RADAR RAdio (Aim)° Detecting And Ranging Radyo (Hedef) (Hedef ) Algılama ve Menzil Tayini RADA RADAR, R, rad adyyo da dalg lgal alar arın ının ın yans yansım ımas asıy ıyla la uzak uzak cisi cisiml mler erin in sapt saptan anma ması sı ve konumlarının belirlenmesinde kullanılır. kullanılır. “Aim” Hedef kelimesi 2. Dünya Savaşı sırasında kullanıldı. Artık bu kelime radar sadece hedefler için kullanılmadığı için kullanılmamaktadır. kullanılmamaktadır.
RADAR’ın çalışmasında çalışmasında aşağıdaki üç temel fizik kuralı rol oynar:
Elektromanyetik
dalgaların
yansıması
Elekt Elektro roma many nyeti etikk da dalg lgala alarr elek elektr trik ikse sell ilet iletkken bir bir yüzeye çarpmaları halinde yansırlar. Yansıma sinyali dalganın çıkış merkezinde („yankı” olarak) yeniden kaydedilir ve bu da bize dalganın yayıldığı yönde bir cismin varlığını kanıtlar.
Elektromanyetik dalgaların sabit yayılma hızı
üç fizi fiziks ksel el kanu kanunu nu kull kullan anar arak ak rad adar ar aygıtı ile bir hedefin menzilini, yatay açısını ve yüksekliği belirleyebiliriz.
. 3·108 m/s (300 000 km /s), ister hassas ışık hızı değeri olan 299 792 458 m/s alınsın fark etmez, ancak hesapların tamamında aynı değerin kullanılması gerekir. gerekir. Elektromanyetik dalgaların sabit hızla yayılma özelliğinden faydalanarak faydalanarak ışınların çarparak yansıdığı hedeflerin (uçaklar, (uçaklar, gemiler, taşıtlar) mesafelerini taşıtlar) mesafelerini (menzillerini) bu (menzillerini) bu radar darbelerinin geri dönüş sürelerini ölçerek hassas bir şekilde belirleyebiliriz.
Elektromanyetik dalgaların doğrusal yayılması:
Elektromanyetik Elektromanyetik dalgalar radarların frekans bölgesinde doğrusal olarak yayılırlar. yayılırlar. Bazı özel antenler kullanarak elektromanyetik dalgalar belli bir yönde yoğunlaştırılabilir. yoğunlaştırılabilir. Böylece hedefin açısal koordinatlarını (yatay ( yatay (azimut) açısını ve açısını ve yükseklik yükseklik açısını) bulabiliriz. açısını) bulabiliriz.
Radar’ın çalışma çalışmasın sında; da; Radyo Radyo Freka Frekans ns (rf) Enerji Enerjisi si nesney nesneye e ulaşır ulaşır ve tekra tekrarr nesned nesneden en yansıyarak geri döner. Enerjinin küçük bir kısmı yansır ve radar setine geri gelir. Dönen bu bölüme aynen ses terminolojisinde olduğu gibi YANKI adı verilir. Radar seti yankıyı yansıtan nesnenin yön nesnenin yön ve ve menzilini menzilini tespit tespit etmek için kullanır Modern radar aygıtları, genellikle, bir hedefe ait yankı sinyalinden daha fazla veri elde edebilir. Bununla beraber geçen süre esas alınarak hesaplanan menzil değeri bir radar aygıtının öne çıkan en önemli özelliğidir
Radar Temel Prensipleri
Birinc Birincilil radar radarın ın çalışm çalışmaa prensi prensiple pleri ri Şekil’ Şekil’de de göste gösteril rilmek mekted tedir ir.. Radar Radar anteni anteni hedef hedefe e bir mikrodalga sinyali yollar, hedefe çarpan sinyal yansır ve bir alıcı cihaz tarafından alınır. Alıcı anten tarafından alınan elektrik sinyaline yansıma veya dönüş sinyali denir. Radar sinyali güçlü bir yüksek frekans üreteci tarafından üretilir ve çok hassas bir alıcı tarafından yeniden alınır. alınır.
Tüm hedefler dağınık yani çok değişik yönlere yansıma yaparlar. Yansıma sinyallerine serpme adı verilmektedir. Backscatter (Geri Serpme) hedefe gidiş yönünün tam tersine olan yansıma sinyalleri için kullanılan bir İngilizce terimdir. terimdir. Radar Radar sinyal sinyaller lerii gelene geleneks ksel el PPI (plan (plan positio position n ind indica icator tor)) olara olarakk adland adlandırı ırılan lan ekranl ekranlar arda da görü görünt ntül ülen enir ir.. Bunu Bununl nlaa ber berab aber er çok çok da daha ha geli gelişm şmiş iş rad adar ar görü görünt ntül ülem eme e sist sistem emle leri ri de bulunm bul unmakt aktadı adırr. Ekrand Ekrandaa merk merkezden ezden kenara enara doğru, doğru, dönen dönen parlak parlak çizgi çizgi anteni antenin n yönün yönünü ü ve hedefin yan açısını belirtir.
Menzilin Tayini
Bir Bir rad adar arda da hede hedefin fin uzak uzaklığ lığı, ı, yani yani menz menzil ilii yüks yüksek ek frek frekan ansl slıı siny sinyal alle leri rin n yayı yayılm lmaa süre süresi si ve c0 yayıl yayılma ma hızınd hızından an fayda faydalan lanılar ılarak ak hesapla hesaplanır nır.. Hedefi Hedefin n gerçek gerçek mesafe mesafesin sine e yatık menzil denir. menzil denir. Eğik menzil radarla sinyalin yollandığı hedef arasında ki kuş uçuşu mesafedir. Yatay mesafe hedefin yeryüzündeki izdüşüm noktası ile radar arasında ki yatay mesafe olup tek başına gerçek mesafeyi vermez, ayrıca hedefin yüksekliğinin de bilinmesi gerekir. Süre hesabında dalganın hem gidişini ve hem de dönüşünü dikkate almak gerekir. Eğik menzil formülü: Menzil radardan hedefe olan kuş uçuşu uzaklıktır R
0
2
Paydaki Paydaki 2 rakamı radar sinyalinin gidiş ve geliş süresince iki defa gidip gelmesinden gelmesi nden ötürüdür ötürüdü r.
. Formülde: c0 = ışık hızı = 3·108 m/s = geçen süre [s] t = R = eğik menzil [m] Eğer t süresi süresi bilinirse yukarda ki formülden radarla hedef arasında ki R menzili hesaplanabilir Mesafe birimi olarak hava trafiğinde tarihsel nedenlerden ötürü olarak deniz mili kullanılmaktadır. Hava savunma kapsamında ise kilometre kil ometre kullanılmaktadır. kullanılmaktadır.
Yön Tayini
Bir radarda hedefin açısal konumu anten yönlülüğü (directivity) ile belirlenir. Yönlülük, bir antenin gönderdiği enerjinin belli bir yönde yoğunlaşma kabiliyetidir. Yönlülük kazanç olarak ta bilinir. Yüksek yönlülüğe sahip bir anten, yönlü anten olarak adlandırılır. Anten, yansıma sinyal sinyalini inin n alındığ alındığıı hedef hedefe e hassas hassas olara olarakk yönelmi yönelmişş iken iken azimut azimut ve yüksek yükseklik lik açılar açılarıı tespit tespit edil edileb ebili ilirr. Açıs Açısal al değe değerr ölçü ölçümle mleri rini nin n ha hass ssas asiy iyet etii an ante tenin nin yönlü yönlülü lüğü ğüne ne ba bağl ğlıd ıdır ır.. Ante Anten n yönlülüğünün kalitesini antenin boyutları belirler. belirler.
Yan açı tayini (bearing angle)
Radar ünitesi sıkça çok yüksek frekanslarda çalışır. çalışır. Bunun nedenleri şöyle sıralanabilir: elektromanyetik elektromanyetik dalga yayılımın optiksel özellikler taşıması, yüksek çözünürlük (dalga boyu küçüldükçe daha küçük boyutta ki nesnelerin algılanması kolaylaşır). aynı anten kazancı, daha yüksek frekanslarda frekanslarda daha küçük boyutlu antenlerle sağlanabilir. Enerji bir çok radar anteninden, anten mekanizması ile birlikte dönen tek yönlü bir demet veya ışın ile yayılır. Şekilden görüldüğü üzere; ışının şekli öyledir ki, ışın hedefi tararken yankı sinyalinin genliği değişir.
