بخشی از مقاله
چکیده
شبیه ساز 1 سیگنال دریافتی رادار فرکانس پله ای فرکانس تکرار پالس بالا ،برای ارزیابی عملکرد و تست سیستم رادار در این مقاله معرفی شده است.
در این مقاله مدل سیگنال بازگشتی رادار فرکانس پله ای2 با تکرار پالس بالا تجزیه و تحلیل شده است و بیان آن با توجه به ابهام در برد و رابطه ی بین پهنای باند فرکانسی متوسط و محدوده ی پنجره برد ارائه گردیده است.در این مقاله پیاده سازی شبیه ساز سیگنال دریافتی رادار فرکانس تکرار پالس بالا 3بر اساس تراشه مبدل دیجیتال به آنالوگ AD 9736 پیشنهاد گردیده است.شبیه ساز قادر به تولید انواع رادار های باند پایه و شکل موج با فرکانس میانی که شامل کلاتر ها و نویز ها می باشند به صورت آنی بپردازد.
همچنین این شبیه ساز می تواند از داده ها محافظت نماید و یک سطح مشترک دیجیتال همچون اترنت ، RS 422 و غیره را نیاز ایجاد بنماید.
همچنین این شبیه ساز دارای ویژگی هایی است که در سطح جهان استفاده های مختلفی نیز دارد.در نهایت ،نتیجه آزمایش اثر بخشی شبیه ساز را نشان می دهد.
-1مقدمه
شبیه ساز سیگنال بازگشتی رادار وسیله ای لازم در ارزیابی عملکرد رادارهای امروزی را دارا می باشد.شبیه ساز سیگنال بازگشتی رادار قادر است اکو،کلاتر،نویز و جم را برای چندین هدف تولید نماید و این در طول تست و اشکال زدایی4 پردازش سیگنال رادار مفید می باشد.بنابر این یک شبیه ساز ساده و ارزان مطلوب ما نیز می باشد.
این شکل موج رادار به یک پهنای باند بزرگ نسبت به یک پهنای باند باریک خواهد رسید.[ 1]چندین ویژگی برای سیگنال فرکانسی پله دار وجود دارد که آن را جذاب تر می کند.این ویژگی ها زمانی تحقق می یابد که مقدار پیک توان را پائین بیاوریم..آنتن و سیستم دقیق کالیبراسیون می تواند در هر فرکانس پله دار رادار فرکانس تکرار پالس بالا نرخ داده ها را افزایش دهد و نیازمندی کاربر به تصحیح ابهام در داپلر را نیز کاهش دهد.سیگنال بازگشتی هدف خارج از برد پوشش یافته با باند عبور IF تا حد زیادی توسط فیلتر IF تضعیف می گردند.[2-4]بنابراین شکل موج فرکانس پله دار ،در کلاتر های بازگشتی دارای مزیتی خوب می باشد.
شبیه سازی سیگنال بازگشتی رادار فرکانس تکرار پالس بالا در این مقاله ارائه شده است.شبیه ساز از تکنیک های مورد نیاز به منظور بررسی الگوریتم پردازش سیگنال و طراحی ابزار آلات سخت افزاری پردازش سیگنال راداری فرکانس پله دار با تکرار پالس بالا استفاده می کند.در حالت فرکانس تکرار پالس بالا، در سیگنال بازگشتی از رادار ابهام در برد وجود دارد و رابطه ی بین پهنای باند IF و محدوده ی برد سیستم رادار باید اینچنین فرض شوند.
ساختار مقاله به شرح زیر می باشد:
بخش دوم سیگنال بازگشتی رادار فرکانس پله ای با تکرار پالس بالا را بحث خواهد نمود.بخش سوم به توصیف سخت افزار و نرم افزار معماری سیستم می پردازد.بخش چهارم پیاده سازی و نتایج تجربی را ارائه می دهد.
-2مدل سیگنال بازگشتی رادار فرکانس پله ای فرکانس تکرار پالس بالا
ما فرض می کنیم شکل موج فرکانس پله ای از N زیر پالس چیرپ تشکیل شده اند و هر یک در زمان T تولید و توسط فاصله تکرار پالس T r از یکدیگر جدا می گردند.
