Pengenalan
Penggunaan denyut RF untuk mengesan objek dalam tiga dimensi bermula pada awal tahun 1900-an. Aplikasi awal difokuskan pada keperluan ketenteraan, khususnya pengesanan kapal dan pesawat. Hari ini, radar digunakan dalam berbagai aplikasi ketenteraan, komersial dan penyelidikan termasuk mengesan pesawat, memantau cuaca dan mengesan kelajuan apa-apa dari bola tenis ke kereta. Prinsip asas radar tidak berubah, dengan ledakan tenaga RF yang pendek dihantar dan kemudian penerima menunggu untuk mengesan mana-mana tenaga yang telah terpental dari objek yang jauh.
Setelah dipasang, banyak radar dijangka beroperasi tanpa gangguan selama beberapa dekad perkhidmatan. Untuk memastikan prestasi mereka tidak menurun dari masa ke masa, perlu mengukur metrik prestasi utama mereka pada selang masa yang tetap. Salah satu bidang prestasi utama yang dipantau adalah ciri-ciri denyutan RF yang dihantar. IEEE telah menerbitkan spesifikasi bagaimana parameter kritikal denyutan harus diukur, "IEEE Std 181-2011, Standard untuk Peralihan, Denyut dan Bentuk Gelombang Berkaitan". Piawaian ini menentukan dengan tepat parameter apa yang perlu diukur dan bagaimana pengukuran tersebut harus dikira.
Field Master Pro MS2090A dengan pilihan 0421 pulse analyzer menampilkan ciri-ciri nadi penuh dan memberikan hasil angka terperinci untuk semua parameter radar biasa. Catatan aplikasi ini menyoroti penggunaannya dalam pengukuran lapangan radar pengawasan lapangan terbang dan radar cuaca.
Radar Pengawasan Lapangan Terbang
Pada tahun 1998 Pentadbiran Penerbangan Persekutuan Amerika Syarikat (FAA) memperkenalkan radar pengawasan lapangan terbang baru yang disebut ASR-11 yang mengesan pergerakan pesawat dan juga memberikan beberapa maklumat cuaca. Kini terdapat lebih dari 400 radar ini digunakan di seluruh Amerika Syarikat.
| Radar Pengawasan Lapangan Terbang ASR-11 | |
| pengeluar | Raytheon |
| Kekerapan | 2.7 ke 2.9 GHz |
| Pertengahan | 60 Batu (~ 97 km) |
| Kuasa puncak | 25 kW |
| Lebar Pulse | 1 µs hingga 80 µs |
| Kekerapan Pengulangan Nadi | ~ 1 ms |
| Kadar Putaran | 12.5 RPM |
Kekuatan puncak yang tinggi dari radar ini menjadikannya sangat mudah untuk mengesan batu dari lokasi mereka. Sebagai contoh, radar FAA yang meliputi Kawasan Teluk San Francisco terletak di hujung selatan teluk seperti yang dilihat pada peta gambar 1.
Radar khusus ini menghantar pada 2.875 GHz. Memasang antena pandu gelombang 2 hingga 4 GHz pada tripod pada jarak sekitar 50 kilometer, denyut radar mudah dikesan (gambar 3).
Oleh kerana putaran antena radar, denyut nadi hanya diarahkan pada penganalisis penerimaan kira-kira setiap 5 saat seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 5 menunjukkan bahawa kerana jangka masa denyut yang pendek dan putaran antena pemancar, penganalisis spektrum dalam mod sapuan frekuensi tidak menangkap isyarat, bahkan dengan penahan maksimum jejak yang diterapkan.
Dengan menukar mod penganalisis untuk melihat isyarat dengan RTSA, seseorang dapat melihat isyarat radar selalu ditangkap (gambar 6). RTSA secara berterusan memaparkan daya nadi radar yang kelihatan naik dan turun ketika antena berputar menunjuk ke arah antena tanduk pandu gelombang yang disambungkan ke Field Master Pro MS2090A dan kemudian berpusing darinya. Ini mempunyai kesan untuk memperlihatkan kepadatan spektrum daya yang kelihatan seperti "nafas". Penggunaan jejak penahan maksimum memberikan petunjuk yang baik mengenai tahap isyarat semasa berbanding dengan keadaan maksimum (gambar 7).