Cisimlerin mesafe, istikamet ve yükseklikleri hakkında bilgi sağlayan radyo tarama (hedef bulma) cihazıdır. 2 çeşit RADAR vardır. Birincil RADAR (PSR): Sadece S adece yer cihazları
yardımıyla çalışır. çalışır. duyar. İkincil RADAR (SSR): Hava ve yer cihazlarına ihtiyaç duyar.
Hedeflerin tanınması için aktif olarak birlikte çalışmak gerekmesi nedeniyle ikincil ve birincil radar yöntemleri birleştirilir. birleştirilir. Birlikte çalışma mevcut değilse ikincil radarda hedef tanımak mümkün olmaz. Klasik radar (birincil radar ) ile havadaki uçakların havadaki uçakların konumu konumu belirlenebilir, fakat bunların yansıyan sinyallerinden sinyallerinden bir dost ya da düşman uçağı olup olmadığını anlaşılamaz. Bu bilgi şöyle bir düzenleme ile alınabilir; uçaktaki transpondere transpondere bir sorgulama sinyali yollanır ve bu sinyal özel bir kodla transponder tarafından tetiklenerek yeniden radara yollanır. Gelen yanıt doğrudan ekranda görüntülenebilir ya da özel bir ekranda okunabilir. okunabilir. Bu aslında aynı zamanda pilotla radyo pilotla radyo bağlantısı vasıtasıyla bağlantısı vasıtasıyla belirli bir teknik veri alışverişinin yapıldığı bir iletişim yöntemidir. yöntemidir. Fakat uçaklarının yeri belirlenirken aynı zamanda sinyal sürelerinin ölçümü de yapıldığından, sistem, sadece tarihsel nedenlerle bir bütün olarak "radar" olarak adlandırılır. [
Artan hava trafiği ile paralel olarak, durum ekranında hedefin pozisyonuna ek olarak daha fazla bilgiye ihtiyaç duyuldu. Hava trafik kontrolörleri (ATC) tarafından iki Radar sistemi kullanılmaktadır.
İkincil radar sistemi (SSR), birincil radar sisteminin (PSR) yerine geçmek üzere değil, tamaml tamamlay ayıcı ıcı olacak olacak şekilde şekilde geliştir geliştirilm ilmişt iştir ir.. PSR’ı PSR’ın n konum konum belirl belirleme eme özelliğ özelliğii hava hava aracındaki cihazın sağlıklı çalışmasına bağlı olarak çalışan SSR’a göre daha gelişmiştir. gelişmiştir.
Birincil Radar Sisteminin (PSR)
PSR (APP) Anteni Klasik radar (birincil radar) yöntemiyle havada uçmakta olan uçakların yerini ve koordinatlarını belirleyebiliyor, fakat bunların yansıyan sinyallerinden bir dost yada düşman uçağı olup olmadığı anlaşılmıyordu. Uçak yüzeylerindeki keskin kırıklar yansımayı engelliyr ve hayalet uçak olarak adlandırılmaktadır.
PST-MSSr (En-Route) Anteni spit etmenin yanı sıra ikin ikinci cill rad adar ar (SSR), hava taşıtlarının konumunu tespi taşıttaki transponder veya IFF ile ile ha habe berle rleşe şebi bilen len ve çeşi çeşitli tli veri verile leri ri derl derley eyip ip ATC ünitesine ileten ünitesine ileten gelişmiş radar gelişmiş radar sistemi. sistemi. Bu bilg bilgii şöyl şöyle e bir bir dü düzzenle enleme me ile ile alın alınab abil ilir ir;; uçak uçakta taki ki tran transp spon onde derre (transmitterresponder = yanıt gönderici) bir sorgulama sinyali yollanır ve bu sinyal özel bir kodla transpond transponder er tarafında tarafından n tetiklener tetiklenerek ek yeniden yeniden radara radara yollanır yollanır.. Gelen yanıt yanıt doğrudan doğrudan ekranda görüntülenebilir, yada özel bir ekranda okunabilir. Bu, aslınd aslındaa aynı aynı zamand zamanda, a, pilotla pilotla rady radyo o bağlant bağlantısı ısı vasıt vasıtası asıyla yla belirl belirlii bir teknik teknik veri veri alışverişinin yapıldığı bir iletişim yöntemidir. yöntemidir.
Hava trafik kontrol, uçağı ikincil gözlem radarıyla izliyor. Bu, uçağın uçağın yerin yerinii belirle belirleyen yen radyo radyo dalga dalgalar larını ını,, uçağın uçağın trans transpon ponder derind inden en (uydu (uydu alıcıalıcıvericisi) gönderilen sinyalle birleştirir.
Tüm ticari uçakların transponderleri var. Bunlar, radardan gönderilen sinyali aldıklarında otomatik olarak dört haneli bir kod gönderiyor. Bu kod, uçağın kimliğini kiml iğini gösterir ve radar istasyonları istasyonları uçağın hızını ve yönünü belirliyor. belirliyor. Bu veri, hava trafik kontrölörüne ulaştırılıyor. 1930'larda geliştirilen sistemi temel alan birincil radar ise destek için kullanılıyor ve sadece uçağın konumunu gösteriyor. Bu radar uçağın kimliğini belirleyemiyor.
Birincil Radarın Avantajları Avantajları
Birincil Radarın Dezavantajları
Radar Dalgalarının Yayılmasını Etkileyen Faktörler
Denizdeki yüksek dalgalar radar enerjisini yansıtabilir. yansıtabilir.
Büyük binalar hatta yüksek radar dalgalarının yayılmasını engeller. engeller.
Dağ ve orman gibi bazı fiziksel nesneler radar dalgalarının hava sahasına ulaşmasını engeller. engeller.
Güç santralleri gibi endüstriyel istasyonlar da radar dalgalarının ulaşmasını engeller.
Yoğun kar, dolu ve yağmur radar dalgalarının gücünü kaybetmesine neden olur.
RADAR Sistem Tipleri
Radar sistemlerinde 2 ana tip kullanılır: Atımlı ve Sürekli dalga Atımlı: bu sistem atım modülasyonlu veya atımlı radar olarak bilinmektedir, bilinmektedir, bu method hem birincil hemde ikincil Radar sistemlerinde kullanılmaktadır. kullanılmaktadır. RF enerjinin çok kısa atımlarının transmisyonunu transmisyonunu içermektedir, içermektedir, 2 RF atımı uzun zaman aralıkları ile birbiirnden ayrılmaktadır. Weather Radar havacılıkta en çok kullanılan Radar tipidir, özellikleri Radar Altimetrelere benzer.
Sürekli Dalga Radarları Bu sistemler sürekli dalgayı geçirir ve Sürekli Dalga Radarı olarak bilinmektedir, 2 çeşidi vardır. Doppler Radar FMCW Radar Sürekli-dalga radarlar yüksek frekanslı bir sinyali sürekli yayınlarlar. Yansıma sinyali de aynı şekilde sürekli alınır ve işlenir. işlenir. Burada iki temel problemden bahsetmemiz gerekir: önlenmesi. Alınan yansıma sinyallerinin geçen zaman sürelerinin hesaplanması için bir zaman ölçme sistemine yönlendirilmesi. İlk maddede bahsettiğimiz, gönderilen sinyallerin alıcı tarafından doğrudan kapılmasının önüne geçmek için: Gönderici anteni ile alıcı antenin farklı yerlere tesisi ; örneğin uçak yerden güçlü bir sinyalle ışınır, ışınır, hedeften yansıyan sinyaller vurucu füzenin üzerinde bulunan alıcıya ulaşır ve füze uçağı vurmak üzere hedefe kitlenir. kitlenir. Hız ölçümlerinde Doppler frekansı tekniğinin frekansı tekniğinin kullanıldığı frekansa dayalı ayırım.
