رادار متعدد المواقع

نظام رادار متعدد المواقع

يتألف نظام الرادار متعدد المواقع من عدة أجهزة إرسال واستقبال رادارية موزعة مكانيًا ، مع دمج البيانات بين مكوناته. يتيح التنوع المكاني الذي توفره هذه الأنظمة رؤية جوانب مختلفة للهدف في آن واحد. ويمكن أن يؤدي هذا التنوع إلى زيادة المعلومات، مما يمنحها مزايا عديدة مقارنةً بالأنظمة التقليدية.

يمكن أن تتكون أنظمة الرادار متعددة المواقع على سبيل المثال من: (أ) مزيج من مكونات الرادار أحادي الموقع أو ثنائي الموقع مع منطقة تغطية مشتركة، (ب) أجهزة استقبال متعددة مع جهاز إرسال واحد، (ج) أجهزة إرسال واستقبال متعددة.

يُشار غالبًا إلى الرادار متعدد المواقع باسم "الرادار متعدد المواقع" أو "الرادار الشبكي"، وهو يُشابه مفهوم التنوع الكلي في الاتصالات. قد يبدو رادار MIMO مشابهًا للرادار (ج)، ولكنه أقرب إلى تقنية المصفوفة الطورية التي تُعتبر "موقعًا" واحدًا (التنوع الجزئي). كما أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا باستخدام تقنية MIMO في الاتصالات.

صفات

بما أن الرادار متعدد المواقع قد يحتوي على مكونات أحادية الموقع وثنائية الموقع، فإن مزايا وعيوب كل ترتيب راداري ستنطبق أيضًا على الأنظمة متعددة المواقع. نظام يحتوي علىشمال{\displaystyle N}أجهزة الإرسال وم{\displaystyle M}ستحتوي أجهزة الاستقبال علىشمالم{\displaystyle NM}من بين هذه الأزواج المكونة، قد يختلف كل زوج بزاوية ثنائية الاستقرار ومقطع عرضي راداري مستهدف . تتميز الترتيبات متعددة الاستقرار، حيث توجد أزواج متعددة من أجهزة الإرسال والاستقبال، بالخصائص التالية:

كشف

يمكن الحصول على تغطية متزايدة في الرادار متعدد المواقع من خلال نشر هندسة الرادار في جميع أنحاء منطقة المراقبة - بحيث يكون من المرجح أن تكون الأهداف أقرب فعليًا إلى أزواج جهاز الإرسال والاستقبال، وبالتالي تحقيق نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى .

قد يكون التنوع المكاني مفيدًا أيضًا عند دمج المعلومات من أزواج متعددة من أجهزة الإرسال والاستقبال التي تشترك في التغطية. من خلال ترجيح ودمج الإشارات الفردية (كما هو الحال في أجهزة الكشف القائمة على نسبة الاحتمالية)، يمكن تحسين عملية الكشف للتركيز بشكل أكبر على الإشارات الأقوى المُستمدة من قيم معينة للمقطع العرضي الراداري أحادي أو ثنائي الاستقرار ، أو من مسارات الانتشار المواتية، عند اتخاذ قرار بشأن وجود هدف ما. وهذا يُشابه استخدام تنوع الهوائيات في محاولة لتحسين الروابط في الاتصالات اللاسلكية.

يُعدّ هذا مفيدًا في الحالات التي قد تؤدي فيها تأثيرات تعدد المسارات أو التظليل إلى ضعف أداء الكشف في حال استخدام رادار واحد فقط. ومن المجالات المهمة في هذا الصدد التشويش البحري، وكيف يمكن أن يُسهم التنوع في الانعكاسية وانزياح دوبلر في تحسين الكشف في البيئة البحرية.

صُممت العديد من المركبات الشبحية بحيث تعكس طاقة الرادار بعيدًا عن مصادر الرادار المتوقعة، وذلك لتقليل ارتدادها إلى أدنى حد ممكن في نظام أحادي الموقع. ويؤدي هذا إلى إشعاع المزيد من الطاقة في اتجاهات لا تتوفر إلا لأجهزة الاستقبال متعددة المواقع.

