導入
一次レーダー(英語では Primary Surveillance Radar または PSR) は、空間の大部分を電磁波で照射し、その空間にあるターゲットによって反射された波を受信する古典的なレーダー センサーです。したがって、この用語は、非協力的な可能性のあるターゲットを検出して位置を特定するために使用されるレーダーシステムを指します。これは、航空交通管制の分野に特有であり、目標のトランスポンダーから追加情報を受信する二次レーダーとは対照的です。
このタイプのレーダーは、垂直解像度は低いですが、水平解像度は良好なアンテナを使用します。単一の仰角でサイトの周囲360 度をすばやくスキャンします。したがって、ターゲットの距離と半径方向の速度を高い精度で得ることができますが、垂直位置と実際の速度を取得するには 1 つ以上の追加のレーダーが必要です。
したがって、一次レーダーの利点は、目標検出のために航空機に搭載された機器が必要なく、地上車両の動きの監視に使用できることです。欠点は、ターゲットとその高度を直接特定できないことです。さらに、強力な放射を必要とするため、航続距離が制限されます。
原理
その動作はエコーロケーションの原理に基づいています。レーダー アンテナから放射される高出力電磁パルスは、光の速度(300,000 km/s) で伝播する狭い波面に変換されます。これは飛行機によって反射され、その後、独自の軸を中心に回転するアンテナによって再び捕捉されます。一次レーダーは、トランスポンダーの有無に関係なく、選択せずにすべての航空機を検出します。オペレータは反射から生じるエコーを聞きます。そこで、360°空間をカバーできる連続放送・聴取を実施します。
したがって、一次レーダーの機能により、無線手段を使用した検出と測定が行われます。検出とは、有用な信号の認識によってターゲットの存在を決定することです。
一次レーダーで測定します。
- 距離 D は波の往復伝播時間に基づいています。
- 指向性アンテナの方位角の位置に基づく角度θ。
- ドップラー・フィゾー効果による動径速度。
したがって、レーダーが垂直面の円の 4 分の 1 上で飛行物体の位置を特定していることに気づくことはできますが、水平方向の地理座標や航空機の高度を正確に知ることはできません。この情報は、複数のレーダーの三角測量によって取得されます。
戻ってきたエネルギー
レーダー方程式の確立は、送信信号の往路/復路の電力を計算することから構成されます。ターゲットの応答は、この方程式で定義された等価曲面に関連付けられており、基本曲面の構成となります。ターゲットが動いていると、この等価な表面は刻々と変化し、さまざまなフィードバックを与えます。基本的な曲面
信号の合計は次の形式になります。
異なるa k はゼロではありませんが、各項の位相差Φ kにより、 e kの合計はゼロになる可能性があります。レーダーステーションでアクセスできる唯一のパラメーターは周波数です。検出を向上させるために、異なる周波数に調整された 2 つの送信機を備えたレーダーを使用します。
距離測定
物体までの距離を測定するには、短いパルスの無線信号を発射し、その電波が反射して戻ってくるまでの時間を測定します。距離 (R) は、波の戻り時間の半分 (信号はターゲットに行ってから戻ってくる必要があるため) に信号の速度 (媒体が通過する場合は真空中の光の速度に近い) を掛けたものです。雰囲気）。
- $$ {R = {{c dT}\over{2}}} $$ここで、c は媒体内の光の速度、 d T は往復時間です。
d T = 1 マイクロ秒の場合、R = 150 メートルが得られます。
R = 1 海里の場合、 d T = 12.35 マイクロ秒が得られます。
アンテナは送信機と受信機の両方を兼ねているため、信号の送信中に反射波を検出することはできません。測定された信号が元の信号なのか、それとも戻ってきた信号なのかを知ることはできません。これは、レーダーの最小射程が、パルス幅 ( τ ) の半分と光速の積であることを意味します。より近いターゲットを検出するには、より短いパルス幅を使用する必要があります。同様の効果により、最大射程が課されます。次のパルスが送信されたときに返信が到着した場合、受信機は再び違いを見分けることができません。したがって、最大範囲は次のように計算されます。
- $$ {R_{max}= \frac{c T_r}{2}} $$ここで、 T r は2 つのパルス間の時間です。
高度測定
プライマリ レーダーは、高度を決定するために、サイト情報を取得するために垂直面内をスキャンする 2 番目の送信アンテナを必要とします(そのため、「サイト レーダー」という名前が付けられています)。このようにして、オペレーターは高度を決定できるため、正確な位置を決定できます。
方位測定
北方向と目標の方向との間の角度 (方位角) は、アンテナの指向性を使用して決定されます。指向性は、放射エネルギーを特定の方向に集中させるアンテナの能力です。エコーを受信した瞬間にアンテナが向いている方向を測定します。これらの角度の測定精度は、アンテナの指向性に依存します。特定の送信周波数 (または定義された波長) に対して、アンテナの指向性はその特定の寸法に依存します。これはこの波長に比例しますが、アンテナの直径には反比例します。
速度測定
固定周波数で連続送信した場合、受信波と比較して送信波の周波数が変化していることがわかります。これはドップラー・フィゾー効果の利用です。ただし、送信周波数を変更しないため、この方法でターゲットの位置を定義することはできません。さらに、レーダー上の速度の半径成分のみが得られます。たとえば、レーダービームに対して垂直に移動するターゲットは周波数の変化を引き起こしませんが、同じ速度でレーダーに向かって移動する同じターゲットは最大の変化を引き起こします。
ドップラー効果のバリエーションは、パルス レーダーでも使用できます。この場合、ターゲットから戻ってくる連続パルス間の位相差に注目します。この方法を使用すると、半径方向の速度とターゲットの位置を決定できます。