86184789-Radarski-sistemi.pdf

75
RADARSKI SISTEMI Prof. dr Vera Marković

Transcript of 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Page 1: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

RADARSKI SISTEMI

Prof. dr Vera Marković

Page 2: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

SADRSADRŽŽAJAJUvod Primene radara i frekvencije na kojima rade radarski

sistemiRadarski cilj Radarska jedna~inaRadarska jedna~ina za impulsni radarBlok {ema tipi~nog radara i opis TR skretnice Impulsni radarFM- CW radarDoplerov efekat FM- CW Doplerov radarMTI radarRadiometrija Termografija

Page 3: 86184789-Radarski-sistemi.pdf
Page 4: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Radarski cilj je objekat ~ije se koordinate odre|uju i koji mo`e biti lociran u slobodnom prostoru, u vazduhu, na vodi itd.

Tipi~ni radarski ciljevi: •avioni, •rakete, •sateliti, •meteoriti, •jonizovani slojevi oblaka itd.

Page 5: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Polo`aj radarskog cilja se odre|uje sa tri koordinate:

• dve ugaone (azimut i elevacija) • a tre}a je udaljenost radarskog cilja od radara.

Azimut (α) je ugao u horizontalnoj ravni kojim se defini{e polo`aj radarskog cilja u odnosu na pravac severa.

Elevacija (β) je ugao u vertikalnoj ravni pravca radar-radarski cilj u odnosu na horizontalnu ravan.

Page 6: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Za{to je pogodno kod radarskih sistema koristitimikrotalase?

Ta~nost odre|ivanja koordinata je utoliko ve}a ukoliko antena efikasnije usmerava izra~enu energiju i ukoliko radarski cilj efikasnije reflektuje radarski talas.

Page 7: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Slika 5.1: Pojednostavljena blok {ema radarskog sistema

Page 8: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Na prijemu su prisutna tri signala:

• emitovani signal s(t),• reflektovani signal s(t-t0), i

• signal {uma n(t).

Ako su predajna i prijemna antena dislocirane,

radi se o bistati~kom radarskom sistemu

U slu~aju da su antene na istom mestu,

onda se govori o monostati~kom radarskom sistemu .

21 RR ≠

RRR == 21

Page 9: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.2 Primene radara i frekvencije na kojima rade radarski sistemi

Page 10: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Ta~nost odre|ivanja koordinata je utoliko ve}a ukoliko antena efikasnije usmerava izra~enu energiju i ukoliko radarski cilj efikasnije reflektuje radarski talas. Zbog toga je pogodno za ovu svrhu koristiti mikrotalase.

Vojne primene

Vojne primene su naj~e{}a primena radarskih sistema.

Radar je va`na komponenta sistema za vazdu{nu odbranu kao i za operacije vezane za projektile i drugo oru`je.

Na primer, slu`i za osmatranje, pri ~emu se vr{i detekcija nekog objekta, prepoznavanje objekta, pra}enje objekta itd.

Ako je u pitanju dejstvo oru`jem uz radarsku kontrolu, onda radar prati cilj, usmerava oru`je ka tom cilju itd.

Kod dejstava pomo}u projektila mogu se koristiti radarske tehnike za navodjenje projektila.

Radari sa jako visokom rezolucijom koriste se za detektovanje fiksnih i pokretnih ciljeva na bojnom polju.

Page 11: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Meteorologija

Za osmatranje de{avanja u atmosferi u cilju predvidjanja vremenskih prilika- radarski sistemi su najva`nije sredstvo za prikupljanje podataka potrebnih za prognozu vremena.

Druga izuzetno va`na namena je u nacionalnim sistemima protivgradne za{tite.

Page 12: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Ta~nost odre|ivanja koordinata je utoliko ve}a ukoliko antena efikasnije usmerava izra~enu energiju i ukoliko radarski cilj efikasnije reflektuje radarski talas. Zbog toga je pogodno za ovu svrhu koristiti mikrotalase.

Kontrola civilnog vazdu{nog saobra}aja

Radari se koriste {irom sveta za kontrolu vazdu{nog saobra}aja u okolini aerodroma kao i du` puta izmedju dva aerodroma (koridora).

