اصول كلی رادار و عملكرد آن

دسته: برق ، الکترونیک و مخابرات
بازدید: 261 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 133 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 55

رادار یك سیستم الكترومغناطیسی است كه برای تشخیص و تعیین موقعیت هدفها به كار می رود این دستگاه بر اساس یك شكل موج خاص به طرف هدف برای مثال یك موج سینوسی با مدولاسیون پالسی(Pulse Modulated) و تجزیه وتحلیل بازتاب (Echo) آن عمل می كند رادار به منظور توسعه توانایی حسی‏های چندگانه انسانی برای مشاهده محیط اطراف مخصوصاً حس بصری به كار گرفته شده است ارزش ر

قیمت فایل فقط 3,900 تومان

اصول كلی رادار و عملكرد آن

 فصل اول

مقدمه:

1-1-اصول كلی رادار و عملكرد آن

رادار یك سیستم الكترومغناطیسی است كه برای تشخیص و تعیین موقعیت هدفها به كار می رود. این دستگاه بر اساس یك شكل موج خاص به طرف هدف برای مثال یك موج سینوسی با مدولاسیون پالسی(Pulse- Modulated) و تجزیه وتحلیل بازتاب (Echo) آن عمل می كند. رادار به منظور توسعه توانایی حسی‏های چندگانه انسانی برای مشاهده محیط اطراف مخصوصاً حس بصری به كار گرفته شده است. ارزش رادار در این نیست كه جایگزین چشم شود بلكه ارزش آن در عملیاتی است كه با چشم نمی توان انجام داد. رادار نمی تواند جزئیات را مثل چشم مورد بررسی قرار دهد و یا رنگ اجسام را با دقتی كه چشم دارد تشخیص داد بلكه با رادار می توان درون محیطی را كه برای چشم غیر قابل نفوذ است دید مثل تاریكی، باران، مه، برف و غبار و غیره. مهمترین مزیت رادار، توانایی آن در تعیین فاصله یا حدود هدف می باشد.

یك رادار ساده شامل آنتن فرستنده، آنتن گیرنده و عنصر آشكارساز انرژی یا گیرنده می‏باشد. آنتن فرستنده پرتوهای الكترومغناطیسی تولید شده توسط نوسانگر (Oscillator) را منتشر می كند. بخشی از سیگنال ارسالی (رفت) به هدف خورده و در جهات مختلف منعكس می گردد. برای رادار انرژی برگشتی در خلاف جهت ارسال مهم است.

آنتن  گیرنده انرژی برگشتی را دریافت و به گیرنده می دهد. در گیرنده بر روی انرژی برگشتی عملیاتی، برای تشخیص وجود هدف و تعیین فاصله و سرعت نسبی آن، انجام می‌شود. فاصله آنتن تا هدف با اندازه گیری زمان رفت و برگشت سیگنال رادار معین می‌شود. تشخیص جهت، یا موقعیت زاویه ای هدف توسط جهت دریافت موج برگتشی از هدف امكان پذیر است. روش معمول بری مشخص كردن جهت هدف، به كار بردن آنتن با شعاع تشعشعی باریك می باشد. اگر هدف نسبت به رادار دارای سرعت نسبی باشد، تغییر فركانس حامل موج برگشتی (اثر دوپلر) (Doppler) معیاری از این سرعت نسبی (شعاعی) میباشد كه ممكن است برای تشخیص اهداف متحرك از اهداف ساكن به كار برود.در رادارهایی كه بطور پیوسته هدف را ردیابی می كنند، سرعت تغییر محل هدف نیز بطور پیوسته آشكار می‌شود.

نام رادار برای تاكید روی آزمایشهای اولیه دستگاهی كه آشكارسازی وجود هدف و تعیین فاصله آن را انجام می داده بكار رفته است. كلمه رادار (RADAR) اختصاری از كلمات: Radio Detection And Ranging است، چرا كه رادار در ابتدا به عنوان وسیله ای برای هشدار نزدیك شدن هواپیمای دشمن به كار می رفت و ضدهوائی را در جهت مورد نظر می گرداند. اگر چه امروزه توسط رادارهای جدید و با طراحی خوب اطلاعات بیشتری از هدف، علاوه بر فاصله آن بدست می آید، ولی تعیین فاصله هدف (تا فرستنده) هنوز یكی از مهمترین وظایف رادار می باشد. به نظر می رسد كه هیچ تكنیك دیگری به خوبی و به سرعت رادار قادر به اندازه گیری این فاصله نیست.