Doppler Radar
Bir modüle modüle edilmem edilmemiş iş sürekl süreklii dalga dalga radar radarıı sabit sabit genlik genliklili sabit sabit freka frekansl nslıı sinyal sinyaller ler yollar yollar.. Yansıyarak dönen sinyalin frekansı ya tam olarak gönderim frekansı kadardır ya da hareket eden yansıtıcı yansıtıcı nesnenin nesnenin radyal radyal hızın hızınaa bağlı olarak bir Doppler frekansı kadar kayar. Bu Doppler frekans tekniği ile çalışmak üzere özel imal edilmiş bu SD-radarlarına Doppler radarı denir. Bir Doppler radarında hızın ölçümü için bir süre ölçümü kesinlikle gerekli değildir ve bu nedenle nedenle menzil menzil tayin tayinii de yapıl yapılmaz. maz. Eğer Eğer bir süre süre ölçümü ölçümü yapıla yapılacak caksa sa gönder gönderim im sinya sinyalili yansıyan sinyalden bir zaman referansı elde etmek üzere modüle edilir. Bu modülasyon, yani gönderim sinyalinin frekansında ya da genliğindeki değişim anı işleyiş süresi sonunda alıcıda kaydedilebilir ve ancak böylece bir zaman ölçümü yapılabilir. Bununla beraber bu tür bir modülasyon bütünüyle farklı ölçme prensiplerinin kullanıldığı diğer radar türlerinde (örneğin FMSD-radarı (örneğin FMSD-radarı)) görülür g örülür.. Benzeri şekilde bir genlik modülasyonu düşünülebilir ve bu da modülasyon derinliği %100 ü bulan bir darbe radarı demektir. Modüle edilmemiş dalgalar yayan bir radar bir nesnenin hızını hızını ancak Doppler ancak Doppler etkisi ile etkisi ile algılayabilir. Bu yöntemle bir hedefin menzilinin tayini ve iki farklı hedefin birbirinden ayırt edilebilmesi mümkün değildir. değildir.
Trafik Gözetim Radarı •Hız ölçüm aygıtları çok özel bir sürekli-dalga radarıdır. Hız ölçüm aygıtı, hızı Doppler frekansını kullanarak ölçer. Doppler frekans değeri dalga boyuna bağlı olduğundan, bu radarlar çok yüksek frekanstaki K- bandında çalışırlar. bandında çalışırlar. •Bu aygıt, yolun sol veya sağ kenarından ve gelen ya da giden yönde trafikte seyreden araçların hızını ölçebilir. Bu radar bir aracın içine ya da üçayaklı bir sehpaya monte edilebilir. Sistemde ayrıca kural ihlallerini belgeleyebilmek için bir de yüksek çözünürlüklü kamera bulunmaktadır. •Hareket algılayıcısı Basit ve ucuz Doppler Radar algılayıcıları alarm vermekte ya da kapı açma veya kapamada, aydınlatma devresini açma gibi basit uygulamalarda kullanılabilir. •Hareket gözlemleme Burada hiçbir Doppler frekans ölçülemez, sadece gönderilen sinyal ile alınan sinyal arasındaki faz farkı karşılaştırılabilir. Radardan yansıtıcı nesneye ve tekrardan radara olan yol kullanılan dalga boyunun katlarıdır Ölçüm bölgesi çok net değildir: Daha kaç adet tam dalga boyunun ölçülen bu kesre eklenmesi gerektiği belli değildir. Radar ancak
RADAR DENKLEMLERİ Boşluk Zayıflaması
Boşluk Boşluk zayıf zayıflam laması ası,, yada yada boşluk boşlukta taki ki zayıf zayıflama lama,, elektr elektroma omany nyeti etikk dalga dalgalar ların ın boşluk boşlukta ta yayılmaları sırasında maruz kaldığı zayıflamadır. zayıflamadır.
Bu kayıp miktarı, elektromanyetik dalgaların zayıflatıcı etkileri bulunan (örneğin hava gibi) ortamlardan geçişi sırasındaki kayıpları veya yansımalar sonucu ortaya çıkan ilave kayıpları içermez. İdeal olarak bir boşluk zayıflaması vakumda meydana gelir. gelir. rne o ara , uzay a uy u arın
r r er ar arasın a
re ra yo et ş m ve ver e
r.
Ancak, radar Ancak, radar denklemi ile gerekli gönderim gücü ve alıcı duyarlılığı hesaplanırken bazı önemli kriterlere de dikkat etmek gerekir. gerekir.
Boşluk zayıflamasının meydana gelişi
Bir yön bağımsız küresel ışıma kaynağından kaynağından (isotropic (isotropic radiator) yüksek frekanslı enerji her yönde eşit olarak dağılır. dağılır. Böylece küre ışıyıcının etrafında eş güç yoğunluğuna sahip yüzeyler meydana gelir. Küre yarıçapı arttıkça enerji daha büyük bir yüzeye yayılır. Diğer bir ifade ile: sanal ve aynı büyüklükteki bir yüzey, aradaki mesafe (yarıçap) arttıkça, daha küçük bir güç yoğunluğuna sahip olacaktır. olacaktır.
Küçük boyutlara sahip bir yüzey, kaynak ile aradaki mesafe çok büyük olduğu durumlarda bükümü göz ardı edilip, düz bir dalga cephe yüzeyi gibi düşünülebilir. düşünülebilir. Alıcı anten bu dalga cephesinden enerji alır. Yoğunluğu bilinen bu enerji, belirli bir anten yüzeyine (AW etken anten yüzeyi) isabet eder. Etken anten yüzeyi antenin kazancına doğru orantılıdır ve sinyalin dalga boyuna bağımlıdır. bağımlıdır. Teorik olarak kayıpları bulunmayan her bir anten için, biçiminden bağımsız olarak aşağıdaki ili ili ki e erlid erlidir ir::
Bu Aeff yüzeyi alıcı antenin gönderici antene olan uzaklığından bağımsızdır. bağımsızdır. Artan mesafe ile güç yoğunluğu azaldığından, alıcı antenler daha uzun mesafelerde bulunan gönderici antenlerden daha küçük miktarlarda enerji alabileceklerdir. alabileceklerdir. Bu azalma miktarının nedeni mesafeden kaynaklanan zayıflamadır ve boşluk zayıflaması adı verilir.
Anten kazancı G nin dalga boyu λ cinsinden ifade edildiği bir eşitlik eşi tlik daha vardır
Eğer bu formülde anten alanı A yı çözüp daha yukarda ki P E eşitliğine yerleştirir ve kısaltmaları yaparsak aşağıda ki eşitliği buluruz:
Bu eşitlikleri radar menzili R için düzenlersek klasik formülü ortaya çıkar
Yukarda Yukarda ki radar denkleminde radar sinyallerin yayılması etkileyen bütün büyüklükler dikkate alındı. Ayrıca bu bağımlılıklar göz önüne serildi ve klasik radar denkleminde özetlendi.
Örneğin bir radarın verimliliği bu formülü kullanarak sorgulanabilir. Daha ileri kapsamlarda bu klasik radar denkleminin kullanılması uygun değildir. değildir. Başka hususlarında dikkate alınması gerekir. gerekir. Belirli bir radar tesisin de (P s, G, λ) gibi bazı büyüklükler çok az değiştiğinden sabit kabul edilebilir. Buna karşılık radar kesiti σ güç kavranabilen bir büyüklüktür ve genellikle pratikten gelen bir değer olan 1 m² alınır. alınır.
Bu koşullar altında alınan güç P E nin, radar alıcısına gözlenebilir bir sinyal sağlamasına neden olması ilginçtir. Bu alınan güç PEmin olarak adlandırılır. Düşük seviyede ki güçler alıcının gürültüsü içinde kaybolacağından kaybolacağından bir değer taşımaz. PEmin radar denklemine yerleştirilirse teorik R maks azami menzili hesaplanabilir. hesaplanabilir. Radar denklemi pratikte belirli bir radar tesisinin hedefi algılaması için gücünün yeterliliğinin sorgulanmasında ve radar tesislerinin birbiri ile karşılaştırılmasında karşılaştırılmasında kullanılır. kullanılır.
Radar ünitesinin azami menzil üzerinde ki etkileri
Şimdiye kadar ki radar denkleminin türetilmesi sırasında elektromanyetik dalgaların herhangi bir kayba uğramadan ideal şartlar altında yayıldığını varsaydık. varsaydık. Pratikte durum böyle olmayıp bazı kayıplar kayıplar söz söz konusudur. Bu kayıplar radarın verimini hatırı sayılır bir seviyede etkilediğinden göz ardı edilemez. Radar denklemi, toplam kayıp katsayısı Ltop katılarak biraz daha geliştirilebilir:
Bu katsayı aşağıda belirtilen cinste ki kayıpları kapsar: L D = radar ünitesinin sinyal gönderim ve alım yolunda ki dahili zayıflama kayıpları L f = hedefteki yansımalarda ki dalgalanma kayıpları L Atm = elektromanyetik dalgaların hedefe gidiş yolunda (ve dönüş yolunda) atmosferd a tmosferde e uğradığı kayıplar Cihazda ki dahili kayıplar daha çok yük frekansta frekansta çalışan dalga kılavuzu, kılavuzu, süzgeç, hatta radom gibi radom gibi elemanlardan elema nlardan kaynaklanır. kaynaklanır. Bu kayıp biçimleri bir radar tesisinin kendisine özgü kayıplarıdır, göreli olarak sabit olup ölçülebilirler. Başka daimi kayıplarda vardır, bunlar: atmosferik zayıflamalar ve zayıflamalar ve yer yüzeyinde ki yansımalardan gelen kayıplardır.
