عنوان
 
 
صفحه
فصل سوم
 
 
رادارهای پالسی و ابهامات
 
 
۳-۱) رادارهای پالسی و مقایسه بین انواع آن………………………………….
 
۶۵
۳-۲) ابهامات در برد وداپلر…………………………………………………
 
۷۶
۳-۳) رفع ابهام رنج…………………………………………………………
 
۰۷
۳-۴) رفع ابهام داپلر………………………………………………………..
 
۲۷
۳-۵) عملیاتی کردن تئوری………………………………………………….
 
۵۷
۳-۵-۱) نحوه آشکارسازی…………………………………………………..
 
۷۷
۳-۵-۲) جمع پذیری………………………………………………………..
 
۲۹
۳-۵-۳) الگوریتم دیجیتالی برای آشکارسازی برد هدف……………………….
۰۰۱
نتیجه گیری و پیشنهادات
 
 
نتیجه گیری……………………………………………………………….
۰۱۱
پیوستها( برنامه های ………………………………………….(MATLAB
۲۱۱
منابع و مآخذ
 
 
منابع فارسی……………………………………………………………….
۴۲۱
مانبع غیر فارسی…………………………………………………………..
۵۲۱
چکیده انگلیسی…………………………………………………………….
۶۲۱
 

فهرست جدول ها

 

عنوان
 
صفحه
 
 
 
 
جدول ۱-۱. نسبت سیگنال به نویز واحتمال آشکارسازی و احتمال خطاﺀ………………….
۶۱
جدول ۱-۲. مثالی از سطح مقطعهای راداری در فرکانس ماکروویو……………………………
۳۲
جدول ۳-۱. مقایسه رادارهای با PRFهای مختلف و ابهامات آنها………………………………
۴۶
جدول ۳-۲. محاسبه داپلر واقعی از روی داپلرهای مبهم………………………………………
۴۷
جدول ۳-۳. مقادیر بدست آمده از معادلات ۳-۶۱برای برد ……………………………70Km
۱۸
جدول ۳-۴. مقادیر بدست آمده از معادلات ۳-۶۱برای برد ……………………………20Km
۶۸
جدول۳-۵. مقایسه مدلهای مختلف TMSها از نظر سرعت و مقدار حافظه هایشان……………..
۳۰۱
جدول۳-۶. حجم محاسبات برای یک بافر…………………………………………………..
۴۰۱
 

فهرست شکلها

 

عنوان
 
صفحه
 
 
 
