النبضات المتوسط.

يُستخدم معدل تكرار النبضات المتوسط ​​مع رادار دوبلر النبضي ، وهو ضروري لقدرة الرصد والإسقاط في الأنظمة العسكرية. وعادةً ما يكون ارتداد رادار دوبلر واضحًا حتى تتجاوز السرعة سرعة الصوت.

تتطلب عملية تحديد المدى والسرعة الحقيقيين استخدام تقنية تُسمى حل الغموض  . تقع إشارات دوبلر بين 1.5 كيلوهرتز و15  كيلوهرتز، وهي مسموعة، لذا يمكن استخدام الإشارات الصوتية من أنظمة الرادار متوسطة التردد لتصنيف الأهداف السلبية.

على سبيل المثال، يمكن لنظام رادار يعمل بنطاق L ويستخدم معدل تكرار نبضات يبلغ 10  كيلوهرتز ودورة تشغيل بنسبة 3.3% تحديد المدى الحقيقي حتى مسافة 450  كم (30 * C / 10,000  كم/ث). هذا هو المدى المُقاس . السرعة غير المُبهمة هي 1,500  م/ث (3,300 ميل/ساعة).

${\displaystyle {\text{450 km}}={\frac {C}{0.033\times 2\times 10,000}}}$

${\displaystyle {\text{1,500 m/s}}={\frac {10,000\times C}{2\times 10^{9}}}}$

تبلغ السرعة الدقيقة لرادار النطاق L بتردد تكرار نبضات 10 كيلوهرتز 1500 متر/ثانية (3300 ميل/ساعة) (10000 × C / (2 × 10^9)). ويمكن حساب السرعة الحقيقية للأجسام التي تتحرك بسرعة أقل من 45000 متر/ثانية إذا سمح مرشح تمرير النطاق بمرور الإشارة (1500 / 0.033).   

تتميز ترددات النبضات المتوسطة بمشاكل فريدة تتعلق بتذبذب الرادار ، مما يتطلب مخططات كشف زائدة.

 تُعرف الأنظمة التي تستخدم تردد تكرار النبضات أعلى من 30 كيلو هرتز باسم رادار الموجة المستمرة المتقطعة (ICW) لأنه يمكن قياس السرعة المباشرة حتى 4.5  كم/ث في النطاق L ، ولكن دقة تحديد المدى تصبح أكثر صعوبة.

يقتصر معدل تكرار النبضات العالي على الأنظمة التي تتطلب أداءً قريبًا، مثل الصمامات التقاربية ورادارات إنفاذ القانون .

على سبيل المثال، إذا تم أخذ 30 عينة خلال فترة السكون بين نبضات الإرسال باستخدام  معدل تكرار نبضات يبلغ 30 كيلوهرتز، فإنه يمكن تحديد المدى الحقيقي بحد أقصى 150  كيلومترًا باستخدام عينات مدتها 1 ميكروثانية (30 × C / 30,000  كم/ث). قد يكون من الممكن رصد العواكس التي تقع خارج هذا المدى، ولكن لا يمكن تحديد المدى الحقيقي لها.

${\displaystyle {\text{150 km}}={\frac {30\times C}{2\times 30,000}}}$

${\displaystyle {\text{4,500 m/s}}={\frac {30,000\times C}{2\times 10^{9}}}}$

يصبح من الصعب بشكل متزايد أخذ عينات متعددة بين نبضات الإرسال عند ترددات النبض هذه، لذا فإن قياسات المدى تقتصر على مسافات قصيرة. ^{[ 3 ]}

تعمل أنظمة السونار بشكل مشابه للرادار، باستثناء أن الوسط المستخدم هو سائل أو هواء، وتردد الإشارة إما صوتي أو فوق صوتي. وكما هو الحال في الرادار، تنتشر الترددات المنخفضة بطاقات أعلى نسبيًا لمسافات أطول مع قدرة تمييز أقل. أما الترددات العالية، التي تتلاشى بسرعة أكبر، فتُوفر دقة أعلى للأجسام القريبة.

تنتشر الإشارات بسرعة الصوت في الوسط (الماء في أغلب الأحيان)، ويعتمد معدل تكرار النبضات الأقصى على حجم الجسم المراد فحصه. على سبيل المثال، تبلغ سرعة الصوت في الماء 1497  مترًا في الثانية، ويبلغ سمك جسم الإنسان حوالي 0.5 متر، لذا يجب أن يكون معدل تكرار النبضات لصور الموجات فوق الصوتية لجسم الإنسان أقل من 2  كيلوهرتز تقريبًا (1497/0.5).

كمثال آخر، يبلغ عمق المحيط حوالي  كيلومترين، لذا يستغرق الصوت أكثر من ثانية للعودة من قاع البحر. ولهذا السبب، تُعدّ تقنية السونار بطيئة للغاية، وتتميز بانخفاض معدل تكرار النبضات.

يمكن استخدام الموجات الضوئية كترددات رادار، وفي هذه الحالة يُعرف النظام باسم "ليدار". وهو اختصار لعبارة "الكشف الضوئي وتحديد المدى"، على غرار المعنى الأصلي للاختصار "رادار" الذي كان يعني "الكشف الراديوي وتحديد المدى". وقد أصبح كلا المصطلحين شائع الاستخدام في اللغة الإنجليزية، وبالتالي فهما اختصاران وليسا اختصارين.

تعمل أجهزة قياس المدى بالليزر أو غيرها من أجهزة قياس المدى بترددات إشارات الضوء تمامًا مثل الرادار ولكن بترددات أعلى بكثير. ويُستخدم الكشف الضوئي غير الليزري على نطاق واسع في أنظمة التحكم الآلي للآلات (مثل الخلايا الكهروضوئية التي تتحكم في باب المرآب، وبوابات فرز السيور الناقلة، وما إلى ذلك)، أما تلك التي تستخدم الكشف عن معدل النبضات وقياس المدى فهي في جوهرها نفس نوع نظام الرادار - بدون ميزات واجهة المستخدم.

على عكس ترددات إشارات الراديو المنخفضة، فإن الضوء لا ينحني حول منحنى الأرض أو ينعكس عن الغلاف الأيوني مثل إشارات رادار البحث في النطاق C، وبالتالي فإن تقنية الليدار مفيدة فقط في تطبيقات خط البصر مثل أنظمة الرادار ذات الترددات العالية.