پایان نامه ها و مقالات

s، d

monopulse processor

۲۹

(۲-۴-۳ پردازندهی به کارگیرندهی اندازهی خطی و فاز سیگنالها

شکل :۱۰-۳ پردازندهی سرراست

در این پردازنده ممکن است محدودیتهای زیادی روی محدودهی دینامیکی گیرندهها، A/Dها و آشکارسازهای فاز داشته باشیم. بهطور خلاصه آشکارسازی دامنه و فاز روش ترجیحی در یک محدودهی دینامیکی وسیع نمیباشد.

(۳-۴-۳ پردازش با استفاده از مولفههای I و Q

یک مزیت پردازندهی I و Q این است که از گیرنده های سنکرون (حساس به فاز) استفاده میکند که برد پویای وسیع تری از آشکارسازهای پوش دارد. مزیت دیگر این است که پهنایباند سیگنالهای I و Q
به اندازهی پهنایباند IF است. در صورتی که پهنایباند دامنه، لگاریتم دامنه و فاز میتواند خیلی بیشتر از پهنایباند اصلی باشد. مثلاً وقتی سیگنال IF محور خنثی۱ را رد میکند (هدف از یک طرف محور به طرف دیگر میرود) دامنه یک درهی تیز خواهد داشت، لگاریتم دامنهی منفی بینهایت میشود و فاز یک پرش ۱۸۰ درجه خواهد داشت ولی I و Q پهنایباند به مراتب کمتری لازم دارند.

۱ – null axis
۳۰

شکل :۱۱-۳ پردازندهی I و Q

(۴-۴-۳ پردازش با استفاده از فاز و اندازهی لگاریتمی سیگنالهای S و d

این روش مثل روش دامنه و فاز است با این تفاوت که در اینجا لگاریتم اندازهی سیگنالهای s و d

محاسبه میگردد. در همهی تقویتکنندههای لگاریتمی از یک عنصر غیرخطی در مسیر مستقیم یا فیدبک استفاده میشود. در رادارها معمولاً از تقویت کنندهی آشکارساز لگاریتمی استفاده میکنند که در شکل (۱۲-۳) نشان داده شده است.

حاصل جمع حاصل شده یک تابع تکهای ـ خطی و تقریبی از تابع لگاریتم است. هر چه تعداد تقویتکننده ها بیشتر باشد، تقریب دقیقتر خواهد بود. شاید لازم باشد به خاطر تأخیر داخلی تقویت کنندهها یک خط تأخیر بین آشکارسازها و جمعکننده قرار داده شود. اولین تأخیر دهنده بیشترین تأخیر را خواهد داشت و آخرین آن هیچ تأخیری ندارد. با این پردازنده میتوان به محدودهی دینامیکی ۸۰dB

در ورودی دست یافت. در ضمن برد پویای ورودی A/D هم افزایش مییابد.

شکل :۱۲-۳ تقویت کنندهی لگاریتمی IF

۳۱

وقتی هدف به محور آنتن نزدیک میشود، لگاریتم d مقدار بسیار بزرگ منفی پیدا میکند که ممکن است حد پایین برد پویا را تحت تأثیر قرار دهد، ولی معمولاً حد پایین برد پویا را نویز تعیین میکند.

شکل :۱۳-۳ پردازش با استفاده از اندازه و فاز لگاریتمی

(۵-۴-۳ پردازش با استفاده از ضرب نقطهای۱ به همراه AGC

سیگنالهای مجموع و تفاضل را به صورت زیر در نظر میگیریم:

s(t) s cos(ωt tδs )

d (t) d cos(ω t δd ) s(t).d (t) 12 s . d ..cos(2ω t δs δd ) cos(δd −δs ))
اگر با یک فیلتر، فرکانس ۲ω t حذف شود خواهیم داشت:
s(t).dd(t))fffff122ss..dd.cos.δ

اگر خروجی فیلتر به s 2 تقسیم شود، خروجی مطلوب تکپالس حاصل خواهد شد. این تقسیم به وسیلهی AGC انجام خواهد شد.