معمولترین شكل موج در رادارها یك قطار از پالسهای باریك مستطیلی است كه موج حامل سینوسی را مدوله می كند. فاصله هدف با اندازه گیری زمان رفت و برگشت یك پالس، T_R به دست می آید. از آنجا كه امواج الكترومغناطیسی با سرعت نور در فضا منتشر می شوند. پس این فاصله، R، برابر است با:

(1-1)                                                                                                     

به محض ارسال یك پالس توسط رادار، بایستی قبل از ارسال پالس بعدی یك مدت زمان كافی بگذرد تا همه سیگنالهای انعكاسی دریافت  و تشخیص داده شوند.

بنابراین سرعت ارسال پالسها توسط دورترین فاصله‏ای كه انتظار می رود هدف در آن فاصله باشد تعیین می گردد. اگر تواتر تكرار پالسها (Pulse Repetiton Frequency) خیلی بالا باشد، ممكن است سیگنالهای برگشتی از بعضی اهداف پس از ارسال پالس بعدی به گیرنده برسند و ابهام در اندازه گیری فاصله ایجاد گردد. انعكاسهایی كه پس از ارسال پالس بعدی دریافت می شوند را اصطلاحاً انعكاسهای مربوط به پریود دوم (Second-Time-Around) گویند چنین انعكاسی در صورتی كه به عنوان انعكاس مربوط به دومین پریود شناخته نشود ممكن است فاصله راداری خیلی كمتری را نسبت به مقدار واقعی نشان بدهد.

حداكثر فاصله ای كه پس از آن اهداف به صورت انعكاسهای مربوط به پریود دوم ظاهر می گردند را حداكثر فاصله بدون ابهام (Maximum Unambiguous Range) گویند و برابر است با:

(2-1)                                                                                                     

كه در آن=تواتر تكرار پالس بر حسب هرتز می باشد. در شكل زیر حداكثر فاصله بدون ابهام بر حسب تواتر تكرار پالس رسم شده است.

 حداكثر فاصل بدون ابهام بر حسب تواتر تكرار پالس

اگر چه رادارهای معمولی یك موج با مدولاسیون پالسی(pulse-Modulated Waveform) ساده را انتشار می دهند ولی انواع مدولاسیون مناسب دیگری نیز امكان پذیر است حامل پالس ممكن است دارای مدولاسیون فركانس یا فاز باشد تا سیگنالهای برگشتی پس از دریافت در زمان فشرده شوند. این عمل مزایایی درقدرت تفكیك بالا در فاصله (High Range Resolution) می‌شود بدون این كه احتیاج به پالس باریك كوتاه مدت باشد. روش استفاده از یك پالس مدوله شده طولانی برای دسترسی به قدرت تفكیك بالای یك پالس باریك، اما با انرژی یك پالس طولانی، به نام فشردگی پالس (Pulse Compression) مشهور است.

در این مورد موج پیوسته (CW) را نیز می توان به كاربرد و ازجابجایی تواتر دوپلر. برای جداسازی انعكاس دریافتی از سیگنالرفت و انعكاسهای ناشی از عوامل ناخواسته ساكن(Cluttre) استفاده نمود. با استفاده از موج CW مدوله نشده نمی توان فاصله را تعیین كرد و برای این كار باید مدولاسیون فركانس یا فاز به كار رود.

2-1-فرم ساده معادله رادار

معادله رادار برد رادار را به مشخصات فرستنده، گیرنده، آنتن، هدف و محیط مربوط می سازد. این معادله نه تنها جهت تعیین حداكثر فاصله هدف تا رادارمفید است بلكه برای فهم عملكرد رادارو پایه‏ای برای طراحی رادار به كار می رود.

در این قسمت فرم ساده معادله رادار ارائه می گردد.

