Wszystkie elementy elektroniczne zawierajÄ… wolne
elektrony, które poruszają się bezładnie (ruch cieplny), ruch taki to losowy prąd elektryczny,
który (np. na głośniku) przejawia się w postaci szumu. Szumy elektryczne występują też w
przestrzeni i są odbierane przez antenę wraz z użytecznym sygnałem. Wzmacniając sygnał,
wzmacniamy też szum, a przy tym dokładamy jeszcze dodatkowo szum układów
11
wzmacniacza. Aby sygnał mógł być wykryty i zmierzony, jego moc musi przekraczać
kilkakrotnie moc szumu (ile razy, to zależy od przyjętych poziomów prawdopodobieństwa).
Nie wdając się w szczegółowe rozważania i określenia stwierdzimy tylko, że o czułości
odbiornika (jak najmniejszy minimalny sygnał wykrywalny) decydują jego szumy własne, im
mniej szumiący odbiornik, tym lepsza czułość (mniejszy minimalny sygnał wykrywalny). Dla
radaru METEOR 360 Smin = 5.01 x 10-15 W, zaÅ› dla METEOR 1500 . Smin = 4.17 x 10-15 W.
Pasmo przenoszenia odbiornika B. Ważny parametr techniczny - jest to taki
przedział częstotliwości, na którego skrajach wzmocnienie odbiornika jest mniejsze o 3 dB
(o połowę) od wzmocnienia maksymalnego (na częstotliwości centralnej) - rys. 5.
Pasmo to jest tworzone w odbiorniku na wzmacniaczu częstotliwości pośredniej. Przyjmuje
się dla uproszczenia, że wewnątrz pasma przenoszenia współczynnik wzmocnienia k jest
równy maksymalnemu k
, za
maks
ś poza pasmem k jest równy zeru.
k
kmaks
kmaks/2
f [Hz]
pasmo przenoszenia B
Rys.5 Definicja pasma przenoszenia odbiornika radaru
Straty w trakcie mikrofalowym radaru L Jest to tłumienie fali na drodze mi
y
ędzy
nadajnikiem - anteną oraz anteną - odbiornikiem, wyrażane zwykle w decybelach. Zamiast
powyższego mówi się czasem o współczynniku strat w trakcie falowodowym. Wtedy jest to
liczba niemianowana mniejsza od jedności.
O niektórych związkach między parametrami była już mowa (np. zysk anteny, jej
powierzchnia skuteczna, szerokość wiązki i długość fali). Warto jeszcze wspomnieć o
związku między szerokością pasma przenoszenia i szerokością impulsu, oraz czułością
(minimalnym wykrywalnym sygnałem). Dążymy do tego by minimalny wykrywalny sygnał
był jak najmniejszy, wobec tego należałoby wybrać możliwie wąskie pasmo przenoszenia (im
mniejsze B, tym mniejszy S ). Aby dobrze przenosi
min
ć kształt impulsu przez odbiornik (nie
wprowadzać zniekształceń), trzeba korzystać z możliwie szerokiego pasma, przy tym to
pasmo powinno być tym szersze, im mniejsza jest szerokość impulsu τ. Ze względu zaś na
rozdzielczość w odległości, impuls powinien być możliwie wąski. Za optymalne pasmo
przenoszenia przyjmuje się wartość
1
B ≈
(8)
Ï„
przy czym, gdy τ jest wyrażona w µs, to B - w MHz.
Inne, bardziej techniczne parametry radaru, które nie wpływają na równanie radarowe,
ale wpływają na możliwości radaru to:
â–¡
zakres dynamiczny odbiornika (dB) - odstęp między najmniejszym a największym
sygnałem prawidłowo wzmacnianym (zwykle ponad 70 dB),
12
â–¡
poziom i położenie listków bocznych anteny,
â–¡
dokładność ustawienia kąta elewacji i azymutu,
â–¡
dokładność odczytu tych kątów,
â–¡
szybkość poruszania anteną w azymucie i elewacji,
â–¡
zasilanie - napięcie, moc, stabilizacja napięcia,
â–¡
wymagania środowiska (np. klimatyzacja),
â–¡
system automatyzacji (rodzaj komputera, systemu operacyjnego, możliwości archiwizacji
i przekazu danych).
