رادار دوبلر النبضي

يُعدّ رادار دوبلر النبضي نظام رادار يحدد المسافة إلى الهدف باستخدام تقنيات توقيت النبضات، ويستفيد من تأثير دوبلر للإشارة المرتدة لتحديد سرعة الجسم المستهدف. وهو يجمع بين خصائص رادارات النبض ورادارات الموجة المستمرة ، والتي كانت تُصنّف سابقًا بشكل منفصل نظرًا لتعقيد الدوائر الإلكترونية .
كان أول رادار دوبلر نبضي تشغيلي موجودًا في صاروخ CIM-10 بومارك ، وهو صاروخ أمريكي فرط صوتي بعيد المدى يعمل بمحركات نفاثة ، ومسلح برأس نووي W40 لتدمير تشكيلات كاملة من طائرات العدو المهاجمة. [ 1 ] بدأ استخدام أنظمة دوبلر النبضي على نطاق واسع في الطائرات المقاتلة في ستينيات القرن الماضي. كانت الرادارات السابقة تستخدم توقيت النبض لتحديد المدى وزاوية الهوائي (أو وسائل مماثلة) لتحديد الاتجاه. ومع ذلك، لم يكن هذا فعالًا إلا عندما لا يكون هوائي الرادار موجهًا للأسفل؛ ففي هذه الحالة، كان انعكاس الإشارة عن الأرض يطغى على أي إشارات مرتدة من الأجسام الأخرى. وبما أن الأرض تتحرك بنفس سرعة الطائرة ولكن في الاتجاه المعاكس، فإن تقنيات دوبلر تسمح بتصفية الإشارة المرتدة من الأرض، مما يكشف الطائرات والمركبات. وهذا ما يمنح رادارات دوبلر النبضي قدرة " الرؤية من الأسفل/الإسقاط ". ومن المزايا الثانوية في الرادار العسكري تقليل الطاقة المرسلة مع تحقيق أداء مقبول لتحسين سلامة الرادار الخفي. [ 2 ]
تُستخدم تقنيات دوبلر النبضي على نطاق واسع في رادارات الأرصاد الجوية ، مما يسمح للرادار بتحديد سرعة الرياح من سرعة أي هطول في الهواء. كما يُعد رادار دوبلر النبضي أساسًا لرادار الفتحة التركيبية المستخدم في علم الفلك الراداري والاستشعار عن بُعد ورسم الخرائط. وفي مراقبة الحركة الجوية ، تُستخدم هذه التقنيات لتمييز الطائرات عن التشويش. وإلى جانب تطبيقات المراقبة التقليدية المذكورة أعلاه، فقد طُبِّق رادار دوبلر النبضي بنجاح في مجال الرعاية الصحية، مثل تقييم مخاطر السقوط والكشف عنه، لأغراض التمريض أو الأغراض السريرية. [ 3 ]
تاريخ
فشلت أنظمة الرادار الأولى في العمل كما هو متوقع. ويعود السبب إلى تأثيرات دوبلر التي تُضعف أداء الأنظمة غير المصممة لرصد الأجسام المتحركة. تُسبب الأجسام سريعة الحركة إزاحة طورية في نبضة الإرسال، مما قد يؤدي إلى إلغاء الإشارة. ويُعدّ تأثير دوبلر بالغ الضرر على أنظمة رصد الأهداف المتحركة ، التي يجب أن تستخدم إزاحة طورية عكسية لتعويض تأثير دوبلر في الكاشف.
وُجد أن تأثيرات دوبلر الجوية (الهطول) تُضعف الرادار التقليدي ورادار مؤشر الأهداف المتحركة، مما قد يحجب انعكاسات الطائرات. وقد تم تكييف هذه الظاهرة لاستخدامها مع رادار الطقس في خمسينيات القرن الماضي بعد رفع السرية عن بعض أنظمة الحرب العالمية الثانية.
طُوِّر رادار دوبلر النبضي خلال الحرب العالمية الثانية للتغلب على القيود من خلال زيادة تردد تكرار النبضات . وقد استلزم ذلك تطوير الكليسترون ، وأنبوب الموجة المتنقلة ، وأجهزة الحالة الصلبة. لم تكن أجهزة دوبلر النبضية المبكرة متوافقة مع أجهزة تضخيم الموجات الميكروية عالية الطاقة الأخرى غير المتماسكة ، ولكن طُوِّرت تقنيات أكثر تطورًا لتسجيل طور كل نبضة مُرسَلة لمقارنتها بالأصداء المُرتدة.
تشمل الأمثلة المبكرة للأنظمة العسكرية نظام AN/SPG-51 B الذي تم تطويره خلال الخمسينيات من القرن الماضي خصيصًا لغرض العمل في ظروف الأعاصير دون أي تدهور في الأداء.