دقة

تحديد أهداف متعددة باستخدام الرادار متعدد المواقع

قد تتحسن الدقة بفضل التنوع المكاني، نظرًا لتوافر العديد من المقاطع العرضية المتنوعة مكانيًا في المدى البعيد. عادةً ما يتميز الرادار التقليدي بدقة عرضية أقل بكثير مقارنةً بدقة المدى البعيد، وبالتالي توجد إمكانية لتحسين الدقة من خلال تقاطع القطع الناقصة الثابتة للمدى ثنائي الاستقرار .

يتضمن ذلك عملية ربط عمليات رصد الأهداف الفردية لتشكيل عملية رصد مشتركة. ونظرًا لطبيعة الأهداف غير المتعاونة، فمن المحتمل، في حال وجود عدة أهداف، ظهور حالات غموض أو "أهداف وهمية". ويمكن الحد من هذه الحالات من خلال زيادة المعلومات (مثل استخدام معلومات دوبلر، أو زيادة دقة تحديد المدى البعيد، أو إضافة رادارات أخرى متنوعة مكانيًا إلى النظام متعدد المواقع).

تصنيف

يمكن رصد خصائص الهدف، مثل تغير المقطع العرضي الراداري أو تعديل محرك الطائرة النفاثة، بواسطة أزواج من أجهزة الإرسال والاستقبال ضمن نظام متعدد المواقع. ويمكن أن يؤدي اكتساب معلومات إضافية من خلال رصد جوانب مختلفة من الهدف إلى تحسين تصنيفه. تستخدم معظم أنظمة الدفاع الجوي الحالية سلسلة من الرادارات أحادية الموقع المتصلة بشبكة، دون الاستفادة من أزواج الرادارات ثنائية الموقع ضمن النظام.

المتانة

قد ينتج عن التوزيع المكاني للرادار متعدد المواقع زيادة في قدرة النظام على البقاء و"تدهور تدريجي". أما في حالة تعطل جهاز الإرسال أو الاستقبال في نظام أحادي أو ثنائي المواقع، فسيؤدي ذلك إلى فقدان كامل لوظائف الرادار. من الناحية التكتيكية، سيكون تحديد موقع جهاز إرسال واحد كبير وتدميره أسهل مقارنةً بعدة أجهزة إرسال موزعة. وبالمثل، قد يصبح من الصعب بشكل متزايد تركيز التشويش بنجاح على عدة أجهزة استقبال مقارنةً بموقع واحد.

التزامن المكاني الزمني

لاستنتاج مدى أو سرعة هدف ما بالنسبة لنظام متعدد المواقع، يلزم معرفة الموقع المكاني لأجهزة الإرسال والاستقبال. كما يجب الحفاظ على معيار زمني وترددي مشترك إذا لم يكن لدى جهاز الاستقبال خط رؤية مباشر مع جهاز الإرسال. وكما هو الحال في الرادار ثنائي الموقع، فبدون هذه المعرفة، ستكون المعلومات التي يُبلغ عنها الرادار غير دقيقة. بالنسبة للأنظمة التي تستخدم دمج البيانات قبل الكشف، ثمة حاجة إلى مزامنة دقيقة للوقت و/أو الطور لأجهزة الاستقبال المختلفة. أما بالنسبة لدمج البيانات على مستوى الموقع، فإن استخدام ساعة GPS قياسية (أو ما شابهها) لتحديد الوقت كافٍ تمامًا.

عرض نطاق الاتصالات

يجب دمج المعلومات المتزايدة من أزواج الإشارات أحادية أو ثنائية الموقع المتعددة في النظام متعدد المواقع لتحقيق الفوائد المرجوة. تتراوح عملية الدمج هذه من الحالة البسيطة المتمثلة في اختيار الإشارات من جهاز الاستقبال الأقرب إلى الهدف (مع تجاهل الإشارات الأخرى)، وصولاً إلى تعقيدها المتزايد، مثل تشكيل الحزمة الفعال من خلال دمج إشارات الراديو. وبناءً على ذلك، قد يتطلب الأمر نطاق ترددي واسع للاتصالات لنقل البيانات ذات الصلة إلى نقطة دمجها.

