Кіріспе

Қайталанатын сигнал импульстарының саны. Импульс қайталану жиілігі (PRF) — белгілі бір уақыт бірлігінде қайталанатын сигнал импульстарының саны. Бұл термин бірқатар техникалық салаларда, әсіресе радарларда қолданылады. Радарда белгілі бір тасымалдаушы жиілігіндегі радиосигнал қосылып, өшіріледі; «жиілік» термині тасымалдаушыны білдіреді, ал PRF — қосқыштардың санын. Екеуі де секундына циклмен, яғни герцпен өлшенеді. PRF жиілігі әдетте жиіліктен әлдеқайда төмен болады. Мысалы, Екінші дүниежүзілік соғыстың типтік радары, 7-типті GCI радары 209 МГц (секундына 209 миллион цикл) негізгі тасымалдаушы жиілігіне және 300 немесе 500 импульс/секунд PRF-қа ие болды. Бұған қатысты өлшем — импульс ені, яғни әр импульс кезінде бергіштің қанша уақыт қосылғаны. Радиосигналының қысқа импульсын жасағаннан кейін, алыстағы нысаналардан осы сигналдың шағылысын анықтау үшін қабылдағыш құрылғылар бергіш өшіріледі. Радиосигнал нысанаға жетіп, кері қайтуы керек болғандықтан, импульстар арасындағы қажетті үнсіздік уақыты радардың қажетті қашықтығына байланысты. Ұзақ қашықтыққа сигналдар үшін төмен PRF талап етіледі, сондықтан ұзақ уақыттар қажет. Керісінше, жоғары PRF қысқа максималды қашықтықты қамтамасыз етеді, бірақ белгілі бір уақытта көбірек импульстарды және осылайша радиоэнергияны таратуға мүмкіндік береді. Бұл күшті шағылыстарды тудырады, оларды анықтауды жеңілдетеді. Радар жүйелері осы екі талапты теңестіруі керек. Ескі электрониканы пайдаланғанда, PRF әдетте белгілі бір мәнге орнатылған немесе мүмкін мәндердің шектеулі жиынтығы арасында ауыстырылған. Бұл әрбір радар жүйесіне ерекше PRF сипаттамасын береді, оны электрондық соғыста кеме немесе ұшақ сияқты белгілі бір платформаның түрін немесе класын анықтау үшін пайдалануға болады, ал кейбір жағдайларда — белгілі бір бөлімшені анықтауға болады. Ұшақтардағы радарлық ескерту қабылдағыштарында радар түрін ғана емес, кейбір жағдайларда жұмыс режимін анықтайтын PRF кітапханасы бар. Бұл ұшқыштарға, мысалы, SA-2 зениттік-ракеталық кешені «құлыпталған» кезде ескерту беруге мүмкіндік берді. Қазіргі заманғы радар жүйелері PRF, импульс ені және тасымалдаушы жиілігін үздіріссіз өзгерте алады, бұл оларды анықтауды әлдеқайда қиындатады. Сонар және лидар жүйелерінде де PRF бар, кез келген импульстік жүйеде сияқты. Сонар жағдайында импульс қайталану жиілігі (PRR) термині жиі қолданылады, бірақ ол бірдей ұғымды білдіреді.

Кіріспе

Электромагниттік (мысалы, радио немесе жарық) толқындар тұжырымдамалық жағынан таза бір жиілікті құбылыс, ал импульстар математикалық тұрғыдан бірнеше таза жиіліктердің қосындысынан және өзара әрекеттесулерде жойылуынан тұрады деп есептелуі мүмкін, бұл импульстік тізбектің белгілі бір амплитудаларын, PRR-лерді, негізгі жиіліктерді, фазалық сипаттамаларды құрайды (Фурье талдауын қараңыз). Бірінші термин (PRF) құрылғылардың техникалық әдебиеттерінде (электр инженерия және кейбір ғылымдар) көбірек кездеседі, ал екіншісі (PRR) әскери-әуе кеңістігі терминологиясында (әсіресе АҚШ қарулы күштерінің терминологиясында) және жабдықтың сипаттамаларында, мысалы, радиолокациялық және гидролокациялық жүйелерге арналған оқу және техникалық нұсқаулықтарда көбірек қолданылады. PRF (немесе PRR) кері шамасы импульс қайталану уақыты (PRT), импульс қайталану интервалы (PRI) немесе импульстар аралық периоды (IPP) деп аталады, бұл бір импульстің басталуынан келесі импульстің басталуына дейінгі өткен уақыт. IPP термині әдетте цифрлық өңдеуге жататын PRT кезеңдерінің санын білдіргенде қолданылады. Әр PRT-де белгілі бір сандағы қашықтық қақпалары болады, бірақ олардың барлығы қолданылмайды. Мысалы, APY 1 радары 128 IPP-ні 50 қашықтық қақпасымен пайдаланып, FFT арқылы 128 Доплер сүзгісін жасады. Бес PRF-тің әрқайсысындағы қашықтық қақпаларының саны 50-ден кем болды. Радар технологиясында PRF маңызды, себебі ол радармен дәл анықталатын мақсаттың максималды қашықтығын (Rmax) және максималды Доплер жылдамдығын (Vmax) анықтайды. Керісінше, жоғары PRR/PRF жақын мақсаттарды, мысалы перископты немесе жылдам қозғалатын зымыранды ажыратуға мүмкіндік береді. Бұл іздеу радарлары үшін төмен PRR, ал атыс бақылау радарлары үшін өте жоғары PRF қолдануға алып келеді. Көптеген екі мақсатты және навигациялық радарлар – әсіресе өзгермелі PRR-і бар теңіздік конструкциялар – тәжірибелі операторға радиолокациялық суретті жақсарту және нақтылау үшін PRR-ді реттеуге мүмкіндік береді, мысалы, толқындардың әрекеті жалған сигналдар тудыратын нашар теңіз жағдайында, жалпы алғанда, аз кедергі үшін немесе, мүмкін, көзге көрінетін ландшафт ерекшелігінен (мысалы, жартастан) жақсырақ сигнал алу үшін.

