خصائص إشارة الرادار

يستخدم نظام الرادار إشارة كهرومغناطيسية بترددات الراديو تنعكس من الهدف لتحديد معلومات عنه. وفي أي نظام رادار ، ستُظهر الإشارة المرسلة والمستقبلة العديد من الخصائص الموضحة أدناه.

في المجال الزمني

يوضح الرسم البياني أدناه خصائص الإشارة المرسلة في المجال الزمني. لاحظ أنه في هذا الرسم البياني، وفي جميع الرسوم البيانية الواردة في هذه المقالة، تم تكبير المحور السيني لتوضيح الشرح.

الناقل

سلسلة نبضات الرادار
سلسلة نبضات الرادار

الإشارة الحاملة هي إشارة ترددات لاسلكية ، عادةً بترددات الميكروويف، والتي تُعدّل عادةً (ولكن ليس دائمًا) لتمكين النظام من التقاط البيانات المطلوبة. في رادارات تحديد المدى البسيطة، تُعدّل الإشارة الحاملة بنبضات، بينما في أنظمة الموجات المستمرة ، مثل رادار دوبلر ، قد لا يكون التعديل ضروريًا. تستخدم معظم الأنظمة تعديل النبضات ، مع أو بدون إشارات تعديل إضافية. تجدر الإشارة إلى أنه في تعديل النبضات، تُشغّل الإشارة الحاملة وتُطفأ ببساطة بالتزامن مع النبضات؛ لا يوجد شكل موجة التعديل فعليًا في الإشارة المرسلة، ويُستخرج غلاف شكل موجة النبضة من الإشارة الحاملة المُعدّلة في جهاز الاستقبال. على الرغم من وضوح هذه النقطة عند شرحها، إلا أنها غالبًا ما تُغفل عند دراسة إرسال النبضات لأول مرة، مما يؤدي إلى سوء فهم طبيعة الإشارة.

عرض النبضة

عرض النبضة (τ{\displaystyle \tau }مدة النبضة (أو مدة النبضة) للإشارة المرسلة هي الزمن الذي تستغرقه كل نبضة، ويُقاس عادةً بالمايكروثانية. إذا لم تكن النبضة موجة مربعة مثالية ، يُقاس الزمن عادةً بين مستويي الطاقة 50% للحافتين الصاعدة والهابطة للنبضة.

يجب أن يكون عرض النبضة كافيًا لضمان انبعاث طاقة كافية من الرادار بحيث يمكن لجهاز الاستقبال رصد النبضة المنعكسة. وتعتمد كمية الطاقة التي يمكن إيصالها إلى هدف بعيد على عاملين: ذروة قدرة خرج جهاز الإرسال، ومدة الإرسال. لذا، يُحدد عرض النبضة أقصى مدى للكشف عن الهدف.

يُقيّد عرض النبضة أيضًا قدرة الرادار على التمييز بين الأهداف المتقاربة، أي قدرته على التمييز بين هدفين متقاربين. عند أي مسافة، وبزوايا سمت وارتفاع متشابهة، وعند رصدها بواسطة رادار ذي نبضة غير مُعدّلة، تكون دقة تحديد المدى مساوية تقريبًا لنصف مدة النبضة مضروبة في سرعة الضوء (حوالي 300 متر لكل ميكروثانية).

صدى الرادار، الذي يُظهر تمثيلًا للحامل
صدى الرادار، الذي يُظهر تمثيلًا للحامل

يُحدد عرض النبضة أيضًا منطقة التوقف للرادار عند المسافات القريبة. أثناء تشغيل جهاز إرسال الرادار، يتم تعطيل مدخل جهاز الاستقبال لتجنب تشبع المُضخّمات أو (وهو الأرجح) تلفها. تُظهر عملية حسابية بسيطة أن صدى الرادار يستغرق حوالي 10.8  ميكروثانية للعودة من هدف يبعد ميلًا أرضيًا واحدًا (بدءًا من الحافة الأمامية لنبضة جهاز الإرسال ( T0 )، والمعروفة أحيانًا باسم " النبضة الرئيسية"). ولتسهيل الأمر، يمكن التعبير عن هذه الأرقام أيضًا على أنها ميل بحري واحد في 12.4  ميكروثانية أو كيلومتر واحد في 6.7  ميكروثانية. (لتبسيط الأمر، ستُستخدم الأرقام المترية في جميع المناقشات اللاحقة). إذا كان عرض نبضة الرادار 1  ميكروثانية، فلن يكون هناك إمكانية لرصد الأهداف الأقرب من حوالي 150  مترًا، لأن جهاز الاستقبال يكون معطلًا.