سیگنال ارسال شده رادار فرکانس پله ای بصورت زیر بیان می گردد:
که در آن - A - t دامنه پالس، f 0 فرکانس حامل، f اندازه گام فرکانسی ، و k شیب فرکانس می باشد.
1-2 مدل سیگنال بازگشتی با برد با ابهام
این رادار می تواند به طور همزمان به سرعت بدون ابهام و قدرت تفکیک بالا در رادار دست یابد.برد بدون ابهام در رادار فرکانس تکرار پالس بالا مقداری ناچیز می باشد بنابر این هنگامی که شبیه ساز، سیگنال بازگشتی اهداف دوربرد را شبیه سازی می نماید این وضعیت بایستی در نظر گرفته شود.همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است برد هدف به طور مساوی به برد های کوچکتر R0 ,R1,., R N1 تقسیم می گردند و هر بخش از اینها دارای مقدار زیر می باشند که در آن c سرعت نور می باشد.
شکل:1بخش بندی برد بین رادار و هدف
فرض کنید اختلاف فرکانس بین نوسان ساز محلی و گیرنده و
سیگنال فرستاده شده f d می باشد.بنابراین اولین سیگنال
بازگشتی S r 0 در طول بازه تکرار پالس دریافت شده است که در
آن فرکانس حامل سیگنال فرستاده شده f 0 d f می باشد،همانطور که در شکل 2 نمایش داده شده است.
شکل:2سیگنال بازگشتی هدف با برد مبهم
همانطور که سیگنال بازگشتی از چند هدف در محدوده ی وسیعی از برد R1 تا RN 1 توزیع گردیده است،سیگنال بازگشتی S r 0 در که در بازه تکرار پالس وجود دارد ناشی از N سیگنال دریافتی میباشد،به عنوان مثال پالس بازگشتی d ام S d نام دارد و درمحدوده برد R0 می باشد و پالس بازگشتی S d 1 در محدوده برد R1 می باشد.
که در آن جمله exp شامل اطلاعات هدف می باشد و جمله exp{ j 2 [mod - k d i N , N - k ] ft} شامل ناشی از اختلاف فرکانس بین نوسان ساز محلی گیرنده و سیگنال ارسال شده می باشد.این بدان معنی است که سیگنال های بازگشتی از بخش های دیگر برد به گیرنده وارد می شوند.ما این موضوع را در بخش بعدی تحلیل خواهیم نمود.
2-2سیگنال بازگشتی گزینش شده از گیرنده رادار
نوسان ساز محلی گیرنده رادار فرکانس پله ای با یک نرخ ثابت با سیگنال ارسال شده تشدید می گردد اما دارای یک اختلاف مقداری می باشد که توسط محدوده برد تعریف می گرددو توسط کانال گیرنده پردازش می گردد.بنابراین سیگنال بازگشتی خارج از محدوده برد پوشش داده شده در باند IF توسط فیلتر IF تضعیف می گردند.
اندازه محدوده برد توسط پهنای باند IF تولید می گردد و مطابق با درخواست سیستم تنظیم می گردد.موقعیت محدوده برد توسط مقدار فرکانس جبران کننده نوسان ساز محلی در مقایسه با سیگنال ارسالی تصمیم گیریمی گردد.اگر پهنای باند IF را برابر b در نظر بگیریم زمانی که k امین سیگنال بازمی گردد، تنها آن سیگنال هایی که فرکانس افست آنها کوچکتر از b باشد از فیلتر IF عبور خواهند نمود که در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل:3پهنای باند عبوری IF برد سیگنال بازگشتی را محدود می نماید.گیرنده می تواند سیگنال های بازگشتی از m بخش از برد را دریافت کند .
