آشنایی با تکنیک‌های رادارهای رهگیر زاویه‌ای

[Electro_officer 13,797]

رادار رهگیر به راداری گفته می‌شود که به صورت خودکار بیم خود را روی هدف دلخواه در حال مانور نگاه داشته و به رهگیری آن بپردازد. چنین رادارهایی برای اندازه‌گیری دقیق زاویه‌ی اهداف از بیم‌های بسیار باریک حدوداً یک درجه‌ای استفاده می‌کنند. یکی از پارمترهای مهمی که رادار در کنار اندازه‌گیری برد هدف ارائه می‌دهد زاویه‌ی فضایی حضور هدف است که استخراج آن در رادارهای رهگیر ضروری است. می‌دانیم دقت اندازه‌گیری زاویه حضور اهداف به اندازه‌ی پهنای بیم است چرا که سیگنال ارسالی به سمت هدف از زمان شروع قرار گیری بیم بر روی هدف به سمت رادار بازتاب داده می‌شود، این بازتاب تا زمان عبور بیم از روی هدف ادامه می‌یابد. اما بیم رادار در زوایای مختلف متفاوت است و دامنه سیگنال دریافتی از هدف با عبور یکنواخت بیم از روی آن به صورت متقارن تغییر پیدا می‌کند بنابراین با دقت در این نکته می‌توان به روش‌هایی جهت سنجش دقیقتر زاویه که دستیابی به آن در برخی کاربردها الزامی است دست یافت. در واقع در رادارهای رهگیر زاویه‌ای هرگونه مانور هدف و تلاش آن جهت خروج از بیم رادار منجر به تولید یک سیگنال تحت عنوان سیگنال خطا می‌شود. از این سیگنال خطا جهت کنترل جهت قرار گیری بیم رادار و رهگیری هدف استفاده می‌شود. کاربردهای اولیه‌ی رادارهای رهگیر به کنترل زاویه آتش توپ‌های ضدهوایی باز می‌گردد. دو واقع عباراتی چون هدف، خط دید، برد و رهگیری ریشه در این استفاده‌ی اولیه دارد. البته در حال حاضر نیز بسیاری از رادارهای رهگیر به عنوان رادارهای کنترل آتش در سامانه‌های توپخانه‌ای به کار گرفته می‌شوند.
به طور کلی سه روش جهت رهگیری زاویه‌ای اهداف وجود دارد: تغییر لوب، اسکن مخروطی و رهگیری منوپالس.

سوئیچینگ لوب
این روش در واقع نخستین روش رهگیری زاویه‌ای راداری محسوب می‌شود. در این روش بیم یا لوب آنتن به جای قرارگیری مستقیم بر روی هدف با سرعتی بالا به دو سمت خط دید آنتن تغییر جهت داده می‌شود. شکل زیر نحوه تغییر لوب در دید افقی را نمایش می‌دهد، به کمک این دو لوب می‌توان زاویه حضور هدف را در افق استخراج کرد. دو لوب مشابه آنچه در شکل مشاهده می‌شود در صفحه‌ی عمودی نیز به کار گرفته می‌شود که به طرزی مشابه زاویه عمودی هدف به کمک آن استخراج می‌شود.

در واقع اگر هدف دقیقاً روی محور خط دید قرار نگرفته باشد دامنه اکوی ورودی آن از هر بیم غیریکسان خواهد بود. به شکل فوق توجه کنید فرض کنید همانند آنچه در شکل قابل مشاهده است هدفی در بیم A قرار گرفته باشد. در این صورت دامنه ولتاژ اکوی ورودی از بیم A بیش از دامنه ولتاژ اکوی ورودی از بیم B خواهد بود. در واقع میزان ولتاژ a-b مقداری مثبت خواهد بود و این امر توسط رایانه‌ی مرکزی رادار به این صورت تعبیر می‌شود که جهت رهگیری هدف باید بیم آنتن را مقداری بالاتر نشانه‌روی کند.

جهت رهگیری هدف در زاویه‌ی عمودی نیز دو بیم مشابه وجود دارند که به همین صورت عمل می‌کنند. در واقع در این نوع رادار چهار بیم وجود دارد که رادار دائما و با سرعتی بالا بین آنها سوئیچ می‌کند.