كل هذا يعني أن المصمم لا يستطيع ببساطة زيادة عرض النبضة للحصول على مدى أوسع دون التأثير على عوامل الأداء الأخرى. وكما هو الحال مع كل شيء آخر في نظام الرادار، لا بد من إجراء بعض التعديلات على تصميم نظام الرادار لتوفير الأداء الأمثل لدوره.

تردد تكرار النبض (PRF)

لتكوين صدى واضح، تُصدر معظم أنظمة الرادار نبضات بشكل مستمر، ويُحدد معدل تكرار هذه النبضات وفقًا لدور النظام. وبالتالي، يظهر صدى الهدف على الشاشة أو يُدمج في معالج الإشارة مع كل نبضة جديدة، مما يُعزز الصدى ويُسهل عملية الكشف. كلما زاد معدل تكرار النبضات، زاد وضوح الهدف. مع ذلك، كلما زاد معدل تكرار النبضات، قلّ مدى قدرة الرادار على الرؤية. لذا، يسعى مصممو الرادارات إلى استخدام أعلى معدل تكرار نبضات ممكن يتناسب مع العوامل الأخرى التي تُقيده، كما هو موضح أدناه.

هناك جانبان آخران متعلقان بتردد تكرار النبضات (PRF) يجب على المصمم مراعاتهما بدقة بالغة؛ خصائص عرض حزمة الهوائي، والدورية المطلوبة التي يجب أن يمسح بها الرادار مجال الرؤية. الرادار ذو عرض حزمة أفقية 1° والذي يمسح الأفق بالكامل بزاوية 360° كل ثانيتين بتردد تكرار نبضات 1080  هرتز، سيشع 6 نبضات على كل قوس 1°. إذا كان جهاز الاستقبال يحتاج إلى 12 نبضة منعكسة على الأقل بسعات متقاربة لتحقيق احتمال كشف مقبول، فإن أمام المصمم ثلاثة خيارات: مضاعفة تردد تكرار النبضات، أو تقليل سرعة المسح إلى النصف، أو مضاعفة عرض الحزمة. في الواقع، تُستخدم الخيارات الثلاثة جميعها بدرجات متفاوتة؛ فتصميم الرادار قائم على إيجاد حلول وسط بين متطلبات متضاربة.

PRF متداخل

معدل تكرار النبضات المتداخل هو عملية إرسال تتغير فيها الفترة الزمنية بين عمليات الاستجواب من الرادار بشكل طفيف، بنمط متكرر يسهل تمييزه. يسمح تغيير تردد التكرار للرادار، نبضةً بنبضة، بالتمييز بين الإشارات المرتدة من إرساله الخاص والإشارات المرتدة من أنظمة رادار أخرى لها نفس معدل تكرار النبضات وتردد راديوي مشابه. لنفترض رادارًا بفترة زمنية ثابتة بين النبضات؛ تظهر انعكاسات الهدف على مدى ثابت نسبيًا مرتبط بزمن انتقال النبضة. في طيف الراديو المزدحم للغاية اليوم، قد يستقبل جهاز الاستقبال العديد من النبضات الأخرى، إما مباشرة من المرسل أو كانعكاسات من مصادر أخرى. ولأن "المسافة" الظاهرية لهذه النبضات تُحدد بقياس زمنها بالنسبة لآخر نبضة أرسلها رادارنا، فقد تظهر نبضات التشويش هذه على أي مسافة ظاهرية. عندما يكون معدل تكرار النبضات لرادار التشويش مشابهًا جدًا لرادارنا، قد تتغير هذه المسافات الظاهرية ببطء شديد، تمامًا مثل الأهداف الحقيقية. باستخدام التداخل، يمكن لمصمم الرادار إجبار "التشويش" على القفز بشكل غير منتظم في المدى الظاهري، مما يعيق التكامل ويقلل أو حتى يقمع تأثيره على اكتشاف الهدف الحقيقي.