۱ – dot product
۳۲

شکل :۱۴-۳ پردازندهی به کارگیرندهی ضربکنندهی نقطهای و AGC

به خاطر ثابت زمانی AGC، هر پالس بر اندازهی خود تقسیم نمیشود، بنابراین عدم دقت خواهیم داشت، اما با این حال میتوانیم ردگیری بسته داشته باشیم چون وقتی هدف نزدیک محور باشد، d

نزدیک صفر است و تقسیم آن بر عدد کوچکتر یا بزرگتر چندان تأثیری ندارد و یک اثر درجه دوم محسوب میگردد. اما اگر سیستم سروو نتواند تغییرات را سریع تعقیب کند و d هم صفر نباشد، »جرقه زنی دامنهی هدف« میتواند باعث خطا در ردگیری شود.

(۶-۴-۳ پردازندهی به کارگیرندهی s+jd و s-jd

این پردازنده پس از این که سیگنالهای معمول s و d تشکیل شدند، به وسیلهی تجهیزات ترکیب-

کنندهی مایکروویو سیگنالهای هم دامنهی s+jd و s-jd ساخته میشوند. سپس این سیگنالها از یک

»محدود کنندهی سخت«۱ عبور میکنند تا دامنهی آنها به حد خاصی محدود شود. سپس این سیگنالها وارد یک آشکارساز فاز شده و فاز نسبی آنها به صورت ۲ ۰ استخراج میشود. خود این مقدار یا تانژانت نصف آن یعنی tan 0 میتواند به عنوان خروجی پردازندهی تکپالس به کار گرفته شود. علت محدود کردن دامنههای s+jd و s-jd این است که خروجی آشکارساز فاز تنها به فاز نسبی این دو سیگنال حساس میباشد نه دامنهی آنها.

در این پردازنده هم نرمال سازی لحظهای اتفاق میافتد. این نرمال سازی لحظهای اتفاق میافتد.

این پردازنده بیشتر برای رادارهای ردگیری مناسب است برای ردگیری دقیق یک هدف واحد به کار نمیروند بلکه برای ردگیری چند هدف جداگانه با توان سیگنالهای متفاوت مورد استفاده قرار می گیرند.

مزیت دیگر این پردازنده این است که با سیگنالهای خیلی قوی اشباع نمیشود چون دامنهی سیگنالها محدود میگردد. شکل (۱۵-۳) نمودار عملکرد این پردازنده را نشان می دهد.

۱ – hard limiter
۳۳

شکل :۱۵-۳ پردازندهی به کارگیرندهی s ± jd

اگر اختلاف فاز s+jd و s-jd را به صورت ۲ ۰ بگیریم، خروجی این
پردازنده به صورت زیر خواهد بود: tan 0 =d/s (البته در صورتی که اختلاف فاز s و d را صفر در نظر بگیریم.)

میتوان اختلاف فاز بین s و s+jd یا s-jd را محاسبه نمود. در این صورت خروجی آشکارساز فاز،

φ۰ خواهد بود. نمودار عملکرد این شیوه هم مثل یکی از کانالهای شکل ۳) ـ (۱۵ خواهد بود.

اینجا فرض کنیم که اختلاف فاز s و d، ۰ یا ۱۸۰ درجه باشد که در این صورت دریافتیم خروجی این پردازنده و پردازندهی دقیق یکی است. اما اگر اختلاف فاز s و d را δ فرض کنیم که معمولاً به خاطر نقایص تجهیزات و اثرات خارجی مثل چند مسیره بودن اتفاق میافتد، در آن صورت خروجی این پردازنده با پردازندهی دقیق متفاوت خواهد بود. شکل ۳) ـ (۱۶ اختلاف فاز s+jd و s-jd در حالت مختلف بودن فاز s و d را نشان میدهد.