-3 پیاده سازی سیستم :
1-3 ساختار سیستم
شبیه ساز سیگنال دریافتی رادار فرکانس پله دار تکرار پالس بالا در این مقاله پیشنهاد شده است که برای تولید حالت سیگنال به کار برده می شود.ساختار شبیه ساز به صورت شماتیکی در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل:4 بلوک دیاگرام سیستم شبیه ساز
شبیه ساز از 6 ماژول اصلی کاربردی ساخته شده است که عبارتند از رابط کاربری گرافیکی،تولید کننده سیگنال ،مبدل دیجیتال به آنالوگ ،زمان بندی،کلاتر و رابط های دیجیتالی ساخته شده اند.
1-1-3رابط کاربری گرافیکی:
این مدل یک ارتباط کاربری خوب بین پارامترهای ورودی و کنترل اجرا نیز ایجاد می نماید و وضعیت عملکرد و اطلاعات سیستم از شبیه ساز را نمایش خواهد داد.
2-1-3 تولید کننده سیگنال:
این مدل از یک پردازنده سیگنال دیجیتال - TS 201 - به عنوان پردازشگر خود استفاده می نمایدکه از 4 پردازنده سیگنال دیجیتال - TS 201 - و حافظه جانبی 4 گیگا بایت ساخته شده است.تولید کننده سیگنال می تواند اکوهایی را که شامل نویز ها و کلاتر ها می گردد مطابق با پارامتر های کاربر تولید نماید.
3-1-3 مبدل دیجیتال به آنالوگ:
شبیه ساز از تراشه6 مبدل دیجیتال به آنالوگ AD 9736 استفاده می نماید. AD 9736 دارای عملکرد و فرکانس بالایی در مبدل دیجیتال به آنالوگ دارد که دارای نرخ نمونه 1200MSPS با قدرت تفکیک 14بیت می باشد.مبدل دیجیتال به آنالوگ می تواند باند پایه و یا سیگنال IF را شبیه سازی نماید و می تواند با سیستم رادار پالسی و موج پیوسته جایگزین گردد.
4-1-3 زمان بندی ،ساعت و رابط دیجیتال:
این مدل از سیگنال های زمانی ،کلاک سیستم ، روابط دیجیتالی سیستم رادار واقعی را ایجاد می نماید.پارامترهایی همچون فاصله تکرار پالس و فرکانس کلاک سیستمی توانند توسط کاربر از طریق GUI تغییر کنند.
رابط های دیجیتالی شامل اترنت7، RS 422 و موشک IO و غیره می باشند که می توانند با نیازهای عمومی سیستم های رادار خود را نیز هماهنگ نمایند.
سیستم شبیه ساز در شکل 5 نمایش داده شده است.
شکل :5اجزای سیستم شبیه ساز
5-1-3 توصیف توابع
شبیه ساز می تواند یک یا چند هدف را با مسیر پروازی تعیین شده شبیه سازی نماید.پارامترهای رادار،هدف و محیط به راحتی می توانند تنظیم گردند.
توابع شبیه ساز در ادامه توصیف می گردند:
این شییه ساز می تواند سیگنال پله ای چیرپ را شبیه سازی نماید. پهنای باند،پهنای پالس ،گام فرکانسی و فاصله تکرار پالس قابل تغییر می باشند و شبیه ساز می تواند اهداف را با برد مبهم شبیه سازی نماید.
شبیه ساز می تواند سیگنال بازگشتی از اهداف متحرک با سرعت و شتاب یکنواخت را تولید نماید و همچنین مسیر پروازی هدف نیز می تواند به صورت خط مستقیم یا مسیر سهموی تعیین گردد.همچنین موقعیت اصلی هدف، سرعت و شتاب هدف نیز متغیر می باشند.شبیه از دارای 3 کانال خروجی برای ارتفاع،سمت و برد می باشد.
الگوی آنتن و پهنای باند IF متغیر می باشند.شبیه سازی می تواند شکل موج های متعددی بت نویز و کلاتر ایجاد نماید.
نتایج آزمایش:
در این بخش،چند مثال برای شبیه سازی سیگنال بازگشتی آنالوگ با پهنای باند IF ارائه گردیده است که این مدل در بخش قبلی از لحاظ تئوری توصیف شده است.
پارامتر های شکل موج در جدول 1 نمایش داده شده اند:
