Кіріспе

Белгілі бір тұрақты жиілікте үздіксіз толқынды радиоэнергия жіберілетін радар түрі. Үздіксіз толқынды радар (CW радар) – белгілі бір тұрақты жиілікте үздіксіз толқынды радиоэнергия жіберіліп, содан кейін кез келген шағылыстыратын объектілерден алынатын радар жүйесінің түрі. Жеке объектілерді Доплер эффектісі арқылы анықтауға болады, бұл алынған сигналдың жіберілген сигналдан өзгеше жиілікке ие болуына себеп болады, соның арқасында жіберілген жиілікті сүзу арқылы анықтау мүмкін болады. Радардан алынған сигналдың Доплерлік талдауы баяу немесе қозғалмайтын объектілерді сүзуге мүмкіндік береді, осылайша үлкен стационарлық объектілер мен баяу қозғалатын кедергілерге қарсы тұрақтылықты қамтамасыз етеді. Бұл оны фондық шағылыстырғышқа қарсы объектілерді іздеу үшін өте пайдалы етеді, мысалы, жоғарыдан ұшқан ұшақ төменде ұшқан ұшақты жер бетіне қарсы іздеуіне мүмкіндік береді. Жер бетінен берілетін өте күшті шағылысты сүзуге болады, сондықтан нысанадан келетін әлдеқайда кіші шағылысты көруге болады. CW радар жүйелері спектрдің екі шетінде де қолданылады. Арзан радио биіктікөлшегіштер, жақындық сенсорлары және бірнеше ондаған метрден бірнеше шақырымға дейін жұмыс істейтін спорттық аксессуарлар. Жер-әуе зымыран жүйелерінде пайдалану үшін 100 км-ден астам қашықтықта жұмыс істейтін қымбат ерте ескерту CW бұрыштық іздеу (CWAT) радары.

Түрлері

Тұрақты толқындық радарлардың екі түрі бар: модульденбеген үздіксіз толқын және модульденген үздіксіз толқын.

Саға тісті жиілік модуляциясы

Тістік модуляция FM CW радарларында ең көп қолданылады, әсіресе айналмалы бөліктері жоқ нысандардың қашықтығын анықтау үшін. Осы техниканы қолдану арқылы қашықтық туралы ақпарат Доплер жылдамдығымен біріктіріледі. Жылдамдықты анықтау үшін модуляция модульденбеген тасымалдаушы жиіліктің өзгеруін пайдалана отырып, кезектесетін сканерлеулерде өшірілуі мүмкін. Бұл бір радар жиынтығымен қашықтық пен жылдамдықтарды анықтауға мүмкіндік береді. Үшбұрышты толқын модуляциясы да осы мақсатқа жету үшін қолданылуы мүмкін. Суретте көрсетілгендей, алынған толқын формасы (жасыл) жіберілген толқын формасының (қызыл) кешіктірілген көшірмесі болып табылады. Жіберілген жиілік қабылдау сигналын базалық деңгейге дейін төмендету үшін қолданылады, ал жіберу және шағылысқан сигналдар арасындағы жиілік ауысу мөлшері уақыт кешіктіруімен (қашықтықпен) бірге артады. Осылайша, уақыт кешіктіруі қашықтықты өлшеуге мүмкіндік береді; жақын жердегі шағылыстардан шағын жиілік ауытқуы пайда болады, ал үлкен жиілік ауытқуы уақыт кешіктіруінің ұзақтығына және қашықтыққа сәйкес келеді. Қазіргі заманғы электрониканың дамуымен көптеген жағдайларда сигналды цифрлық өңдеу қолданылады. Биттік сигналдар аналог-цифрлық түрлендіргіш арқылы өтеді, нәтижесінде цифрлық өңдеу жүзеге асырылады. Әдебиетте көрсетілгендей, FM CW радарлары үшін сызықтық рампа толқын формасы келесі теңдеулер жиынтығымен сипатталады:

Қазіргі заманғы жүйелердің көпшілігі FM CW радарлары бір жібергіш антенна және бірнеше қабылдағыш антенналарды пайдаланады. Жібергіш қабылдағышпен шамамен бірдей жиілікте үздіксіз жұмыс істейтіндіктен, қабылдағыш сатыларын артық жүктемеден қорғау үшін ерекше сақ болу қажет.

Монопульстік

Монопульстік антенналар импульстар немесе басқа да модуляция қолданбастан бұрыштық өлшемдерді жүзеге асырады. Бұл техника жартылай активті радарлық нысанаға бағыттау жүйелерінде қолданылады.

Сүзгі

Сүзгі әдісі өте тар жолақты кесу сүзгісін қолдануға негізделген, ол жақын жердегі шағылыстырғыштардан келетін төмен жылдамдықты сигналдарды жояды. Жолақты кесу аймағы күтілетін жағдайға байланысты сағатына 10 мильден сағатына 100 мильге дейін өзгереді. Типик жақсарту 30 дБ-тан 70 дБ-ға дейін құрайды.