بدون تقنية تردد النبضات المتداخل، قد تبدو أي نبضات صادرة من رادار آخر على نفس التردد الراديوي ثابتة زمنيًا، ما قد يؤدي إلى الخلط بينها وبين انعكاسات من إرسال الرادار نفسه. أما مع تقنية تردد النبضات المتداخل، فتظهر أهداف الرادار ثابتة في مداها بالنسبة لنبضة الإرسال، بينما قد تتحرك أصداء التشويش في نطاق ظاهري غير مترابط، ما يدفع جهاز الاستقبال إلى رفضها. تُعد تقنية تردد النبضات المتداخل واحدة من عدة تقنيات مماثلة تُستخدم لهذا الغرض، بما في ذلك تقنية تردد النبضات المتذبذب (حيث يتغير توقيت النبضة بطريقة أقل قابلية للتنبؤ)، وتعديل تردد النبضات ، والعديد من التقنيات الأخرى المشابهة التي يهدف استخدامها الرئيسي إلى تقليل احتمالية التزامن غير المقصود. تُستخدم هذه التقنيات على نطاق واسع في رادارات السلامة والملاحة البحرية، وهي الرادارات الأكثر انتشارًا على كوكب الأرض اليوم.

فوضى

يشير مصطلح التشويش إلى أصداء الترددات الراديوية (RF) المرتدة من أهداف غير مهمة لمشغلي الرادار. تشمل هذه الأهداف أجسامًا طبيعية مثل الأرض والبحر والهطول (مثل المطر والثلج والبرد) والعواصف الرملية والحيوانات (وخاصة الطيور) والاضطرابات الجوية وغيرها من التأثيرات الجوية، مثل انعكاسات الأيونوسفير وآثار النيازك وارتفاعات تشتت الأجسام الثلاثة . قد ينعكس التشويش أيضًا من أجسام من صنع الإنسان مثل المباني، وقد ينتج عمدًا عن إجراءات مضادة للرادار مثل الرقائق المعدنية .

قد ينتج بعض التشويش أيضًا عن وجود موجه رادار طويل بين جهاز الإرسال والاستقبال الراداري والهوائي. في رادار مؤشر الموقع المستوي (PPI) النموذجي ذي الهوائي الدوار، يظهر هذا عادةً على شكل "شمس" أو "شعاع شمسي" في مركز الشاشة، حيث يستجيب جهاز الاستقبال لأصداء جزيئات الغبار وموجات الراديو المضللة في الموجه. يؤدي ضبط التوقيت بين إرسال النبضة من جهاز الإرسال وتفعيل مرحلة الاستقبال عمومًا إلى تقليل الشعاع الشمسي دون التأثير على دقة المدى، لأن معظم الشعاع الشمسي ينتج عن نبضة إرسال منتشرة تنعكس قبل مغادرتها الهوائي. يُعتبر التشويش مصدر تداخل سلبي، لأنه يظهر فقط استجابةً لإشارات الرادار المرسلة.

يتم الكشف عن التشويش وتحييده بعدة طرق. يميل التشويش إلى الظهور ثابتًا بين عمليات مسح الرادار؛ وفي أصداء المسح اللاحقة، ستظهر الأهداف المرغوبة وكأنها تتحرك، ويمكن إزالة جميع الأصداء الثابتة. يمكن تقليل تشويش البحر باستخدام الاستقطاب الأفقي، بينما يُقلل تشويش المطر باستخدام الاستقطاب الدائري (مع ملاحظة أن رادارات الأرصاد الجوية تسعى إلى عكس ذلك، ولذلك تستخدم الاستقطاب الخطي للكشف عن الهطول). وتحاول طرق أخرى زيادة نسبة الإشارة إلى التشويش.

الفوضى إما أن تتحرك مع الريح أو تبقى ثابتة. ومن الاستراتيجيات الشائعة لتحسين القياس أو الأداء في بيئة مليئة بالفوضى ما يلي:

  • مؤشر الهدف المتحرك ، الذي يدمج النبضات المتتالية و
  • معالجة دوبلر، التي تستخدم المرشحات لفصل التشويش عن الإشارات المرغوبة.