RADAR KESİTİ Bazı yayınlarda keza keza etkin yansıtma yüzeyi olarak adlandırılan yansıtma yüzeyi, bir uçan cisme özgün birçok etmenlere bağlı olan bir büyüklüktür. σ-değerinin matematiksel hesabı sadece hesabı sadece basit yüzeylerde yapılabilir, yapılabilir, şöyle ki yansıtma yüzeyi cismin biçimine ve dalga boyuna bağlıdır, bağlıdır, diğer bir deyişle cismin yapısal boyutlarının dalga boyuna olan oranına bağlıdır. bağlıdır. Etkin yansıtma yüzeyi pratik olarak şunlara bağlıdır: uçan cismin büyüklüğü; o anki uçuş noktası; radar cihazının gönderim frekansı; kullanılan malzemeler; . Bir yolcu uçağının tasarımında etkenlik ve güvenlik öne çıkarken, buna karşılık askeri amaçlı bir uçakta yansıtma yüzeyinin olabildiğince küçük tutulmasına dikkat edilir. edilir. Stealth- teknolojisi adını verdiğimiz bu teknoloji körfez savaşında başarıyla kullanıldı, fakat Kosova savaşında Sırp radarlarının (P-12 ( P-12 ve ve P-18 P-18)) çok alçak frekansları kullanması nedeniyle Stealth bombardıman uçaklarının pilotları bilindiği üzere büyük sorunlarla karşılaştı. karşılaştı.
Yansıtma yüzeyinin hesaplanması
Aşağıda ki formül gelen dalganın kapıldığı ve uzaya her yönde eşit olarak tekrardan yansıtıldığı varsayımıyla, yansıtma yüzeyini etkin yüzey olarak vermektedir. Radar alıcısı anteninin yüzeyine, sadece yansıtılan gücün r menzilindeki güç yoğunluğu isabet eder. eder. Radar kesiti σ şöyle tanımlanır:
RADAR KAYIPLARI Atmosferik Atmosferik kayıplar kayıplar sinyalin hedefe gidiş ve dönüşü sırasında atmosferden kaynaklanan
zayıflatma kayıplarının tümünü kayıplarının tümünü kapsar. Bu zayıflatma temel atmosferik zayıflatma L a, ve sis veya yağmur durumunda oluşan hava ile frekansa sıkı sıkıya bağlı ilave zayıflatma L w den meydan meydanaa gelir gelir.. Bu sise sise veya veya yağmu yağmura ra bağlı bağlı atmosf atmosferi erikk zayıfl zayıflatm atmaa türü türü 3 GHz altınd altındaki aki frekanslarda pratikte ihmal edilebilir. Demet biçimi kayıpları 3 dB bant genişliği içinde hedefe ait alınan n adet yansıma genliğinin
anten diyagramı ile modülasyonu sonucu ortaya çıkar. Çok küçük bir m isabet oranı ile çalışan radarlarda bu değer çizelgede verilen değerden hayli büyük olabilir. olabilir. Bant genişlik kayıpları ara frekans bant genişliği ile uyumsuzluklar sonucu meydana gelir.
Daha dik darbe kenarı ve bunun sonucu olarak daha iyi bir menzil çözünürlüğü elde etmek için sinyal-gürültü oranını olumsuz etkilemesine rağmen radarlarda bir optimal süre-bant genişlik çarpımı kullanılır. Dalgalanma kayıpları için Swerling tarafından dört model dört model durumu tanımlanmıştır. durumu tanımlanmıştır. Tümlev alma kayıpları alınan toplam enerjinin n darbeye (isabet oranına!) dengesiz dağılımı
sonucu ortaya çıkar. Gürültü seviyesine yaklaşan seviyelerdeki bileşenler takip eden veri işlenmelerinde dikkate alınmaz. Alıcıların ve göndericilerin iletim hattı kayıpları dipleks dipleks ve ve dupleks cihaz gibi cihaz gibi radara özgü modüllerden kaynaklanır.
Alıcının duyarlılığı duyarlılığı
Gönderilen gücün dışında biraz da alınan asgari güçten bahsedelim: Asgari güç 4. dereceden kök ifadesinin içinde ama payda da bulunuyor. Burada şunu söyleyebiliriz: Asgari gücün azalması, azami menzilin artmasına yol açacaktır.
Her alıcı cihazın pekala çalışabildiği bir belirli asgari güç değeri vardır. Radar teknolojisinde çalışılabilmeye müsaade eden bu en düşük değere sıklıkla MDS - Minimum Discernible Signal [Ancak Sezilen En Düşük Sinyal Seviyesi] denilir. denilir. Tipik radar MDS radar MDS yansıma değerleri yansıma değerleri 104 dBm 110 dBm arasında değişir.
Gürültü katsayısı F
Sınırsal duyarlılıklar sıkça F gürültü katsayısı ile ölçülürler. Her yükselteç katının kendi kendine ne özgü özgü bir gürül gürültüs tüsü ü bulunu bulunurr ve ilavet ilaveten en başka başka kayn kaynakl aklard ardan an gelen gelen PRE gürültüsünü de yükseltir ve yükselttiği sinyalin üstüne bindirir. Gürül Gürültü tü nedeni nedeniyle yle yükse yükseltm ltme e katsay katsayısı ısının nın kurams kuramsal al değerl değerlii sınırl sınırlıı kalmak kalmak zorundadır. Gürültü katsayısı bir devrenin çıkışındaki sinyal gücünün gürültü gücüne olan oranını gösterir. Gürültü devre içindeki elemanların sıcaklıklarına bağlı olması nede edeni le le ürü ürültü ltü katsa atsa ıs ısı refe refera ran ns sıca sıcakklık lık T = 290 290K = ca. 16 8 °C de tanımlanır.
Radar Sinyallerinin İşlenmesi Aynı-faz Aynı-faz ve Kuadratik-faz Kuadratik-faz Yöntemi Çizit Çekip Çıkarıcı Sıklık Dağılımı İlintilendirme Darbe Sıkıştırma Yöntemi
Bir Meteoroloji Radarının Çalışma Prensibi
Bir meteoroloji radarının çalışma prensibi bildiğimiz birincil radarın çalışma prensibine çok benzer ve benzeri bir çok sorunlar bu radar içinde söz konusudur. konusudur. En önemli fark şudur: Bir radar gözetim bölgesinde bulunan bir hede hedeff sade sadece ce algı algıla lanı nırr (yan (yanii hede hedeff var yada yada yok yok an anla lamı mınd nda) a),, onumunun sa ec ece oor na arı arı ç r. Buna Buna karşı arşılı lıkk bi birr met meteor eoroloj olojii rad adar arın ında da ise ise ila ilavet veten yans yansım ımaa sinyalinin genliği de ölçülür. Bu veri veriler ler sonu sonuçt çtaa gözl gözlem emlen lenen en ha hacim cimde deki ki yans yansıt ıtıcı ıcı nesn nesnele eleri rin n hangi yoğunluk ve tutarlılıkta var olduğunu gösterir.
Bu radarlar arasında çok daha önemli farklar da bulunmaktadır. bulunmaktadır. Bu, çoğu kez araştırılan nesnenin farklı biçimlere sahip olup olma olmadı dığı ğı olgu olgusu suna na da bağl bağlıd ıdır ır.. Bulu Bulutt küme kümele leri ri,, için içinde den n bazı bazı frekansların kısmen geçebildiği, daha büyük boyutlarda ki bir uçan uçan cism cismin in gövd gövdes esin inii andı andırı rırr. Bu anla anlamd mda a bir bir mete meteor orol oloj ojii radarından en iyi sonuçlar çok sonuçlar çok frekanslı radar cihazları cihazları ile alınır. (Meteorolojik radarda bu konu, çok frekanslı gözetim radarında gözetim radarında olduğundakinden daha fazla öneme sahiptir.)