Kontrola drumskog saobra}aja

Radari se {iroko koriste od strane saobra}ajne policije za merenje brzine vozila, radi sprovodjenja zakonom propisanih ograni~enja brzine.

Page 13: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Bezbednost i navigacija u pomorskom saobra}aju

Radari se koriste na brodovima i ~amcima radi bezbednosti plovidbe i navigacije, naro~ito kada je vidljivost slaba.

Page 14: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Osmatranje kosmosa

Radarima su opremljene sve kosmi~ke letilice.

Radari se izmedju ostalog koriste za osmatranje na{e planete.

Veliki radari sme{teni na zemlji slu`e za detektovanje i pra}enje satelita i drugih objekata u svemiru.

Page 15: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

U industriji i nauci

Mogu se koristiti za razna beskontaktna merenja brzine i rastojanja, na primer kod istra`ivanja nafte i gasa, ili kretanja nekih `ivotinja kao {to su insekti ili ptice.

itd.

Page 16: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Po dimenzijama, dometima i drugim karakteristikama radari se mogu veoma razlikovati.

Radari mogu biti tako mali da se mogu dr`ati u ruci, ili tako veliki da mogu zauzeti ~itavo fudbalsko igrali{te.

Dometi radara mogu se kretati od tako malih da se cilj skoro mo`e dodirnuti, do tako velikih da se mogu dosti}i druge planete.

Page 17: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Konvencionalni radari rade u mikrotalasnoj oblasti. Oni mogu raditi na razli~itim frekvencijama po~ev od MHz regiona do par stotina GHz.

Postoje ve}i broj ta~no definisanih frekvencijskih opsega u okviru kojih mogu raditi radarski sistemi. Oni su dodeljeni od strane Internacionalne telekomunikacione unije (ITU).

Na primer, za rad radara u C opsegu (4-8 GHz) dodeljen je frekvencijski opseg 5.250-5.925 GHz

Page 18: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.3 Radarski cilj

Pod radarskim ciljem podrazumevamo svaki diskontinuitet u elektri~nim i magnetskim osobinama sredine kroz koju se prostiru radarski talasi.

Kada se radarski cilj na|e u snopu zra~enja radarske antene, na njegovoj povr{ini se indukuju RF struje, koje postaju izvor sekundarnog zra~enja, tako da se energija dolaze}eg talasa rasejava u svim pravcima.

Page 19: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Energiju rasejanja u odre|enom pravcu mo`emo predstaviti veli~inom koja se naziva

radarski presek cilja

On po prirodi predstavlja ekvivalentnu povr{inu

(jedinica je m2)

Page 20: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Radarski presek se defini{e preko slede}eg izraza:

σincizP Γ=

σ- radarski presek,

Piz- snaga zra~enja fiktivne izotropne antene, koja bi, kad bi bila sme{tena na mestu radarskog cilja stvarala u posmatranom pravcu polje istog intenziteta kao i sekundarno polje radarskog cilja,

Γinc- intenzitet Pointingovog vektora (gustina snage incidentnog talasa) na mestu radarskog cilja.

Page 21: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

inc

iz

inc

iz RPΓ

Γ=

Γ=

224π

σ

R2 - rastojanje od radarskog cilja do prijemne antene.

Γiz- intenzitet Pointingovog vektora na mestu prijemne antene.

Monostati~ki radarski presek (radarski presek povratnog rasejanja):

inc

sm R

ΓΓ

πσ 24=

Page 22: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Kako je ⇒2~ EkΓ

224

inc

sm E

ERπσ =

Kod jednostavnih oblika radarskih ciljeva vrednost radarskog preseka mo`e se izra~unati analiti~ki, medjutim u ve}ini prakti~nih slu~ajeva on se dobija eksperimentalno.

Page 23: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

radarski cilj radarski presek (m2)projektil 0.1mala letilica (do 4 putnika) 2-4borbeni avion 6-10srednji bombarder 20veliki bombarder 40helikopter 3Jumbo Jet 100automobil 10-100~amac 2bicikl 2~ovek 1ptica 0.01insekt 0.00001

Page 24: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.4 RADARSKA JEDNA^INA

Razmatra}emo bistati~ki radarski sistem. Rastojanje od predajnika do radarskog cilja je R1, rastojanje od radarskog cilja do predajnika je R2, snaga predajnika Pt, a poja~anje predajne antene Gt.