كان نظام التحكم النيراني هيوز AN/ASG-18 نموذجًا أوليًا لنظام رادار/نظام مُدمج محمول جوًا، مُصممًا لطائرة الاعتراض نورث أمريكان XF-108 رابير التابعة لسلاح الجو الأمريكي ، ولاحقًا لطائرة لوكهيد YF-12 . كان هذا النظام أول رادار دوبلر نبضي في الولايات المتحدة، [ 4 ] ويتمتع بقدرة رصد الأهداف من الأعلى وإسقاطها ، كما كان قادرًا على تتبع هدف واحد في كل مرة.
أصبح من الممكن استخدام رادار دوبلر النبضي في الطائرات بعد دمج الحواسيب الرقمية في تصميمها. وقد وفر رادار دوبلر النبضي إمكانية رصد الأهداف من الأعلى وإسقاطها لدعم أنظمة الصواريخ جو-جو في معظم الطائرات العسكرية الحديثة بحلول منتصف سبعينيات القرن الماضي.
مبدأ

قياس المدى

تقيس أنظمة دوبلر النبضية المسافة إلى الأجسام عن طريق قياس الزمن المنقضي بين إرسال نبضة من طاقة الراديو واستقبال انعكاسها من الجسم. تنتقل موجات الراديو بسرعة الضوء ، لذا فإن المسافة إلى الجسم هي الزمن المنقضي مضروبًا في سرعة الضوء، مقسومًا على اثنين - ذهابًا وإيابًا.
قياس السرعة

يعتمد رادار دوبلر النبضي على تأثير دوبلر ، حيث يؤدي التحرك في المدى إلى تغيير في تردد الإشارة المنعكسة من الهدف.
تُعدّ السرعة الشعاعية أساسيةً لتشغيل رادار دوبلر النبضي. فمع تحرّك العاكس بين كل نبضة إرسال، يحدث فرق في الطور ، أو إزاحة طورية ، بين النبضات المرتدة. وهذا ما يُؤدي إلى توليد العاكس لتعديل دوبلر على الإشارة المنعكسة.
تستغل رادارات دوبلر النبضية هذه الظاهرة لتحسين الأداء.
سعة النبضة العائدة تباعًا من نفس الحجم الممسوح ضوئيًا هي أين
- هي المسافة التي يقطعها الرادار إلى الهدف،
- هو طول موجة الرادار،
- هو الوقت الفاصل بين نبضتين.
لذا
يسمح هذا للرادار بفصل الانعكاسات من أجسام متعددة موجودة في نفس حجم الفضاء عن طريق فصل الأجسام باستخدام طيف منتشر لفصل الإشارات المختلفة: أينهو انزياح الطور الناتج عن حركة المدى.
فوائد
يمكن تحديد سرعة الرفض في أنظمة كشف الطائرات بتقنية دوبلر النبضية، بحيث لا يتم رصد أي شيء بسرعة أقل من تلك السرعة. يُضيء شعاع هوائي بزاوية درجة واحدة ملايين الأقدام المربعة من التضاريس على مدى 16 كيلومترًا ، مما ينتج عنه آلاف عمليات الكشف عند مستوى الأفق أو تحته في حال عدم استخدام تقنية دوبلر.
يستخدم رادار دوبلر النبضي معايير معالجة الإشارات التالية لاستبعاد الإشارات غير المرغوب فيها من الأجسام بطيئة الحركة. يُعرف هذا أيضًا باسم رفض التشويش. [ 5 ] عادةً ما تُضبط سرعة الرفض أعلى بقليل من سرعة الرياح السائدة ( من 10 إلى 100 ميل في الساعة أو من 20 إلى 160 كيلومترًا في الساعة ). أما عتبة السرعة فهي أقل بكثير في رادار الطقس . [ 6 ]
في رادار دوبلر النبضي المحمول جواً، يتم تعويض عتبة السرعة بسرعة الطائرة بالنسبة للأرض. أينيمثل هذا الانحراف الزاوي بين موضع الهوائي ومسار طيران الطائرة.