Gönderim sinyalinin sıra dışı güce sahip olmasına karşılık, alınan yankı sinyali normal olarak çok çok zayıf olmakta ve bu sebeple alıcının gelen yankıları değerlendirebilmesi ve yorumlaması için çok duyarlı olması gerekmektedir.
Anten performans performans faktörleri: Anten minyatürleşme faktörü: Boş uzayda bir antenin uygulanan elektrik sinyalini bir elektromanyetik dalgaya verimli olar olarak ak çevi çevirme rmesi si için için geom geomet etri rikk yapı yapısı sı tipi tipikk uzun uzunlu lukk olar olarak ak dalgaboyunun yarısı olmalıdır. Bund Bundan an daha daha küçü küçükk bir bir ante anten, n, uygu uygula lana nan n elek elektr trik ik siny sinyal alin in ço unu unu çev çev reme remez. z. Ancak, uygun bir alttaş ve yansıtma düzlemi kullanılarak bu uzunluğun altına inilmesi mümkündür. Minyatürleştirmenin radar altimetre antenleri açısından ne kadar büyük önem taşıdığı bilinmektedir.
Anten bant genişliği: Bir antenin uygulamaya bağlı olarak geniş veya dar bir frekans bandında yayın yapma pması istenebilir. Anten deseni: Yakın alan elektromanyetik radyasyon ölçümlerinin uzak alan transformasyonunu alarak üretilen antenlerin uzak alan desenleri desenleri öl ülür. ülür. Anten kazancı: Antenin uygulanan elektrik elektromanyetik sinyale dönüştürme oranıdır. oranıdır.
sinyali
Anten yönelimliliği: Bant genişliğinde olduğu gibi, uygul ygulam amay aya a bağlı ağlı olar olarak ak ante anteni nin n uzayd zayda a her her yön yöne eş düze düzeyd yde e yayın yayın yapm yapmas asıı ya da sade sadece ce beli belirl rlii yön( yön(le ler) r)de de yayın yapması istenmektedir.
Cassegra Cassegrainin- Anten Anten
Telek elekom omün ünik ikas asyo yon n ve rada radarr uygu uygula lama mala ları rınd nda a kull kullan anılılan an Casse Cassegr grai ain n antenl antenlerd erde e boynuz boynuz konkav konkav biçimd biçimde e ki yansıt yansıtıcı ıcı yüzeyi yüzeyinin nin biraz biraz üzerin üzerinde de bulunur ve ışınlar konveks biçimli ana yansıtıcının odak noktasına yakın bir yerde bulunan ikinci bir yansıtıcıya yönlenir. Besleme ünitesi enerjisi (çoğu kez boynuz besleyici), ikincil yansıtıcıdan ana yans yansıt ıtıc ıcıy ıya a yönl yönlen enir ir ve orad orada a ikin ikinci ci defa defa yans yansıt ıtılılar arak ak ışın ışınla larr bir bir deme demett biçiminde anteni terk eder. eder.
Atış Kontrol Radarı Cassegrain Cassegrain Anteni
Avantaj
Dezavantaj
•Boynuza kolay ulaşılabilir; dolayısı ile bakım kolaydır. •Anten kompakt olduğundan kolaylıkla monte edilir. •Alıcının doğrudan boynuz üzerine monte edilebilmesi nedeniyle iletkenlerde ki hat kayıplarının önüne geçilmiş olur.
•İkincil yansıtıcı antenin en hassas bölgesine monte edilmesi ve bu parçayı tutan kollarla birlikte ana yansıtıcıya yansıtıcıya gelen ışınları keserek gölgelenmelere sebep olur. olur.
Faz Dizi Antenler Faz dizi antenler, her bir ışıma elemanı farklı faz açılarıyla beslenebilen bir anten grubudur. Böylece elektronik olarak kumanda edilebilen bir anten ışıma çizgesi meydana gelir. Bu antenlerde ki önemli ilke girişimdir
Solda aynı fazda beslenen iki anten elemanı, sağda ise farklı fazlarda beslenen anten elemanı
Beslemeden çıkan sinyal, üstteki beslemeye göre yaklaşık 22° farklı fazda (yani daha erken) gönderilmektedir. Bu nedenle toplam ışıma sinyalinin ana yönü yukarıya doğru kaymış bulunuyor.
Bir ante Bir anten n alan alanıında nda herh herhan angi gi bir bir ante anten n yapı yapısı sı ışım ışıma a elem eleman anıı olar olarak ak kullanılabilir. Bir faz dizi antenin en öne çıkan özelliği; her bir yayın elemanı için faz kayma kayma mikta miktarı rını nın n ayar ayarla lana nabi bilm lmes esii ve bunu bunun n sonu sonucu cu olar olarak ak ışım ışıma a ana ana yönünün değiştirilebilmesidir. değiştirilebilmesidir. Hem yatay ve hem de düşey düzlemde ışıma demeti elde edebilmek için bir anten düzleminde çok sayıda ışıma elemanı kullanmak gerekir.
Anten demetlerinin demetlerinin elektronik elektronik saptırılmasını saptırılmasını gösteren bir canlandırma canlandırma
Avantajları •eşzamanlı kuvvetli bir yan topuz bastırma ve daha yüksek bir anten kazancı •demet yönünü çok hızlı değiştirebilme (µs mertebesinde) ve böylece bir başka hedefi yakalama imkanı •çizge biçiminin çok hızlı şekillenmesi – ataklığı (beam agility)) •rasgele gözetim ve izleme •hedefi aydınlatma süresini (dwell süresini (dwell time) seçme olanağı •aynı anda birden fazla demet üreterek çok işlevli çalışma imkanı •bir elemanın arızalanması durumunda sistemin çökmemesi (bu durumda bir miktar kapasite kaybı ve demet keskinliği kaybı söz konusu)
Dezavantajları •yatayda ve düşeyde sınırlı tarama bölgesi (yatayda en fazla 120°) •demetlerin saptırılması sırasında demetlerde oluşan şekil bozulması •ışıma çizgelerinin frekansa ataklığı (low frequency agility)) •karmaşık işlemci ve faz kaydırıcı devrelerin kullanılması •yüksek maliyetler (bu durum devam etmekte)
Darbe Yineleme Aralı gı (DYA) Ardısık olarak olarak gönderilen gönderilen darbelerin tekrarlanma tekrarlanma hızı manasına manasına gelen DYA DYA (Darbe Yineleme Aralıgı) radarın menzilini belirleyen parametredir. Radar sistemleri, bir darbe gönderdikten sonra belirli bir süre gönderilen darbenin çarptıgı hedeften dönmesini bekler ve bekleme süresinin ardından bir sonraki darbe gönderilir. Beklenen süre DYA kadardır ve bu süre radarın en büyük menzilini belirler. Bu eger egere e “ e rs z may mayan n y enz enz ” , ax mum mum nam nam guou guouss Range: MUR) adı da verilir
BOEBM (km) = 150 * DYA (msn) Örnek olarak bir radar, iki darbe gönderimi arasında 1 msn süreyle bekliyorsa bu radar için DYA’ nın 1 msn oldugu söylenebilir. EM dalga ısık hızı ile (3.108 m/sn) hareket ettiginden 1 msn süresi boyunca gönderilen darbe 300 km yol alır. Alınan bu yolun hedefe gidis ve dönüs yollarının toplamı oldugu düsünülürse radarın menzilinin 300 km’ nin yarısı yani, 150 km oldugu söylenebilir.