Efektivna izotropna izra~ena snaga (EIRP) odnosno ekvivalentna snaga fiktivne izotropne antene koja podjednako zra~i u svim pravcima je

ttGPEIRP =

Page 25: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Intenzitet Pointingovog vektora, ili gustina snage na mestu radarskog cilja, na rastojanju R1 mo`e se predstaviti u obliku

214 R

GP ttinc

πΓ =

Posle refleksije, cilj radarskog preseka σ, pona{a}e se kao sekundarni izvor zra~enja ~ija je efektivna izotropna snaga zra~enja data izrazom

214 R

GPP tt

iz πσ=

Page 26: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Intenzitet Pointingovog vektora sekundarnog izvora zra~enja, koje poti~e od radarskog cilja, na mestu prijemne antene, na rastojanju R2 iznosi

22

21 4

141

RRGP ttiz ππ

σ=Γ

Efektivna povr{ina prijemne antene jerer GA

πλ4

2

=

rttr GRR

GPPπλ

πσ

π 441

41 2

22

21

=Snaga na prijemu:

radarska jedna~ina za bistati~ki radar

Page 27: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Radarsku jedna~inu mogu}e je preurediti,

rttr GRR

GPP2

22

2

1 44

4 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

πλσ

λπ

πλ

refr GAA

EIRPP0201

11 σ=

gde su:

ttGPEIRP =

σλπσ 2

4=ef

slabljenje u slobodnom prostoru,

efektivno poja~anje radarskog cilja

2

04

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

λπ i

iRA

Page 28: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

U logaritamskom obliku:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]dBGrdBAdBdBAdBEIRPdBP efr +−+−= 0201 σ

U slu~aju monostati~kog radarskog sistema, radarska jedna~ina se svodi na

43

2

)4( RGGP

P rmttr π

σλ=

U slu~aju da se za predaju i prijem koriste identi~ni antenski sistemi, ili se koristi samo jedan antenski sistem

( )GGG rt ==43

22

)4( RGP

P mtr π

σλ=⇒

Page 29: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Maksimalni domet radara je rastojanje iza koga cilj vi{e na mo`e biti detektovan.

To se de{ava kada je snaga na prijemu jednaka minimalnoj snazi koja se mo`e detektovati,

Maksimalni domet monostati~kog radara mo`e se na}i iz

minrP

4

min3

22

max )4( r

mt

PGP

σλ=

Ovo je pojednostavljena verzija, ne opisuje adekvatno performanse stvarnog radara. Daje ve}u vrednost dometa nego {to je to u stvarnosti, ~ak i za faktor 2 ili vi{e.

Page 30: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.5 RADARSKA JEDNA^INA ZA IMPULSNI RADAR

• U praksi se ~e{}e koristi impulsni radar. • Impulsni radar emituje kratkotrajne impulse velike snage, ~ime se zna~ajno pove}ava efikasnost radara.

Talasni oblik emisionog signala impulsnog radara

TPP tsrτ

=

tP

Page 31: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.5 RADARSKA JEDNA^INA ZA IMPULSNI RADAR

• U praksi se ~e{}e koristi impulsni radar. • Impulsni radar emituje kratkotrajne impulse velike snage, ~ime se zna~ajno pove}ava efikasnost radara.

Talasni oblik emisionog signala impulsnog radara

TPP tsrτ

=

tP

Page 32: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Umesto periode ponavljanja impulsa mo`e se koristiti takozvana frekvencija ponavljanja impulsa,

Tf p

1=

Mo`e se definisati srednja izra~ena snaga,

pttsr fPT

PP ττ==

Obrnuto,

p

srt f

PPτ

=

Primer: = 1 MW, , T=1 ms, =1 kHz, =1 kW.tP sµτ 1= pf srP

Page 33: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Pretpostavi}emo da se radi o osmatra~kom radaru, kod koga se snopom zra~anja kontinualno skenira `eljeni prostor.