تظهر انعكاسات السطح في جميع أجهزة الرادار تقريبًا. يظهر التشويش الأرضي عادةً في منطقة دائرية ضمن دائرة نصف قطرها حوالي 40 كيلومترًا (25 ميلًا) بالقرب من أجهزة الرادار الأرضية. تمتد هذه المسافة إلى أبعد من ذلك بكثير في أجهزة الرادار المحمولة جوًا والفضائية. وينتج التشويش عن انعكاس الطاقة الراديوية من سطح الأرض والمباني والنباتات. ويشمل التشويش أيضًا بيانات الطقس في أجهزة الرادار المصممة لرصد الطائرات والمركبات الفضائية والإبلاغ عنها. [ 7 ]
تُشكّل التشويشات منطقة ضعف في رادار المجال الزمني ذي سعة النبضة . لا يمكن توجيه أنظمة الرادار غير الدوبلرية مباشرةً نحو الأرض بسبب كثرة الإنذارات الكاذبة التي تُرهق أجهزة الحاسوب والمشغلين. يجب تقليل الحساسية بالقرب من التشويشات لتجنب التحميل الزائد. يبدأ هذا الضعف في منطقة الارتفاع المنخفض، على بُعد عدة أضعاف عرض حزمة الرادار فوق الأفق، ويمتد نزولًا. كما يوجد هذا الضعف في جميع أنحاء حجم الهواء المتحرك المرتبط بالظواهر الجوية.
يقوم رادار دوبلر النبضي بتصحيح ذلك على النحو التالي.
- يسمح بتوجيه هوائي الرادار مباشرة نحو الأرض دون إرهاق الكمبيوتر ودون تقليل الحساسية.
- يملأ منطقة الضعف المرتبطة برادار المجال الزمني لسعة النبض للكشف عن الأجسام الصغيرة بالقرب من التضاريس والطقس.
- يزيد نطاق الكشف بنسبة 300% أو أكثر مقارنةً بمؤشر الهدف المتحرك (MTI) من خلال تحسين رؤية التشويش الفرعي. [ 8 ]
تتطلب قدرة الرصد/الإسقاط قدرة على رفض التشويش تبلغ حوالي 60 ديسيبل ، وتقنية دوبلر النبضي هي الاستراتيجية الوحيدة التي تلبي هذا الشرط. وهذا يزيل نقاط الضعف المرتبطة ببيئة الارتفاع المنخفض وما دون الأفق.
توفر تقنية ضغط النبض ومؤشر الهدف المتحرك (MTI) رؤيةً تصل إلى 25 ديسيبل في نطاق التشويش الفرعي. يُوجَّه شعاع هوائي مؤشر الهدف المتحرك فوق الأفق لتجنب معدل الإنذارات الكاذبة المرتفع، مما يجعل الأنظمة عرضةً للاختراق. تستغل الطائرات وبعض الصواريخ هذا الضعف باستخدام تقنية تُعرف بالتحليق تحت مستوى الرادار لتجنب الكشف ( التحليق على ارتفاع منخفض جدًا ). هذه التقنية غير فعالة ضد رادار دوبلر النبضي.
يوفر نظام دوبلر النبضي ميزة عند محاولة اكتشاف الصواريخ والطائرات ذات القدرة المنخفضة على الرؤية التي تحلق بالقرب من التضاريس وسطح البحر والطقس.
يدعم كلٌ من تأثير دوبلر المسموع وحجم الهدف تصنيف نوع المركبة السلبي عندما لا يتوفر تحديد الصديق أو العدو من إشارة جهاز الإرسال والاستقبال . تتراوح ترددات إشارات الميكروويف المنعكسة ذات التردد النبضي المتوسط (PRF) بين 1500 و15000 دورة في الثانية، وهي ترددات مسموعة. هذا يعني أن صوت المروحية هو صوت مروحية، وصوت الطائرة النفاثة هو صوت طائرة نفاثة، وصوت الطائرات ذات المراوح هو صوت مراوح. أما الطائرات التي لا تحتوي على أجزاء متحركة فتُصدر نغمة. ويمكن حساب الحجم الفعلي للهدف باستخدام الإشارة المسموعة.
الأضرار

يلزم إجراء معالجة الغموض عندما يكون نطاق الهدف أعلى من الخط الأحمر في الرسم البياني، مما يزيد من وقت المسح.
يُعدّ زمن المسح عاملاً حاسماً لبعض الأنظمة ، إذ يمكن للمركبات التي تتحرك بسرعة الصوت أو أعلى منه أن تقطع مسافة ميل واحد (1.6 كيلومتر) كل بضع ثوانٍ، مثل صواريخ إكسوسيت وهاربون وكيتشن والصواريخ جو-جو . لذا ، يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لزمن مسح كامل حجم السماء اثنتي عشرة ثانية للأنظمة العاملة في هذه البيئة.
