導入
パルスドップラーレーダーは、ターゲットの進行方向、距離、高度を与えるだけでなく、その半径方向の速度(距離速度)も測定できるレーダーです。このために彼はドップラー効果を使用します。ターゲットでの反射によって返された無線パルスの戻りは、送信波と受信波の間の周波数シフトを計算するために処理されます。このためには、放出システムは優れた位相安定性を備えていなければなりません。この場合、それを「コヒーレント」と呼びます。
パルスレーダーの性質自体、および搬送波周波数とレーダーパルス繰り返し周波数 (またはパルス繰り返し周波数の PRF) の間に存在する関係は、周波数スペクトルが非常に複雑になる可能性があり、エラーにつながる危険性があることを意味します。一般に、エイリアシングを避けるために、非常に高いパルス周波数が選択されますが、この選択により、単一のターゲットに対して複数の距離が表示されるなどの副作用が発生する可能性があります。これを避けるために、いくつかの異なるパルス周波数が使用されます。
基本原則
パルスドップラーレーダーは 2 つの前提に基づいています。 1 つ目は、レーダー パルスの発射と発信源からの戻りの間の時間を記録することで目標の位置を計算できることです。 2つ目は、レーダービームに対してゼロ以外の半径方向速度で移動するターゲットが、送信機の基準周波数とターゲットでの反射後に受信される搬送波の基準周波数との間に周波数シフトを引き起こすという事実に関するものです。
位置
各パルスの間に、アンテナと電子回路がリターンパルスに同調されます。レーダーと降水量の間の距離は、次の関係によって計算されます。
- $$ {Distance = c\ \frac {\Delta t}{2}} $$(c = 光の速度 = 299,792.458 km/秒)。
プローブできる最大距離は明確に、
スピード
発射されたビームと戻ってきたビームの周波数の差はドップラー効果によるもので、ターゲットが近づくと見かけの周波数は高くなりますが、ターゲットが送信機から遠ざかると見かけの周波数は低くなります。レーダーに対して接線方向に移動するターゲットは周波数変動を生成しません。
ターゲットの変位は平行部分と接線部分に分類できます。したがって、測定された変化は必ずしも実際の速度に関連付けられるわけではなく、変位の半径方向成分（ビームの軸に対する変位の余弦）の変化にのみ関連付けられます。 ）。ターゲットのこの半径方向速度は、パルスのグループ内の搬送波の平均周波数スリップを決定することによって推定できます。一般に、これには高速フーリエ変換または自己相関技術が使用されます。変換は、パケットまたはパケットのグループ内のすべてのパルスから同じ距離で受信したデータを使用して、サンプルごとに独立して実行されます。古いシステムでは、一連のアナログ フィルターが使用されていました。
ターゲットはレーダーに到達するか、レーダーに発信される必要があります。そうでない場合、取得されたデータは、不十分な信号または解釈されない信号用に予約されたフォルダーにファイルされます。速度情報が単一のレーダーから得られる場合、実際の速度が過小評価されることになります。単一のターゲットの速度プロファイルを正確に解釈するには、異なる場所に配置された複数のレーダーを実装して入射角を決定する必要があります。降水量などの大量のターゲットが一斉に移動し、レーダーがカバーするエリアの大部分をカバーする場合、単一のレーダーの周囲の360 度にわたる半径方向の速度を分析することで、速度と速度を推定することができます。不確実性を排除することで、これらの目標の方向性を決定します。
レーダー周波数 (f)、光速(c)、パルス繰り返し周波数 (PRF)、および平均周波数シフト (
- $$ { v(\Theta) = \frac{\Delta\Theta\,c\,PRF}{4\pi\,f} \,\,\,\,\,\,\,\, \Delta\Theta \in [-\pi, \pi)} $$
信号復調
最終的に受信された画像は、ドップラー速度フィルターまたはデジタル信号処理回路によって形成されます。最新のパルス ドップラー レーダーのほとんどには、デジタルサンプリングの前に、周波数をゼロに集中させて搬送波周波数を除去する受信信号復調ステージがあります。これには、必要な計算能力(サンプリング レートもそれに応じて低下します) とストレージ容量が削減されるという効果があります。結果として得られる信号は、 IQ データと呼ばれることがよくあります。IQは、信号が実数部と虚数部を持つ複素数で表されることを思い出させるために、「同相」および「同相直角位相」を表します。
たとえば、変調信号S ( t ) = c o s (ω 0 t + φ( t )) は、次のように復調できます。
- IH ( t ) = S ( t )。 c o s (ω 0 t )およびQ H ( t ) = S ( t )。 s i n (ω 0 t )
IH(t) と QH(t) の両方にローパス フィルターを使用すると、次の結果が得られます。
- I ( t )= cos ( φ( t )+Φ )およびQ ( t )= sin (Φ( t )+ Φ )
符号が不定のままであるため、I(t) だけでは十分ではないことに注意してください。 I(t) と Q(t) を使用すると、レーダーは入ってくるドップラー速度と出ていくドップラー速度を区別できます。