DYA, radarın menzilini etkileyen bir parametre oldugundan, seçiminde dikkatli davranılmazsa bir takım belirsizliklere sebep olabilir. Örnek olarak; En büyük menzili 90 km olan bir radar tasarlanmak için DYA 600 μsn. olarak seçilsin. Radar sisteminin alıcıları gereginden fazla hassas ise, radara 150 km mesafede bulunan bir hedef, radar tarafından 60 km mesafede bulunan bir tehdit gibi algılanacaktır. Bu sebeple alıcı geregi kadar hassas seçilerek ölçmek istenen mesafenin dısındaki hedeflerden gelecek ekolar göz ardı edilmeli ve en büyük menzil olabildi olabildi ince ince bü bü ük se ilmelidi ilmelidirr. En bü ük menzili menzili bü ük se menin menin dola ısı la DYA’ yı büyük seçmek) bahsedilen mesafe belirsizligi problemini ortadan kaldırabilecegi hatta bir avantaj bile olabilecegi düsünülse de durum görünenden biraz farklı olacaktır. Anten sabit sabit bir hızla tarama tarama yaptıgından, yaptıgından, hedefe baktıgı anda anda gönderilen darbe darbe sayısının fazla olması hedeften alınan bilginin fazla olmasına ve hedefin gürültüden ayrılarak izlenmesinin kolaylasmasına yardımcı olacaktır. Dolayısıyla DYA’ nın alt ve üst limitlerini uygun sekilde belirlemek gerekmektedir
Darb Darbe e Geni Genisligi (DG) Radarın ölçebilecegi minimum mesafeler söz konusu oldugunda darbenin devam etme süresi (Darbe Genisligi : DG) D G) bunda belirleyici rol oynar. Darbe gönderme anında, radar anteninin alıcı üniteden ayrılıp, verici üniteye tahsis edilmesi nedeniyle yakın hedeflerden dönen ekolar algılanamaz Örnek olarak DG degeri 2 μs olan bir radarda bu süre içinde yansıyan hiç bir eko algılanamayacagından, 300 m içindeki herhangi bir hedefin belirlenmesi mümkün olmayacaktır. Bu mesafe radar tarafından ölçülemeyen minimum mesafeye karsılık gelir. DG’ DG’ nin nin küçü küçükk seçi seçilm lmes esii ölçü ölçüle leme meye yen n mini minimu mum m mesa mesafe feni nin n de küçü küçükk tutulmasına olanak verir.
DG degerinin küçük seçilmesinin seçilmesinin bir diger avantajı da radarın r adarın menzil hassasiyetini hassasiyetini arttırmasıdır (Range Resolution). Resolution). Örne Örnekk olar olarak ak,, 1 μsn μsn süre sürelili darb darbe e kull kullan anılılma ması sı hali halind nde, e, rada radarr dogr dogrul ultu tusu sund nda a aral aralar arın ında da 150 150 m’ den den az mesa mesafe fe olan olan iki iki uçag uçagın ın geri geriye ye yans yansıy ıyan an ekol ekolar arıı birlesecegi için, radar tarafından ayrıstırılmaları mümkün olmayacak ve tek hedef gibi yorumlanacaktır. Bu örnekte radarın menzil hassasiyeti 150 m olarak tanımlanabilir. Genel olarak radarın mesafe hassasiyeti ise DG/2 süreye karsılık gelen mesafe olarak ifade edilebilir DG dege degeri rini nin n küçü küçükk seçi seçilm lmes esii rada radarın rın mesa mesafe fe hass hassas asiy iyet etin inii artt arttır ırma ması sı ve ölçülemeyen minimum mesafeyi kısaltması sebebiyle avantajlı bir durum olarak degerlendirilse bile; hem alıcıda hem de vericide genis bandlar kullanılmasını gerektirmesi, dolayısıyla gürültüye maruz kalınan frekans bölgesini arttırarak en büyük menzilin kısalmasına sebebiyet vermesi nedeniyle dezavantaj yaratan bir durumdur
Radarlar uzun mesafelerden algılama için uzun darbelere (>10 μs) ihtiyaç duyarlar. Uzak Uzak hede hedeflfler erde den n gele gelen n ekol ekolar ar zayı zayıft ftır ır.. Gele Gelen n ekol ekolar arın ın zayı zayıff olmas olmasıı sebebiyle; • Alıcı hassas olmalıdır, fakat esas önemli olan sinyalin gürültüye oranının (SGO, Signal to Noise Ratio : SNR) yüksek olmasıdır, • Bu duru durumd mda a arka arka plan planda da var var olan olan gürü gürültltü ü oran oranıının nın düsü düsükk olma olması sı saglanmalıdır, • Gürü Gürültltün ünün ün düsük düsük olmas olmasıı anca ancakk dar dar band band enis enislili ine ine sahi sahi filt filtre rele ler r kullanılarak mümkün olabilir, olabilir, • Bu tür filtre kullanılabilmesi için sinyalinde dar bandgenisligine sahip olması gerekmektedir, gerekmektedir, • O halde, “Band Genisligi = 1 / Darbe Genisligi” oldugundan darbe uzun olmalıdır. Bunun yanısıra DG degeri radarın vericisinin tepe gücünü degistirmeden gönderilen toplam enerjiyi degistirmekte ve menzilin belirlenmesinde önemli rol oynamaktadır. Bu açıdan bakıldıgında da DG degerinin mümkün oldugunca büyük seçilmesi gerekmektedir.
Dolayısıyla alt ve üst sınırları belirlenmis bir DG degeri ortaya çıkmaktadır. çıkmaktadır. Radarın kullanacagı DG degeri yapacagı göreve göre belirlenmelidir. Görevi yalnızca baslangıçta hedefin bulunması ve yönünün belirlenmesi olan rada radarrlar lar erke rken ihba hbar (Ea (Early rly Warni rning), g), ara arama (sea search) ch) ve yaka akalama lama (acquisition) radarları olarak adlandırılırlar. adlandırılırlar. Bu rada adarlard larda a uzu uzun mesa mesafe fele lerd rden en hed hedefin efin tesp espit edi edilme lmesi, si, mesa mesafe fe hassas hassasiye iyetin tinde den n daha daha önemli önemli oldugu oldugunda ndan n DG degerl degerleri eri bu görevi görevi yerine yerine getirebilecek büyüklükte seçilmektedir. seçilmektedir. Atıs kontrol radarları sektörel hassasiyetlerinin iyi olması için dar hüzmelere ihtiya ihtiyaçç duyarl duyarlar ar,, ancak ancak dar hüzme hüzme ile genis genis alanla alanları rı tarama taramalar larıı çok uzun uzun zama zaman n alac alacag agın ında dan n basl baslan angı gıçç bilg bilgis isii açıs açısın ında dan n bera berabe berr çalı çalısa saca cakl klar arıı yakalama (acquisition) ya da erken ihbar radarlarına ihtiyaç duyarlar. Erken ihbar radarları için : DYF 100-1000 Hz Hüzme genisligi 6-16o Menzil > 200 Nm
Doppler Etkisi Radar tekniğinde Doppler etkisi iki amaçla kullanılır: • Hedef hızlarının ölçülmesi • Sabit ve hareketli hedeflerin birbirinden ayırt (Hareketli Hedef Göstergesi, MTI - Moving Target Indication).
edilmesi
Bir ses kaynağı hareket etmeyen bir gözlemciye doğru hareket ettiğinde, gözlemci gerçekte ses kaynağından gelenden daha yüksek bir sesi algılar. algılar. Eğer ses kaynağı gözlemciden uzaklaşıyorsa bu etki tersine döner. döner. Gözlemcinin duyduğu ses yüksekliği ses kaynağından kaynaklanan sesten daha az algılanır. Her iki durumda da bir frekans kayması meydana gelir
Bir ses kaynağı ile o ses kaynağının alıcısı arasında frekansta ki belirgin değişikliğin meydana gelmesinin sebebi, ses kaynağı ile ses alıcısı arasında ki göreli harekettir. harekettir. Örneğin, çok hızlı giden bir araçta çalınan bir düdüğün perdesi, araç araç yakl yaklaşt aştığ ığıı sıra sırada da arta artara rakk yükse yükselilirr ve araç araç uzak uzakla laşı şırk rken en giderek azalır. alınan düdü ün frekansı de i memi tir ve havada ki hızları da sabittir, ancak yaklaşan araç ile duyucu arasında ki mesafe azalmaktadır. Bunun sonucu olarak her dalga kendisinden bir önce yayınlamış dalgadan daha kısa mesafe kat edecektir. Böylece dalgalar gitgide azalan zaman farkları ile duyucuya ulaşırlar.
Bu etki etki Avust vustur urya yalılı fizi fizikç kçii Chri Christ stia ian n Dopp Dopple lerr (180 (18033-18 1853 53)) tarafı tarafınd ndan an keşfed keşfedilm ilmiş iş olup, olup, kendis kendisini inin n adı ile anılma anılmakta ktadır dır.. Frekans kayma miktarı hedef hızının bir ölçüsüdür. Doppler frekansı f D ile gösterilir.
Bu formül eğer hedefin hızı, hedefin radyal hızına (merkezden hızına (merkezden çevreye doğru yada tersi yöndeki hız) eşit ise geçerlidir. geçerlidir.
