Impulsu saspiešana

Eksponenciāli impulsi. Eksponenciāli pieaugošā frekvence ir laika funkcija.

Impulsu saspiešana ir signālu apstrādes paņēmiens, kuru izmanto radaros, hidrolokatoros un ultraskaņas izmeklējumos, lai uzlabotu izšķirtspēju distancē, kā arī uzlabotu signāla un trokšņa attiecību. To veic modulējot pārraidāmo impulsu un pēc tam salīdzinot uztverto signālu ar pārraidīto impulsu.

Koherentās pārraides

Lai arī radari ir piedzīvojuši uzlabojumus mērķu atklāšanā jūras viļņu radītajā elektromagnētiskajā troksnī, tie ne vienmēr apmierina visas lietotāju vajadzības, īpaši pie spēcīgas vēja izraisītas viļņošanās. Tradicionālu jūras radaru iespējas ierobežo uz magnetrona bāzes veidotie raidītāji, kuri rada impulsus ar nestabilu frekvenci. Tā kā signāla frekvence ir nestabila, to nevar izmantot, lai arī tā potenciāli satur daudz vērtīgas informācijas.

Pārraides ar nestabilu frekvenci sauc par nekoherentām. Koherentas sistēmas pārraida rūpīgi noteiktus un kontrolētus signālus frekvencē, fāzē un amplitūdā. Tas ļauj ar piemērotu uztvērēju iegūt no mērķiem un elektromagnētiskā trokšņa ar frekvenci saistītu informāciju, kuru vēlāk var izmantot, lai tos atšķirtu vienu no otra. Tas ir iespējams, jo jebkurš kustībā esošs radara impulsu atstarojošs objekts (vajadzīgs mērķis vai vēja radīts vilnis) izraisa nelielas nobīdes radara uztvertā signāla frekvencē, sauktas par Doplera efektu. Tādēļ, ka bojas vai neliela atpūtas kuģa atstarotā impulsa frekvence atšķirsies no apkārt esošo viļņu atstarotā impulsa frekvences, sistēma boju vai nelielo atpūtas kuģi var identificēt kā mērķi, lai arī atstaroto vēja viļņu impulsu amplitūda var būt daudz lielāka.

Radaru raidītāji, kuri izmanto pusvadītāju tehnoloģiju, ir kļuvuši pieejami, jo līdzīga tehnoloģija tika attīstīta mobilo sakaru industrijas vajadzībām. Vispirms tiek radīts pilnībā pabeigts zemas amplitūdas signāls. Šo signālu pastiprina ar pusvadītāju pastiprinātājiem un pārraida ar antenu.

Pieejamo moderno ciparsignālu procesoru jauda mūsdienās ir pietiekama, lai izpildītu lielo daudzumu aprēķinu, kādu veikšana šai radaru tehnoloģijai nepieciešama. Priekšrocības, kādas jūras radari potenciāli var iegūt ar koherento tehnoloģiju, ir kļuvušas komerciāli pieejamas. Lai šos radarus atšķirtu no parastajiem, tos bieži sauc par jaunās tehnoloģijas (New Technology (NT) — angļu val.) radariem.

Uz pusvadītāju bāzes veidoti raidītāji ir uzticamāki un ar ilgāku darba mūžu nekā magnetronu raidītāji. Tā kā magnetrona darbībai nepieciešams nodrošināt ap 10 kV spriegumu, bet pusvadītāju raidītājam tikai 20 līdz 50 V, tad barošanas bloku darba mūžs arī ir ievērojami garāks.

Pusvadītāju ierīču trūkums ir to nespēja ģenerēt augstas pīķa jaudas. Tomēr, lai arī magnetrons var ģenerēt 25 kW jaudu, tas noraida tikai īslaicīgu impulsu un tā vidējā jauda ir zem 10 W, kas, savukārt, ir pusvadītāju raidītāju veiktspējas robežās. Radara darbības rādiuss ir atkarīgs no izstarotā signāla vidējās jaudas nevis pīķa jaudas.

Lai panāktu līdzvērtīgu darbības attālumu parastajiem magnetrona radariem, impulsi tiek pagarināti. Parasta radara garākais impulss ir apmēram vienu mikrosekundi garš. Koherenta rada impulsa garums sasniedz apmēram vienu milisekundi — impulss ir tūkstoš reižu garāks.

Impulsu saspiešana

Koherentajos radaros izmanto garus impulsus, kuru frekvence impulsa noraidīšanas laikā eksponenciāli pieaug. Uztvērējā nonāk zema līmeņa troksnis, kuram pāri uzklāta maza noraidītā impulsa kopija, ja noraidītais impulss savā ceļā sastapa mērķi un tika no tā atstarots.

Mērķa attālumu no antenas varētu noteikt paņemot pārraidītā impulsa kopiju un pārbīdot to pa laika asi attiecībā pret uztvertā signāla formu, kamēr pārraidītā impulsa kopija sakrīt ar atstarotā impulsa formu. Pēc tam var noteikt attālumu līdz mērķim, kurš ir ekvivalents nepieciešamajai laika nobīdei, lai abu impulsu formas sakristu.

Impulsu salīdzināšana reālā sistēmā notiek izmantojot ciparu procesu. Laiks, un tādējādi arī attālums, ir sadalīts mazos intervālos. Uztvertā signāla līmenis tiek izmērīts pret katru no šīm iedaļām. Katru mērījumu sauc par paraugu. Sākot no mazākā attāluma parauga, uztvertā signāla līmenis tiek salīdzināts ar pārraidītā signāla līmeni. Ja pārraidītā signāla garums bija tūkstoš paraugu, notiks 1000 salīdzināšanas operāciju. Katrā punktā tiek piešķirts rezultāts "1", ja uztvertais signāls sakrīt ar pārraidīto signālu. Ja sakritības nav, tiek piešķirts rezultāts "0". Pēc tam notiek rezultātu summēšana visā pārraidītā impulsa aizņemtā laika intervālā. Ja sakrīt 50 punkti (50 no 1000), tiek piešķirts rezultāts 50.

Pēc tam salīdzināšana tiek pārbīdīta par vienu attāluma iedaļu uz priekšu un process atkārtojas. Augsts rezultāts liecina par impulsu sakrišanu (sakrīt impulsu formas) un tātad par atrastu mērķi. Zemi rezultāti liecina, ka impulsu formas nesakrīt un tātad nav arī mērķa. Augsti sakrišanas rezultāti parādās tieši tad, kad pārraidītā impulsa kopija pārbīdīta uz priekšu tieši tādā attālumā, kādā atrodas mērķis — ir notikusi impulsa saspiešana. Troksnis kopējo rezultātu samazina, bet pīķi salīdzināšanas rezultātos, kuri norāda mērķa atrašanās vietu, vienalga būs redzami.

Impulsu saspiešanas trūkums ir tāds, ka var parādīties viltus sakritības. Liels mērķis noteiktā attālumā var tikt parādīts papildus kā mazi viltus mērķi neīstos attālumos. Efektu dēvē par "attāluma sānu daivām" un pēc savas būtības tas ir līdzīgs viltus mērķiem, kuri dažreiz parādās visos radaros kļūdainos peilējumos sānu daivu iespaidā.

Uztvertais signāls pirms salīdzināšanas. Vajadzīgais signāls ir pazudis troksnī.

Pēc salīdzināšanas operācijām mērķi ir kļuvuši redzami.