شکل :۱۶-۳ اختلاف فاز s و d

با انجام محاسبات خواهیم داشت:

۳۴

d

.cosδ

d

(

s
Re(

s

tanφ

d

d

(

۱ − Im(

.sin δ

۱ −

s

s

(

d
Re(

.cosδ

d

s

s

tanφ

۲ ۲

d

d

(

۱ ۱ Im(
.sin δ

۱ ۱

s

s

خروجی پردازندهی دقیق Re(d/s) میباشد که میبینیم هر دو عبارت بالا با این مقدار کمی تفاوت دارند. اگر میانگین این مقادیر را محاسبه کنیم، به مقدار Re(d/s) نزدیکتر خواهد بود. یک روش متوسطگیری این است که اختلاف فاز بین s + jd و s – jd را حساب کنیم ( (φ۱ φ۲ و سپس تانژانت نصف این مقدار را به عنوان خروجی در نظر بگیریم.

شکل ۳) ـ (۱۷ خروجی این پردازنده و پردازندهی دقیق را به ازای اختلاف فاز ۰° و ۳۰° نشان میدهد. همانطور که میبینیم، به ازای δ = ۰°، خروجی هر دو پردازنده یکی است و به ازای δ = ۳۰° این خروجی ها تغییر خیلی زیادی ندارند.

شکل :۱۷-۳ مقایسهی خروجی پردازندهی دقیق و پردازندهی s ± jd

۳۵

نکتهی اساسی که باید مد نظر داشت این است که عرض گیت برد در این پردازنده باید به اندازهی عرض پالس دریافتی باشد. (یعنی تنها سیگنال مربوط به اکوی دریافتی وارد پردازنده شود نه نویزهای اطراف آن.) اگر عرض گیت برد بیشتر از عرض پالس باشد، نویز هم وارد پردازنده و بخش محدودکنندهی دامنه میشود و لذا نسبت به سیگنال به نویز کاهش مییابد.

(۵-۳ مقایسهی پردازندههای تکپالس

پردازندهی دقیق، قسمت حقیقی نسبت d/s را حساب میکند:

Re( sd ) sd cosδ

برخی پردازنده ها همان کار پردازندهی دقیق را انجام میدهند، اما به خاطر محدودیتهایی در برد پویا، چندی کردن۱، (در صورتی که از پردازش دیجیتال استفاده میکنیم) یا نقص تجهیزات کمی خطا دارند. برخی پردازندههای خاص در صورتی که اختلاف فاز بین s و ۰ d یا ۱۸۰ درجه باشد، دقیقاً مثل پردازنده دقیق عمل میکنند. برخی پردازندههای دیگر در صورتی که نسبت d/s کوچک باشد، تقریب خوبی از پردازندهی دقیق به دست میدهند. انتخاب یک پردازنده بستگی به کاربرد رادار و میزان دقت خواسته شده دارد. جدول (۱-۳) مقایسهای بین پردازندههای مختلف انجام داده است. در بررسی این پردازنده ها از خطای خارجی مثل خطاهای ناشی از محدودیت برد پویا، چندی کردن، نقص تجهیزات و…

صرفنظر شده است و تنها خطاهای ناشی از روش پردازش به حساب آورده شده است.

همهی این روشها به سه کانال گیرنده احتیاج دارند. البته روشهایی وجود دارد که میتوان تعداد کانال ها را به دو یا حتی یک تقلیل داد، اما به قیمت فدا کردن نرخ داده خروجی یا کارایی یا نسبت سیگنال به نویز. روشی که بهطور معمول به کار گرفته میشود، سوئیچ کردن داده های del و daz روی یک کانال بهطور اشتراک زمانی میباشد که با کاهش تعداد کانال به دو، نرخ دادهی کمتری به دست م
یدهد اما این نرخ داده در خیلی از کاربردها قابل قبول است. نکتهی دیگری که هنگام انتخاب یک پردازندهی تکپالس باید در نظر گرفت این است که پردازشهای این بخش با بقیهی پردازشهای سیستم سازگاری داشته باشد؛ مثلاً اگر قرار است پردازش داپلر روی سیگنال انجام گیرد، باید از پردازشهای خطی بهره بگیریم و در آن صورت نمی توان از عملیاتی مثل لگاریتم یا محدود کردن استفاده کرد.