قد يكون رادار دوبلر النبضي وحده بطيئًا جدًا بحيث لا يغطي كامل المساحة فوق الأفق ما لم يُستخدم شعاع مروحي. يُستخدم هذا النهج مع رادار المراقبة الجوية بعيد المدى جدًا AN/SPS 49(V)5، الذي يُضحي بقياس الارتفاع لزيادة السرعة. [ 9 ]
يجب أن تكون حركة هوائي النبض الدوبلري بطيئة بما يكفي لمعالجة جميع الإشارات العائدة من ثلاثة ترددات تكرار نبضي مختلفة على الأقل، وصولاً إلى أقصى مدى متوقع للكشف. يُعرف هذا بزمن التوقف . [ 10 ] يجب أن تكون حركة هوائي النبض الدوبلري بطيئة مثل حركة الرادار باستخدام مؤشر الانعكاس المغناطيسي .
عادة ما تكون رادارات البحث التي تتضمن تقنية دوبلر النبضي ثنائية الوضع لأن أفضل أداء شامل يتم تحقيقه عند استخدام تقنية دوبلر النبضي للمناطق ذات معدلات الإنذار الكاذب العالية (الأفق أو أسفله والطقس)، بينما يقوم الرادار التقليدي بالمسح بشكل أسرع في الفضاء الحر حيث يكون معدل الإنذار الكاذب منخفضًا (فوق الأفق مع سماء صافية).
يُعد نوع الهوائي اعتبارًا مهمًا للرادار متعدد الأوضاع لأن انزياح الطور غير المرغوب فيه الذي يُدخله هوائي الرادار يمكن أن يؤدي إلى تدهور قياسات الأداء لرؤية التشويش الفرعي.
معالجة الإشارات
يُتيح تحسين معالجة الإشارة في تقنية دوبلر النبضي إمكانية رصد الأجسام الصغيرة عالية السرعة بالقرب من العواكس الكبيرة بطيئة الحركة. ولتحقيق ذلك، يجب أن يكون جهاز الإرسال متماسكًا وأن يُنتج ضوضاء طورية منخفضة خلال فترة الرصد، كما يجب أن يتمتع جهاز الاستقبال بنطاق ديناميكي فوري واسع .
تتضمن معالجة إشارة دوبلر النبضي أيضًا حل الغموض لتحديد المدى والسرعة الحقيقيين.
تتم مقارنة الإشارات المستلمة من ترددات النبض المتعددة لتحديد المدى الحقيقي باستخدام عملية حل غموض المدى .
تتم مقارنة الإشارات المستلمة أيضًا باستخدام عملية حل غموض التردد .
دقة النطاق
دقة تحديد المدى هي الحد الأدنى للمسافة الفاصلة بين جسمين يتحركان بنفس السرعة قبل أن يتمكن الرادار من اكتشاف انعكاسين منفصلين:
بالإضافة إلى حد أخذ العينات هذا، فإن مدة النبضة المرسلة قد تعني أنه سيتم استقبال الإشارات الواردة من هدفين في وقت واحد من أجزاء مختلفة من النبضة.
دقة السرعة
دقة السرعة هي الحد الأدنى للفرق في السرعة الشعاعية بين جسمين يتحركان على نفس المدى قبل أن يتمكن الرادار من اكتشاف انعكاسين منفصلين:
اعتبارات خاصة
يحتوي رادار دوبلر النبضي على متطلبات خاصة يجب تلبيتها لتحقيق أداء مقبول.
تردد تكرار النبض
تستخدم تقنية دوبلر النبضي عادةً تردد تكرار نبضي متوسط يتراوح من حوالي 3 كيلوهرتز إلى 30 كيلوهرتز. ويتراوح المدى بين نبضات الإرسال من 5 كيلومترات إلى 50 كيلومتراً.
لا يمكن قياس المدى والسرعة مباشرةً باستخدام معدل تكرار النبضات المتوسط، ويتطلب الأمر حلاً للغموض لتحديد المدى والسرعة الحقيقيين. تكون إشارات دوبلر عادةً أعلى من 1 كيلوهرتز، وهو تردد مسموع، لذا يمكن استخدام الإشارات الصوتية من أنظمة معدل تكرار النبضات المتوسط لتصنيف الأهداف السلبية.
قياس الزاوية
تتطلب أنظمة الرادار قياس الزاوية. لا ترتبط أجهزة الإرسال والاستقبال عادةً برادار دوبلر النبضي، لذا فإن كبح الفصوص الجانبية ضروري للتشغيل العملي. [ 11 ] [ 12 ]
تستخدم أنظمة الرادار التتبعية خطأ الزاوية لتحسين الدقة من خلال إنتاج قياسات عمودية على شعاع هوائي الرادار. يتم حساب متوسط القياسات الزاوية على مدى فترة زمنية معينة، وتُدمج مع الحركة الشعاعية لتوفير معلومات مناسبة للتنبؤ بموقع الهدف لفترة قصيرة في المستقبل.
تعتمد تقنيتا تصحيح الخطأ الزاوي المستخدمتان مع رادار التتبع على تقنية النبضة الأحادية وتقنية المسح المخروطي .