Анықтама

Импульстің қайталану жиілігі (PRF) – импульстік белсенділіктің секундына қанша рет орын алатыны. Бұл, басқа да толқын түрлерін сипаттау үшін қолданылатын секунд сайынғы цикл санына ұқсас. PRF, импульстік толқынның қасиеті болып табылатын, периодқа кері пропорционал. PRF көбінесе импульстар арасындағы қашықтықпен байланысты, яғни келесі импульс пайда болуға дейін импульс жүріп өткен қашықтықпен.

Физика

PRF белгілі бір физикалық құбылыстарды өлшеу үшін маңызды. Мысалы, тахометр айналу жылдамдығын өлшеу үшін реттелетін PRF-і бар стробоскопты пайдалана алады. Стробоскоптың PRF-і айналып тұрған объект тоқтаған сияқты көрінетінше төмен мәннен бастап жоғарылатылады. Содан кейін тахометрдің PRF-і айналып тұрған объектінің айналу жылдамдығымен сәйкес келеді. Басқа өлшемдер жарық, микротолқындар және дыбыс толқындарының кері шағылысқан эхо-импульстарының кешігу уақытын пайдаланып қашықтықты анықтауды қамтиды.

Төмен PRF

3 кГц-тен төмен жиілікті PRF қолданатын жүйелер төмен PRF деп есептеледі, себебі тікелей қашықтықты кем дегенде 50 км қашықтықта өлшеу мүмкін. Төмен PRF радиолокациялық жүйелер әдетте нақты қашықтықты қамтамасыз етеді. PRF жиілігі 3 кГц-тен төмен түскен кезде когеренттілік шектеулеріне байланысты нақты Доплер өңдеуі күрделене түседі. Мысалы, 500 Гц импульс жиілігіне ие L-диапазонды радар 75 м/с-тан жоғары (сағатына 170 миль) екі мәнді жылдамдық тудырады, ал нақты қашықтықты 300 км-ге дейін анықтай алады. Бұл комбинация азаматтық авиация және ауа-райы радарлары үшін қолайлы. Төмен PRF радиолокаторларының сезімталдығы төмен жылдамдықты кедергілердің болуына байланысты төмендейді, бұл жер бетіне жақын ұшақтарды анықтауға кедергі келтіреді. Жерге жақын жерде қанағаттанарлық жұмыс істеу үшін қозғалатын нысан индикаторы қажет, бірақ бұл қабылдағышты күрделендіретін радарлық "қырлы" эффектілерді тудырады. Ұшақтар мен ғарыш кемелерін анықтауға арналған төмен PRF радиолокаторлары ауа-райы құбылыстарынан күшті әсер көреді, оны қозғалатын нысан индикаторы арқылы толықтыру мүмкін емес.

Орташа PRF

Қашықтық пен жылдамдық орташа PRF арқылы анықталуы мүмкін, бірақ екеуін де тікелей анықтауға болмайды. Орташа PRF 3 кГц-ден 30 кГц-ға дейін, бұл радарлық қашықтықтың 5 км-ден 50 км-ге дейін сәйкес келеді. Бұл қашықтық белгісіздігінің аймағы, ол максималды қашықтықтан әлдеқайда кішідір. Қашықтық белгісіздігін шешу орташа PRF радарында нақты қашықтықты анықтау үшін қолданылады. Орташа PRF импульстік Доплер радарымен қолданылады, ол әскери жүйелерде төмен қарап іздеу/ату мүмкіндігі үшін қажет. Доплер радарынан келетін сигнал әдетте жылдамдық дыбыс жылдамдығынан асып кеткенше белгісіз болмайды. Нақты қашықтық пен жылдамдықты анықтау үшін белгісіздікті шешу деп аталатын техника қажет. Доплер сигналдары 1,5 кГц-тен 15 кГц-қа дейін, яғни естілетін диапазонда болады, сондықтан орташа PRF радар жүйелерінен алынған аудио сигналдар пассивті нысананы классификациялау үшін қолданылуы мүмкін. Мысалы, 10 кГц PRF және 3,3% жұмыс циклы бар L-диапазонды радар жүйесі 450 км қашықтықтағы (30 * C / 10,000 км/с) нақты қашықтықты анықтай алады. Бұл өлшенген қашықтық. Бірмәнді жылдамдық 1500 м/с (3300 миль/сағ). 10 кГц PRF қолданатын L-диапазонды радардың бірмәнді жылдамдығы 1500 м/с (3300 миль/сағ) құрайды (10,000 x C / (2 x 10^9)). Егер жолақты өткізгіш сүзгі сигналды өткізсе, 45,000 м/с-тан төмен жылдамдықпен қозғалатын нысаналардың нақты жылдамдығын табуға болады (1,500/0,033). Орташа PRF радардағы "scalloping" эффектісіне тән мәселелер бар, олар үшін қосымша анықтау схемалары қажет.

