KΑΘΗΓ. Ι. Α. ΚΟΥΚΟΣ ΦΘΙΝΟΠΩΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2012

Transcript

1 ΠΟΛΕΜΙΚΗ ΑΕΡΟΠΟΡΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΙΚΑΡΩΝ ΤΜΗΜΑΤΑ ΙΠΤ-ΙΙΙ KΑΘΗΓ. Ι. Α. ΚΟΥΚΟΣ ΦΘΙΝΟΠΩΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2012 ΤΥΠΟΣ Η/Μ ΟΡΙΖΟΝΤΑ ΡΑΝΤΑΡ Ο τύπος αποδεικνύεται με την εφαρμογή του Πυθαγορείου Θεωρήματος και ισχύει για διάδοση μεταξύ τηλεπικοινωνιακών ασυρμάτων πομποδεκτών ή για διάδοση μεταξύ ραντάρ και στόχου (βλέπε σχήμα) για όλες της ζώνες συχνοτήτων (δηλαδή VHF, UHF, EHF, SHF), πλην της ζώνης HF όπου υπάρχει ανάκλαση του Η/Μ κύματος από την ιονόσφαιρα. Εξαιρέσεις επίσης είναι το φαινόμενο επιφανειακής κυματοδήγησης (ucting) και το φαινόμενο τροποσκέδασης (troposcatter). Απόσταση «οπτικής επαφής» 1 μεταξύ πομπού και δέκτη ή μεταξύ ραντάρ και στόχου: 2kRE H k= 4/3 (συντελεστής καμπυλώσεωςς Η/Μ ακτίνος λόγω ατμοσφαιρικής διαθλάσεως) R E = 6378 Km - μέση ακτίνα Γής Η= Υψόμετρο ασυρμάτου πομπού / ραντάρ h= Υψόμετρο ασυρμάτου δέκτη / στόχου h Σχήμα 1: Ηλεκτρομαγνητικός Ορίζων Ραντάρ, το εικονιζόμενο ά/φος ίπταται σε ύψόμετρο μικρότερο του απαιτουμένου h (από τον τον παραπάνω τύπο) για να είναι ορατό στο ραντάρ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΕΚΔΟΧΕΣ ΤΥΠΟΥ ( km) 4,124 H( m) h( m) ( stat. miles ) 2H( ( naut. miles ) 1,23 H( 2h( h( 1 statute mile = 1,609 Km 1 nautical mile = 1,852 Km 1 foot = 0,3048 m 1 LOS= Line of Sight 1

2 Παλμικό Ραντάρ Το Ραντάρ (RADAR - RAio Detection An Ranging) είναι ένα ραδιοηλεκτρονικό σύστημα ηλεκτρομαγνητικού εντοπισμού και παρακολούθησης σε αποστάσεις και συνθήκες φωτισμού απαγορευτικές για οπτικό εντοπισμό. Το πιο συνηθισμένο Ραντάρ είναι το παλμικό (pulse), η λειτουργία του οποίου βασίζεται στη εύρεση της θέσης του στόχου μέσω της εκπομπής και λήψης σειράς ραδιοπαλμών, ή συντομότερα παλμοσειράς, μικρής χρονικής διάρκειας, με σύντομους χρόνους ανόδου και καθόδου του παλμού και σταθερό πλάτος καθ όλη τη διάρκειά του. Το εκπεμπόμενο σήμα, η μορφή του οποίου παρουσιάζεται στο σχήμα 1, καθορίζεται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά μεγέθη, τα 4 πρώτα εκ των οποίων είναι τα κυριότερα: 1. Η ημιτονοειδής φέρουσα συχνότητα (carrier frequency, f c ) των ραδιοπαλμών, που μετράται σε Hz. 2. Η περίοδος επανάληψης παλμών (Pulse Repetition Interval, T=PRI), το αντίστροφο της οποίας ονομάζεται συχνότητα επανάληψης παλμών (Pulse Repetition Frequency, PRF) δηλ PRF=1/PRI 3. Το χρονικό εύρος ή διάρκεια παλμού (pulse with-uration, τ=pw). 4. Η μέγιστη ισχύς εκπομπής (P t ), που μετράται σε Watt και το γινόμενο της οποίας επί το χρονικό εύρος παλμού παρέχει την ενέργεια ανά παλμό (E). 5. Η μέση εκπεμπόμενη ισχύς (P avg ), δηλαδή η Pt ισοκατανεμημένη σε ολόκληρη Pt PW PRI. την PRI. Ισούται με P avg = 6. Ο κύκλος λειτουργίας ή εκπομπής (uty cycle-factor, D), που αποτελεί το λόγο D= PW PRI. 7. Ο ρυθμός περιστροφής της κεραίας (Aerial Rotation Frequency, ARF), που μετράται σε στροφές ανά λεπτό (rpm). Το Ραντάρ λαμβάνει την ανάκλαση, δηλαδή την «ηχώ», του σήματος που έχει εκπέμψει πάνω στο στόχο. Για ραντάρ έρευνας που περιστρέφονται 360 ο και κάνουν ARF (Antenna Rotation Frequency) στροφές ανά λεπτό (rpm), και θ 3B είναι το οριζόντιο γωνιακό εύρος της κεραίας (σε μοίρες) τότε ο αριθμός Ν των αξιοποιήσιμων παλμών που επιπίπτουν στον στόχο και επιστρέφουν στον δέκτη είναι: Ν= (θ 3B PRF) / (6 ARF) Σχήμα 2: Σχέση μεταξύ χρόνου t επιστροφής παλμού στο ραντάρ και αποστάσεως R στόχου από το ραντάρ 2