التماسك
يتطلب رادار دوبلر النبضي مذبذبًا متماسكًا ذو ضوضاء منخفضة للغاية. تقلل ضوضاء الطور من أداء الرؤية في بيئات التشويش الفرعي من خلال إحداث حركة ظاهرية على الأجسام الثابتة.
لا يُعدّ كلٌّ من المغنطرون التجويفي ومضخم المجال المتقاطع مناسبين، لأنّ الضوضاء الناتجة عنهما تؤثر سلبًا على أداء الكشف. أما أجهزة التضخيم الوحيدة المناسبة لتقنية دوبلر النبضي فهي الكليسترون ، وأنبوب الموجة المتنقلة ، وأجهزة الحالة الصلبة.
التقطيع الصدفي
تُدخل معالجة إشارة دوبلر النبضية ظاهرة تُسمى التموج. ويرتبط هذا الاسم بسلسلة من الثقوب التي تُزال من أداء الكشف.
تعتمد تقنية التشويش في رادار دوبلر النبضي على السرعات العمياء الناتجة عن مرشح رفض التشويش. يجب مسح كل حيز باستخدام ثلاثة ترددات تكرار نبضي مختلفة أو أكثر. يحتوي نظام الكشف بترددين تكراريين على فجوات كشف ذات نطاقات منفصلة، لكل منها سرعة عمياء.
النوافذ
تشكل القطع الأثرية الرنانة مشكلة في البحث والكشف وحل الغموض في رادار دوبلر النبضي.
يتم تقليل الرنين بطريقتين.
أولاً، يتم تعديل شكل نبضة الإرسال لتنعيم حافتيها الأمامية والخلفية، بحيث تزداد طاقة التردد اللاسلكي وتنخفض دون تغيير مفاجئ. ينتج عن ذلك نبضة إرسال ذات نهايات سلسة بدلاً من موجة مربعة، مما يقلل من ظاهرة الرنين المرتبطة عادةً بانعكاس الهدف.
ثانيًا، يتم ضبط شكل نبضة الاستقبال باستخدام دالة نافذة تقلل من التذبذب الذي يحدث عند تطبيق النبضات على المرشح. في النظام الرقمي، تعمل هذه الدالة على ضبط طور و/أو سعة كل عينة قبل تطبيقها على تحويل فورييه السريع . تُعد نافذة دولف-تشيبيشيف الأكثر فعالية لأنها تُنتج مستوى معالجة ثابتًا دون أي تذبذب قد يتسبب في إنذارات خاطئة. [ 13 ]
هوائي
يقتصر رادار دوبلر النبضي عمومًا على الهوائيات الموجهة ميكانيكيًا والمصفوفات الطورية النشطة.
يمكن للمكونات الميكانيكية للترددات الراديوية، مثل الموجهات الموجية، أن تُنتج تعديل دوبلر نتيجةً لانزياح الطور الناجم عن الاهتزاز. وهذا يستلزم إجراء اختبارات تشغيلية شاملة للطيف باستخدام طاولات اهتزاز قادرة على توليد اهتزاز ميكانيكي عالي الطاقة عبر جميع الترددات الصوتية المتوقعة.
لا يتوافق تأثير دوبلر مع معظم هوائيات المصفوفة الطورية السلبية الموجهة إلكترونيًا . ويعود ذلك إلى أن عناصر إزاحة الطور في الهوائي غير تبادلية، ويجب ضبط إزاحة الطور قبل وبعد كل نبضة إرسال. ينتج عن النبضة المفاجئة لإزاحة الطور إزاحة طور زائفة، ويؤدي الاستقرار خلال فترة الاستقبال بين نبضات الإرسال إلى وضع تعديل دوبلر على التشويش الثابت. يُفسد تعديل الاستقبال هذا مقياس الأداء لرؤية التشويش الفرعي. يتطلب الأمر زمن استقرار لإزاحة الطور في حدود 50 نانوثانية. يجب تأجيل بدء أخذ عينات جهاز الاستقبال بما لا يقل عن ثابت زمن استقرار إزاحة الطور (أو أكثر) لكل 20 ديسيبل من رؤية التشويش الفرعي.
معظم محولات طور الهوائي التي تعمل بتردد تكرار نبضي أعلى من 1 كيلو هرتز تُدخل إزاحة طور زائفة ما لم يتم اتخاذ تدابير خاصة، مثل تقليل زمن استقرار محول الطور إلى بضع عشرات من النانوثانية. [ 14 ]
يوضح الجدول التالي الحد الأقصى المسموح به لوقت الاستقرار لوحدات إزاحة طور الهوائي . أين
- T = زمن استقرار مُغيّر الطور،
- SCV = وضوح التشويش الفرعي بالديسيبل ،
- S = عدد عينات المدى بين كل نبضة إرسال،
- PRF = أقصى تردد تكرار نبضات التصميم.
