Radar szumowy

Radar szumowy – radar wykorzystujący do mikrofalowego "oświetlania" wykrywanych obiektów sygnał szumowy generowany przez własny nadajnik. Radar szumowy pracuje zwykle z falą ciągłą i do emisji sygnału oświetlającego wykorzystuje zwykle oddzielną antenę. Antena ta może być umieszczona w pobliżu anteny odbiorczej (np: nad nią lub tuż obok niej – w konfiguracji monostatycznej) lub w innym miejscu niż antena odbiorcza (konfiguracja bistatyczna).

Obecnie radary szumowe są w świecie nauki w stadium badawczo-eksperymentalnym i nie mają jeszcze znaczenia praktycznego. Jednak posiadają wiele interesujących cech: są prawie niewykrywalne, nie zakłócają w istotny sposób pracy innych urządzeń, pozwalają na precyzyjne określanie nie tylko położenia i prędkości obiektu, ale również jego istotnych cech, np. kształtu (dzięki technice ISAR – odwrotnej do techniki SAR). Radar szumowy o mocy sygnału nadawanego rzędu 100 mW pozwala na wykrywanie obiektów ruchomych w odległości kilku kilometrów.

Zasada działania

Sygnał odbity od obiektu ruchomego jest opóźnioną, osłabioną i przesuniętą w częstotliwości kopią sygnału nadawanego. Opóźnienie czasowe wynika z konieczności przejścia fali elektromagnetycznej na drodze radar-obiekt-radar i wynosi t=2R/c, gdzie R jest odległością obiektu od radaru, zaś c jest prędkością światła. Przesunięcie częstotliwościowe sygnału odebranego jest proporcjonalne do prędkości obiektu względem radaru (prędkości radialnej) i wynika z efektu Dopplera. Wartość przesunięcia to f=2vF/c gdzie v jest prędkością radialną, zaś F jest częstotliwością nośną sygnału szumowego wysyłanego przez radar. Radar szumowy zwykle ma długi czas oświetlenia obserwowanych obiektów, a zatem może być zastosowany do obserwacji i wykrywania efektów mikrodopplerowskich wynikających z drgań własnych obiektów (np spowodowanych pracą silnika, przekładni, rotorów, turbin), a analiza widma mikrodopplerowskiego pozwala na rekonstrukcję drgań mechanicznych (akustycznych) rozchodzących się na powierzchni obserwowanego obiektu[1][a].

Do wykrycia obiektu w radarze szumowym konieczne jest wykrycie kopii nadawanego sygnału w sygnale odbieranym. W tym celu wyznacza się funkcję niejednoznaczności wzajemnej pomiędzy sygnałem nadawanym a sygnałem odbitym i wykrywa maksima tej funkcji. W celu usunięcia sygnału bezpośredniego (przecieku pomiędzy anteną nadawczą i odbiorczą) przed wyznaczeniem funkcji niejednoznaczności wzajemnej stosuje się filtrację adaptacyjną.

Badania

Badania nad radarami szumowymi prowadzi się w wielu ośrodkach naukowych w USA, Szwecji, Australii, Polsce, na Ukrainie, we Włoszech i innych krajach. Bada się możliwości zastosowania sygnałów szumowych do wykrywania obiektów ruchomych, do sporządzania obrazów radarowych, do obserwacji "przez ścianę" itp.

Uwagi

  1. ↑ Jest tak, ponieważ prędkość i dźwięk mają wspólne składowe częstotliwościowe. Dźwięk rejestruje się jako położenie np. membrany głośnika, wychylonej w jedną lub drugą stronę w określonym stopniu, co można zapisać w postaci przebiegu czasowego albo widma częstotliwości. Natomiast prędkość chwilowa drgającego elementu, jako funkcja pochodna jego położenia w czasie, pozwala odtworzyć składniki sygnału (zob. pochodne funkcji sinus i cosinus). Bardzo dokładnie stwierdzona prędkość (przesunięcie Dopplera) niesie zatem informację o dźwięku. W ten sam sposób, również przez interpretowanie przesunięć Dopplera, rekonstruują dźwięk mikrofony laserowe (przykładowy patent podaje: "the signal beam which experiences a Doppler frequency shift directly analogous with the sound waves" – "wiązka sygnałowa, która doświadcza dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości bezpośrednio analogicznego z falami dźwiękowymi").

Przypisy

  1. ↑ Jerry L. Eaves, Edward K. Reedy: Principles of Modern Radar. Springer 2011, s. 605, Audio Output (Wyjście dźwiękowe). Tekst online (ang.)

Bibliografia

  • Axelsson, S.R.J. (2000). On the Theory of Noise Doppler Radar, Geoscience and Remote Sensing Symposium Proceedings 2000, pp. 856-860, Honolulu, USA
  • Lukin, K.A. (2002). The Principles of Noise Radar Technology, First International Workshop on the Noise Radar Technology, NTRW’2002 Proceedings, pp. 13-22, Yalta, Ukraine.
  • Bell, D.C. and Naryanan, R.M. (2001). Theoretical Aspects of Radar Imaging Using Stohastic Waveforms, IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 49, No. 2,pp. 394-400.
  • Guosui, L., Xiangquan, S., Jinhui, L., Guoyu, Y., and Yaoliang, S. (1991). Design of noise FW-CW radar and its implementation, Proc. Inst. Elect. Eng. Radar Signal Process., Vol. 138, No. 5, pp. 420-426.
  • Kulpa, K., Czekała, Z., Smolarczyk, M., Long-Time-Integration Surveillance Noise Radar, First International Workshop On The Noise Radar Technology (NRTW 2002), Yalta, Crimea, Ukraine, September 18-20, 2002, pp:238-243,
  • Kulpa K., Czekała Z.: Short Distance Clutter Masking Effects in Noise Radars. Proceedings of the International Conference on the Noise Radar Technology. Kharkiv, Ukraine, 21-23 October 2003
  • Kulpa, K., Space Noise Synthetic Aperture Radar Proceedings of SPIE: Photonics Applications in Astronomy, Communications, Research and High Energy Physics Experiments. 2006. z. 6159, cz. IV. ss. 61591I-1--61591I-8
  • Narayanan, R.M.; Dawood, M. (2000). Doppler estimation using a coherent ultra wide-band random noise radar, IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 48, pp. 868-878.
  • Kulpa Krzysztof: Signal Processing in Noise Waveform Radar, 2013, Artech House, ​ISBN 978-1-60807-661-1​

Linki zewnętrzne