レーダーシステム-パフォーマンス要因

レーダーのパフォーマンスに影響を与える要因は、レーダーパフォーマンス要因として知られています。この章では、これらの要因について説明します。私たちは次のことを知っていますstandard form レーダー範囲方程式の。これは、特定の仕様のレーダーの最大範囲を計算するのに役立ちます。

$$ R_ {Max} = \ left [\ frac {P_tG \ sigma A_e} {\ left（4 \ pi \ right）^ 2 S_ {min}} \ right] ^ {1/4} $$

どこ、

$ P_t $は、レーダーによって送信されるピーク電力です。

$ G $は送信アンテナのゲインです

$ \ sigma $は、ターゲットのレーダー断面積です

$ A_e $は、受信アンテナの有効口径です。

$ S_ {min} $は、検出可能な最小信号のパワーです。

上記の式から、次のように結論付けることができます。 conditions レーダーの範囲を最大にするために考慮する必要があります。

レーダー$ P_t $によって送信されるピーク電力は高くなければなりません。
送信アンテナ$ G $のゲインは高くなければなりません。
ターゲット$ \ sigma $のレーダー断面積は高くなければなりません。
受信アンテナ$ A_e $の有効口径は高くする必要があります。
最小検出可能信号$ S_ {min} $の電力は低くする必要があります。

レーダー範囲方程式の標準形式からターゲットの範囲を予測することは困難です。これは、ターゲットの範囲に関するレーダー範囲方程式によって提供される精度が低いことを意味します。なぜなら、ターゲットのレーダー断面積$ \ sigma $や検出可能な最小信号$ S_ {min} $などのパラメータはstatistical in nature。

最小検出可能信号

エコー信号の電力が最小の場合、レーダーでその信号を検出することは、 minimum detectable signal。つまり、信号の電力が最小電力よりも少ない場合、レーダーはエコー信号を検出できません。

一般に、レーダーはノイズに加えてエコー信号を受信します。受信信号からターゲットの存在を検出するためにしきい値が使用される場合、その検出は呼び出されますthreshold detection。

検出する信号の強度に基づいて適切なしきい値を選択する必要があります。

検出する信号の強度が高い場合は、そこに存在する不要なノイズ信号を排除するために、高いしきい値を選択する必要があります。
同様に、検出する信号の強度が低い場合は、低いしきい値を選択する必要があります。

以下 figure この概念を示しています-

A typical waveformレーダー受信機の写真を上図に示します。x軸とy軸は、それぞれ時間と電圧を表します。上図では、ノイズのrms値としきい値を点線で示しています。

有効な検出と欠落している検出を識別するために、上の図のA、B、Cの3つのポイントを検討しました。

ポイントAの信号の値がしきい値を超えています。したがって、それはvalid detection。
ポイントBの信号の値はしきい値と同じです。したがって、それはvalid detection。
点Cの信号の値はしきい値に近いですが、それは missing detection。なぜなら、点Cの信号の値がしきい値よりも小さいからです。

したがって、ポイントAとBは有効な検出です。一方、ポイントCは検出の欠落です。

受信機のノイズ

受信機が信号にノイズ成分を生成し、それが受信機で受信される場合、その種のノイズは受信機ノイズとして知られています。ザ・receiver noise不要なコンポーネントです。いくつかの予防策を講じて、それを排除するように努める必要があります。

ただし、熱雑音と呼ばれる1種類の雑音が存在します。これは、伝導電子の熱運動によって発生します。数学的に、私たちは書くことができますthermal noise power、$ N_i $はレシーバーで-として生成されます

$$ N_i = KT_oB_n $$

どこ、

$ K $はボルツマン定数であり、$ 1.38 \ times 10 ^ {-23} J / deg $に等しくなります。

$ T_o $は絶対温度であり、$ 290 ^ 0K $に等しくなります。

$ B_n $は受信機の帯域幅です

性能指数

ザ・ Figure of Merit、Fは、入力SNR、$（SNR）_i $と出力SNR、$（SNR）_o $の比率に他なりません。数学的には、次のように表すことができます。

$$ F = \ frac {（SNR）_i} {（SNR）_o} $$

$$ \ Rightarrow F = \ frac {S_i / N_i} {S_o / N_o} $$

$$ \ Rightarrow F = \ frac {N_oS_i} {N_iS_o} $$

$$ \ Rightarrow S_i = \ frac {FN_iS_o} {N_o} $$

上記の式の$ N_i = KT_oB_n $を代入します。

$$ \ Rightarrow S_i = FKT_oB_n \ left（\ frac {S_o} {N_o} \ right）$$

出力SNRが最小値の場合、入力信号電力は最小値になります。

$$ \ Rightarrow S_ {min} = FKT_oB_n \ left（\ frac {S_o} {N_o} \ right）_ {min} $$

上記の$ S_ {min} $を、次の標準形式のレーダー範囲方程式に代入します。

$$ R_ {Max} = \ left [\ frac {P_tG \ sigma A_e} {\ left（4 \ pi \ right）^ 2 S_ {min}} \ right] ^ {1/4} $$

$$ \ Rightarrow R_ {Max} = \ left [\ frac {P_tG \ sigma A_e} {\ left（4 \ pi \ right）^ 2 FKT_oB_n \ left（\ frac {S_o} {N_o} \ right）_ {min }} \ right] ^ {1/4} $$

上記の式から、次のように結論付けることができます。 conditions レーダーの範囲を最大にするために考慮する必要があります。

レーダーによって送信されるピーク電力、$ P_t $は高くなければなりません。
送信アンテナ$ G $のゲインは高くなければなりません。
ターゲット$ \ sigma $のレーダー断面積は高くなければなりません。
受信アンテナ$ A_e $の有効口径は高くする必要があります。
性能指数Fは低くなければなりません。
受信機の帯域幅$ B_n $は低くする必要があります。