RADAR (radio detection and ranging)

Transcript

1 ENERALITÀ RAAR (rdio detection nd rnging) Il rdr è un complesso pprto rdioelettronico ce esplet utonommente (senz iuti d terr) l funzione di rilevre e loclizzre tutti gli oggetti (coste, nvi,...ecc.) situti nel suo rggio di zione ( PORTATA). Il principio di funzionmento di un rdr è semplice. Un trsmettitore emette onde elettromgnetice ( o.e.m.) contenute in un fscio ristretto, le quli incontrndo un ostcolo (ersglio) vengono d questo reirrdite l punto di prtenz, dove un ricevitore le rccoglie, le mplific e le converte in segnli ottici su pposito scermo (P.P.I., plne position indictor). L intensità dell eco srà tnto più grnde qunto più grnde è l intensità delle o.e.m. trsmesse e qunto più piccol è l lungezz d ond. Le o.e.m. ce meglio si prestno llo scopo sono quelle ultrcorte 0 cm. Inftti i rdr nutici lvorno in nd X : 500 f 000 Mz. Quell più ust è f = 0000 Mz. A tle frequenz corrisponde un lungezz d ond : c f 8 3*0 m / sec 3 *0 m 3 cm 0 *0 z In nd S le frequenze sono : 550 f 500 Mz. Quell più ust è f = 3000 Mz. A tle frequenz corrisponde un lungezz d ond : = 0 cm. Il rdr trsmette, nello spzio, energi e.m. sotto form di impulsi; vi è cioè un periodo di trsmissione, un periodo di ricezione e poi di nuovo trsmissione... e così vi. Si definisce cdenz C il numero di impulsi nell unità di tempo ( sec.). L intervllo tr un impulso e l ltro si cim intervllo di cdenz: I. C li impulsi ce trsmette il rdr sono dell ordine del s. Il s è nel rdr l unità di misur del tempo. L sequenz di funzionmento del rdr è l seguente: trsmissione - ricezione - trsmissione -... ecc. L energi elettromgnetic trsmess dl rdr, se colpisce un ersglio viene d questo reirrdit e ritorn sotto form di eco. Il rdr deve ricevere quest eco nel periodo di ricezione. L intervllo di cdenz deve contenere si il tempo di trsmissione () ce quello di ricezione. tempo di ricez. I t r I = + tempo di ricezione In s l o.e.m. percorre uno spzio di 300 m inftti:

2 8 m s c * 3*0 * s 3*0 m 6 s 0 l tempo di ricezione si può stilire l portt mssim teoric del rdr. = sec, ce se espresso in s srà C 000 I= 000 s. Se = s, si vrà, t r =I - = = 999 s. Esempio: rdr con cdenz C=000, I Siccome sppimo ce in s l o.e.m. percorre un distnz di 300 m, in 999 s ess percorrerà un distnz pri : 999*300 = m perciò tle rdr vrà un portt mssim di: t * c r 99700m 9850 m 8 mg. mx l tempo di trsmissione si può stilire invece l portt minim del rdr. L ricezione degli eco può comincire inftti solo l termine dell impulso di trsmissione di durt. Se = s, l portt minim srà : * c 300 min 50m. Nei rdr nutici si nno i seguenti vlori per l cdenz C e l portt mssim mx : impulsi 750 C 3000 sec 50 00km mx VISIBILITÀ EOMETRICA E ELETTROMANETICA L portt effettiv di un rdr è invece funzione del suo orizzonte. Le microonde ttrversndo gli strti dell tmosfer suiscono delle rifrzioni cus dei diversi vlori di densità ce essi presentno. Pertnto l orizzonte rdr non coincide con quello geometrico. L orizzonte rdr si può clcolre nel seguente modo. A o B R T R T R T

3 Comincimo clcolre l visiilità geometric, cioè il limite di visiilità esistente per effetto dell sol curvtur terrestre, il qule, evidentemente, corrisponde ll tngenz dei rggi di propgzione con l superficie terrestre, scemtizzt come sferic. Per il rggio d orizzonte, si : R T R T RT R T essendo molto minore del rggio terrestre R T (6375 Km). Risult quindi : RT R T e nlogmente R T e pertnto l visiilità geometric vle:,9 R Km T Nturlmente le ltezze ed devono essere espresse in Km. Se le voglimo esprimere in metri, occorre dividerle per un fttore 000: 3 3,9 Km 0 0 3,57, In quest formul le ltezze sono in metri, mentre l distnz è in Km. unque l visiilità geometric del punto B d dipende dll quot; se quest è piccol come nel cso di nvi, iceerg, ecc., si può considerre un vlore tipico corrispondente : = = quindi 7, 3,57 ove l distnz è espress in Km, mentre l ltezz è in metri. Per esempio se =0 m risult = 3 Km. In effetti l visiilità effettiv ( visiilità elettromgnetic) è un po' mggiore di quell geometric. tuttvi rimne il ftto ce il limite mggiore ll visiilità è imposto dll curvtur terrestre. Siccome l tmosfer non l stess densità lle vrie quote ( l densità decresce l crescere dell quot), nce l indice di rifrzione diminuisce ll umentre dell quot. Si definisce un grdiente medio di indice di rifrzione : 8 3,9 0 m n Tle relzione fornisce l diminuzione dell indice di rifrzione per un umento unitrio di quot, prtendo d un indice medio l suolo del vlore : n,.

