移動ターゲットの視覚化 – 定義

導入

移動目標の可視化(VCM) (英語ではMoving Target Indicatorまたは MTI) は、特定のレーダーによって提供される機能の 1 つです。この機能は、静止ターゲットからのエコーを除去し、移動ターゲットからのエコーのみを処理することで構成されます。固定ターゲットは受信信号の周波数でレーダーエコーを返しますが、移動ターゲットは返される信号の周波数を変更します。この効果はドップラー効果として知られています。受信周波数と（レーダーによって認識される）返される周波数の差は、レーダーに対するターゲットの速度の関数です。

ドップラー効果

ドップラー フィゾー効果を実証するために、ビーチで砕ける波を例に挙げてみましょう。波はT秒ごとに定期的に到着します。海はT秒ごとに速度cで波を送り、2 つの波の間の距離はλです。それで ：

それとも

今、水の中を猛スピードで進んでいくと

、移動によってカバーされる距離が短くなるため、波は異なるより短い周期 T’ で私たちにぶつかります。ただし、この効果は変位に平行な成分、つまりvに比例します。実際、ビーチに対して垂直に移動しても、波間の距離は変わりません。 T’の変動を次のように計算します。

またはまたは

F’ (受信周波数) と F (送信周波数) の差はドップラー周波数と呼ばれます。

水中を前進すると、ドップラー周波数は正になります。この範囲に近づくと、受信周波数は F より小さくなり、ドップラー周波数は負になります。 (負の周波数は、正として定義された周波数と比較して位相が π 反転した「通常の」周波数です)

ドップラー周波数は、送信機と受信機の間に相対的な動きがあるときに現れることがわかります。受信した波を返すことができるとします (速度 v で水中を移動し続ける)。受信したものしか送り返すことができないので、周波数 F’ で波を送ります。海上の観測者は周波数 F” の波を受信します。

F’ をその値に置き換えると、次のようになります。

c がvよりもはるかに大きいと仮定すると (電磁波の場合)、3 番目の項は最初の 2 項に比べて無視できます。送信機によって認識される、あなたの動きに関連するドップラー周波数は、送信した周波数と受信する周波数の違いになります。

パルスレーダーのドップラー周波数

パルスレーダーの場合、ドップラー信号の性質を指定する必要があります。レーダーパルスは平均して 1μ 秒続きます。放射周波数は一般に 1 ～ 16 ギガヘルツの間で、波の速度は光速300,000 km/秒です。 16 ギガヘルツの周波数と2,000 km/h (または 0.5 km/秒) で移動するターゲットのΔ F を計算してみましょう。

ヘルツ

前の計算で選択された値は、実際のほとんどの場合よりも高い頻度を与えることに注意してください。一般に、飛行機は速度が遅くなることが多く、その軌道は必ずしもレーダーの軸上にあるとは限らないため、 v はほんの一部にすぎません。

。さらに、特に監視レーダーの場合、送信周波数が低くなる可能性があります (通常は 1 ～ 3 ギガヘルツ、パルスが 1 μ秒より短い追跡レーダーでは 16 ギガヘルツが一般的です)。

したがって、受信信号の周期は6.25 x 10 ^{− 5} μsec ( 53.330 + 16 x 10 ⁹の逆数) になります。この期間は、放射されるパルスの持続時間 (1 μ秒) よりも短いことに注意してください。したがって、ドップラー周波数をパルスで分析することはできず、したがって、ターゲットによって返された速度を抽出することは不可能です。

回避策

パルスの周波数差が小さすぎるため、元の信号と同じターゲット (パルス波ペア) から戻ってくる連続パルスの間の位相差が代わりに使用されます。パルスは、特性と開始位相が既知である発振器によって生成されますが、パルスの位相はシフトされ、各パルスの間にターゲットがわずかに移動し、位相差を連続的に変化させます。往復後のパルスの強度は次の式で求められます。

わずかに移動したターゲットから戻ってくる後続のパルスの強度は、次の式で与えられます。

それで

実際、すべてはレーダーがドップラー周波数のサンプルを取得しているかのように起こります。したがって、戻り信号を元の信号で復調することによって位相変化を見つけることができます。

シャノンの定理

角度みたいに

正弦波では – πと + πの間でのみ変化することができ、これらの値を超えるとあいまいさに直面し、以下を超える速度を記録することができません。

$$ {Vitesse_{max} = \pm \frac{\lambda}{4\Delta t}} $$

これをナイキスト速度と呼びます。ターゲットの速度をより正確に測定するには、パルスを非常に近づけて送信する必要があります。

とても小さい。ここでサンプリングの問題が見つかります。レーダーがターゲットに対してストロボのように動作することは明らかです。 1 本のスポークが白く塗られた自転車の車輪を_常に照らすストロボを想像してください。 – 2 つのフラッシュの間でスポークが 0.5 回転未満である場合、ホイールが正しい方向に実際の速度で回転していることがわかります。ホイールの周波数はストロボの周波数の半分より小さくなります。次のように書くことができます:

もし

F _{m e su re = F} r _{o u e​}

– 2 回のフラッシュの間にスポークが半回転強を超えると、ホイールが反対方向に回転するのがわかります。ホイールの周波数はストロボスコープの周波数の半分より大きくなります。知覚される周波数は実際の周波数と比較して「負」であり、絶対値はストボスコープの周波数の半分よりも低くなります。

もし

それで

– 2 回のフラッシュの間にスポークが整数回転した場合、ホイールは固定されているように見えます (ブラインド スピードまたは周波数)。

– スポークが数回転に加えて 1 回転の一部を行った場合、ホイールは常に次の周波数で回転します。

そして

私たちにとって、ストロボスコープの周波数はレーダーの再発周波数F _rであり、キロヘルツのオーダーです (時間T _rがミリ秒のオーダーであることを認めた場合)。したがって、ドップラー周波数が再発頻度の倍数に対応しない場合、信号が表示されますが、知覚される速度はターゲットの実際の速度よりも低くなります。これは、ターゲットが移動していると判断するのに十分であるため、問題ではありません。ドップラー周波数が繰り返し周波数の正確な倍数である場合: 動いているターゲットは固定されているように見えます。 この問題を解決するには、繰り返し周波数を変動させる、つまり、各ブロードキャストの繰り返し周波数を変更するだけで十分です。