اسکن مخروطی
اسکن مخروطی روشی مشابه تغییر لوب است. فرض کنیم در عوض سویچینگ گسسته بیم، آنرا به صورت پیوسته و به صورت الکترونیکی یا مکانیکی روی یک دایره پیوسته بچرخانیم و از تکنیکی مشابه سوئیچینگ لوب استفاده کنیم. شایان ذکر است این روش و روش سوئیچینگ لوب هر دو تحت عنوان لوبینگ ترتیبی نیز نامگذاری می‌شوند. شکل نحوه چرخش بیم در رادار اسکن مخروطی را نمایش می‌دهد.

در واقع در این نوع رادارها اگر هدف دقیقاً در محور دید رادار قرار نگیرد اکو بازگشتی از آن دارای دامنه‌ی متغیر و مدوله شده خواهد بود با مشاهده این تغییرات می‌توان یک سیگنال خطا تولید کرد و زاویه‌ی تصحیح جهت نشانه‌روی صحیح بیم به سمت هدف را بدست آورد.
دو روش یاد شده دارای برخی محدودیت‌ها هستند اول آنکه برای هر پردازش جهت استخراج زاویه‌ی افقی و عمودی حداقل به چهار اکو بازگشتی از چهار بیم نیاز داریم. از سوی دیگری تغییرات زاویه هدف و تغییر سطح مقطع راداری حاصل از آن، تضعیف های احتمالی و ... به کاهش دقت این دو روش منجر می‌شوند. برای غلبه بر این مشکل تکنیک رهگیری مونوپالس ابداع شده است. جهت کسب اطلاعات دقیقتر میتوانید به تاپیک زیر مراجعه کنید:
http://www.military....گیر-اسکن-مخروط/

منوپالس
بر خلاف دو مورد فوق الذکر در این نوع رادار چهار بیم (بالا-پایین، چپ-راست) به طور همزمان ایجاد می‌شود و به کمک تنها یک پالس زاویه حضور هدف و سیگنال خطای لازم جهت تصحیح جهت نشانه‌روی بیم استخراج می‌شود. این نوع رادارها به طور کلی به دو صورت منوپالس مقایسه دامنه و منوپالس مقایسه فاز قابل پیاده سازی هستند.
منوپالس مقایسه دامنه جهت اهداف را بر اساس مقدار تفاوت دامنه اکو هدف بدست می‌آورد. به این صورت که دامنه اکو دریافتی همزمان از دو لوب در صورت عدم قرار گیری هدف در محور دید یکسان نخواهد بود لذا با مقایسه آن می‌توان سیگنال خطا را تولید کرد.

نوع دوم رادارهای منوپالس نوع مقایسه فاز است که از آن کمتر استقبال شده است. در این نوع رادارها در هر جهت از دو آنتن استفاده می‌شود. با توجه به جدا بودن مکان فیزیکی دو آنتن سیگنال رسیده به آنها دارای مقداری اختلاف فاز خواهد بود. با اندازه‌گیری مقدار تفاوت فاز می‌توان سیگنال خطا را تولید و جهت بیم را تصحیح کرد.

کاربردهای رادارهای منوپالس:

• کنترل زاویه شلیک توپخانه یا موشک‌
• کاربردهای استراتژیک نظامی چون رهگیری دوربرد موشک و هواگردهای دشمن
• کاربردهای فضایی چون رهگیری اجرام فضایی مانند ماهواره‌ها، سامانه‌های فضایی و یا اجرام آسمانی
• کاربردهای جاسوسی جهت تشخیص اندازه یا سایر پارامترهای اهداف هواپایه

در ادامه برخی رادارهای مدرن استفاده کننده از تکنیک منوپالس به عناون مثالی از رادارهای منوپالس ذکر می‌شوند:

رادار هواپایه AN/APG-63
رادارهای هواپایه طی قرن اخیر همواره به عنوان یکی از مهم‌ترین اجزای یک جنگنده مطرح بوده است. این رادارها معمولاً در باند فرکانسی ایکس بکارگرفته می‌شوند و قادرند اعمال جست‌وجو، اکتساب، رهگیری اهداف و نقشه ‌برداری زمینی را انجام دهند. تصویر زیر رادار AN/APG-63 آمریکایی را نمایش می‌دهد. در این تصویر شبکه موج‌بری پشت آنتن جلب توجه می‌کند. رادار مذکور قادر است اهداف را به صورت منوپالس رهگیری کند.
 