Uve{}emo veli~inu n, koji predstavlja broj impulsa koji se javljaju na cilju za vreme dok se radarski cilj nalazi u radarskom snopu zra~enja.

pscan

dB fnθθ3=

- trodecibelska {irina snopa zra~enja u stepenima,

- brzina skeniranja u stepenima u sekundi.

Primer: trodecibelska {irina snopa 1.5o , brzina skeniranja 30o u sekundi, a frekvencija ponavljanja impulsa 300 impulsa u sekundi, onda je n = 15 impulsa na cilju pri svakom skeniranju.

dB3θ

scanθ

Page 34: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Takodje, treba u jedna~inu uvrstiti veli~inu L koja reprezentuje slabljenja u radarskom sistemu

Kada se uklju~e specifi~nosti impulsnog radara, radarska jedna~ina postaje

LfRnGP

Pp

msrr τπ

σλ43

22

)4(=

Page 35: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Da bi se odredio domet radara, potrebno je uklju~iti i odnos signal-{um.

Sposobnost prijemnika radara da detektuje slabi reflektovani signal limitirana je {umom koji zauzima isti deo frekvencijskog spektra kao korisni signal.

Zbog toga je kao kriterijum za ocenu mogu}nosti detekcije radara bolje uzeti odnos signal-{um nego minimalni signal koji se mo`e detektovati.

Na mikrotalasnim frekvencijama {um se u najve}oj meri generi{e u samom prijemniku.

Page 36: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Faktor {uma dvoprilaznog sklopa:

uliz

izul

iz

izul

ul

iz

ulNPNP

NPNP

NPNP

F ==⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

ulP je u ovom slu~aju snaga prijemnog signala koju smo ozna~ili sa Pr.

Po definiciji, uzima se da je snaga {uma na ulazu jednaka snazi {uma prilagodjenog otpornika na standardnoj temperaturi,

BkTNul 0=

Page 37: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Sledi

iz

izrPBkT

NPF0

=

iziz

izr N

PBFkTNPBFkTP ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛== 00

( ) BLFkTfRnGP

BFkTP

NP

p

msrr

iz 043

22

0 4 τπσλ

==⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Maksimalni domet impulsnog radara odredjuje se iz uslova da je odnos signal - {um na izlazu prijemnika minimalan.

Page 38: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

( )4

min03

22

max )/(4 NPBLFkTfnGP

Rp

msr

τπσλ

=

^esto se koristi referentna veli~ina koja predstavlja domet pri kojem je odnos signal/{um (P/N) = 1

1/max0 ==

NPRR

Onda je maksimalni domet pri minimalnom odnosu (P/N)na izlazu:

4

min

0max

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

NPR

R

Page 39: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.6 Primer jednostavnog aerodromskog osmatra~kog radara

Page 40: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

I,II - primopredajnici

1 - paraboloidna reflektor antena,2 - primarni radijator u obliku levak antene,3 - polarizaciona re{etka, koja transformi{e linearnu

polarizaciju u kru`nu i obratno,4 - obrtna spojnica, koja omogu}ava kontinualnu rotaciju

antenskog sistema,5 - prekida~ koji po potrebi uklju~uje primopredajnik I ili II,6 - ve{ta~ka antena (prilago|eni potro{a~),7 - skretnica predaja- prijem,8 - predajnik,9 - prijemnik,10 - talasovodi.

Page 41: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

frekvencija predajnika je 3 GHz,

poja~anje paraboloidne antene je 33 dB,

impulsna snaga predajnika 750 kW,

brzina rotacije antene 6 obrtaja u minuti,

trajanje impulsa emisije predajnika 6 µs,

frekvencija ponavljanja impulsa 250 Hz,

faktor {uma prijemnika 6 dB.

Page 42: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Skretnica predaja - prijem (TR skretnica) Ima zadatak da omogu}i prenos signala od predajnika ka anteni, i od antene ka prijemniku, a da pri tome predajnik i prijemnik budu izolovani.

Bi}e prikazana 2 re{enja:

1) Re{enje u tehnici vodova

2) Re{enje sa cirkulatorima

Page 43: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

1) Re{enje u tehnici vodova

Koriste se elektronski prekida~i sa PIN diodama:

ATR - anti- transiver prekida~

TR - transiver prekida~

Ove diode imaju stanje visoke i niske impedanse pa mogu pribli`no realizovati otvoreno kolo i kratak spoj.