يُعد نوع الهوائي وأداء المسح من الاعتبارات العملية لأنظمة الرادار متعددة الأوضاع.
حيود
تُشكّل الأسطح غير المستوية، كالأمواج والأشجار، شبكة حيود مناسبة لثني إشارات الميكروويف. ويمكن أن تكون تقنية دوبلر النبضي حساسة للغاية لدرجة أنه يُمكن استخدام حيود الموجات من الجبال أو المباني أو قمم الأمواج للكشف عن الأجسام سريعة الحركة التي تحجبها عادةً العوائق الصلبة على طول خط الرؤية. وهذه ظاهرة مُسببة لفقد كبير في الإشارة، ولا تُصبح ممكنة إلا عندما يتمتع الرادار برؤية فائقة الوضوح في نطاق التشويش الفرعي.
تستخدم تقنيتا الانكسار والتوجيه ترددات إرسال في نطاق L أو أقل لتمديد الأفق، وهو ما يختلف تمامًا عن الانعراج. يعتمد الانكسار في رادار ما وراء الأفق على كثافة متغيرة في عمود الهواء فوق سطح الأرض لثني إشارات الترددات الراديوية. ويمكن لطبقة الانعكاس أن تُنتج قناة تروبوسفيرية عابرة تحبس إشارات الترددات الراديوية في طبقة رقيقة من الهواء، تمامًا كدليل الموجة.
وضوح العناصر الفرعية
تعتمد رؤية التشويش الفرعي على النسبة القصوى لقوة التشويش إلى قوة الهدف، وهي نسبة تتناسب مع النطاق الديناميكي. وهذا ما يحدد الأداء في الأحوال الجوية السيئة وبالقرب من سطح الأرض.
إن وضوح التشويش الفرعي هو نسبة أصغر إشارة يمكن اكتشافها في وجود إشارة أكبر.
يمكن رصد انعكاس هدف صغير سريع الحركة في وجود انعكاسات تشويش أكبر بطيئة الحركة عندما يكون ما يلي صحيحًا:
أداء
يمكن استخدام معادلة رادار دوبلر النبضي لفهم المفاضلات بين قيود التصميم المختلفة، مثل استهلاك الطاقة، ومدى الكشف، ومخاطر السلامة المتعلقة بالموجات الدقيقة. وهذا شكل بسيط للغاية من النمذجة يسمح بتقييم الأداء في بيئة معقمة.
الأداء النظري للمدى كما يلي.
أين
- R = المسافة إلى الهدف،
- P t = قدرة جهاز الإرسال،
- G t = كسب هوائي الإرسال،
- A r = الفتحة الفعالة (المساحة) لهوائي الاستقبال،
- σ = المقطع العرضي الراداري ، أو معامل التشتت، للهدف،
- F = عامل انتشار نمط الهوائي ،
- D = حجم مرشح دوبلر (نبضات الإرسال في كل تحويل فورييه سريع )،
- k B = ثابت بولتزمان ،
- T = درجة الحرارة المطلقة،
- B = عرض نطاق جهاز الاستقبال (مرشح تمرير النطاق) ،
- N = معامل الضوضاء .
تُشتق هذه المعادلة بدمج معادلة الرادار مع معادلة الضوضاء ، مع مراعاة توزيع الضوضاء ضمن النطاق عبر مرشحات الكشف المتعددة. تُضاف القيمة D إلى معادلة مدى الرادار القياسية لمراعاة كلٍ من معالجة إشارة دوبلر النبضية وتقليل ضوضاء التردد المُعدَّل لجهاز الإرسال .
يزداد نطاق الكشف بما يتناسب مع الجذر الرابع لعدد المرشحات عند استهلاك طاقة محدد. أو، ينخفض استهلاك الطاقة بمقدار عدد المرشحات عند نطاق كشف محدد.
تُدمج معالجة إشارة دوبلر النبضية كامل طاقة جميع النبضات المنعكسة التي تدخل المرشح. وهذا يعني أن نظام معالجة إشارة دوبلر النبضية الذي يحتوي على 1024 عنصرًا يُحسّن الأداء بمقدار 30.103 ديسيبل، وذلك بفضل نوع معالجة الإشارة المُستخدم مع رادار دوبلر النبضي. وتُجمع طاقة جميع النبضات المنبعثة من الجسم بواسطة عملية الترشيح.
تُحسّن معالجة الإشارة لمرشح ذي 1024 نقطة الأداء بمقدار 30.103 ديسيبل، بافتراض توافق جهاز الإرسال والهوائي. وهذا يُعادل زيادة بنسبة 562% في أقصى مسافة.