Қалпына келтіру, FMICW

Тоқтатылған тасымалдаушы жүйелер үздіксіз толқын (CW) жүйелері деп есептелмесе де, олардың жұмыс сипаттамалары жиі тоқтатылатын CW жүйелерімен, тіпті таза CW радарымен ұқсас, себебі импульстің жиілігі қашықтықты жиілік модуляциясы (FM) қолданбастан өлшеуге мүмкіндік бермейтіндей жоғары. Бұл техника қабылдағыштан үлгі алу басталмас бұрын, таратушыны белгілі бір уақытқа өшіреді. Қабылдағыштағы кедергі уақыт тұрақтылығына шамамен 8,7 дБ төмендейді. 120 дБ-ға дейін азайту үшін таратушы өшірілгеннен бастап қабылдағыштан үлгі алу басталғанға дейін 14 қалпына келтіру енінің уақыт тұрақтысы қажет. Үзіліс концепциясы кеңінен қолданылады, әсіресе ұзақ қашықтықты радарлық қолдануларда, онда қабылдағыштың сезімталдығы өте маңызды. Ол "жиілік модуляцияланған үзілісті үздіксіз толқын" немесе FMICW деп белгілі.

Артықшылықтар

Қарапайымдылығының арқасында CW радарларын жасау арзанға түседі, олар ақауларға төзімді, күтіп ұстау шығындары төмен және толық автоматтандырылған. Олардың кейбіреулері қалтаға сыйымды. Күрделі CW радар жүйелері 100 км-ден астам қашықтықта сенімді түрде дәл анықтама беруге және зымырандарды жарықтандыруға қабілетті. FMCW рампасы FM модуляциясын пайдаланбайтын импульстік радарға қарағанда, қосымша қуат қажет етпей, сигнал/шу қатынасын арттыру үшін жиырылуы мүмкін. Когеренттілігімен байланысты, Фурье интеграциясы азимут интеграциясынан гөрі сигнал/шу қатынасын жақсартып, Допплер өлшемін жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Допплерлік өңдеу қабылдағыштан келіп түсетін тізбектелген сигналдарды интеграциялауға мүмкіндік береді. Бұл сынамалар санын арттыру арқылы анықтау қашықтығын арттыруға болады дегенді білдіреді. Бұл техниканы арзан, жасырын және аз қуатты радар жасау үшін пайдалануға болады. Осы себепті CW радарының өнімділігі Pulse Doppler радарының өнімділігіне ұқсас.

Шектеулер

Модуляцияланбаған үздіксіз толқындық радар қашықтықты өлшемейді. Сигнал амплитудасы қабылдағышқа жақын бірнеше жылжымалы нысан болғанда, қай нысанның қай жылдамдық өлшеміне сәйкес келетінін анықтаудың жалғыз жолын ұсынады, бірақ нысанның мөлшерін бағалау үшін қашықтық өлшемісіз амплитуда ақпараты пайдалы емес. Жылжымалы нысандарға антеннаның алдындағы нысандарға жақын ұшып жүрген құстар жатады. Радардың алдындағы кішкентай нысандардың шағылысуы, антеннаның бүйірлік бөліктерінен кіретін үлкен нысандардың шағылысуымен басылып қалуы мүмкін, мысалы, жапырақтары желмен тербеліп тұрған ағаштар, биік шөп, теңіз беті, жүк пойыздары, автобустар, жүк көліктері және ұшақтар. Қашықтық модуляциясы жоқ кішкентай радар жүйелері тек өсімдіктер, ұшақтар, құстар, ауа райы құбылыстары және басқа жақын көліктерден таза, стерильді ортада бір нысанмен қолданылғанда ғана сенімді болады. 20 дБ антеннаның бүйірлік бөліктері болғанда, антеннаның артында 1000 шаршы фут көлемінде шағылыстыратын беті бар жүк көлігі немесе ағаш, кішкентай қолға ұсталатын антеннаның алдында 10 шаршы фут көлемінде шағылыстыратын автомобиль сияқты күшті сигнал тудыруы мүмкін. Қолға ұсталатын құрылғылардың сенімді жұмыс істейтінін анықтау үшін аумақты зерттеу қажет, себебі оператордың артындағы көлік қозғалысы мен ағаштар оператордың алдында жасалған бақылауларға кедергі келтіруі мүмкін. Бұл құқық қорғау органдарының қызметкерлері, NASCAR жарыстары және бейсбол, гольф және теннис сияқты спорт түрлерінде қолданылатын радарлық жылдамдық өлкіштерімен байланысты жиі кездесетін мәселе. Екінші радар, автомобильнің тұтануы, басқа жылжымалы нысандар, мақсатталған нысанның желдеткіш қақпақтарының қозғалысы және басқа радиожиілік көздерінің бұзушылықтары өлшемдерді бұрмалауы мүмкін. Бұл жүйелер Ku диапазонында 0,02 метр болатын толқын ұзындығымен шектеледі, сондықтан егер антенна 12 дюймнен (0,3 метрден) кіші болса, сәуле таралуы 45 градустан асып кетеді. Антеннаның маңызды бүйірлік бөліктері антенна радар орнатылған көлік құралынан үлкен болмаса, барлық бағытта созылады. Сенімді жұмыс істеу үшін бүйірлік бөліктерді басу және FM диапазонын модуляциялау қажет. Бүйірлік бөліктерді басусыз келіп жеткен сигналдың бағытын білу мүмкін емес, бұл екі немесе одан да көп антенналарды, әрқайсысының жеке қабылдағышын қажет етеді. FM диапазонын модуляциялаусыз қашықтықты білудің жолы жоқ. Бір нысанды бөліп көрсету үшін жылдамдық, бағыт және қашықтық – міндетті шарттар. Бұл шектеулер негізгі физиканың белгілі шектерімен байланысты, оларды конструкциялық шешімдермен жеңу мүмкін емес.