Page 44: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

(b) - predajni re`im (prekida~i zatvoreni)

(c) - prijemni re`im (prekida~i otvoreni)

Page 45: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

2) Re{enje sa cirkulatorima

(a) predajni re`im (signal iz predajnika ide na antenu, dok je prijemnik izolovan)

(b) prijemni re`im (signal sa antene ide na prijemnik, a predajnik je izolovan)

Page 46: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.7 Impulsni radar

Ukoliko je radarski signal prostoperiodi~an i neprekidno traje, iz takvog talasa se ne mo`e dobiti radarska informacija.

Jedan od na~ina za prevazila`enje ovog problema se zasniva na amplitudskoj modulaciji sinusoidalnog mikrotalasnog nosioca pravougaonim impulsima, koji se ponavljaju

Page 47: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

(a) - signal impulsnog radara

(b) - povratni signal (eho) sa dva objekta

T0- perioda (vreme ponavljanja impulsa), τ- {irina impulsa.

Page 48: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Vreme do trenutka kada sti`e eho (tzv. "eho interval") mora biti manje od periode.

Obja{njenje: Ako je vreme izmedju dva poslata impulsa suvi{e kratko, eho signal od jako udaljenog objekta mo`e sti}i nakon slanja slede}eg impulsa, i mo`e pogre{no biti povezan sa tim a ne sa prethodnim impulsom.

Na primer, eho u trenutku t0’ bi}e interpretiran kao da je stigao nakon t0’ - T0,

Ovo mo`e rezultirati u nekorektnom ili vi{ezna~nom odredjivanju odstojanja.

Zbog toga je maksimalna brzina ponavljanja impulsa odredjena maksimalnim odstojanjem na kome se o~ekuju objekti.

Page 49: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Maksimalni domet do koga se ne pojavljuje vi{ezna~nost, odn. da bi eho interval bio manji od periode, dat je izrazom:

max

min0max 22'

pfccT

R ==

Drugo ograni~enje je rezolucija objekata.

Razlika izme|u impulsa mora biti:

τ≥00 ' tt −

Page 50: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Po{to je srednja snaga koja se emituje impulsnim radarom

0TPP tsr

τ=

zna~i ona se pove}ava sa du`inom impulsa,

ali se time rezolucija smanjuje.

Re{enje: Kompresija impulsa je metod koji se koristi za dobijanje zahtevane rezolucije i dometa.

Zahvaljuju}i kompresiji eho od objekta stvara kratak impuls na izlazu odgovaraju}eg filtra, ~ak i u slu~aju kada je emitovan relativno dug impuls.

Page 51: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Blok {ema jednog impulsnog radara

Page 52: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.8 FM-CW radar

(frequency modulation - continuous wave )

• Primer radara koji nije impulsni.

• Mikrotalasni nosilac je frekvencijski modulisan.

• CW zna~i da radar emituje kontinualno. a ne u impulsima.

Page 53: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Ako sa f(t) ozna~imo trenutnu vrednost frekvencije frekvencijski modulisanog mikrotalasnog nosioca, sa

f0 frekvenciju nemodulisanog nosioca i sa

fm(t) frekvenciju kojom se vr{i modulacija,

onda je frekvencija emitovanog signala

)()( 0 tfftf m+=

a frekvencija reflektovanog (prijemnog) signala je:

)()( 00 ttfftf mref −+=

tj. frekvencija prijemnog signala je jednaka frekvenciji emitovanog signala t0 sekundi ranije.

Page 54: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Razlika frekvencija predajnog i prijemnog signala je:

)()()()( 0ttftftftff mmrefd −−=−=

Veoma je zastupljena linearna frekvencijska modulacija.

Page 55: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

battfm +=)(

00 )()( atttftff mmd =−−=

Sledi da je rastojanje radar- radarski cilj: a

cfctR d22

0 ==

Po{to je a poznato, rastojanje R mo`e odrediti merenjem fd.

-------------------------------------------------------------------------

Napomene: FM- CW radari zbog kontinualnog rada, rade pri niskim nivoima snage. Minimalni domet nije ograni~en i zato se FM- CW radar koristi za merenje rastojanja na kratkim dometima. Kod aviona se ranije mnogo koristio za merenje visine (altimetar).