هذه التحسينات هي السبب في أن تقنية دوبلر النبضي ضرورية للاستخدامات العسكرية والفلكية.
يستخدم تتبع الطائرات
يحتوي رادار دوبلر النبضي للكشف عن الطائرات على وضعين.
- مسح ضوئي
- مسار
يتضمن وضع المسح ترشيح التردد، وتحديد عتبة السعة، وحل الغموض. بمجرد اكتشاف الانعكاس وحله ، ينتقل رادار دوبلر النبضي تلقائيًا إلى وضع التتبع لحجم الفضاء المحيط بالمسار.
يعمل وضع التتبع كحلقة قفل طورية ، حيث تُقارن سرعة دوبلر بحركة المدى في عمليات المسح المتتالية. يشير القفل إلى أن الفرق بين القياسين أقل من عتبة معينة، وهو ما لا يحدث إلا مع جسم يخضع لقوانين نيوتن . لا تستطيع أنواع الإشارات الإلكترونية الأخرى إحداث قفل. لا يوجد القفل في أي نوع آخر من الرادار.
يجب استيفاء معيار القفل أثناء التشغيل العادي. [ 15 ]
يلغي نظام القفل الحاجة إلى التدخل البشري باستثناء المروحيات والتشويش الإلكتروني .
تخضع الظواهر الجوية لعملية أديباتية مرتبطة بكتلة الهواء وليس الميكانيكا النيوتونية ، لذلك لا يتم استخدام معيار القفل عادةً لرادار الطقس.
تستبعد معالجة إشارة دوبلر النبضية بشكل انتقائي الانعكاسات منخفضة السرعة، بحيث لا يتم رصد أي شيء دون سرعة عتبة معينة. وهذا يزيل تأثيرات التضاريس والطقس والعوامل البيولوجية والتشويش الميكانيكي ، باستثناء الطائرات الوهمية.
في بعض أنظمة الرادار ، يتم تحويل إشارة دوبلر المستهدفة من مجال التردد إلى مجال الزمن ليتمكن المشغل من استخدامها في وضع التتبع. ويستخدم المشغل هذه الإشارة الصوتية لتصنيف الأهداف السلبية، مثل التعرف على المروحيات والتشويش الإلكتروني.
طائرات الهليكوبتر
يتطلب الأمر عناية خاصة للطائرات ذات الأجزاء المتحركة الكبيرة لأن رادار دوبلر النبضي يعمل كحلقة مغلقة الطور . تُصدر أطراف الشفرات المتحركة بسرعة تقارب سرعة الصوت الإشارة الوحيدة التي يمكن رصدها عندما تتحرك طائرة هليكوبتر ببطء بالقرب من التضاريس والظروف الجوية.
تبدو المروحية وكأنها مصدر ضوضاء نابضة بسرعة، إلا في بيئة صافية خالية من التشويش. ويصدر عنها إشارة صوتية لتحديد نوع الجسم المحمول جواً بشكل سلبي. ويقع انزياح تردد دوبلر للموجات الدقيقة الناتج عن حركة العاكس ضمن نطاق الصوت المسموع للبشر. يُستخدم نطاق التردد (20-20000 هرتز ) لتصنيف الأهداف، بالإضافة إلى أنواع شاشات الرادار التقليدية المستخدمة لهذا الغرض، مثل نطاقات A وB وC ومؤشر RHI. وقد تتمكن الأذن البشرية من التمييز بين هذه الترددات بشكل أفضل من الأجهزة الإلكترونية.
يلزم وجود وضع خاص لأن معلومات التغذية الراجعة لسرعة دوبلر يجب فصلها عن الحركة الشعاعية حتى يتمكن النظام من الانتقال من المسح إلى التتبع دون قفل.
هناك حاجة إلى تقنيات مماثلة لتطوير معلومات المسار لإشارات التشويش والتداخل التي لا يمكنها تلبية معيار القفل.
متعدد الأوضاع
يجب أن يكون رادار دوبلر النبضي متعدد الأوضاع للتعامل مع دوران الطائرات ومساراتها المتقاطعة.
بمجرد تفعيل وضع التتبع، يجب أن يتضمن رادار دوبلر النبضي آلية لتعديل ترشيح دوبلر للمساحة المحيطة بالمسار عندما تنخفض السرعة الشعاعية عن الحد الأدنى لسرعة الكشف. يجب ربط تعديل مرشح دوبلر بوظيفة تتبع الرادار لضبط سرعة رفض دوبلر تلقائيًا ضمن المساحة المحيطة بالمسار.