رادار هواپایه Zhuk-ME روسی
تصویر زیر رادار اسکن الکترونیکی فعال ژوک روسی را نمایش می‌دهد. این رادار نیز جهت رهگیری زاویه‌ای اهداف خود از تکنیک‌های منوپالس استفاده می کند.

رادار دریا پایه‌ی AN/SPY-1
رادار AN/SPY-1 یک نمونه رادار موفق چندگانه‌ی دریایی آمریکایی است و جزئی از سامانه تسلیحاتی اجیس به شمار می‌رود. این رادار در رهگیری اهداف از تکنیک منوپالس استفاده می‌کند. تصاویر زیر کروز کلاس تیکوندروگا را در دو نمایی عقب و جلو نمایش می‌دهد که آنتن چهار وجهی رادار مذکور در آنها قابل ملاحظه است. این رادار دارای 4480 المان در 140 دسته 34 است.

رادار زمین پایه‌ی AN/MPQ-53 مورد استفاده در سامانه پاتریوت
رادار AN/MPQ-53 نمونه بارز یک رادار چندگانه‌ است. این رادار قادر است کلیه‌ی اعمال جست‌و‌جو، رهگیری و هدایت موشک را انجام دهد. در این رادار 5500 آرایه بکار رفته است. این رادار قادر است تا 100 هدف را به وصورت منوپالس رهگیری کند و همزمان با ده هدف درگیر شود.

 

رادارهای کنترل آتش زمین پایه‌ی روسی
رادار بکار رفته توسط آمریکایی مورد توجه طراحان سامانه‌های پدافندی زمینی قرار گرفته. روس‌ها سامانه‌های مشابه Flap Lid، Tombstone و Grill Pan را طراحی و تولید کرده‌اند. این رادار تقریباً از 10000 المان تشکیل شده‌اند. در این رادارها باند کاری ایکس مورد استفاده قرار گرفته است. مزیت این انتخاب در افزایش دقت زاویه‌ای رادار با توجه به افزایش فرکانس کاری است. جهت اعمال دقیق فرکانس‌ها کاری بالا و در اعمالی چون جست‌وجو فرکانس‌های کاری پایین پاسخ مناسب‌تری ارائه می‌دهند. روس‌ها از رادارهای جداگانه جست‌وجو و رهگیری در باندهای فرکانسی پایین و بالا استفاده کرده‌اند در حالی که آمریکایی‌ها ترجیح داده‌اند از باندهای متوسطی چون سی و اس استفاده کنند و اعمال رهگیری و جست‌وجو را در یک رادار یکپارچه انجام دهند.

 

در تصویر زیر سه سیکر منوپالس تولیدی روسیه که در موشک های نیمه فعال مورد استفاده قرار گرفته است را نمایش می‌دهد.
 

منابع:

INTRODUCTION TO AIRBORNE RADAR, SECOND EDITION, GEORGE W. STIMSON

Monopulse Principles and Techniques, Second Edition, Sam uel M.Sherman, David K.Barton

استفاده از این مطلب بدون درج لینک این صفحه به عنوان منبع خلاف شرع، قانون و اخلاق پژوهشی است.

گرداوری و ترجمه از: العبد محمدمهدی محمدی

شادی روح جمیع شهدای اسلام و به ویژه شهدای سوریه صلوات.

[saeghe_1 1,528]

کارت درسته واقا از این تاپیکهای پر محتوا لذت میبرم

[mehdisepehri 246]

[size=5][font=arial,helvetica,sans-serif]دوست عزیز بابت ارائه مطالب درمورد [color=#323232][right]رادارهای رهگیر زاویه‌ای متشکرم.[/right][/color][/font][/size]

[hosm 5,921]

با تشکر بسیار از برادر الکترو

سوالی داشتم
آیا می‌توان رابطه‌ای برای حداقل شتاب جی مانور هواپیما برای فرار از «رهگیر زاویه‌ای» با توجه به فرکانس و شدت و فاصله و سرعت هواپیما به دست آورد؟

به این ترتیب شاید بتوان با اعمال الگوریتم‌های هوش مصنوعی، تا حد زیادی جلوی شکسته شدن قفل راداری را گرفت

[Electro_officer 13,797]

[quote name='hosm' timestamp='1408138702' post='402289']
با تشکر بسیار از برادر الکترو

سوالی داشتم
آیا می‌توان رابطه‌ای برای حداقل شتاب جی مانور هواپیما برای فرار از «رهگیر زاویه‌ای» با توجه به فرکانس و شدت و فاصله و سرعت هواپیما به دست آورد؟