 
شکل ۱-۱. سیگنال دریافتی در مجاورت نویز…………………………………………………
۳
شکل۱-۲. آشکار ساز پوش………………………………………………………………….
۸
شکل ۱-۳. پوش خروجی گیرنده برای تشریح آﮊیرهای غلط در اثر نویز……………………….
۰۱
شکل ۱-۴. زمان متوسط بین آﮊیرهای غلط بر حسب سطح آستانه V وپهنای باند گیرنده………. B
۱۱
شکل۱-۵. تابع چگالی احتمال برای نویز به تنهایی و سیگنال همراه با نویز……………………..
۴۱
شکل ۱-۶. احتمال آشکارسازی یک سیگنال سینوسی آغشته به نویز…………………………….
۵۱
شکل۱-۷. تلفات جمع بندی بر حسب تعداد پالسها……………………………………………….
۸۱
شکل۱-۸. احتمال آشکار سازی بر حسب سیگنال به نویز واحتمال خطاﺀ …………………..10−9
۰۲
شکل۱-۹. سطح مقطع راداری کره ای به شعاع a و طول موج …………………………….. λ
۲۲
شکل۱-۰۱. نسبت سیگنال به نویز دریافتی بر حسب برد هدف………………………………….
۳۲
شکل۱-۱۱. انعکاس با زمان حدود چند پریود وابهام در فاصله………………………………….
۸۲
شکل۱-۲۱. مقدار نسبت سیگنال به نویزبر حسب برد هدف…………………………………….
۹۲
شکل ۲-۱. بلاک دیاگرام یک رادار پالسی ساده……………………………………………….
۲۳
شکل ۲-۲. قطار پالسهای ارسالی و دریافتی…………………………………………………..
۲۳
شکل ۲-۳. توضیح فاصله مبهم………………………………………………………………
۴۳
شکل ۲-۴. تحلیل اهداف در راستای عمود و افق………………………………………………
۵۳
شکل ۲-۵. .aدو هدف غیر قابل تفکیک .b دو هدف قابل تفکیک………………………………
۷۳
شکل ۲-۶. تاثیر هدف متحرک در جبهه موج همفاز ارسالی……………………………………
۹۳
شکل ۲-۷. شرح چگونگی فشردگی یک هدف متحرک برای یک پالس تنها………………………
۰۴
شکل ۲-۸. شرح چگونگی تاثیرات هدف متحرک بر روی پالسهای رادار………………………..
۱۴
شکل ۲-۹. فرکانس دریافتی یک رادار مربوط به اهداف دور و نزدیک شونده………………..
….۳۴
شکل ۲-۰۱. نمایه سه هدف با سرعتهای برابر ولی سرعتهای شعاعی متفاوت…………………….
۳۴
شکل ۲-۱۱. سرعت شعاعی متناسب است با زاویه هدف در راستاهای عمود وافق…………………
۴۴
شکل ۲-۲۱. خروجی حاصله از برنامه lprf_req.m برای سه مقدار از ……………………… np
۷۴
شکل ۲-۳۱. نمودار نسبت سیگنال به نویز به ازاﺀ تعداد پالسهای همزمان………………………..
۸۴
شکل ۲-۴۱. نمودار سیگنال به نویز بر حسب برد برای رادار ……………………… HighPRF
۰۵
شکل ۲-۵۱. شمای پترن یک آنتن بسیار ساده شده……………………………………………..
۲۵
شکل ۲-۶۱. تلفات فروپاشی………………………………………………………………….
۴۵
شکل ۳-۱. مقایسه فاصله هامونیکها در LPRF و ……………………………………HPRF
۹۵
 

عنوان
 
صفحه
 
 
 
 
شکل ۳-۲. مقایسه بین تعداد پاسهای دریافتی درLPRFو………………………………HPRF
۰۶
شکل ۳-۳. نحوه تاثیر فیلترهای MTI بر روی کلاتر دریافتی…………………………………
۳۶
شکل ۳-۴. بلاک دیاگرام یک رادار پالسی…………………………………………………..
۵۶
شکل ۳-۵. نمودار توان بر حسب فرکانس برای قسمت های مختلف یک رادار………………….
۶۶
شکل ۳-۶. پاسخ فرکانسی سیگنال ارسالی با مد نظر قرار دادن ………………………….PRF
۸۶
شکل ۳-۷. طیف فرکانسی سیگنالهای فرستاده شده و دریافتی و بانک فیلترها…………………..
۹۶
شکل ۳-۸. رفع ابهام در برد……………………………………………………………….
۱۷
شکل ۳-۹. برگشتیهای حاصل از PRF3 و PRF1 برای برد …………………………70Km
۲۸
شکل ۳-۰۱. نمایی از برگشتیها در خلال PRF1 برای برد ……………………………70Km
۲۸
شکل ۳-۱۱. مقاسیه پالسهای دریافتی در طول ارسال PRF برای برد …………………..70Km
۳۸
شکل ۳-۲۱. پالسهای دریافتی در طول PRFهای ارسالی و نتیجه نهایی………………………..
۴۸
شکل ۳-۳۱. برگشتیهای حاصل در خلال ارسال PRF1 برای برد ……………………..20Km
۶۸
شکل ۳-۴۱. برگشتیها در خلالPRF1 و فاصله از آخرین پالس ارسالی در برد……………20Km
۷۸
شکل ۳-۵۱.  مقاسیه پالسهای دریافتی در طول ارسال ……………………………..PRF1,2,3
۷۸
شکل ۳-۶۱. پالسهای دریافتی در طول PRFهای ارسالی و نتیجه نهایی مقایسه پالسها…………….
۸۸
شکل ۳-۷۱. نحوه استفاده از توان بالای ارسالی و دریافتی دریک رادار…………………MPRF
۰۹
شکل ۳-۸۱. بهبود سیگنال به نویز با کمک تعداد زیاد پالسهای دریافتی…………………………
۱۹
شکل ۳-۹۱.  بهبود در پاسخ با بهره گرفتن از Integration به ازای۶ و ۲۱ بار تجمع………………
۳۹
شکل ۳-۰۲. تاثیر جمع پذیری همفاز بر روی سیگنالهای برگشتی در۰۱ مرتبه جمع کردن………..
۴۹
شکل ۳-۱۲. افزایش SNR با تجمع همفاز و بهره کامل …………………………………………..
۵۹
شکل ۳-۲۲. کاهش اثر تجمع همفاز در اثر تغییر فاز سیگنالهای دریافتی………………………………..
۶۹
شکل ۳-۳۲. ضریب بهبود آشکار سازی برحسب تعداد پالسها………………………………….
۸۹
شکل ۳-۴۲. نمای یک رادار مولتی PRF با قابلیت جمع پذیری………………………………..
۰۰۱
شکل ۳-۵۲. چگونگی ارتباط TMS با سیستم مولد ……………………………………..PRF
۲۰۱
شکل ۳-۶۲. الگوریتم تعیین برد هدف برای یک رادار ……………………………….MPRF
۷۰۱
 

