Témakör:
A radartechnika alapjai 4. rész - A radartelepítés néhány gyakorlati kérdése
Megjelent: 2016. május 04.
Radartechnikai sorozatunk eddigi részeiben a – viszonylag egyszerű – alapelvekkel foglalkoztunk. A dolgok akkor kezdenek bonyolulttá válni, amikor a radart a sima gömbfelületnek már nem tekinthető, domborzattal rendelkező földfelszínen használjuk.
A földfelszín hatása
A radarberendezések nagy része (ma még) nem az üres térben működik, ezért a fejlesztőknek és a felhasználóknak olyan kikerülhetetlen „zavaró körülményekkel” is meg kell birkózniuk, mint a földfelszín hatása. Az alapproblémát az 1. ábra szemlélteti: a céltárgyról nemcsak közvetlen látóirányban, hanem a Föld felszínéről visszaverődő jel útján is érkezik radarvisszhang. Ez viszont a radar függőleges polárdiagramján is látható nyomot hagy. Talán nem „automatikusan” jut az eszünkbe, de könnyen belátható, hogy a radarjel a kibocsátástól a céltárgyig és vissza egyaránt terjedhet közvetlen és a felszínről visszavert útvonalon. Ez azt jelenti, hogy ez már az adóból a céltárgyig haladó radarjelre is vonatkozik, és a közvetlen és visszavert hullám nem egyszerre éri el a céltárgyat. Ugyanakkor az onnan visszavert jel is visszajuthat közvetlenül, vagy ismét csak a földfelszínről visszaverődve a vevőbe (a képet tovább bonyolítja, hogy a nem sima felszín tereptárgyai további reflexiós útvonalakat hoznak létre). Ezek a kölcsönhatások nem egyszerűen csak megtöbbszörözik az egyetlen céltárgyról alkotott képet, hanem a különböző fázisban visszaérkező jelek iránytól függő interferenciája erősíti vagy gyengíti a vevőbe visszaérkező jelet. Ez megváltoztatja a radar függőleges iránykarakterisztikáját (2. ábra). Ez a hatás elsősorban a VHF-frekvenciasávban (az A- és B-sávban – lásd a „Radar-frekvenciasávok” című keretes írást) működő radarokat érinti, a frekvencia növekedtével csökken a befolyása. Ha azonban a radar kis elevációjú (alacsonyan repülő, vagy a távolsága miatt a radarhorizontnál nem sokkal magasabban látszó) céltárgyat követ, a földfelszíni reflexiók hatása még nagy frekvenciáknál is szükségszerűen zavart okoz. A reflexiók által zavart teret – a részletek mellőzésével – egy olyan forgási ellipszoid (az ún. Fresnel-zóna, 3. ábra) határolja, amelynek egyik fókuszpontjában a radarantenna, a másikban a céltárgy foglal helyet. A reflexiók csak akkor hanyagolhatók el, ha ebben a térrészben a zavart okozó tárgyak mérete nem éri el a céltárgy távolságának ezredrészét (1 km-es céltávolságnál az 1 m-t!). Az iránykarakterisztikában látható számos nyúlvány („fül”) azt eredményezi, hogy például egy repülőgép az elevációjának változása közben hol megjelenik, hol pedig eltűnik a radar számára. A jelenség tehát általában nemkívánatos, de egyes speciális VHF-radaroknál (például a földi telepítésű légiforgalmi radarberendezéseknél – Air Traffic Control, ATC) kifejezetten kihasználják a hatótávolság növelésére a horizont közelében repülő gépek követésénél. Ez az ötlet azért csupán az alacsony, VHF-frekvenciákon használható, mert az iránykarakterisztika viszonylag széles „fülei” nagyobb elevációknál is megfelelő lefedettséget adnak. A radar felszín feletti telepítési magasságának (az 1. ábrán hm-nek) a növelésével az irány-karaktrisztika „füleinek” sűrűsége növekszik, és a „fülek” közötti közöket kitöltik a földfelszín egyenetlenségein keletkező reflexiók. Ez azt jelenti, hogy ha a földfelszín nem „sima”, az erősítésből és a kioltásból adódó szabályos szerkezet „összeomlik”. A „fülek” hatásának elkerülése az egyik legfontosabb prioritás egy állandó telepítésű radarberendezés helyének és az antenna felszín feletti magasságának megválasztásakor.
1. ábra
2. ábra
3. ábra
A valóság azonban összetettebb, mint a fizika: nemcsak a tereptárgyak révén, hanem a közelben élő lakosság elfogadó vagy elutasító magatartásán át is befolyásolja a telepítés helyének megválasztását, mint arra a „Hol legyen az a magas hely?” című keretes írásunk is utal.
Radar-frekvenciasávokAz elektromágneses spektrum – amelynek felső határaként gyakran a 1024 Hz-et jelölik meg – rendkívül széles frekvenciatartományt fog át. Ezt a széles sávot azért osztjuk fel résztartományokra, mert a jelterjedés fizikai tulajdonságai erősen különböznek a frekvencia függvényében. Ezért a frekvenciatartományok célszerű felhasználása és a jelek kezelésének technikai megvalósítása is rendkívül eltérő. Érdemes megjegyezni, hogy a sávok alább vázlatosan ismertetett jelölésrendszere nem tűnik logikusnak. Ennek hagyományos, történelmi okai vannak, mivel a sávok felosztását követő technikai fejlődés új jelölések bevezetését tette szükségessé, de a közismert, hagyományos jelölésrendszerről is nehéz „leszakadni”. Ráadásul nem is egyféle jelölésrendszer van forgalomban, eltérő szisztémát használ az IEEE elektronikai szabványügyi szervezet és a NATO. Az egyes sávok határai sincsenek egyértelműen meghatározva, ezért sokszor csak egy berendezés gyártói dokumentációjából derül ki a pontos frekvencia. A sávfelosztás (K1. ábra) ezért inkább csak nagyságrendi tájékoztatásul szolgál. Látható, hogy a radarrendszerek rendkívül széles tartományból választják ki az alkalmazáshoz legjobban megfelelő frekvenciát. Elvileg minél nagyobb a frekvencia, annál pontosabb a radar, de annál érzékenyebb is az időjárási-légköri hatásokra is (ebből a szükségből kovácsolnak erényt az időjárási radarok, ahol a légkörben levő, különféle méretű és halmazállapotú víz reflexiójával térképezik fel a felhőzet és a csapadék eloszlását).
K1. ábra
|
Készítette Tóth Ferenc
a www.radartutorial.eu weblap (szerző: Christian Wolff) fordításával, átdolgozásával és bővítésével a GNU Free Documentation License és a Creative Commons „Nevezd meg – Így add tovább 4.0” licence alapján.
A cikksorozat korábbi részei:
1. rész |
2. rész |
3. rész |