Untuk melihat denyutan dalam domain masa, penganalisis spektrum dimasukkan ke dalam mod sifar span. Ini menetapkan kekerapan input penganalisis dan memaparkan daya terhadap masa pada paparan. Pada mulanya, sangat menarik untuk mengatur jangka waktu yang panjang agar denyut pemancar radar dapat dilihat. Rajah 8 menunjukkan kumpulan denyutan yang dipaparkan dengan kitaran tugas 5 saat nominal ketika pemancar radar berputar. Dalam kes ini, setiap letupan tenaga RF mengandungi banyak denyutan 1 µs individu.
Walaupun pengukuran pada denyut nadi dapat dibuat dalam mod rentang sifar dengan meletakkan penanda pada jejak, ini tidak mempunyai ketepatan atau ketetapan pengukuran yang disediakan oleh pilihan penganalisis nadi 0421.
Mengaktifkan pilihan penganalisis nadi memberikan pengukuran pada denyut nadi dan aliran nadi dengan sepenuhnya mematuhi standard IEEE. Untuk pengukuran frekuensi pengulangan nadi, kitaran tugas dan waktu mati, sekurang-kurangnya dua denyutan mesti ditangkap dan ditunjukkan, biasanya lebih baik menangkap lebih banyak (gambar 11). Bergantung pada denyut nadi dan ciri-ciri nadi individu, tidak mungkin melakukan semua pengukuran seperti masa kenaikan dalam jangka masa yang sama.
Tetapkan tahap pemicu video dan kelewatan pra pemicu untuk menampilkan aliran nadi stabil pada paparan instrumen. Pilihan penganalisis nadi secara automatik mengisi semua pengukuran yang dapat dilakukan pada data yang diambil, tidak diperlukan penyiapan tambahan.
Kurangkan masa sapuan untuk memaparkan nadi tunggal. Garis penanda menegak secara automatik diletakkan pada titik daya linear 10% dan 90% untuk tepi naik dan turun serta penanda mendatar untuk tahap rujukan 50% yang digunakan untuk mengukur jangka masa nadi. Nilai nilai lalai IEEE boleh diganti secara manual jika diperlukan. (Perincian pengukuran IEEE dapat dilihat di lampiran.)
Gambar 13 menunjukkan mod paparan skrin penuh tersedia untuk paparan yang lebih terperinci mengenai satu nadi.
Dengan pilihan Field Master Pro MS2090A pulse analyzer, pengukuran medan radar pengawasan lapangan terbang dapat diselesaikan dengan tepat dan cepat tanpa mengganggu operasi.
Radar Cuaca
Aplikasi radar lain yang umum adalah untuk memantau keadaan cuaca, termasuk hujan, ribut, dan salji. Radar cuaca dapat di darat untuk secara aktif mengesan hujan dan ribut atau satelit berdasarkan untuk pemantauan kawasan yang lebih luas. Di Amerika Syarikat, rangkaian lebih dari 150 radar cuaca darat dikendalikan oleh pusat cuaca nasional. Dikenal sebagai sistem Radar Cuaca Generasi Seterusnya (NEXRAD), radar pertama digunakan dan dikendalikan pada tahun 1990-an dan sistem ini terus diperbaiki.
| Radar Cuaca Nasional WSR-88D | |
| Kontraktor Perdana | Unisys |
| Kekerapan | 2.7 ke 3.0 GHz |
| Pertengahan | 90 hingga 150 Batu (~ 145 hingga 240 km) |
| Kuasa puncak | 700 kW |
| Lebar Pulse | ~ 1 µs hingga 5 µs |
| Kekerapan Pengulangan Nadi | ~ 1 ms |
| Kadar Putaran | 3 RPM |
Ciri-ciri radar cuaca serupa dengan radar pengawasan lapangan terbang. Kedua-duanya menggunakan jalur frekuensi dan denyutan kuasa tinggi yang sama. Perancangan frekuensi penting untuk memastikan tidak ada gangguan antara teknologi. Radar cuaca yang meliputi Kawasan Teluk San Francisco terletak di Gunung Umunhum kira-kira 20 batu di selatan San Jose.
