Radar impulsowy

Z Wikipedii

Radar impulsowy - działanie

Radar impulsowy (ang. chirp radar, w dosłownym tłumaczeniu "radar ćwierkający") - odmiana radaru, w którym zachodzi modulacja częstotliwości fali nośnej w czasie impulsu.

Patent USA 2.678.997 Sidneya Darlingtona, strona z rysunkami

Radar impulsowy wykorzystuje pomiar czasu potrzebnego na przebycie przez sygnał drogi nadajnik-cel-odbiornik do wyznaczenia odległości pomiędzy anteną a celem. Nadajnik wysyła falę radiową (w zakresie mikrofal) w krótkich "paczkach" (dokonywana jest tzw. komprymacja impulsu, czyli ograniczenie czasu jego trwania), dzięki czemu nie zachodzi nakładanie się sygnałów odbitych od celów znajdujących się w tym samym kierunku od anteny, ale w różnych odległościach, ani interferencja z sygnałem nadawanym. Możliwe jest dzięki temu zmierzenie nie tylko odległości od celu, ale także dostrzeżenie różnych celów znajdujących się - z punktu widzenia anteny - jeden za drugim.

Sposób pomiaru odległości $\ R_s$ od anteny do celu wynika z zależności:

$\ R_s = {v \cdot t_s}$

gdzie:

$\ R_s -$ droga pokonywana przez sygnał (impuls radarowy)

$\ v -$ prędkość przemieszczania się impulsu

$\ t_s -$ czas, jaki potrzebuje sygnał na pokonanie drogi pomiędzy nadajnikiem radaru, celem i odbiornikiem.

Ponieważ odległość od anteny nadawczo-odbiorczej do celu $\ R_c$ jest połową drogi $\ R_s,$ którą przebywa sygnał oraz podstawiając w miejsce prędkości sygnału prędkość, z jaką rozchodzi się fala elektromagnetyczna, czyli inaczej mówiąc prędkość światła $\ c$ , otrzymujemy wzór:

$R_c = {{c \cdot t_s}\over{2}}$

gdzie:

$\ R_c -$ dystans dzielący radar od celu,

$\ c =3 \cdot 10^8 m/s -$ prędkość światła, z którą rozchodzi się fala radiowa.

Wszystkie współczesne urządzenia radiolokacyjne wykorzystują zasadę impulsowej modulacji fali. Podobną modulację fali - ale nie radiowej, tylko akustycznej - stosuje się także w sonarach; także w świecie zwierząt posługują się nią delfiny i nietoperze do identyfikacji obiektów w swym otoczeniu. To podobieństwo tego radaru do akustycznej echolokacji wywołuje skojarzenia z odgłosami ćwierkania, stąd angielska nazwa urządzenia^[1].

Dodatkowa filtracja zmodulowanej fali w radarach impulsowych umożliwia także wychwycenie echa odbitego od celu w warunkach silnych szumów i zakłóceń, występujących w rzeczywistych warunkach funkcjonowania tych urządzeń. Zobrazowano to na rysunkach poniżej.

Impuls z modulacją częstotliwości nośnej sygnału nadawanego (w kolorze czerwonym),
[częstotliwość nośna 10 Hz, modulacja 16 Hz, amplituda 1, czas trwania 1 s] i dwa echa (niebieskie)
przed filtracją	po filtracji: czas trwania sygnałów echa uległ skróceniu

Sygnały identyczne jak powyżej, plus dodatkowy szum biały (tzw. gaussowski, przy $σ = 0,5$ )
przed filtracją: sygnały znikają w szumie	po filtracji: sygnały echa stają się widoczne.

Ideę radaru impulsowego opracował w 1947 i opatentował Sidney Darlington, amerykański inżynier i wynalazca pracujący w Bell Laboratories. W następnych latach rozwijał i udoskonalał swój wynalazek, za co został kilkakrotnie wyróżniony i odznaczony, m.in. przez amerykańskie stowarzyszenie inżynierów IEEE.