Page 56: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Pojednostavljena blok {ema FM-CW radara

VCO - naponom kontrolisani oscilator

Usmereni spre`nik slu`i da odvoji deo signala

Me{a~ slu`i da se dobije razlika frekvencija

Page 57: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.9 Doplerov efekat

Doplerov efekat predstavlja promenu frekvencije radarskog eho signala zbog postojanja razlike u brzinama izmedju radara i pokretnog cilja.

Kada se objekat pribli`ava radaru frekvencija primljenog signala se pove}ava u odnosu na frekvenciju emitovanog signala i obrnuto.

Merenjem Doplerove frekvencije mo`e se meriti brzina kretanja objekata.

Page 58: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Pored eho signala od `eljenog cilja do radara sti`u eho signali i od raznih drugih objekata u okru`enju. Ovi drugi eho signali mogu ~ak biti ve}eg reda veli~ine od `eljenog eha, pa je onda te{ko detektovati `eljeni cilj. Zato, ako se cilj kre}e u odnosu na okolinu, pogodno je iskoristiti to svojstvo radi odvajanja od ostalih objekata.

Danas, svi savremeni radari visokih performansi za protivvazdu{nu odbranu i za civilnu kontrolu vazdu{nog saobra}aja koriste Doplerov efekat.

Doplerov efekat se koristi kod FM-CW Doplerovog radara, MTI radara, impulsnog Doplerovog radara itd.

Page 59: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Odredjivanje veze izmedju Doplerovog pomerajafrekvencije (Doplerove frekvencije) i brzine objekta:

Ukupan broj talasnih du`ina na putu ka cilju i nazad je 2R/λ.

Kako svaka talasna du`ina odgovara promeni faze od 2π, ukupna faza je

λπφ R22=

Ugaona frekvencija je izvod faze po vremenu, pa je

Dr

D fvdtdR

dtd π

λπ

λπφω 22222 ====

cfvvf rr

D

22==

λvr- radijalna komponenta brzine objekata.

Page 60: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.10 FM-CW Doplerov radar

• Za slu~aj nepokretnih objekata kod FM- CW radara, frekvencijska razlika izme|u emitovanog i primljenog signala je pozitivna du` pozitivnog segmenta signala i negativna tokom negativnog dela signala

• Ako je u pitanju pokretan objekat, frekvencijskoj razlici }e se superponirati i Doplerov pomeraj.

• Pod pretpostavkom da se objekat kre}e prema radaru, tokom pozitivne periode }e se frekvencijska razlika umanjiti za Doplerovu frekvenciju, dok }e se tokom negativne periode uve}ati za taj iznos.

Page 61: 86184789-Radarski-sistemi.pdf
Page 62: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Ddd fff −=+

Tokom pozitivne periode (fD je Doplerova frekvencija):

Tokom negativne periode:

Ddd fff +=−

Sabiranjem:

2

2

−+

−+

+=

+=

ddd

dddff

f

fff

Page 63: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Zamenjuju}i u ranije izveden izraz za rastojanje objekata kod FM- CW radara: a

cfR d2

=

dobija se:a

ffcR dd

4)( −+ +=

Oduzimanjem i : Ddd fff −=+ Ddd fff +=−

2+− −= dd

Dff

f

Page 64: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Zamenjuju}i Doplerovu frekvenciju, mo`e se izraziti radijalna brzina objekta:

04)(

fffcv dd

r+− −=

4)( +−−= dd

rff

odn.

Page 65: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

FM- CW Doplerov radar nalazi primenu u merenju brzine vozila i merenju me|usobnog rastojanja izme|u vozila. Na primer, postoje FM- CW Doplerovi radari namenjeni za upozorenje u toku vo`nje, ako brzina pribli`avanja drugog vozila ili rastojanje predstavljaju potencijalnu opasnost.

Kod FM- CW Doplerovih radara, za razliku od impulsnih radara, ne postoji ograni~enje u smislu minimalnog rastojanjakoje se mo`e meriti.

Za ovakve aplikacije, radari mogu biti relativno mali i potrebnesu male predajne snage koje mogu biti reda nekoliko W.