تُعدّ تقنية رادار دوبلر النبضي المزودة بخاصية الرصد/الإسقاط من أكثر تقنيات الحدّ من التشويش فعالية . يفصل رادار دوبلر التشويش الناتج عن الطائرات والمركبات الفضائية باستخدام طيف التردد ، ما يسمح بفصل الإشارات الفردية من عدة عاكسات موجودة في نفس الحجم باستخدام فروق السرعة. يتطلب هذا وجود جهاز إرسال متماسك. وهناك تقنية أخرى تستخدم مؤشر الهدف المتحرك ، حيث تُطرح إشارة الاستقبال من نبضتين متتاليتين باستخدام الطور لتقليل الإشارات من الأجسام بطيئة الحركة. يمكن تكييف هذه التقنية مع الأنظمة التي تفتقر إلى جهاز إرسال متماسك، مثل رادار سعة النبض في المجال الزمني .

معدل الإنذار الكاذب الثابت ، وهو أحد أشكال التحكم التلقائي في الكسب (AGC)، طريقة تعتمد على ارتدادات التشويش التي تفوق بكثير أصداء الأهداف المراد رصدها. يتم ضبط كسب جهاز الاستقبال تلقائيًا للحفاظ على مستوى ثابت من التشويش المرئي الإجمالي. ورغم أن هذا لا يساعد في اكتشاف الأهداف المحجوبة بتشويش محيطي أقوى، إلا أنه يساعد في تمييز مصادر الأهداف القوية. في الماضي، كان التحكم التلقائي في كسب الرادار يتم إلكترونيًا، وكان يؤثر على كسب جهاز الاستقبال الراداري بأكمله. ومع تطور أجهزة الرادار، أصبح التحكم التلقائي في الكسب يتم بواسطة برامج حاسوبية، وأصبح يؤثر على الكسب بدقة أكبر في خلايا الكشف المحددة.

تتسبب أصداء الرادار متعددة المسارات من الهدف في ظهور أشباح.

قد ينشأ التشويش أيضًا من أصداء متعددة المسارات من أهداف صحيحة، نتيجةً لانعكاسات أرضية، أو توجيهات جوية ، أو انعكاس / انكسار أيوني (مثل الانتشار الشاذ ). يُعدّ هذا النوع من التشويش مزعجًا للغاية، إذ يبدو وكأنه يتحرك ويتصرف كأي هدف عادي (نقطي) آخر. في سيناريو نموذجي، ينعكس صدى طائرة من الأرض، فيظهر للمستقبل كهدف مطابق أسفل الهدف الصحيح. قد يحاول الرادار توحيد الأهداف، فيُبلغ عن الهدف على ارتفاع غير صحيح، أو يحذفه بناءً على اهتزاز أو استحالة فيزيائية. يستغل التشويش الناتج عن ارتداد التضاريس هذه الاستجابة بتضخيم إشارة الرادار وتوجيهها نحو الأسفل. [ 1 ] يمكن التغلب على هذه المشاكل بإضافة خريطة أرضية لمحيط الرادار، وحذف جميع الأصداء التي تبدو وكأنها تنشأ تحت الأرض أو فوق ارتفاع معين. يمكن تحسين أداء الرادار أحادي النبضة بتعديل خوارزمية الارتفاع المستخدمة عند الارتفاعات المنخفضة. في معدات رادار مراقبة الحركة الجوية الأحدث، تُستخدم الخوارزميات لتحديد الأهداف الخاطئة من خلال مقارنة نبضات العودة الحالية بتلك المجاورة، بالإضافة إلى حساب احتمالات العودة.

التحكم الزمني بالحساسية (STC)

تُستخدم تقنية STC لتجنب تشبع جهاز الاستقبال بالتشويش الأرضي القريب، وذلك عن طريق ضبط توهين جهاز الاستقبال تبعًا للمسافة. يتم تطبيق توهين أكبر على الإشارات المرتدة القريبة، ويقل مع زيادة المدى.