W tab. 2 przytoczono podstawowe parametry techniczne radarów METEOR 360
(magnetronowy) i METEOR 1500 (klistronowy) zainstalowanych na sieci radarowej IMGW.
Podstawowa różnica między nimi jest taka, że generator klistronowy jest znacznie
stabilniejszy niż magnetronowy, dlatego dokładność wyznaczania wiatru dopplerowskiego
jest dla klistronu większa. Klistron ma też dłuższy czas życia, ale jest znacznie droższy od
magnetronu.
Radar
Radar
klistronowy
magnetronowy
lp.
Nazwa parametru radarowego
tryb Z
tryb V
tryb Z
tryb V
1 Częstotliwość [MHz]
5650
5660
2 Czas trwania impulsu wys.częst. [µs]
3.3
0.4
2.0
0.83
3 Częstotliwość powtarzania (PRF)
550 1200/900
550
1200/900
Okres przemiatania w płaszczyźnie
4 azymutalnej
20 s
20 s
5 Moc w. cz. w impulsie [kW]
250
250
6 Polaryzacja
liniowa pozioma
liniowa pozioma
wiÄ…zka szpilkowa
w i Ä… z
k
a s z pilkowa
7 Rodzaj charakterystyki anteny
o średnicy < = 1 º
o średnicy <= 1 º
8 Czułość odbiornika [dBm]
-113.8
-113
Tabela 2 Parametry techniczne radarów w sieci radarowej IMGW
Tryb Z – radar wykonuje pomiar odbiciowości do 250 km
Tryb V – radar wykonuje pomiar wiatru dopplerowskiego do 125 km
1.2.1. Niejednoznaczności
Ponieważ fala przebywa odległość R od radaru do celu i z powrotem, to 2 R = c T, czyli R = c T / 2; gdzie c - prędkość światła, T - czas, jaki upłynął od wysłania impulsu do powrotu sygnału odbitego. Należy uważać, by nie odbierać żadnych sygnałów od poprzedniego
impulsu sondującego, gdy już wysłano następny.
Wspomnielismy poprzednio o F - cz
p
ęstotliwość powtarzania impulsów. Można też
określić Tp - okres powtarzania równy odwrotności częstotliwości. W ciągu tego okresu
odbiornik radaru powinien odebrać wszystkie sygnały z przestrzeni, aż do maksymalnego
jednoznacznego zasięgu.
c T
p
R
=
maks.
(9)
jednozn.
2
13
Gdyby odbiornik odbierał sygnały z odległości R wi
, to
1
ększej niż Rmaks. jednozn.
przybywałyby one do radaru już po wysłaniu następnego impulsu przez nadajnik i zostałyby
zobrazowane jako znajdujące się w bardzo bliskiej odległości R -
. Byłyby to echa
1
Rmaks. jednozn.
tzw. drugiego omiatania (second sweep echo, second trip echo). Dlatego w radarach
klasycznych dobiera się tak długi okres T , (tak nisk
), aby z odległo
p
ą częstotliwość Fp
ści
większej niż R
nie przychodziły
maks. jednozn.
żadne echa, tj. aby ewentualnie przychodzące
sygnały były poniżej progu czułości odbiornika.
Z drugiej strony dla radaru dopplerowskiego mamy dodatkowe wymaganie na częstotliwość
powtarzania, powinna ona być dostatecznie wysoka, aby móc określać wszystkie występujące
częstotliwości dopplerowskie, zależne od prędkości cząstek opadu. Pamiętajmy – musimy
wyznaczyć parametry sinusoidy (częstotliwości dopplerowskiej), ale nie wykonujemy
pomiaru przez cały czas, a tylko tak często, jak często wysyłamy impuls sondujący. Jako
przykład bardziej poglądowy możemy przyjąć wyznaczenie prędkości obrotu koła przez jego
filmowanie z prędkością np. 24 klatek na sekundę. Jeśli koło wykona więcej niż 1 obrót za
1/24 sekundy - prędkości koła nie potrafimy określić.
Rzeczywiście - aby odtworzyć sinusoidę o częstotliwości f przy próbkowaniu impulsami,
d
częstotliwość powtarzania impulsów F powinna by
–
p
ć przynajmniej 2 razy większa niż fd