Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

kreślić to, że owale Cassiniego i charakterystyka anteny określają
tylko kształt pokrycia zasięgowego. Ilościowe wyznaczenie
zasięgów na poszczególnych kierunkach dla określonego typu
obiektu zależy od mocy nadajnika, czułości odbiornika i zysku
przetwarzania. Szczególne znaczenie ma efektywna czułość
odbiornika, którą w technice PCL należy rozpatrywać
z uwzględnieniem bardzo trudnego problemu maskowania
słabych ech użytecznych przez sygnał bezpośredni z nadajnika
i echa stałe. Ten problem będzie poruszony dalej, przy
prezentowaniu aparatury radaru PCL i jej funkcjonowania.
Jak działa radar PCL
Spróbujmy zacząć opis działania radaru PCL tradycyjnie od
schematu blokowego. Jest w tym pewna trudność, dlatego że
podział na fizyczne bloki niewiele by pokazał. Jeśli jednak
przyjąć, że w tym schemacie bloki to kolejno realizowane funkcje,
to taki schemat wyglądałby jak na rys. 9. Jest to przykładowa
struktura funkcjonalna z anteną 8-elementową, np. taką
jaką pokazano dalej na fotografii. Z tej 8-elementowej anteny
formowane są trzy wiązki obserwacyjne (na schemacie Wo1 -
Wo3) oraz jedna wiązka skierowana na nadajnik, czyli wiązka
referencyjna (Wr). W kolejnych punktach zostaną omówione poszczególne
bloki funkcjonalne tego schematu.
Funkcjonowanie radaru normalnie zaczyna się w nadajniku,
ale tutaj rzecz jasna takiego nie ma. Musi natomiast
radar PCL mieć antenę i to taką o odpowiednich charakterystykach,
a wiąże się to ściśle ze szczególnym sygnałem, jaki
ten radar wykorzystuje. Porównajmy dwa przebiegi na rys. 10,
obydwa sporządzone dla radarów o zasięgu maksymalnego
ok. 100 km.
W radarze impulsowym (rys. 10a) sygnał nadawany pojawia
się na krótką chwilę (tutaj 10 µs) i znika, a radar przechodzi
do trybu odbioru echa. Dotąd było zrozumiałe, że jak się
nadaje, to się nie odbiera i odwrotnie, a czas trwania impulsu
nadajnika wyznacza martwą strefę, gdzie radar po prostu nie
widzi. Tak komfortowej sytuacji nie ma radar typu PCL
(rys. 10b). Tutaj do odbiornika dociera praktycznie jednocześnie
echo i sygnał sondujący. Warto zwrócić uwagę, że potrzebna
do wykrycia obiektu porcja sygnału, którą mierzy się
grubymi ułamkami lub całymi sekundami (tutaj 1 sekunda), jest
o trzy rzędy wielkości dłuższa od czasu opóźnienia najdalszego
echa, który zazwyczaj ledwie osiąga milisekundę. Musi zatem
wystąpić nakładanie się w czasie sygnału bezpośredniego (nadawanego)
i sygnału echa. Oczywiście nie można dopuścić do
odbioru echa razem z sygnałem bezpośrednim, gdyż ten
ostatni jest zwykle o wiele rzędów wielkości (nawet do 100 dB)
silniejszy od echa i całkowicie zamaskowałby jego obecność.
Ponieważ zarówno echo, jak i sygnał bezpośredni są jednakowo
niezbędne do funkcjonowania PCL, trzeba je odebrać
oddzielnymi, wzajemnie odseparowanymi kanałami. Jest przy
tym bardzo ważne, aby każdy z kanałów odbierał jak najmniej
sygnału dla niego nie przeznaczonego. W praktyce oznacza
to, że charakterystyka anteny odbierającej echa powinna wykazywać
jak najgłębsze minimum na kierunku nadajnika.
W praktyce okazuje się, że nie można dostatecznie skutecznie
stłumić sygnału bezpośredniego charakterystyką anteny
i trzeba stosować dodatkowe „tricki” kompensujące jego obecność
przez odpowiednią obróbkę sygnału.
Antena i odbiór sygnałów
bezpośredniego i echa
Rys. 9. Schemat blokowy radaru PCL z ośmioelementową anteną
i trzema wiązkami obserwacyjnymi
Fig. 9. Block diagram of a PCL radar with an 8-element antenna
and three surveillance beams
Jako dobry przykład na rys. 11 pokazana jest antena demonstratora
radaru PCL wykonanego w Instytucie Systemów
Elektronicznych Politechniki Warszawskiej. W tym przypadku
antenę tworzy szyk ośmiu typowych anten radiowych UKF
rozmieszczonych równomiernie na okręgu o średnicy ok.
2,4 m. Widoczne na rysunku anteny Yagi stanowią dodatkowe
wyposażenie przeznaczone do eksperymentowania z nadajnikami
telewizji.
Rys. 10. Porównanie zależności czasowych w radarze impulsowym
i PCL
Fig. 10. Comparison of timing in a pulse radar and PCL
Rys. 11. Antena demonstratora PCL wykonanego w Instytucie Systemów
Elektronicznych Politechniki Warszawskiej
Fig. 11. The antenna of the PCL demonstrator built in the Institute
of Electronic Systems of the Warsaw University of Technology
106 ELEKTRONIKA 11/2009