نطاق لا لبس فيه

PRF واحد
أصداء الرادار
أصداء الرادار

في الأنظمة البسيطة، يجب رصد ومعالجة أصداء الأهداف قبل إرسال النبضة التالية لتجنب غموض المدى. يحدث غموض المدى عندما يكون زمن عودة الصدى من الهدف أكبر من فترة تكرار النبضة (T). فإذا كانت الفترة بين النبضات المرسلة 1000 ميكروثانية، وكان زمن عودة النبضة من هدف بعيد 1200 ميكروثانية، فإن المسافة الظاهرية للهدف لا تتجاوز 200 ميكروثانية. باختصار، تظهر هذه "الأصداء الثانية" على الشاشة وكأنها أهداف أقرب مما هي عليه في الواقع.

لنأخذ المثال التالي  : إذا كان هوائي الرادار يقع على ارتفاع 15 مترًا تقريبًا فوق مستوى سطح البحر، فإن المسافة إلى الأفق تكون قريبة جدًا (ربما 15  كيلومترًا). لا يمكن رصد الأهداف الأرضية الأبعد من هذا المدى، لذا قد يكون معدل تكرار النبضات (PRF) مرتفعًا جدًا؛ فالرادار ذو معدل تكرار نبضات 7.5  كيلوهرتز سيرسل أصداءً مبهمة من أهداف على بُعد 20  كيلومترًا تقريبًا، أو ما وراء الأفق. أما إذا تضاعف معدل تكرار النبضات إلى 15  كيلوهرتز، فإن المدى المبهم سيتقلص إلى 10  كيلومترات، ولن تظهر الأهداف التي تتجاوز هذا المدى على الشاشة إلا بعد أن يُرسل جهاز الإرسال نبضة أخرى.  سيظهر هدف على بُعد 12 كيلومترًا وكأنه على  بُعد كيلومترين، على الرغم من أن قوة الصدى قد تكون أقل بكثير من قوة الصدى الصادر من هدف حقيقي على بُعد كيلومترين  .

يتناسب المدى الأقصى غير المبهم عكسيًا مع معدل تكرار النبضات (PRF) ويُعطى بالصيغة التالية:

يتراوحأقصى قدر من الوضوح=(ج2PRF){\displaystyle {\text{Range}}_{\text{max unambiguous}}=\left({\frac {c}{2\,PRF}}\right)}

حيث c هي سرعة الضوء . إذا تطلب الأمر مدىً أطول وأكثر دقةً مع هذا النظام البسيط، فستكون هناك حاجة إلى معدلات تكرار نبضات أقل، وكان من الشائع جدًا أن تحتوي رادارات البحث المبكرة على معدلات تكرار نبضات منخفضة تصل إلى بضع مئات من الهرتز، مما يمنح مدىً دقيقًا يتجاوز 150  كيلومترًا. ومع ذلك، فإن انخفاض معدلات تكرار النبضات يُسبب مشاكل أخرى، بما في ذلك ضعف تحديد الهدف وعدم وضوح السرعة في أنظمة دوبلر النبضية (انظر أدناه ).

ترددات PRF متعددة

تستخدم الرادارات الحديثة، وخاصة رادارات القتال الجوي في الطائرات العسكرية، ترددات نبضية تتراوح بين عشرات ومئات الكيلوهرتز، مع تفاوت في الفاصل الزمني بين النبضات لتحديد المدى بدقة. في هذا النوع من الترددات المتفاوتة، تُرسل حزمة من النبضات بفاصل زمني ثابت، ثم تُرسل حزمة أخرى بفاصل زمني مختلف قليلاً. تظهر انعكاسات الهدف عند مدى مختلف لكل حزمة ؛ تُجمع هذه الفروقات، ثم تُطبق تقنيات حسابية بسيطة لتحديد المدى الحقيقي. قد تستخدم هذه الرادارات أنماطًا متكررة من الحزم ، أو حزمًا أكثر مرونة تستجيب لسلوك الهدف الظاهر. على أي حال، تتميز الرادارات التي تستخدم هذه التقنية بتماسكها العالمي ، وترددها الراديوي المستقر للغاية، كما يمكن استخدام حزم النبضات لقياس إزاحة دوبلر (تعديل يعتمد على السرعة للتردد الراديوي الظاهري)، خاصةً عندما تكون ترددات النبضات في نطاق مئات الكيلوهرتز. تقوم أجهزة الرادار التي تستغل تأثيرات دوبلر بهذه الطريقة عادةً بتحديد السرعة النسبية أولاً، من تأثير دوبلر، ثم تستخدم تقنيات أخرى لاستنتاج مسافة الهدف.

