الرادار النبضي Pulse Radar

السمة المميزة المهمة لطريقة الرادار هي التحكم الضروري في الوقت لجميع العمليات داخل الرادار النبضي، والحافة الأمامية للنبضة المرسلة هي المرجع الزمني لقياس وقت التشغيل، وينتهي بانتقال الحافة الصاعدة لإشارة الصدى في الجزء العلوي من النبض، كما يجب تصحيح التأخيرات المنتظمة في معالجة الإشارة عند حساب المسافة، حيث تؤثر الانحرافات العشوائية على دقة الرادار النبضي.

ما هو الرادار النبضي Pulse Radar؟

الرادار النبضي: هو جهاز يشبه زمن الرحلة النبضي وطريقة الموجات فوق الصوتية لقياس المستوى كما يتم توجيه نبضة الرادار إلى سطح المادة التي يتم قياسها ويتم استخدام وقت عودة النبض لإيجاد المستوى، وتستخدم هذه الطريقة طاقة أقل من “FMCW” ويمكن أن يتأثر أدائها بالرغوة والعوائق في الوعاء والمواد منخفضة العزل.

• “FMCW” هي اختصار لـ “Frequency-Modulated Continuous Wave”.

رسم تخطيطي للرادار النبضي:

• معدل النبض: هو جهاز ينتج إشارة مشكلة بالنبض ويتم تطبيقها على جهاز الإرسال.

• جهاز الإرسال: هو جهاز ينقل الإشارة المعدلة بالنبض، وهي عبارة عن قطار من النبضات المتكررة.

• وحدة الإرسال المزدوجة: هي عبارة عن مفتاح ميكروويف يربط الهوائي بقسم جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال بالتناوب، وينقل الهوائي الإشارة المشكلة بالنبض عندما تقوم وحدة الإرسال على الوجهين بتوصيل الهوائي بجهاز الإرسال، وبالمثل فإنّ الإشارة التي يستقبلها الهوائي ستُعطى لمكبر التردد اللاسلكي منخفض الضوضاء، عندما تقوم وحدة الإرسال على الوجهين بتوصيل الهوائي بمضخم الترددات اللاسلكية منخفض الضوضاء.

• مضخم الترددات اللاسلكية منخفض الضوضاء: هو جهاز يقوم بتضخيم إشارة التردد اللاسلكي الضعيفة التي يستقبلها الهوائي، وناتج هذا مكبر الصوت متصل بـ “Mixer”.

• المذبذب المحلي: ينتج إشارة لها تردد ثابت، وناتج المذبذب المحلي متصل بـ “Mixer”.

• الخلاط: هو جهاز يمكنه إنتاج مجموع وفرق الترددات المطبقة عليه، ومن بينها سيكون اختلاف الترددات من نوع التردد المتوسط “IF”.

• مضخم “IF”: هو جهاز يقوم بتضخيم إشارة التردد المتوسط “IF”، ويسمح مضخم “IF” الموضح في الشكل فقط بالتردد المتوسط ​، والذي يتم الحصول عليه من “Mixer” ويقوم بتضخيمه، ويحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء عند النواتج.

• الكاشف: هو جهاز يقوم بإزالة تضمين الإشارة التي يتم الحصول عليها عند ناتج مضخم “IF”.

• مضخم الفيديو: هو جهاز يقوم بتضخيم إشارة الفيديو والتي يتم الحصول عليها عند ناتج الكاشف.

• جهاز العرض: هو جهاز يعرض إشارة الفيديو المكبرة على شاشة “CRT”.

ملاحظة:“IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.

ملاحظة:“CRT” هي اختصار لـ “Cathode-Ray Tube”.

آلية عمل الرادار النبضي:

يصدر الرادار النبضي نبضات قصيرة وقوية ويستقبل إشارات الصدى في الفترة الصامتة، وعلى عكس الرادار ذي الموجة المستمرة، يتم إيقاف تشغيل جهاز الإرسال قبل الانتهاء من القياس، كما تتميز هذه الطريقة بتشكيل نبضة الرادار بنبضات إرسال قصيرة للغاية، وعادةً ما تكون فترات النبضة “τ 0.1 … 1 s” وبين نبضات الإرسال توجد فترات توقف نبضية كبيرة جداً “Τ >>”، والتي يُشار إليها باسم وقت الاستقبال “وعادةً ≈ 1 مللي ثانية”.

يتم تحديد مسافة الكائنات العاكسة عن طريق قياس وقت التشغيل عند نقطة ثابتة، والرادار أو بمقارنة التغييرات المميزة لطيف دوبلر بقيم مسافات معينة مخزنة في قاعدة بيانات، أي للرادار على منصة سريعة الحركة، كما تم تصميم الرادارات النبضية في الغالب لمسافات طويلة وتنقل قدرة نبضة عالية نسبياً.

