Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych
Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych
Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
W przypadku wykorzystania nadajnika stacji radiowej FM<br />
mamy do czynienia z sygnałem zupełnie odmiennym od<br />
dwóch pozostałych. Po pierwsze jest to sygnał całkowicie nieprzewidywalny.<br />
Po drugie, jak wynika z podanych w powyższej<br />
tabeli typowych wartości liczbowych, czas t i (w tym<br />
przypadku t i trudno nazywać czasem trwania impulsu, natomiast<br />
jest to czas integracji echa, więc sam symbol t i zachowuje<br />
swoją literową logikę) jest bardzo długi w stosunku do<br />
oczekiwanej maksymalnej odległości echa. Zwraca uwagę<br />
duży zysk przetwarzania, który w tym przypadku jest osiągany<br />
za cenę właśnie bardzo długiego czasu integracji - o kilka rzędów<br />
wielkości dłuższego niż w zwykłych radarach aktywnych.<br />
Długi czas integracji i wysoki zysk przetwarzania w PCL<br />
są niezbędne, aby skompensować różne braki stacji radiowej<br />
jako nadajnika: stosunkowo niska moc najczęściej dostępnych<br />
nadajników, mały zysk anteny stacji nadawczej, która<br />
musi emitować energię dookoła, ale także podobnie mały<br />
zysk anteny odbiorczej. Jedynym sposobem uzyskania sensownego<br />
zasięgu wykrywania jest odpowiednio wysoki zysk<br />
przetwarzania. Szerokość pasma stacji FM też nie jest imponująca.<br />
Teoretycznie przynależne stacji z modulacją FM<br />
pasmo ok. 150 kHz jest zwykle wykorzystane w nie więcej niż<br />
50%, co wynika z treści większości nadawanych programów<br />
radiowych. Aby zapewnić wymagany zysk przetwarzania, pozostaje<br />
tylko odpowiednie wydłużenie czasu integracji. Pozostawmy<br />
jednak na razie problematykę zasięgu radarów<br />
PCL, zanim do końca nie wyjaśni się, jak one działają. Dotychczas<br />
wyjaśniło się zaledwie tyle, że echo całkowicie przypadkowego<br />
sygnału „okazyjnego” nadajnika można wykryć<br />
pośród innych sygnałów przez poddanie go procesowi korelacji.<br />
Teraz należałoby pokazać, jak w naprawdę działa radar<br />
PCL, ale jeszcze wcześniej trzeba uściślić podstawowe pojęcia<br />
stosowane w radiolokacji.<br />
azymutalnym. Te przykładowe obiekty zostaną wykorzystane<br />
do ważnych wywodów w dalszej części artykułu. Tymczasem<br />
z tego rysunku wynikają już dwie istotne obserwacje.<br />
Pierwsza jest taka, że w radarze PCL (a szerzej - w radarze<br />
bistatycznym) nie ma praktycznego zastosowania tradycyjnie<br />
pojmowana odległość celu od radaru. Jest to<br />
zrozumiałe, bo w systemie bistatycznym właściwie nie wiadomo,<br />
gdzie mieści się ten radar - w lokalizacji nadajnika, czy<br />
odbiornika? Niewielka to jednak strata, gdyż w istocie tradycyjne<br />
współrzędne celu widziane względem lokalizacji radaru<br />
miały tylko charakter lokalny i tymczasowy; dalszy proces<br />
uogólniania informacji zawsze prowadził do wyznaczania lokalizacji<br />
celu na mapie. Druga obserwacja ma większą wagę:<br />
okazuje się, że korzystając z jednego nadajnika, nie da się<br />
jednoznacznie wyznaczyć lokalizacji celu. Problem można<br />
rozwiązać na dwa sposoby.<br />
Odległość i częstotliwość Dopplera w PCL<br />
Z tego, że PCL posługuje się nie swoimi nadajnikami, wynika<br />
- oprócz opisanych problemów z przetwarzaniem sygnału -<br />
inna trudność, związana z „geometrią” takiego systemu radiolokacyjnego.<br />
Wyznaczenie odległości do celu na podstawie<br />
czasu opóźnienia echa względem momentu sondowania<br />
jest proste w zwykłym radarze, gdzie sygnał sondujący biegnie<br />
do celu i z powrotem. Tak nie jest w przypadku PCL, co<br />
widać na rys. 1. Sygnał bezpośredni z nadajnika do odbiornika<br />
przebywa drogę R 0 , natomiast jego echo pokonuje drogę<br />
równą sumie R 1 i R 2 . W odbiorniku można zmierzyć tylko<br />
różnicę opóźnień echa i sygnału bezpośredniego. Jeżeli<br />
znamy R 0 , możemy wyznaczyć jedynie wartość wyrażenia<br />
R 1 + R 2 - R 0 . Liczba położeń celu dająca jednakową wartość<br />
jest teoretycznie nieskończona.<br />
Z lekcji geometrii wiadomo, że zbiór punktów, dla których<br />
suma R 1 + R 2 jest wielkością stałą utworzy elipsę, której<br />
ogniska znajdują się w lokalizacjach nadajnika i odbiornika.<br />
Różnym wartościom tej sumy będą odpowiadały różne elipsy.<br />
Uwzględnienie stałego składnika R 0 to tylko kwestia opisu<br />
danej elipsy. W przykładzie pokazanym na rys. 6. odległość<br />
między nadajnikiem a odbiornikiem wynosi 20 km, a elipsy dla<br />
kilku wartości różnicy opóźnień R 1 + R 2 - R 0 są wykreślone<br />
z zachowaniem skali. Elipsa zerowej różnicy opóźnień redukuje<br />
się do odcinka linii łączącej nadajnik z odbiornikiem.<br />
Z kolei dla znacznych wartości różnicy opóźnień elipsa jest<br />
bliska okręgowi; jednak rzeczywistym okręgiem byłaby tylko<br />
wtedy, gdyby odległość ognisk stała się zerowa. Na rysunku 6.<br />
zaznaczono dwa obiekty oznaczone symbolami A i B, które<br />
z lokalizacji odbiornika widziane są na zbliżonym kierunku<br />
Rys. 6. Przykładowe elipsy stałych różnic opóźnień sygnału bezpośredniego<br />
i jego echa<br />
Fig. 6. Exemplary ellipses of constant differences of delays between<br />
the direct signal and its echo<br />
Rys. 7. Wyznaczanie lokalizacji celu<br />
Fig. 7. Determining the location of a target<br />
104 ELEKTRONIKA 11/<strong>2009</strong>