أقصى مدى لا لبس فيه

في أبسط صورها، يمكن حساب أقصى مدى غير مبهم (MUR) لتسلسل نبضات متداخلة باستخدام إجمالي فترة التسلسل (TSP). يُعرَّف إجمالي فترة التسلسل بأنه إجمالي الوقت اللازم لتكرار نمط النبضات. ويمكن إيجاده بجمع جميع عناصر التسلسل المتداخل. وتُشتق الصيغة من سرعة الضوء وطول التسلسل .

ميوR=(ج*0.5*تيSP){\displaystyle MUR=\left(c*0.5*TSP\right)}

حيث c هي سرعة الضوء ، وعادةً ما تُقاس بالأمتار لكل ميكروثانية، وTSP هو مجموع جميع مواضع التسلسل المتداخل، وعادةً ما يُقاس بالميكروثانية. مع ذلك، في التسلسل المتداخل، قد تتكرر بعض الفترات عدة مرات؛ وعند حدوث ذلك، يكون من الأنسب اعتبار TSP مجموع جميع الفترات الفريدة في التسلسل.

كذلك، يجدر التذكير بوجود اختلافات شاسعة بين معدل الانعكاس الأقصى (MUR) والمدى الأقصى (المدى الذي تصبح عنده الانعكاسات ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن رصدها)، وأن المدى الأقصى المُجهز قد يكون أقصر بكثير من كليهما. فعلى سبيل المثال، قد يمتلك رادار بحري مدني نطاقات عرض قصوى مُجهزة قابلة للتحديد من قِبل المستخدم ، تبلغ 72 أو 96 أو نادرًا 120 ميلًا بحريًا، وفقًا للقانون الدولي، لكن مداه الأقصى غير الملتبس يتجاوز 40,000 ميل بحري، بينما قد يصل مداه الأقصى للكشف إلى 150 ميلًا بحريًا. وعند ملاحظة هذه التباينات الكبيرة، يتضح أن الغرض الأساسي من تردد النبضات المتداخل (PRF) هو الحد من التشويش، وليس زيادة قدرات المدى غير الملتبس.

في مجال التردد

تظهر رادارات الموجة المستمرة النقية كخط واحد على شاشة محلل الطيف ، وعند تعديلها بإشارات جيبية أخرى، لا يختلف الطيف كثيرًا عن الطيف الناتج عن أنظمة التعديل التناظرية القياسية المستخدمة في أنظمة الاتصالات، مثل تعديل التردد ، ويتكون من الموجة الحاملة بالإضافة إلى عدد قليل نسبيًا من النطاقات الجانبية . أما عند تعديل إشارة الرادار بسلسلة نبضات كما هو موضح أعلاه، يصبح الطيف أكثر تعقيدًا وأصعب بكثير في تصوره.

طيف تردد الإرسال الراداري الأساسي
طيف رادار دوبلر ثلاثي الأبعاد يُظهر رمز باركر بقيمة 13

يُظهر تحليل فورييه الأساسي أن أي إشارة مركبة متكررة تتكون من عدد من الموجات الجيبية المترابطة توافقيًا . سلسلة نبضات الرادار هي شكل من أشكال الموجة المربعة ، ويتكون شكلها النقي من التردد الأساسي بالإضافة إلى جميع التوافقيات الفردية. يعتمد التركيب الدقيق لسلسلة النبضات على عرض النبضة ومعدل تكرار النبضات، ولكن يمكن استخدام التحليل الرياضي لحساب جميع الترددات في الطيف. عند استخدام سلسلة النبضات لتعديل حامل الرادار، نحصل على الطيف النموذجي الموضح على اليسار.