4 L ond elettromgnetic non proseguirà quindi in line rett, ensì suirà delle incurvture cus dell vriilità dell indice di rifrzione con l quot. Ciò comport ce l ond elettromgnetic percorre, pprossimtivmente, un circonferenz di rggio R concentric ll terr. Per tenere conto di quest curvtur, si può considerre l propgzione ncor rettiline, ttriuendo ll terr un rggio equivlente R e, tle ce: R R e T 3 Sostituendo Re d R T nell formul dell visiilità geometric, si ottiene l visiilità elettromgnetic stndrd, ce vle: E 3 R T 3 R E Si potrà quindi scrivere l seguente relzione tr visiilità geometric ( ) e visiilità elettromgnetic ( E ): E, 55 3 Come si vede l E è di poco mggiore di (il 5,5 %). Le espressioni precedenti dell visiilità elettromgnetic si possono esprimere in migli nutice (mg), tenendo conto dell relzione: mg = 85 m=,85 Km. E,,55,55 3,57 6,85,85 In tle espressione le ltezze e sono espresse in metri, mentre E è espress in migli. ANTENNA Un ltr crtteristic essenzile del rdr nutico deve essere quell di rilevre l presenz dei ersgli qulunque si l direzione di essi rispetto ll nve. Il rdr cioè deve misurre il rilevmento del ersglio. A tle scopo il fscio di o.e.m. emesse ruot descrivendo tutto l orizzonte. L velocità di rotzione dell ntenn deve essere piuttosto lt, in modo ce le immgini degli eco ppino in modo continuo. Negli odierni rdr nutici, l velocità di rotzione delle ntenne vrie fr i 0 e i 60 giri l minuto. Il rdr trsmette mezzo di un ntenn direttiv ce un digrmm di trsmissione molto simile quello di un osso di seppi tenuto in posizione verticle.

5 5-30 0, -, superficie del mre loo di emissione visto di lto loo visto dll lto Affincè il segnle reirrdito dl ersglio si en percepiile nel P.P.I., d esso devono giungere per ogni rotzione dell ntenn (loo) non meno di 7 o 8 risposte. È di questo ce isogn tenere conto oltre ce dell cdenz per determinre l velocità di rotzione dell ntenn. Scem locci ricevitore 5 7 Tensione dente di seg 000 s enertore se dei tempi 6 guid d ond T/R Pilot di cdenz modultore trsmettitore 3

6 . Pilot di cdenz : il compito di generre e determinre l cdenz degli impulsi. Esso è nce collegto ll indictore del qule comnd l se dei tempi, ossi l trcci luminos ce inizio esttmente qundo cominci l impulso di trsmissione e dur per tutto l intervllo di cdenz fr due impulsi.. Modultore : è un orgno collegto d un sorgente di energi d lt tensione. Riceve gli impulsi ss tensione provenienti dl pilot di cdenz e li trsform in impulsi rettngolri d lt tensione ce vnno d limentre il trsmettitore. 3. Trsmettitore : converte gli impulsi d lt tensione provenienti dl modultore in onde elettromgnetice ultrcorte e di elevt potenz. Tli onde ttrverso cvi cossili e guid d ond rrivno ll ntenn.. Sctol T/R : il compito di collegre lterntivmente l ntenn l trsmettitore durnte l emissione di ogni impulso e l ricevitore nell intervllo fr due impulsi. 5. Antenn : irrdi nello spzio le onde elettromgnetice generte dl trsmettitore e riceve il rdio eco ce convogli nel ricevitore sempre ttrverso l sctol T/R. 6. Ricevitore : esso il compito di rccogliere i deolissimi segnli di ritorno dl ersglio, di mplificrli sufficientemente e convoglirli ll indictore ffincé essi possno trsformrsi in segnli luminosi. L mplificzione prodott dl ricevitore deve essere notevole cus dei vlori estremmente piccoli dell potenz d eco: quest inftti può ridursi 0-3 di wtt con un potenz di emissione di centini di wtt. Percé il segnle poss zionre l indictore occorre ce l su potenz si dell ordine dei decimi di wtt.