۱ – quantization
۳۶

جدول :۱-۳ مقایسهی پردازندههای تکپالس

(۶-۳ ردگیری برد۱

ردگیری برد (فاصله) عملیاتی است که در آن بهطور پیوسته فاصلهی زمانی بین فرستادن یک پالس RF و بازگشت اکوی آن از هدف اندازهگیری میشود و با اندازهگیری این تأخیر زمانی در حقیقت برد (فاصلهی هدف از رادار) تعیین میشود. دقیقترین ردگیری رادار، ردگیری برد است و اصلیترین ابزار تشخیص یک هدف از اهداف دیگر میباشد. (البته برای تفکیک اهداف از ردگیری داپلر (سرعت) و زاویه نیز استفاده میشود.) در ردگیری برد علاوه بر اندازهگیری زمان رفت و برگشت سیگنال، به تشخیص این سیگنال از نویز و نیز یک سابقه از زمان (فاصله) هدف نیاز است.

نخستین عمل در ردگیری برد، یافتن هدف مورد نظر میباشد (اکتساب هدف.(۲ گرچه این عمل جزو فرآیند ردگیری نیست، اما برای ردگیری زاویه یا فاصلهی لازم است. در حقیقت اطلاعات اولیهای راجع به مکان زاویهای هدف لازم است تا رادار ردگیر که دارای بیم قلمی۳ میباشد، قبل از شروع ردگیری بیم خود را روی هدف قرار دهد. معمولاً اطلاعات غیر دقیقی دربارهی برد هدف هم به رادار ردگیر داده میشود تا در محدودهی کوتاهتری از زمان، اکوی هدف جستجو شود. به این اطلاعات اولیه »دادههای تخصیص«۴ گفته میشود. دادههای تخصیص هدف را میتوان به وسیلهی یک رادار جستجو یا هر منبع دیگر فراهم کرد.

در شروع ردگیری جستجوی کوتاهی در محدودهی داده شده در برد صورت میگیرد. وقتی یک هدف در آن محدوده پیدا شد، برای ما مطلوب است که آن هدف را در برد تعقیب کنیم و بهطور پیوسته

۱ – range tracking 2 – target acquisittion 3 – pencil beam 4 – designation data
۳۷

فاصلهی آن را از رادار ثبت کنیم. ردگیری در برد علاوه بر این که برای مشخص نمودن پیوستهی مکان هدف در فضا مورد نیاز است، بر اساس آن پالسهای زمانی مناسبی تولید میشود تا مدارهای ردگیری زاویه یا مدارهای AGC تنها در فاصلهی کوتاهی که انتظار آمدن اکو را داریم روشن باشند و بنابراین از ورود نویز یا اکوهای ناخواسته به سیستم جلوگیری میشود.

ردگیری برد هم مثل ردگیری زاویه به وسیلهی یک سیستم حلقه بسته صورت میگیرد. در ابتدا بر اساس اطلاعات اولیه و برد تخمینی هدف یافته شده، یک گیت زمانی با تأخیری به اندازهی تأخیر اکوی هدف ساخته میشود. اگر گیت تولید شده با اکوی دریافتی کاملاً همزمان باشند، سیگنال خطا صفر خواهد بود، اما در صورتی که عدم همزمانی داشته باشیم، سیگنال خطا با علامت خاص تولید میشود و این سیگنال خطا باعث تصحیح محل گیت میشود.

شکل :۱۸-۳ سیستم ردگیری برد

خطای رد گیری برد به روشهای مختلفی آشکار میشود. یکی از معمولترین این روشها، روش گیت »زود«۱ و» دیر«۲ است. در این روش ،یک گیت اصلی۳ وجود دارد که در نهایت باید با سیگنال اکو همزمان شود. در کنار گیت اصلی، دو گیت »زود «و »دیر « ساخته میشود بهطوری که گیت »زود « در آغاز گیت اصلی شروع شده و در وسط آن پایان

92

دیدگاهتان را بنویسید