3 Rms τάση παλμού:v t Μέγιστη τάση παλμού: 2 V t 1/f c (α) Κυματομορφή σήματος Περίοδος επανάληψης παλμών Τ=1/PRF Μέγιστη ισχύς εκπομπής P t Χρονική διάρκεια παλμού τ Κύκλος λειτουργίας D=τ/T (β) Περιβάλλουσα σήματος Μέση εκπεμπόμενη ισχύς P av =P t D τ P t=p avg T/τ P t P avg T Χρόνος (γ) Απεικόνιση μέγιστης και μέσης ισχύος εκπομπής ως συνάρτηση του χρόνου Σχήμα 3 ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΡΑΝΤΑΡ ΓΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΟΥΣ ΣΤΟΧΟΥΣ 1. Διάκριση κατά απόσταση Σχήμα 4 3

4 Α/φη ιπτάμενα το ένα πίσω από το άλλο, αντίκρυ από το ραντάρ πρέπει να απέχουν Δrcτ/2 μέτρα, για να γίνονται αντιληπτά ως δύο διακριτοί στόχοι από το ραντάρ. Εάν πχ. τ=1 μsec τότε Δr=150 m όπου τ=pw. Τα μεγάλα ραντάρ αεράμυνας διαμορφώνουν τους ημιτονοειδείς παλμούς κατά συχνότητα (chirp raar) ή κατά φάση (Barker Coe) ώστε όταν ο παλμός επιστρέψει στον δέκτη να μπορεί να συμπιεσθεί χρονικά για να μειωθεί η ελάχιστη απόσταση διάκρισης στόχων. Έτσι στο παραπάνω παράδειγμα συμπίεση κατά 10 αποδίδει ελάχιστη απόσταση διάκρισης α/φών Δr = 15m! 2. Διάκριση κατ αζιμούθιο Σχήμα 5 Ά/φη ιπτάμενα μετωπικά προς το ραντάρ σε απόσταση R μέτρων από το ραντάρ, πρέπει να απέχουν μεταξυ τους πλευρική απόσταση Δs Rθ 3B μέτρα για να γίνονται αντιληπτά ως δύο διακριτοί στόχοι από το ραντάρ, όπου θ 3B raians είναι το εύρος δέσμης ημισείας απολαβής του ραντάρ (για να μετατρέψουμε μοίρες σε ακτίνια (raians) πολλαπλασιάζουμε τις μοίρες επί π/180). Σχήμα 6 4

5 Σχέση μεταξύ ταχύτητος και μετατόπισης συχνότητος Doppler στο Ραντάρ Το ημιτονοειδές σήμα του παλμού ραντάρ που εκπέμπεται από το πομπό είναι : sin 2 s t A f t Το ημιτονοειδές σήμα του παλμού ραντάρ που λαμβάνεται από το δέκτη είναι : s t Bsin 2 fc f t Δηλαδή συχνότητα επιστρέφοντος σήματος στο ραντάρ f r =f c +f όπου f είναι η μετατόπιση της φέρουσας συχνότητος λόγω σχετικής κινήσεως του στόχου ως προς το ραντάρ με σχετική ταχύτητα V r : 2V f r όπου V r > 0 όταν το ά/φος πλησιάζει στο ραντάρ και V r < 0 όταν το ά/φος απομακρύνεται από το ραντάρ. (λ=c/f, μήκος κύματος). c Σχήμα 7 : Α/φος ιπτάμενο προς το ραντάρ σε κατακόρυφο επίπεδο, σε γωνία ανύψωσης θ ως προς την ευθεία R Σχήμα 8 : Α/φος ιπτάμενο προς το ραντάρ σε κατακόρυφο επίπεδο, σε κάθετη γωνία θ ως προς την ευθεία R και οριζόντια γωνία φ. Εάν φ=90 ο και/ή θ=90 ο V r =0f =0, άρα πρέπει να τοποθετούμε επιτιθέμενο βλήμα στο 3 o clock ή στο 9 o clock του ά/φους μας. 5