به این ترتیب شاید بتوان با اعمال الگوریتم‌های هوش مصنوعی، تا حد زیادی جلوی شکسته شدن قفل راداری را گرفت
[/quote]

یکی از مهم ترین مسائلی که در طراحی سیستم‌های ضدهوایی چه تصویری و چه راداری مطرحه بحث رهگیری یا Tracking اهداف هوایی است. بر همین اساس در طراحی سیستم‌های پدافندی از روش های متعددی استفاده میشه مثلا از فیلتر کالمن نوعی روش پردازشی است که بر اساس حداکثر سرعت و مانور هدف میاد نحوه قرار دادن بیم رادار یا بزرگ نمایی تصویر محل حضور هدف رو تنظیم میکنه تا هدف با احتمال از دست رفتن خاصی رهگیری بشه. این مسائل همگی در مباحث مخابراتی نسبتاً پیچیده ای تحت عنوان آشکازی و تخمین Detection and estimation مطرح شده و با مدل سازی های ریاضی عریض و طویل بررسی میشه که دنیایی گسترده هست برای خودش .. میتونید کلید واژه مذکور رو سرچ کنید و نتیجه رو ببینید.
مثلا فرض کنیم یه هدف در یک لحظه پشت یک ساختمان یا کوه قرار بگیره و از دست بره سامانه رهگیر وظیفه داره بر اساس آخرین اطلاعات اکتسابی از هدف (شتاب، زاویه فضایی، سرعت و ..) موقعیت هدف رو در چند میلی ثانیه بعد حدث یا به عبارتی تخمین بزنه .. و بر اساس تخمینش (با فرض اپتیکی بودن سامانه رهگیر) رو یک محدوده که حدث میزنه هدف ناگهان در اونجا ظاهر بشه زوم میکنه این مسائل تحت معادلات پیچیده ریاضیاتی بررسی و حل میشند و در هر سامانه ای مد نظر قرار میگیرند شک نکنید همچین روشی در سامانه های پدافندی که اخیرا رو نمایی شده بکار گرفته شده و لحاظ شده. هرچه دریچه زوم بزرگتر باشه دقت کاهش پیدا میکنه و زمان بیشتری طول میکشه تا سامانه مجددا رو هدف قفل کنه در عوض احتمال از دست رفتن هدف کمتر میشه اما هره دریچه زوم دوربین کوچکتر باشه هرچند سیستم ممکنه سریعتر رو هدف قفل کنه اما احتمال از دست رفتن هدف و نیاز به طی مجدد پروسه‌ی سرچ-اکتساب-رهگیری بیشتر میشه مصالحه بین این دو مساله یه موضوع اساسی است که مهندسین سیستمی حوزه مخابرات همواره با اون دست و پنجه نرم می کنند ..

تصویری زیبا و دل انگیز از تلفیق رهگیری تصویری و راداری ..
[IMG]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/jernas4.jpg[/IMG]

[MOHAMMAD 6,333]

محمد مهدی یه دونه ای . . .

سوال: اگر از رادارهای آرایه فازی در این سیستم استفاده بشه، تا چند هدف رو میشه با یک صفحه رادار تراک کرد؟

[quote][color=#282828][font=tahoma, helvetica, arial, sans-serif][right]تصویری زیبا و دل انگیز از تلفیق رهگیری تصویری و راداری ..[/right][/font][/color][/quote]

رپی یر یکی از قدرتمندترین سیستمهای رهگیری کوتاهبرد جهان که در جنگ و پس از آن(!) خدمات شایانی به ما نمود ... واقعا معرکه اس...

[Electro_officer 13,797]

[quote name='MOHAMMAD' timestamp='1408255458' post='402527']
سوال: اگر از رادارهای آرایه فازی در این سیستم استفاده بشه، تا چند هدف رو میشه با یک صفحه رادار تراک کرد؟
[/quote]
بستگی داره به معماری سخت افزاری رادار که با توجه به نیاز اپراتور پی‌ریزی میشه. تعداد المان‌ها، قدرت پردازش، کانال‌های گیرنده مونوپالس نصب شده در رادار و ... مثلا AN/MPQ-53 میتونه تا 100 هدف رو با تکنیک مونوپالس رهگیری کنه ..

[isam 20]

سپاس!