چکیده:

 

در رادارها پالسی، با بالا رفتن فرکانس تکرار پالس رادار، برد غیر مبهم کاهش می یابـد.

 

چنانکه در پروﮊه نیز دیده شد، با افزایش فرکانس تکرار پالس از 1KHz به 50KHz  برد

 

غیر مبهم از 150Km به 3Km کاهش یافت ولی در عوض توانستیم اهدافی با سرعت تـا

 

750m/s را آشکارسازی کنیم. این در حالی است که به ازای فرکانس تکرار پالس اولیـه،

 

ما فقط قادر به آشکار سازی صحیح اهداف با سرعتهای تا 15m/s بودیم! همچنین توانستیم

 

با کم کردن τ، متناسب با افزایش PRF ، قدرت تفکیک را از 3000m به 60m برسـانیم که یک پارامتر مناسب برای آشکارسازی اهداف نزدیک به هم می باشد. همچنـین نشـان دادیم با بالا بردن فرکانس تکرار پالس و افزایش در تعداد پالسهای ارسالی و دریـافتی در

 

طول ارسال یک PRF ، در مقایسه با رادارهای LPRF مقدار بسیار زیادی توان حاصـل شد ، که با بهره گرفتن از روشی خاص ، از این پالسهای دریافتی برای بالا بردن نسبت سیگنال

 

به نویز تا 15dB وحتی بیشتر برای PRFهای بالاتر استفاده شد که ایـن امـر مـا را در آشکار سازی بهتر یاری خواهد داد. همچنین نشان دادیم که با تجمـع بـر روی پالسـهای

 

دریافتی در طول ارسال چند PRF می توان باز هم نسبت سیگنال به نویز را افـزایش داد.

 

و فرضا با توجه به زمان ارسال هر PRF اگر هدف ۰۳ برابر این زمان در پتـرن آنـتن

 

رادار ما قرار گیرد برای هر کدام از PRFها می توان تا 10dB نسبت سیگنال به نویز را افزایش داد. و در انتها بحث کلاترها که با بالا بردن فرکانس تکرار پالس می توان اثـرات

 

منفی آنها را بهبود بخشید، ولی با بهره گرفتن از چند PRF قادر خواهیم بود تا اثرات آنرا بـه حداقل برسانیم و از طرفی همانطور که نشان داده شد ، توانستیم برد واقعی هـدف را بـا

 

استفاده از PRF های مرتبط با هم از روی مقایسه دریافتیهایشان بدست آوریم.

