레이더 시스템-성능 요인
레이더의 성능에 영향을 미치는 요소를 레이더 성능 요소라고합니다. 이 장에서는 이러한 요인에 대해 논의하겠습니다. 우리는 다음을 알고 있습니다standard form 주어진 사양에 대한 Radar의 최대 범위를 계산하는 데 유용합니다.
$$ R_ {최대} = \ left [\ frac {P_tG \ sigma A_e} {\ left (4 \ pi \ right) ^ 2 S_ {min}} \ right] ^ {1/4} $$
어디,
$ P_t $는 레이더가 전송하는 최대 전력입니다.
$ G $는 안테나 전송의 이득입니다.
$ \ sigma $는 타겟의 레이더 단면입니다.
$ A_e $는 수신 안테나의 유효 구경입니다.
$ S_ {min} $는 감지 가능한 최소 신호의 거듭 제곱입니다.
위의 방정식에서 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. conditions 레이더의 범위를 최대로 얻기 위해 고려해야합니다.
- 레이더 $ P_t $가 전송하는 최대 전력은 높아야합니다.
- 송신 안테나 $ G $의 이득이 높아야합니다.
- 타겟 $ \ sigma $의 레이더 단면이 높아야합니다.
- 수신 안테나 $ A_e $의 유효 구경은 높아야합니다.
- 감지 가능한 최소 신호 $ S_ {min} $의 전력이 낮아야합니다.
레이더 범위 방정식의 표준 형식으로는 표적의 범위를 예측하기가 어렵습니다. 즉, 표적 범위에 대한 레이더 범위 방정식이 제공하는 정확도가 더 낮습니다. 타겟의 레이더 단면적, $ \ sigma $ 및 최소 감지 신호 $ S_ {min} $와 같은 매개 변수는statistical in nature.
감지 가능한 최소 신호
에코 신호에 최소 전력이있는 경우 레이더에서 해당 신호를 감지하는 것은 minimum detectable signal. 즉, 신호의 전력이 최소 전력보다 적 으면 레이더가 에코 신호를 감지 할 수 없습니다.
일반적으로 레이더는 노이즈와 함께 에코 신호를 수신합니다. 임계 값이 수신 된 신호에서 타겟의 존재를 감지하는 데 사용되는 경우 해당 감지가 호출됩니다.threshold detection.
감지 할 신호의 강도에 따라 적절한 임계 값을 선택해야합니다.
감지 할 신호의 강도가 높을 때 높은 임계 값을 선택하여 원하지 않는 노이즈 신호를 제거해야합니다.
마찬가지로 감지 할 신호의 강도가 낮을 때 낮은 임계 값을 선택해야합니다.
다음과 같은 figure 이 개념을 설명합니다-
ㅏ typical waveform레이더 수신기의 그림은 위의 그림과 같습니다. x 축과 y 축은 각각 시간과 전압을 나타냅니다. 노이즈의 실효 값과 임계 값은 위 그림에서 점선으로 표시되어 있습니다.
유효한 탐지와 누락 된 탐지를 식별하기 위해 위 그림에서 A, B, C의 세 지점을 고려했습니다.
지점 A의 신호 값이 임계 값보다 큽니다. 따라서valid detection.
지점 B의 신호 값은 임계 값과 같습니다. 따라서valid detection.
지점 C의 신호 값이 임계 값에 가까워도 missing detection. 왜냐하면 지점 C의 신호 값이 임계 값보다 작기 때문입니다.
따라서 포인트 A와 B는 유효한 탐지입니다. 반면 지점 C는 누락 된 감지입니다.
수신기 소음
수신기가 신호에 잡음 성분을 생성하여 수신기에서 수신하는 경우 이러한 종류의 잡음을 수신기 잡음이라고합니다. 그만큼receiver noise원치 않는 구성 요소입니다. 몇 가지 예방 조치를 통해이를 제거해야합니다.
그러나 열 잡음으로 알려진 한 종류의 잡음이 있습니다. 전도 전자의 열 운동으로 인해 발생합니다. 수학적으로 우리는thermal noise power, 수신자에서 생성 된 $ N_i $-
$$ N_i = KT_oB_n $$
어디,
$ K $는 Boltzmann의 상수이고 $ 1.38 \ times 10 ^ {-23} J / deg $와 같습니다.
$ T_o $는 절대 온도이며 $ 290 ^ 0K $와 같습니다.
$ B_n $은 수신기 대역폭입니다.
공로의 그림
그만큼 Figure of Merit, F는 입력 SNR, $ (SNR) _i $ 및 출력 SNR, $ (SNR) _o $의 비율입니다. 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
$$ F = \ frac {(SNR) _i} {(SNR) _o} $$
$$ \ 오른쪽 화살표 F = \ frac {S_i / N_i} {S_o / N_o} $$
$$ \ 오른쪽 화살표 F = \ frac {N_oS_i} {N_iS_o} $$
$$ \ Rightarrow S_i = \ frac {FN_iS_o} {N_o} $$
위 방정식에서 $ N_i = KT_oB_n $를 대입합니다.
$$ \ Rightarrow S_i = FKT_oB_n \ left (\ frac {S_o} {N_o} \ right) $$
출력 SNR이 최소값 일 때 입력 신호 전력은 최소값을 갖게됩니다.
$$ \ Rightarrow S_ {min} = FKT_oB_n \ left (\ frac {S_o} {N_o} \ right) _ {min} $$
다음 표준 형식의 레이더 범위 방정식에서 위의 $ S_ {min} $를 대체합니다.
$$ R_ {최대} = \ left [\ frac {P_tG \ sigma A_e} {\ left (4 \ pi \ right) ^ 2 S_ {min}} \ right] ^ {1/4} $$
$$ \ Rightarrow R_ {Max} = \ left [\ frac {P_tG \ sigma A_e} {\ left (4 \ pi \ right) ^ 2 FKT_oB_n \ left (\ frac {S_o} {N_o} \ right) _ {min }} \ 오른쪽] ^ {1/4} $$
위의 방정식에서 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. conditions 레이더의 범위를 최대로 얻기 위해 고려해야합니다.
- 레이더가 전송하는 최대 전력, $ P_t $는 높아야합니다.
- 송신 안테나 $ G $의 이득이 높아야합니다.
- 타겟 $ \ sigma $의 레이더 단면이 높아야합니다.
- 수신 안테나 $ A_e $의 유효 구경은 높아야합니다.
- 성능 지수 F는 낮아야한다.
- 수신기 대역폭 $ B_n $이 낮아야합니다.