Faka Fakatt uçak uçakla larr rada radara ra doğr doğru u olma olmaya yan n fark farklılı pek pek çok çok yönd yönde e uçarlar. Bu durumda benzeri şekilde sadece radyal hız ölçülür. Bununla beraber bu, hedefin hızından farklıdır ve aşağıda ki formülle hesaplanır: hesaplanır:
„Dop „D oppl pler er frek frekan ans” s” form formül ülün ünün ün türe türeti tilm lmes esii Radar adar anten ntenin inde den n hede hedefe fe doğru oğru gide giden n ve geri geri döne dönen n bir bir elektromanyetik dalganın φ faz kayma açısı, gidi gidişş ve geli gelişt şte e kat kat edil edilen en yolu yolun, n, gönd gönder erililen en siny sinyal alin in dalg dalga a boyuna olan oranının bir tam dairenin çevresi ile çarpımı sonucu çıkan sayının, virgülden sonraki ondalık bölümünün 2·π radyan yada 360° ile ar ılarak bulunan a ıdır ve a a ıda ki formülle hesa lanır:
Pratikte radarda Doppler kayması iki defa meydana gelir. İlkinde yansımanın gerçekleşeceği gerçekleşeceği gidiş yolunda ve sonra bir kez de dönüş yolunda. Fakat resimde şu anda yansıyarak dönen bir sinyalde ki Doppler kayması görülüyor.
Eğer uçağın
formülü ile ifade edilen bir radyal hızı varsa, hızı varsa, o zaman alınan fazda ki değişme şöyle hesaplanır
Bu alınan frekanstaki Doppler kaymasına eşittir ve sonucunda Doppler frekansı fD
Pratikte radarda Doppler kayması iki defa meydana gelir. İlkinde yansımanın gerçekleşeceği gidiş yolunda ve sonra bir kez de dönüş yolunda.
Yapay Yapay Açıklıklı Radar Radar Yapay Açıklıklı Radar ( Sythetic Aperture Radar SAR) uçakta bulunan, uçağın uçuş güzergâhını kullanarak olabilecek olabilecek en büyük antenin ve yayın açıklık yüzeyinin (aperture) elektronik . Çok uzun bir zaman dilimi içerisinde gönderimalım çevrimleri (PRT ler, PRT = Darbe Tekrarl ekrarlam ama a Zaman Zamanı), ı), uçağı uçağın n hassas hassas görece görecelili konum koordinatları ile birlikte elektronik ortama kaydedilir.
Bu çevrimler (cycles) belirli bir sayıya ulaştığında kaydedilen veriler bir bilgisayarda işlenir. (Her bireysel çevrimde ortaya çıkan değişik Doppler frekansları hedefin geometrisinin çiziminde hesaba katılır.) Böylece gerçek bir antenin açıklık açısının elverebildiğinin çok ötesinde yüksek açısal çözünürlüklü bir radar resmi elde edilir.
Ocean Master ISAR-Bilgisayarı ISAR-Bilgisayarı tarafından çizilen bir gemi silueti
SAR faz dizi antene benzer şekilde çalışır, fakat faz dizi antene aksine antene aksine çok sayıda paralel anten elemanı kullanmaz. Buna karşılık sadece bir anteni zaman çoklayarak (ti (time-m me-mul ultitip plexing xing)) kull kulla anır. ır. Değ Değişi işik geome eometr triik konumlar uçuş hızının sonucu meydana gelir. Bir SAR- radar bilgisayarı A uçuş noktasından C uçuş noktasına kadar ki T zamanı içinde ki tüm darbe tekrarlama sürelerinin yansımalarının genliklerini ve faz açılarını kaydeder.
Ya a A ıklı ıklıkk a a bir ekilde ekilde bo u uzatı uzatılmı lmı bir antend antendir ir
Bir hedef (örneğin bir gemi) radar tarafından ilk kez yakaland yakalandığın ığında da gönderil gönderilen en darbele darbelerin rin yansıma yansımaları ları kaydedilmeye başlanır. başlanır. Bu işlem platformun öne doğru hareket ederken hedef radar ışınları altında kaldığı sürece devam eder.
Radarlarda uçuş yönünde yüksek çözünürlük elde etmek için pratikte mümkün olmayan uzunlukta anten kullanmak gerekmektedir. Sent Sentet etik ik açık açıklılıkk rada radarr (SAR (SAR)) tekn tekniğ iğii daha daha küçü küçükk anten uzunluğuyla platformun uçuş yönünde daha yüksek çözünürlükte görüntü elde etmek için kullanılan yöntemdir yöntemdir.. Rada Radarr ante anteni ni iste isten nilen ilen açık açıklılıkk boyu boyunc nca a hare harekket ettirilerek belirli zaman aralıklarında ölçümler alır ve bu verileri eş zamanlı toplayarak sentetik açıklık oluşturur.
Genel SAR sistem mimarisi blok diagramı.
SAR sensöründen elde edilen ham SAR verisi hareket sensöründen elde edilen verilerle birlikte veri ön işleme birimine gönderilir. Bura Burada da görü görünt ntü ü oluş oluştu turu rulm lmad adan an önce önce ham ham veri veri üzerinde birincil seviye sarsıntı telafisi yapılır.
Daha sonra ön işlemeden geçen veri odaklanmış SAR görüntüsünün elde edilebilmesi için görüntü işleme ünitesine aktarılır. Görüntü işleme birimi arta kalan sarsıntı telafisinin yapıldığı, elde edilen ham görüntünün daha iyi odak daklandı ı ürült rültü ü azaltm altma a i leml lemle erinin inin a ıldı ldı ı ve görüntünün hedef tespit ve tasnife hazır hale getirildiği birimdir. Son olarak görüntü değerlendirme birimi, hedef tespit ve tasnifinin yapıldığı, uygulamaya yönelik bilgilerin kullanıcıya aktarıldığı birimdir.
Sentetik açıklık radarların blok şeması.
Sinyal üretecinde frekans modülasyonlu üretilen sinyal sirkülatör aracılığıyla hem alıcı hem verici olarak kullanılan antene gönderilir. Burada sirkülatörün işlevi, antenin alıcı ve verici alt sistemleri arasında anahtarlama sağlamaktır.
Görüntü İşleme Görü Görünt ntü ü işle işleme me biri birimi mi ise ise ön işle işleme mede den n geçm geçmiş iş veriyi veriyi sinyal sinyal işlem işleme e algor algoritm itmala aları rı kullan kullanar arak ak ham görüntü oluşturan birimdir. Bu a amada veri ön i leme biriminde gerçek gerçekleş leştitiril rilen en mekan mekanik ik sarsın sarsıntı tı telafi telafisin sinden den arta arta kalan hataların düzeltilmesi de gerçekleştirilmektedir.
Ancak elde edilen bu görüntü hedef tespit ve tasnifi açısından kullanılabilecek kullanılabilecek kalitede yeterince odaklanmış değildir. Bu amaç amaçla la otoma tomattik oda odaklama lama (aut (autof ofoc ocu us) ve de bu birimde yapılır. Bu aşamada hareket sensöründen elde edilen verilerden faydalanmak söz konusu olabilmektedir.
Benek Gürültüsü (Speckle) SAR tekniği ile yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmek mümkündür. Fakat elde edilen görüntülerde SAR görüntülerine has bir problem olan benek gürültüsü olmaktadır. olmaktadır. , olması (yani genliği ve fazıŞekil nın olması) ve bu veri verini nin n eş evre evrelili (yan (yanii ham ham veri veride deki ki faz faz bilg bilgis isin inin in korunması) olarak işlenmesidir
Her bir çözünürlük hücresi birden fazla yansıtıcı cisim ya da hedef içerdiği için her bir yansıtıcıdan kaynaklanan fazlar rastgele dağılım gösterir. Bu da saçıcıların birbirlerinin yansımalarını dağılıma göre göre zayı zayıflflat atma ması sına na ya da güçl güçlen endi dirm rmes esin ine e nede neden n olabilir.
Uzaysal süzgeçleme yöntemiyle benek gürültüsü azaltılması. Solda benek gürültüsü azaltılmadan önce, sağda ise benek gürültüsü azaltıldıktan sonra
Görünt Görüntü ü Değerl Değerlend endirm irme e SAR sistem mimarisinin son bloğu olan görüntü değerlendirme değerlendirme biriminde ise hedef tespit ve tasnif işlemleri gerçekleştirilir. Etkili ve verimli şekilde görüntünün değerlendirilip en kısa kısa süre sürede de kull kullan anıc ıcın ının ın ihti ihtiya yaçl çlar arın ına a ceva cevap p vermesi için gerekli işlemler burada gerçekleştirilir.