 

مقدمه:

 

در این پروﮊه گردآوری و شبیه سازی روی رادارهای پالسی انجام شده است. رادارهـای پالسی خود به چند گونه تقسیم می شوند که یکی از مهمترین آن تقسیمات ، مربوط به میزان فرکانس تکرار پالس می باشد که به دو و یا سـه دسـته تقسـیم مـی شـوند. دسـته اول

 

LowPRF و دسته دوم Medium PRF و دسته سوم HighPRF ها. در حالت کلی و با در نظر گرفتن دسته اول و سوم ،در میابیم که هرکدام دارای مزایایی هسـتند. مهمتـرین مزیت رادارهای با فرکانس تکرار پالس کم ساده بودن طراحی و برد مبهم زیاد است. ولی در قبال این وضعیت ما دچار مشکلاتی در شناسایی فرکانس داپلر خواهیم بـود و ….. .

 

برای رادارهای با فرکانس تکرار پالس بالا در قبال برد مبهم کم ، ما به شناسایی بهتری از تغییر فرکانس داپلر دست خواهیم یافت . البته این سیستم پیچیده تر است. ولی با توجه بـه آنکه با بالا رفتن فرکانس تکرار پالس می توان چرخه کار را کاهش داد ، لذا پدیده اخفـاﺀ کمتر پیش می آید از طرف دیگر چنانکه در فصل دوم هم نشان داده شـده ، بیشـینه بـرد رادار با توان میانگین نسبت مستقیم دارد که سبب می شود به نسبت رادارهای LowPRF

 

، توان میانگین بیشتری در رادارهای HighPRF انتقال یابد و این خود سبب بـالا رفـتن نسبت سیگنال به نویز و برد آشکار سازی رادار می شود. اما برد مبهم کـم ایـن گونـه

 

رادارها این مزیت را از بین می برد. لذا می توان با ترکیب چند (Multi PRF) PRF که نزدیک به هم هستند و بر هم قابل قسمت نیز نمی باشند ، برد مبهم رادار را افزایش داد که این کار سبب پیچیده تر شدن هرچه بیشتر رادار می شود ولی در قبال این پیچیدگی ما هـم قادر به آشکارسازی هرچه بهتر فرکانس داپلر هستیم ، برد مبهم رادار زیاد مـی شـود و

نسبت سیگنال به نویز نیز افزایش می یابد و …. . مقایسه کامل بین رادارهای LowPRF

 

 

وHighPRF در فصل ۳ ارائه شده است.

 

 

فصل اول

 

بررسی معادله رادار:

 

مقدمه:

 

به طور کلی با بهره گرفتن از معادله رادار می توان حداکثر برد رادار را بدست آورد. حداکثر برد رادار بر حسب پارامترهای رادار به صورت زیر بدست می آید.

14
 
P GA σ
 
Rmax  =
 
۱-۱)
 
e
t
 
 
2
(4π)
 
 
Smin
 
 
 
 

که در آن :

 

= Pt توان ارسالی بر حسب وات؛

 

= G بهره آنتن؛

 

= Ae سطح موثر آنتن بر حسب متر مربع؛

 

=σ سطح مقطع راداری هدف بر حسب متر مربع؛

 

= Smin حداقل توان سیگنال قابل آشکار سازی بر حسب وات؛

 

از پارامترهای فوق تمام گزینه ها به جز سطح مقطع راداری هدف ، تقریبا دراختیار طراح رادار است. معادله رادار نشان می دهد که برای بردهای زیاد ، توان ارسالی باید زیاد باشد

 

و انرﮊی تششع شده دریک شعاع باریک متمرکز باشد به معنی اینکه بهره آنتن زیاد باشد و گیرنده نسبت به سیگنالهای ضعیف حساس باشد.