اگر توان فرستنده رادار P₁ و آنتن فرستنده ایزوتروپ (Isotropic) (در همه جهات یكسان تشعشع كند) باشد، چگالی توان (Power Density) (توان در واحد سطح) در فاصله R از رادار برابر است با توان فرستنده بر مساحت یك كره فرضی به شعاع R و یا:

(3-1)   چگالی توان تشعشعی از آنتن ایزوتروپ

در رادارها از آنتن‏های سمت گرا (جهت دار) استفاده می‌شود تا توان تشعشعی، P₁ در یك جهت خاص هدایت گردد. بهره آنتن، G، معیاری از افزایش توان تشعشعی آنتن درجهت هدف نسبت به توان تشعشعی ناشی از یك آنتن ایزوتروپ می باشد و ممكن است به صورت نسبت حداكثر شدت تشعشع ناشی از یك آنتن مورد نظر به شدت تشعشع ناشی از آنتن ایزوتروپ بدون تلفات با همان توان ورودی تعریف گردد. (شدت تشعشع عبارت است از توان تشعشعی در واحدزاویه فضایی در جهت مورد نظر) بنابراین چگالی توان تشعشعی از یك آنتن با بهره G روی هدف برابر است با:

(4-1) = چگالی تشعشعی از آنتن سمت گرا

هدف با مقداری از توان تابش شده تلاقی كرده و مجدداً آن را درجهات مختلف تشعشع می كند مقداری از توان رسیده به هدف كه با آن تلاقی كرده و دوباره به سمت رادار تشعشع شده بر حسب سطح مقطع راداری،  ، مشخص و طبق رابطه زیر تعریف می‌شود.

(5-1) = چگالی توان سیگنال برگشتی در محل رادار

در این رابطه كه سطح مقطع راداری  واحد سطح دارد كه مشخصه ای از هر هدف خاص بوده و معیاری از اندازه هدف از دید رادار می باشد. آنتن رادار مقداری از توان بازگشتی از هدف رادریافت می كند. اگر سطح موثر آنتن گیرنده A_e باشد، توان دریافتی توسط رادار برابر است با:

(6-1)

حداكثر برد رادار، فاصله ای است كه بالاتر از آن، هدف قابل آشكارسازی نباشد و آن موقعی است كه توان دریافتی رادار درست برابر حداقل توان قابل آشكارسازی،، باشد پس:

(7-1)

این شكل اساسی معادله رادار است. توجه گردد كه پارامترهای مهم آنتن در این رابطه، بهره فرستندگی و سطح موثر گیرندگی آن می باشند.

در تئوری آنتن‏ها. رابطه بین بهره فرستندگی و سطح موثر گیرندگی به صورت زیر ارائه می‌شود.

(8-1)

چون در رادارها معمولا آنتن فرستنده و گیرنده یكی می باشد، با جایگذاری معادله فوق در معادله ما قبلی آن ابتدا برای A_e و سپس برای G، معادله رادار را به دو صورت زیر می توان نوشت:

(9-1)

(10-1)

این سه صورت معادله رادار فوق ضرورت احتیاطدر تفسیر معادله رادار را نشان می دهند. برای مثال، از معادل (9-1) ممكن است نتیگه گیری شود كه برای رادار متناسب با  می باشد، در صورتی كه معادله (10-1) وابستگی  را مشخص می كند و معادله (7-1) عدم وابستگی فاصله را نسبت به طول موج، نشان می دهد. رابطه صحیح بستگی به این دارد كه بهره آنتن نسبت به طول موج ثابت فرض شده است یا نسبت به سطح موثر آن. علاوه بر آن، اعمال محدودیت های دیگر، نظیر ضرورت بررسی دقیقتر یك حجم مشخص از فضا در یك مدت معین می تواند موجب وابستگی دیگری نسبت به طول موج گردد.

قیمت فایل فقط 3,900 تومان

برچسب ها : اصول كلی رادار و عملكرد آن , طرح توجیهی اصول كلی رادار و عملكرد آن , دانلود اصول كلی رادار و عملكرد آن , برق , رادار , حداكثر فاصل بدون ابهام بر حسب تواتر تكرار پالس , اصول كلی رادار , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , دانلود پروژه