سيتوقف التتبع بدون هذه الميزة لأنه سيتم رفض إشارة الهدف بواسطة مرشح دوبلر عندما تقترب السرعة الشعاعية من الصفر لأنه لا يوجد تغيير في التردد.
قد يشمل التشغيل متعدد الأوضاع أيضًا إضاءة الموجة المستمرة لتحديد موقع الرادار شبه النشط .
انظر أيضاً
- خصائص إشارة الرادار (أساسيات إشارة الرادار)
- رادار دوبلر (غير نبضي؛ يستخدم لأنظمة الملاحة)
- رادار الطقس (نبضي مع معالجة دوبلر)
- رادار الموجة المستمرة (غير نبضي، معالجة دوبلر نقية)
- رادار FM-CW (غير نبضي، تردد كاسح، مدى ومعالجة دوبلر)
- التداخل - سبب التقديرات الغامضة للسرعة
- التصوير بالموجات فوق الصوتية دوبلر - قياسات السرعة في التصوير الطبي بالموجات فوق الصوتية. يعتمد على نفس المبدأ
روابط خارجية
- عرض رادار دوبلر ، الذي يسلط الضوء على مزايا استخدام تقنية الارتباط الذاتي
- مواد تعليمية عن رادار دوبلر النبضي من دورة "مقدمة في مبادئ وتطبيقات الرادار" في جامعة أيوا
- أنظمة الرادار الحديثة بقلم هاميش ميكل ( ISBN) 1-58053-294-2)
- تقنيات وأنظمة الرادار المتقدمة، من تحرير غاسباري غالاتي ( ISBN) 0-86341-172-X)
مراجع
- ↑ ديناميكا الهواء للصواريخ التكتيكية، المجلد 141، صفحة 17. مايكل ج. هيمش، المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية. المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية، 1992
- ↑ "رادار AN/APQ-174/186 متعدد الأوضاع" . رايثيون .
- ↑ ليانغ، ليو؛ بوبيسكو، ميخائيل؛ سكوبيك، مارجوري؛ رانتز، مارلين؛ يارديبي، طارق؛ كوديهي، بول (2011). "الكشف التلقائي عن السقوط بناءً على بصمة حركة رادار دوبلر" . وقائع المؤتمر الدولي الخامس لتقنيات الحوسبة الشاملة للرعاية الصحية (ICST) . IEEE PervasiveHealth. doi : 10.4108/icst.pervasivehealth.2011.245993 . ISBN 978-1-936968-15-2. S2CID 14786782 .
- ↑ بيس 1991، ص 152.
- ↑ "رفض التشويش (دوبلر النبضي)، هندسة أنظمة الرادار" . فرع نيو هامبشاير التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، جامعة نيو هامبشاير. مؤرشف من الأصل بتاريخ 31 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 سبتمبر 2011 .
- ↑ "مسار تطوير رادار دوبلر Nexrad في المختبر الوطني للعواصف الشديدة" (ملف PDF) . الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، المختبر الوطني للعواصف الشديدة. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 21 مارس 2012. تاريخ الاطلاع: 4 سبتمبر 2011 .
- ↑ "كيف يعمل رادار دوبلر؟" . رادار دوبلر لمنارة الطقس. مؤرشف من الأصل بتاريخ 31 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 سبتمبر 2011 .
- ↑ "عامل وضوح وتحسين العناصر الفرعية" . مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2011. تم الاطلاع عليه في 29 يناير 2011 .
- ↑ "رادار المراقبة الجوية بعيد المدى للغاية AN/SPS-49" . اتحاد العلماء الأمريكيين .
- ↑ "مدة التوقف وعدد مرات الظهور لكل مسح" . Radartutorial.
- ↑ "كبح الفصوص الجانبية" . Radartutorial.eu.
- ↑ "كبح الفصوص الجانبية" . معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 31 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 سبتمبر 2011 .
- ↑ "نافذة دولف-تشيبشيف" . جامعة ستانفورد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2011 .
- ↑ "مُبدِّل الطور السريع عالي القدرة لنطاق L" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 29 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 أغسطس 2011 .
- ↑ "رادار المراقبة AWACS" (ملف PDF) . نورهروب جروموند. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27-02-2009.
فهرس
- بايس، ستيف (1991). مقاتلات إكس: مقاتلات القوات الجوية الأمريكية التجريبية والنموذجية، من XP-59 إلى YF-23 . سانت بول، مينيسوتا: موتوربوكس إنترناشونال. ISBN 0-87938-540-5.
- رادار
- معالجة إشارات الرادار
- أدوات القياس
- تقنية الميكروويف
- معدات الملاحة
- مراقبة الحركة الجوية
- العلوم والتكنولوجيا خلال الحرب العالمية الثانية
- الاستهداف (الحرب)