أساسيات الرادار النبضي:

يتضمن الشكل الأكثر معرفةً من إشارات الرادار من تدفق مستمر من النبضات قليلة المدة، كما يتم بيانها كنبضة موجة جيبية، ويمكن إنتاجها من خلال باعث رادار متوسط ​​المسار مشكل لمعرفة أماكن الطائرات كما تُطهر الموجة الجيبية المتكونة التفاوت مع زمن الجهد المتكون لجهاز الإرسال، ومع ذلك فهي تشبه ما يمكن توقعه لنظام رادار أرضي بمدى يتراوح من حوالي “50 ميلاً بحرياً” إلى “60 ميلاً بحرياً” أي “90 كيلومترات” إلى “110 كيلومترات”.

يتم عرض النبضة في الشكل على أنّه “1 ميكروثانية” أي “10 ^-6 ثانية”، كما أنّ النبضة تظهر على أنّها تحتوي على دورات قليلة فقط من الموجة الجيبية، ومع ذلك في نظام الرادار الذي يحتوي على القيم وسيكون هناك “1000 دورة” داخل النبضة، وفي الشكل يُعطى الوقت بين النبضات المتتالية على أنّه “1 ميلي ثانية” أي “10⁻³ ثانية” وهو ما يتوافق مع تردد تكرار النبضة البالغ “1 كيلوهرتز”.

تُعد قوة النبضة والتي تسمى قوة الذروة بأنّه لها قيمة “1 ميجاواط”، وبما أنّ الرادار النبضي لا يشع باستمرار فإنّ متوسط ​​القدرة أقل بكثير من قدرة الذروة، ومتوسط ​​القدرة وليس قدرة الذروة هو مقياس قدرة نظام الرادار، كما تتمتع الرادارات بقدرة متوسطة تتراوح من بضعة ملي واط إلى ميجاواط واحد أو أكثر اعتماداً على التطبيق.

قد تكون إشارة صدى ضعيفة من هدف منخفضة تصل إلى “1 بيكوواط” أي “10-12 واط”، كما يمكن أن تكون مستويات القدرة في نظام الرادار كبيرة جداً أي عند جهاز الإرسال، وصغيرة جداً أي عند جهاز الاستقبال، كما تُعد المدة مثالاً آخر على التطرف الذي تواجهه في نظام الرادار.

رادار المراقبة الجوية “air surveillance radar” والذي يستعمل للبحث عن الطائرات قد يقدم هوائيه بزاوية “360 درجة” في السمت في بضع لحظات، لكنّ سعة النبضة قد تكون تقريباً ميكروثانية في الفترة، وبعض سعات نبضات الرادار تُعتبر فترتها نانوثانية “10^-9 ثوان”، ويعتمد بناء الرادار النبضي على ما إذا كان المرسل والمستقبل في نفس الموقع أي رادار أحادي السكون أو ما إذا كان كلا المكونين منتشرين في مواقع مختلفة تماماً أي رادار ثنائي السكون.

ما هو الرادار النبضي الأحادي؟

يتمتع الرادار النبضي الأحادي بالإضافة إلى التصميم المدمج بميزة أنّه يمكن تركيز أجهزة توقيت الرادارات النبضية المهمة في كتلة تزامن مركزية، وبالتالي يمكن الحفاظ على أوقات التشغيل الداخلية لمشغلات الرادار منخفضة، كما يمكن استخدام هوائي رادار متطور عن طريق معدد إرسال لكل من الإرسال والاستقبال.

العيب هو أنّه في كثير من الأحيان يجب إيقاف تشغيل جهاز استقبال الرادار عالي الحساسية بواسطة جهاز إرسال مزدوج لحمايته من قدرة الإرسال العالية، وخلال هذا الوقت لا يمكنه استلام أي شيء، أمّا في رادار النبضات الساكنة يكون المستقبل مزوداً بهوائي خاص به في موقع مختلف مثل المرسل، وهذا له ميزة أنّ جهاز الاستقبال يمكن أن يعمل دون تدابير وقائية كبيرة ضد قدرة إرسال عالية.

في أبسط الحالات يتم إنشاء شبكة من مواقع استقبال إضافية إلى رادار نبضي أحادي موجود، وهوائيات الاستقبال ليست اتجاهية للغاية، كما يجب أن تكون قادرة على الاستقبال من عدة اتجاهات في وقت واحد، والعيب هنا هو التزامن المعقد للغاية، وبالتزامن مع إشارات الصدى يجب أن يتلقى جهاز الاستقبال أيضاً إشارة الإرسال المباشر، ومن هذه الإشارة والمسافة المعروفة إلى جهاز الإرسال يجب إنشاء إشارة مزامنة، والتطبيق العسكري الرئيسي للتكوينات ثنائية الكتلة هو رادارات “OTH”.

الرادارات المنفعلة هي نوع مختلف من الرادار ثنائي السكون، ويستخدمون طفيلياً مجموعة متنوعة من انبعاثات التردد اللاسلكي أي محطات الراديو أو التلفاز أو رادارات النبضات الخارجية، كما يحسب الرادار السلبي موقع الأهداف من الاختلاف بين وقت المسار المباشر للإشارة ووقت التشغيل الإضافي للصدى المنعكس للإشارات، ويمكن استبعاد الغموض في القياس من جهة بإيجاد الاتجاه المباشر الذي يشمل البث الهامشي للهدف أو تزامن رادارين منفعلين يعملان في مواقع مختلفة.

• “OTH” هي اختصار لـ “Over-The-Horizon”.