SAR’ın ulaşılabilmesi mümkün azimut çözünürlüğü yaklaşık olarak gerçek anteninkinin yarısı kadardır ve bu değe değerr plat platfo form rmun un uçuş uçuş yüks yüksek ekliliği ğine ne bağl bağlıı değildir. Bunun i in a a ıdaki teknik ko ulların sa lanmı olması gereklidir: • frekansı kararlı, tam fazuyumlu bir radar sistemi • güçlü bir SAR-bilgisayarı S AR-bilgisayarı • platformun uçuş rotasının/yörüngesinin ve hızının kesin olarak bilinmesi.
Menz Menzil ilin in bozunu bozunumu mu (dis (disto tort rtio ion) n) SAR ile ölçülen yatık menzilde, gönderilen sinyallerin yer yüzeyinden yansımalarında yansımanın olduğu noktanın bir yükseltiden (bina,tepe gibi) veya bazen daha alçaktaki cisim isimllerde erden n oldu lduğuna bağ bağlı olar larak geri dön dönü sürelerinde göreli gecikmeler meydana gelebildiğinden dolayı “menzil bozunumu” denilen bir durum ortaya çıkar. Ölçülen menziller bu olay nedeniyle gerçek menzilleri tutmaz.
Kısaltım (for (fores esho hort rten enin ing) g) deni denile len n olay olay gerç gerçek ek menzilin kısaltılmış olarak algılanmasıdır.
Örneğin, bir dağın radara göre a dip noktasın sının b tepe noktasına doğru bir meyille yükseldiğini düşünelim. Dağın bu iki noktası arasında kalan a-b yatık mesafesi, dağın tepesinden yans yansıy ıyan an siny sinyal alin in dipt dipten en yans yansıy ıyan ana a göre göre daha daha kısa kısa süre sürede de dönm dönmes esii nede nedeni niyl yle e rada radard rda a kısa kısalm lmış ış a'-b a'-b ' mesa mesafe fesi si olar olarak ak hesaplanacaktır .
Örtüşme (ov (overla rlappi pping) denil enile en olay olay bir araz razi parçasını, örneğin bir dağın, b tepe noktasının yatık menzilinin a dip noktasına göre daha kısa olacak şekilde bir eğime sahip olması durumunda meydana gelir. gelir.
Radara tepeden yansıyan sinyalin dipten yansıyana göre daha erken döneceğinden a-b aralığı tersine çevrilerek b’-a’ olarak algılanacak, algılanacak, yani biri diğerini örtecektir. örtecektir.
Bir açı ile radar ışımasına maruz kalan arazi yükseltileri ayrıca bir göl gölgel geleme eme etkis tkisii meydana getirir.
Bu gölgenin boyu, güneşin batışında olduğu gibi, geliş açısı büyüdükçe daha da artar.
Kullanım Alanlarına Göre Radar Çeşitleri
Kullanım alanlarına göre radarlar ı 5 grupta inceleyebiliriz. ASR (Airport (Airport Surveillanc Surveillance e Radar) Radar) ASDE (Airport Surface Detection Detection Equipment) Equipment) PAR (Precision Approach Radar)
ASR (Airport (Airport Surveillanc Surveillance e Radar) Radar) 50‐60 NM kavaraj ı vardır. 10‐12 RPM dönüş hızındadır. TAR (Terminal Approach Rada Radar) r) olar olarak ak da adla adland ndırılmaktadır. Sade Sadece ce PSR PSR ya da PSR+ PSR+SS SSR R (on (on‐mounted) olarak kullanılabilir. ARSR (Air Route Route Surveill Surveillance ance Radar) Radar) 220‐250 NM kavaraj ı vardır. 6‐7 RPM dönüĢ h ızındadır. Saha Kontrol amaçl ı olarak kullanılmaktadır. Sadece SSR ya da PSR+SSR (on‐mounted) olarak kullanılabilir.
2–3 NM kavaraj ında ve dönüĢ hızı 60 RPM'dir. Ground kontrol amaçl ı olarak pist, taksi yolu ve apron pron üzerin erinde deki ki har hareke eketler tlerii (uç (uçak, ara araç vb.) b.) kontr ontrol ol etmek ama amacıyla kullanılmaktadır. PSR PSR olar olarak ak kulla ullan nılabilir labilir.. Hedef Hedefler ler hakk hakkında olduk a a r ıntı i erir. erir. Hedefin araç mı, uçak mı olduğunu hatta belirli bir tecrübeden sonra uçak tipini bile anlayabilirsiniz.
PAR (Precision Approach Radar)
Hassass yakla Hassa yaklaşım radar adarı olarak olarak adland adlandırılan lan bu radar dar tipi, ipi, artık ask askeri eri amaç amaçla larr için için kullanılmaktadır. Askeri adı GCA (Ground Controlled Approach). İnişe gelen uçaklara hassas yaklaşma yaptırmak için kullanılmaktadır. PSR tabanlı iki antenden oluşmaktadır. Ant Anten erde erden n iris irisii sa a‐so a 7 der derece ece i ir taram arama a yapar apara a uça uça ın pis pist mer ez attında olup olmadığını, diğeri yukarı aşağı 20° lik bir aç ıyı tarayarak uça ğın süzülüş hattında olup olmadığını takip etmemize yarar.
Bütün Bütün radar radar bilgil bilgileri eri ATC merk merkezinde ezindeki ki RDPS RDPS (Radar (Radar Data Data Proce Process ssing ing Syst System em‐Radar Dataları Ġ leme leme Sist Sistem emii ne ne elir elir.. Bütü Bütün n radar adar ante antenle nleri rind nden en i lenm lenmem emii olar olarak ak elen elen plot plot datala datalarrı RDPS tar taraf ından ndan iĢleni lenirr. Bu iĢleme leme MRT MRT‐Multi Radar Tracking racking denir. denir. Plot‟lar Radar Pozisyon Sembolü ‟ne (RPS) çevrilir. RPS, gelen plot ‟un türüne göre PSR echo echosu su,, SSR SSR trac track k‟ı ya ya da PSR ve SSR SSR kombina binassyonu onu olar olara ak radar dar displ ispla ay‟inde gösterilir. Radar kontrolörüne görüntülenen RPS 5–6 saniyelik geçmi Ģ bilgisi ile birlikte görün görüntül tüleni enirr. Bu RPS ile birlik birlikte te bir label label (etik (etiket) et) görünt görüntüle ülenir nir.. Bu etik etiket üzeri üzerinde nde (transponder vasıtasıyla uçaktan alınan) Mode A ve Mode C bilgisi ile birlikte radar sistemi taraf ından hesaplanan yer h ızı (ground speed) bilgisi de görüntülenir. Ayr ıca uçağın dikey bir hareketi (alçalma/t ırmanma) etiket üzerinde uçu Ģ seviyesinin yanında bir ok ortaya çıkar. RDPS, plot datasının yanında diğer kaynaklardan gelen bilgileri de değerlendirebilir. Bunlar FDPS (Flight Data Processing System) ve GPS (Global Position System) saatidir.
Radar datalarının dışında RDPS için en önemli kaynak FDPS‟dir. FDPS, bir hava sahasına girmesi beklenen bütün uçuşlara ait uçuş planlarını, AFTN vasıtasıyla pasif modda pasif modda alarak bunları depolar. Herhangi bir uçuş hava sahasına girmeden önce, bir önceki ATC ünitesi taraf ından bilgisi otomatik (OLDI) ya da sözlü olarak aktarılır. Depolanmış uçuş planı devir noktası, uçuş seviyesi ve SSR kodunu içeren yürürlükteki bilgileriyle güncelleştirilir. Böylece FDPS‟deki uçuş planı aktif hâle aktif hâle gelir ve uçuşun sonuna kadar FDPS ve RDPS arasında sürekli bir diyalog başlamış olur.
SSR sorgulamas ı tamamland ığında sistem belirlenmiş transponder kodu ile FDPS‟deki aynı kod ile depolanmış uçuĢ planındaki aynı koddaki bilgi arasında bağlantı (correlation) kurar. orr orre a on, on, r g n n parçasının r eş r mes r. u say saye e e e e zer n e uçağın gerçek pozisyonunu görebiliriz. Etiket üzerinde uçağın hava sahamızdaki çıkış noktasını da görebiliriz.