Page 66: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.11 MTI radar

MTI (Moving Target Indicator) radar je impulsni radar koji koristi Doplerov pomeraj frekvencije. Su{tina rada je u slede}em:

Ako se emituje signal frekvencije f, koji se mo`e predstaviti sa

onda je prijemni signal jednak

)2sin( ftAt π

[ ])/2(2sin cRtfAr −π

Page 67: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Ako se cilj kre}e ka radaru, onda je tvRR r−= 0

gde je vr- radijalna brzina objekta.

Primljeni signal ima oblik:

[ ]cfRtcvfAV rrr /4)/21(2sin 0ππ −+=

Dakle, frekvencija na prijemu se menja, i to za faktor kojipredstavlja Doplerovu frekvenciju.

[ ]cfRtffAV Drr /4)(2sin 0ππ −+=

Page 68: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Primljeni signal koji se menja po zkonu

se zatim me{a sa referentnim signalom koji ima zavisnost tipa

i ekstrahuje se signal koji odgovara razlici frekvencija

[ ]cfRtff D /4)(2sin 0ππ −+

)2sin( ftπ

[ ]cRftfAV Ddd /42cos 0ππ −=

Dakle, vidi se da je dobijeni signal funkcija od . tfD

Page 69: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Kod objekata koji su nepokretni Doplerova frekvencija je jednaka nuli, pa je izlazni signal konstantan u vremenu.

Sa druge strane, eho signal sa pokretnog objekta zbog Doplerovog pomeraja daje kao rezultat izlazni signal koji je vremenski promenljiv.

To je osnova za eliminaciju stacionarnih ehoa sa nepokretnih objekata i detekciju onih koji se kre}u.

Page 70: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Upro{}eni prikaz izlaznog signala jednog MTI radara.

Prikazane su i pozitivne i negativne amplitude i to nakon dva uzastopna svipovanja radara (a) i (b).

Page 71: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Eho signali sa nepokretnih objekata ostaju nepromenjeni od jednog do drugog svipovanja.

Eho signali sa pokretnih objekata su promenjeni izmedju dva svipovanja.

Ako se oduzme signal drugog od signala prethodnog svipovanja, ehoi fiksnih objekata bi}e poni{teni i ne}e se detektovati (prikazati) kao {to se vidi na Sl. (c).

Sa druge strane, delovi signala koji poti~u od pokretnih ciljeva menjaju amplitudu od jednog do drugog svipovanja zbog Doplerovog pomeraja. Razlika je u tom slu~aju razli~ita od nule, kao {to je prikazano na Sl. (c).

Page 72: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

5.12 Radiometrija, termografija i radioastronomija

Tehni~ka disciplina pod nazivom radiometrija odnosi se na merenje karakteristika {uma, koji je prikupljen antenom, a odgovaraju}i uredjaji nazivaju se radiometri.

Ekvivalentna temperatura {uma antene zavisi od karakteristika sredine prema kojoj je antena upravljena. Na ovaj na~in u sprezi sa drugim mernim tehnikama mo`e se izmeriti: fizi~ka temperatura, vla`nost tla, atmosfersko zaga|enje, slabljenje uzrokovano atmosferskim padavinama i dr.

Page 73: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

U ve}ini slu~ajeva radiometri su sme{teni na avionima i satelitima i mogu se koristiti za ispitivanje zemaljskih resursa.

Mikrotalasna radiometrija ima zna~ajne prednosti u odnosu na radiometriju u vidljivom i infracrvenom podru~ju (merenja se mogu vr{iti no}u, u prisustvu oblaka, atmosferskih padavina itd.).

Page 74: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Mikrotalasna termografija- koristi se sli~an princip rada kao kod radiometrije.

Koristi se za odredjivanje temperature u unutra{njosti ljudskog tela. Mogu se detektovati temperaturna `ari{ta u ljudskom telu.

Ovaj na~in koji je za pacijenta pogodan jer je neinvazivan.

Naro~ito su razradjeni metodi za detekciju tumora.

Page 75: 86184789-Radarski-sistemi.pdf

Radioastronomija - sli~an princip.

Koristi se za ispitivanje kosmosa.

Meri se {um koji emituju tela unutar i van na{e galaksije.