Жоғары PRF

30 кГц-тен жоғары PRF қолданатын жүйелер үздіксіз толқынды үзілісті (ICW) радар ретінде жақсы жұмыс істейді, себебі L диапазонында тікелей жылдамдық 4,5 км/с дейін өлшенуі мүмкін, бірақ қашықтық шешілуі қиындайды. Жоғары PRF қажеттілікке байланысты жақын қашықтықта жұмыс істейтін жүйелермен шектеледі, мысалы, жақындықтағы қорғаныш құрылғылары және құқық қорғау органдарының радары. Мысалы, егер 30 кГц PRF қолданылып, тарату импульстары арасындағы тыныш фазада 30 үлгі алынса, онда 1 микросекундтық үлгілерді (30 x C / 30,000 км/с) пайдаланып, 150 км дейінгі нақты қашықтықты анықтауға болады. Осы қашықтықтан артық шағылыстыратын объектілерді анықтау мүмкін, бірақ нақты қашықтығын анықтауға болмайды. Мұндай импульстік жиіліктерде тарату импульстары арасында бірнеше үлгі алу қиындық тудырады, сондықтан қашықтықты өлшеу қысқа қашықтықтармен шектеледі.

Сонар

Сонарлық жүйелер радар сияқты жұмыс істейді, бірақ ортасы сұйық немесе ауа болып табылады, ал сигналдың жиілігі аудио немесе ультрадыбыстық болады. Радар сияқты, төменгі жиіліктер салыстырмалы түрде жоғары энергияны ұзақ қашықтыққа таратады, бірақ ажыратымдылығы төмен болады. Жоғары жиіліктер тез әлсірейді, жақын жердегі нысандардың ажыратымдылығын арттырады. Сигналдар ортада (көбінесе суда) дыбыс жылдамдығымен таралады, ал максималды PRF зерттеліп отырған нысанның өлшеміне байланысты. Мысалы, судағы дыбыс жылдамдығы 1497 м/с, ал адам денесінің қалыңдығы шамамен 0,5 м болғандықтан, адам денесінің ультрадыбыстық суреттері үшін PRF шамамен 2 кГц-тан (1497/0,5) кем болуы керек. Тағы бір мысал келтірейік, мұхиттың тереңдігі шамамен 2 км, сондықтан дыбыс теңіз түбінен қайта оралуға бір секундтан астам уақыт жұмсайды. Осы себепті сонар өте баяу технология және PRF өте төмен болады.

Лазерлік

Жарық толқындары радиолокациялық жиіліктер ретінде қолданылуы мүмкін, мұндай жағдайда жүйе лидар деп аталады. Бұл "Жарықпен анықтау және қашықтықты өлшеу" (LIght Detection And Ranging) деген сөздің қысқартылған түрі, ол бастапқыда "РАдиомен анықтау және қашықтықты өлшеу" (RAdio Detection And Ranging) деген мағынадағы "РАДАР" атауына ұқсас. Екеуі де кейіннен ағылшын тілінде кеңінен қолданылатын сөздерге айналды, сондықтан олар инициалдар емес, қысқартулар болып саналады. Лазерлік қашықтық өлшегіштер немесе басқа жарық сигналдарының жиілік диапазонын анықтағыштар радар сияқты, бірақ әлдеқайда жоғары жиіліктерде жұмыс істейді. Лазерлік емес жарықты анықтау автоматтандырылған машиналарды басқару жүйелерінде кеңінен қолданылады (мысалы, гараж есігін басқаруға арналған электр көздер, конвейерлік сұрыптау қақпалары және т.б.). Ал импульс жиілігін анықтау және қашықтықты өлшеу жүйелері, негізінен, адам интерфейсінің қосымша мүмкіндіктері жоқ радардың ұқсас түрі болып табылады. Төменгі радиосигнал жиіліктерінен өзгеше, жарық жердің қисығы бойымен бұрмаланбайды және C диапазонындағы іздеу радары сигналдары сияқты ионосферадан кері шағылыспайды, сондықтан лидар көру қабілеті бар жағдайларда, жоғары жиілікті радар жүйелері сияқты ғана тиімді.