يُظهر فحص هذا الطيف الاستجابي أنه يحتوي على بنيتين أساسيتين: البنية الخشنة (القمم أو "الفصوص" في الرسم البياني على اليسار)، والبنية الدقيقة التي تحتوي على مكونات التردد الفردية كما هو موضح أدناه. ويُعطى غلاف الفصوص في البنية الخشنة بالصيغة التالية:1πو{\displaystyle {\frac {1}{\pi \,f}}}.

لاحظ أن عرض النبضة (τ{\displaystyle \,\tau }يحدد تباعد الفصوص. يؤدي عرض النبضات الأصغر إلى فصوص أوسع وبالتالي نطاق ترددي أكبر.

طيف التردد الدقيق لانتقال الرادار

يُظهر فحص الاستجابة الطيفية بتفصيل أدق، كما هو موضح على اليمين، أن البنية الدقيقة تحتوي على خطوط فردية أو ترددات موضعية. وتُعطى صيغة البنية الدقيقة بالصيغة التالية:شمالتي{\displaystyle {\frac {N}{T}}}وبما أن دورة معدل تكرار النبضات (T) تظهر في أسفل معادلة الطيف الدقيق، فسيقل عدد الخطوط عند استخدام معدلات تكرار نبضات أعلى. تؤثر هذه الحقائق على القرارات التي يتخذها مصممو الرادارات عند النظر في المفاضلات اللازمة للتغلب على الغموض الذي يؤثر على إشارات الرادار.

تحليل نبض القلب

إذا كانت أزمنة صعود وهبوط نبضات التضمين معدومة (أي أن حواف النبضة حادة للغاية)، فإن النطاقات الجانبية ستكون كما هو موضح في المخططات الطيفية أعلاه. قد يكون عرض النطاق الترددي المستهلك في هذا الإرسال هائلاً، وتتوزع الطاقة الإجمالية المرسلة على مئات الخطوط الطيفية. يُعد هذا مصدرًا محتملاً للتداخل مع أي جهاز آخر، كما أن العيوب المعتمدة على التردد في سلسلة الإرسال تعني أن جزءًا من هذه الطاقة لا يصل أبدًا إلى الهوائي. من الناحية العملية، من المستحيل تحقيق مثل هذه الحواف الحادة، لذا تحتوي النطاقات الجانبية في الأنظمة العملية على عدد أقل بكثير من الخطوط مقارنةً بالنظام المثالي. إذا أمكن حصر عرض النطاق الترددي ليشمل عددًا قليلاً نسبيًا من النطاقات الجانبية، عن طريق خفض حواف النبضة عمدًا، يُمكن تحقيق نظام فعال بأقل قدر من التداخل المحتمل مع المعدات المجاورة. مع ذلك، فإن المقابل لذلك هو أن الحواف البطيئة تُضعف دقة تحديد المدى. كانت أجهزة الرادار المبكرة تحدّ من عرض النطاق الترددي عبر الترشيح في سلسلة الإرسال، مثل الموجه الضوئي والماسح الضوئي، إلا أن الأداء كان متقطعًا، حيث كانت الإشارات غير المرغوب فيها تخترق الترددات البعيدة، وكانت حواف النبضة المستعادة غير محددة. ويُظهر فحص طيف الرادار الأساسي الموضح أعلاه أن المعلومات الموجودة في فصوص الطيف الخشن المختلفة مطابقة لتلك الموجودة في الفص الرئيسي ، لذا فإن تقييد عرض نطاق الإرسال والاستقبال إلى هذا الحد يوفر فوائد كبيرة من حيث الكفاءة وتقليل التشويش.

طيف تردد الإرسال الراداري لملف نبضة شبه منحرف

أدت التطورات الحديثة في تقنيات معالجة الإشارات إلى زيادة شيوع استخدام تشكيل النبضات. فمن خلال تشكيل غلاف النبضة قبل تطبيقها على جهاز الإرسال، مثلاً باستخدام قانون جيب التمام أو شكل شبه منحرف، يمكن تحديد عرض النطاق الترددي عند المصدر، مع تقليل الاعتماد على الترشيح. وعند دمج هذه التقنية مع ضغط النبضات ، يمكن تحقيق توازن جيد بين الكفاءة والأداء ودقة المدى. يوضح الرسم البياني على اليسار تأثير اعتماد شكل نبضة شبه منحرف على الطيف. ويتضح انخفاض الطاقة في النطاقات الجانبية بشكل ملحوظ مقارنةً بالفص الرئيسي، وزيادة سعة الفص الرئيسي.