متطلبات المعالجة

سيؤدي دمج البيانات دائمًا إلى زيادة في المعالجة مقارنةً بالرادار الواحد. ومع ذلك، قد يكون مكلفًا حسابيًا بشكل خاص إذا تضمن دمج البيانات معالجة كبيرة، مثل محاولات زيادة الدقة.

أمثلة على أنظمة الرادار متعددة المواقع

السيارات

علمي

الدفاع

سلبي

  • نظام الرادار السلبي متعدد الثوابت من شركة SAIC [ 8 ]

تستخدم العديد من أنظمة الرادار السلبي أجهزة إرسال متعددة ومتنوعة مكانيًا، وبالتالي يمكن اعتبارها تعمل في مواقع متعددة.

مراجع

  1. F. Folster و H. Rohling. "ربط البيانات وتتبعها لشبكات رادار السيارات." أنظمة النقل الذكية، معاملات IEEE، 6(4):370–377، ديسمبر 2005.
  2. تي إي ديرهام، إس. دوتي، ك. وودبريدج، وسي جيه بيكر. "تصميم وتقييم نظام رادار شبكي متعدد المواقع منخفض التكلفة." الرادار، السونار والملاحة، IET، 1(5):362–368، أكتوبر 2007.
  3. إس آر دوتي. "تطوير وتقييم أداء نظام رادار متعدد المواقع" ، أطروحة دكتوراه، أكتوبر 2008.
  4. "مرافق EISCAT" . EISCAT . تم الاسترجاع في 23-05-2015 .
  5. جي إتش نيتل. عرض توضيحي لرادار الشبكة من المرحلة الثانية. تقرير ناسا الفني للاستطلاع/الاستخبارات العلمية رقم 81، أكتوبر 1980. DTIC ADA1036842.
  6. تي. جونسن، كي إي أولسن، و ر. غونديرسن. "قياس طائرة هليكوبتر تحوم بواسطة رادار الموجة المستمرة ثنائي/متعدد المواقع." مؤتمر الرادار، 2003. وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لعام 2003، الصفحات 165-170، مايو 2003.
  7. سي. بايكسياو، سي. دوفانغ، زد. شوهونغ، زد. هاو، وإل. ماوتسانغ. "النظام التجريبي والنتائج التجريبية لرادار الموجات الأرضية ثنائي/متعدد الاستاتيكية فوق الأفق للسفن الساحلية". الرادار، 2006. المؤتمر الدولي CIE '06، الصفحات 1-5، أكتوبر 2006.
  8. إس. كارسون، دي. كيلفويل، إم. بوتر، وجيه. فانس. "نظام رادار سلبي متعدد الثوابت". وقائع المؤتمر الدولي لأنظمة الرادار التابع لمعهد الهندسة والتكنولوجيا، أكتوبر 2007.

للمزيد من القراءة

  • تشيرنياك، ف. س. (1998). "أساسيات نظام الرادار متعدد المواقع". دار نشر غوردون وبريتش للعلوم. رقم ISBN 90-5699-165-5.
  • لي، ج. ستويكا، ب. (محرر) (2008). "معالجة إشارات رادار MIMO". مطبعة وايلي-IEEE. ISBN 0-470-17898-1.
  • MM Naghsh, M. Modarres-Hashemi, S. Shahbazpanahi, M. Soltanalian, P. Stoica, " إطار تحسين موحد لتصميم رمز الرادار متعدد الثوابت باستخدام معايير نظرية المعلومات [ تمت إزالة الرابط ] "، IEEE Transactions on Signal Processing، المجلد 61، العدد 21، الصفحات  5401-5416، 1 نوفمبر 2013.