 

در عمل برد محاسبه شده از یک چنین معادله ای شاید به نصف هم نرسد! علت آن است که پارامترها و تضعیفات بسیاری بر سر سیگنال منتشر شده قرار خواهند گرفت کـه مقـدار بسیاری از توان ارسالی را تلف خواهد کرد و ما در ادامه به این پارامترهاو پارامترهـای ارائه شده در فرمول فوق می پردازیم تا به یک مقدار توان مناسب بـرای ۰۵۱ کیلـومتر برای رادار موردنظر برسیم.

 

البته اگر تمام پارامترهای موثر در برد رادار معین بودند ، پیش بینی دقیـق از عملکـرد رادار امکان پذیر بود ولی در واقع اکثر این مقادیر دارای ماهیت آماری می باشند و ایـن کار را برای یک طراح رادار بسیار سخت می کند. پس به ناچار همیشه یک مصالحه بین آنچه که انسان می خواهد و آنچه عملا با کوشش معقول می توان بدست آورد لازم اسـت، که این مطلب به طور کامل در طول این فصل حس خواهد شد.

 

البته اطلاعات کامل و مفصل در مورد این عوامل خارج از محدوده این پروﮊه می باشد .

 

لذا ما به اندازه ای و نه عمیق بر بعضی از مهمترین این عوامل خـواهیم پرداخـت و در نهایت یک معادله را که شبیه به معادله ۱-۲ است ولی پارامترهای زیادی بـه آن اضـافه شده است را ارائه خواهیم کرد که با بهره گرفتن از آن فرمول می توان مقـدار نهـایی تـوان ارسالی برای برد مورد نظر را محاسبه کرد.

 

۱–۱) حداقل سیگنال قابل آشکار سازی:

 

توانایی گیرنده رادار برای آشکارسازی یک سیگنال برگشتی ضعیف ، توسط انرﮊی نـویز موجود در باند فرکانسی انرﮊی سیگنال محدود می شود. ضعیف ترین سیگنالی که گیرنـده

 

می تواند آشکار نماید ، حداقل سیگنال قابل آشکار سازی یا آسـتانه (Threshold) نامیـده

 

می شود. تعیین مشخصه حداقل سیگنال قابل آشکار سازی معمولا به علت ماهیت آماری آن و بخاطر فقدان معیاری بسیار مشکل است.

 

آشکار سازی بر اساس ایجاد یک سطح آستانه در خروجی گیرنده اسـت. اگـر خروجـی گیرنده بیشتر ازآستانه باشد ، فرض می شود که سیگنال وجود دارد و در غیر این صورت سیگنال آشکار نشده نویز می باشد. به این روش آشکار سازی آستانه ای گویند. خروجـی یک رادار نمونه را برحسب زمان ، اگر به صورت شکل ۱-۱ در نظر بگیـریم ، پـوش سیگنال دارای تغییرات نامنظمی است که در اثر تصادفی بودن نویز حاصل می شود.

 

شکل ۱-۱) سیگنال دریافتی در مجاورت نویز

 

اگر در نقطه A در این شکل دامنه بزرگی داشته باشیم و این دامنه از پیکهـای نویزهـای مجاور بیشترباشد،می توان آنرا بر حسب دامنه آشکار ساخت.اگر سطح آشکار سـازی را بالا ببریم ممکن است احتمال آشکار سازی پایین بیاید کما اینکه در آینده نیز به این نتیجـه

 

خواهیم رسید. برای مثال اگر در نظر بگیرید که نقاط B وC نیز سیگنال ارسالی از یـک هدف واقعی باشند ، در این صورت ممکن است بالا بردن سطح آشکار سـازی مـانع از بدست آمدن اطلاعات درست شود و اگر سطح آشکار سازی را برای بالا بـردن احتمـال آشکارسازی پایین ببریم در این صورت احتمال خطا بالا می رود. یعنی ممکن است جـایی