طيف تردد الإرسال الراداري لملف نبضة جيب التمام

وبالمثل، فإن استخدام شكل نبضة جيب التمام له تأثير أكثر وضوحًا، حيث يصبح اتساع الفصوص الجانبية ضئيلاً للغاية. ويزداد اتساع الفص الرئيسي مرة أخرى، بينما تنخفض الفصوص الجانبية تبعًا لذلك، مما يُحسّن الأداء بشكل ملحوظ.

هناك العديد من الملفات التعريفية الأخرى التي يمكن اعتمادها لتحسين أداء النظام، ولكن بشكل عام توفر ملفات تعريف جيب التمام وشبه المنحرف حلاً وسطًا جيدًا بين الكفاءة والدقة، وبالتالي تميل إلى أن تكون الأكثر استخدامًا.

سرعة لا لبس فيها

طيف دوبلر. لم يتم تحديد الوحدات عمداً (ولكن يمكن أن تكون ديسيبل ميكروثانية وميغاهرتز على سبيل المثال).

لا تُمثل هذه المشكلة سوى مشكلة خاصة بنوع معين من الأنظمة، وهو رادار دوبلر النبضي ، الذي يستخدم تأثير دوبلر لتحديد السرعة من التغير الظاهري في التردد الناتج عن الأهداف ذات السرعات الشعاعية الصافية مقارنةً بجهاز الرادار. ويُظهر فحص الطيف الناتج عن جهاز إرسال نبضي، كما هو موضح أعلاه، أن كل نطاق جانبي (سواءً كان خشنًا أو دقيقًا) سيخضع لتأثير دوبلر، وهو سبب وجيه آخر للحد من عرض النطاق الترددي وتعقيد الطيف من خلال تحليل خصائص النبضات.

لاحظ الانزياح الإيجابي الناتج عن اقتراب الهدف في الرسم البياني، والذي تم تبسيطه بشكل كبير للتوضيح. يتضح أنه مع ازدياد السرعة النسبية، ستصل إلى نقطة تُخفى عندها الخطوط الطيفية التي تُشكل الصدى أو تُشوه بواسطة النطاق الجانبي التالي للموجة الحاملة المُعدلة. يُمكن حل هذا الغموض عن طريق إرسال حزم نبضية متعددة بقيم تردد تكرار نبضي مختلفة، مثل الترددات المتداخلة، حيث تُؤدي كل قيمة جديدة لتردد التكرار النبضي إلى موضع جديد للنطاق الجانبي، مما يكشف السرعة للمستقبل. تُعطى أقصى سرعة للهدف دون لبس بالمعادلة التالية:

±جPRF4و{\displaystyle \pm {\frac {c\,PRF}{4\,f}}}

معايير النظام النموذجية

مع الأخذ في الاعتبار جميع الخصائص المذكورة أعلاه، تُفرض قيود معينة على مصمم الرادار. على سبيل المثال، نظام  بتردد حامل 3 جيجاهرتز وعرض نبضة 1  ميكروثانية، سيكون له دورة حاملة تبلغ حوالي 333  بيكوثانية. تحتوي كل نبضة مُرسلة على حوالي 3000 دورة حاملة، وستكون قيم غموض السرعة والمدى لهذا النظام كما يلي:

PRFغموض السرعةغموض النطاق
منخفض (2  كيلو هرتز)50  م/ث75  كم
متوسط ​​(12  كيلو هرتز)300  م/ث12.5  كم
عالي (200  كيلو هرتز)5000  م/ث750  متر

انظر أيضاً

مراجع

  1. ستراسر، نانسي سي. "التحقيق في التدابير الإلكترونية المضادة لارتداد التضاريس" . مركز معلومات تكنولوجيا الدفاع. مؤرشف من الأصل في 30 نوفمبر 2012.
  • أنظمة الرادار الحديثة بقلم هاميش ميكل ( ISBN) 0-86341-172-X)
  • تقنيات وأنظمة الرادار المتقدمة، من تحرير غاسباري غالاتي ( ISBN) 1-58053-294-2)