Radar cuaca Gunung Umunhum memancarkan pada 2.745 GHz dan antena berputar kira-kira 3 kali seminit (gambar 15). Denyut nadi berbeza-beza bergantung pada keadaan pada masa itu. Hujan lebat akan memantulkan lebih banyak daya dan mengurangkan jaraknya.
Ujian yang ditetapkan untuk radar ini serupa dengan yang dijelaskan sebelumnya untuk radar pengawasan lapangan terbang. Antena tanduk pandu gelombang yang disambungkan ke Field Master Pro MS2090A dan menunjuk ke arah radar memungkinkan pengukuran dilakukan sejauh beberapa batu dari lokasi radar.
Menganalisis kereta nadi dalam mod rentang sifar menyoroti perubahan frekuensi pengulangan nadi yang digunakan oleh radar dalam mod yang berbeza untuk menganalisis perubahan dalam keadaan atmosfera. Gambar 16 menunjukkan perbezaan dalam dua pandangan yang diambil secara berasingan
Pilihan penganalisis nadi sekali lagi memberikan analisis terperinci cepat mengenai denyut nadi dan ciri-ciri nadi individu yang dapat dilihat pada gambar 17.
Ringkasan
Pilihan Field Master Pro MS2090A pulse analyzer memberikan penyelesaian ujian yang kuat untuk mengukur isyarat radar berdenyut di lapangan. Lebar jalur pengukuran yang luas menyokong pengukuran masa kenaikan secepat 30 ns. Ditambah dengan pengukuran nadi yang sesuai dengan IEEE, pengujian radar rutin untuk aplikasi penyelenggaraan atau penyelesaian masalah adalah mungkin dengan cara yang sebelumnya dibatasi ke makmal dan dapat dicapai di lapangan.
Lampiran: Ringkasan Pengukuran Nadi Yang Disokong
Pengukuran Nadi
Mencari Tahap Rujukan Tinggi / Rendah Menggunakan Algoritma Histogram
Apabila jenis tahap nadi ditetapkan ke AUTO, kaedah algoritma histogram digunakan untuk menentukan tahap keadaan tinggi dan rendah seperti yang dijelaskan dalam Piawaian IEEE untuk Denyut, Peralihan, dan Bentuk Gelombang Berkaitan (181-2011), Bahagian 5.2.1. Data jejak diambil sebagai input dan amplitud dikendalikan dari segi unit dBm. Data jejak diubah menjadi histogram di mana bilangan tong ditentukan oleh lebar tong tetap 0.01 merentasi julat nilai dalam data jejak (trace max to trace min). Dengan kata lain, setiap amplitud titik jejak menghasilkan peningkatan "kiraan" dalam tong histogram yang sesuai dengan julat amplitud di mana amplitud itu jatuh. Untuk mencari tahap keadaan tinggi dan rendah, histogram yang dihasilkan dibahagikan kepada histogram "atas" dan "bawah" di mana yang pertama terdiri daripada semua tong yang sesuai dengan julat amplitud 50% atas, dan yang terakhir 50% lebih rendah julat. Kemudian keadaan tinggi ditentukan sebagai modus histogram atas, iaitu amplitud yang sepadan dengan tong histogram dengan kiraan tertinggi. Keadaan rendah juga ditentukan sebagai modus histogram bawah.
Sekiranya kiraan salah satu mod tidak lebih besar daripada sekurang-kurangnya 1% daripada jumlah titik dalam input data jejak, maka histogram dibuat semula menggunakan lebar tong yang sepuluh kali lebih besar. Proses penjanaan semula histogram ini dengan lebar tong sampah yang lebih besar diulang sehingga mod histogram sekurang-kurangnya 1% daripada jumlah titik. Ini bermaksud bahawa penyelesaian kes terbaik dari keadaan tinggi dan keadaan rendah yang dihasilkan adalah 0.01 dBm (lebar tong permulaan), dan bergantung pada berapa tahap keadaan turun naik, resolusi boleh turun kembali ke 0.1 dBm, 1 dBm, dan seterusnya .
Apabila jenis tahap nadi ditetapkan ke PENGGUNA, pengguna menentukan tahap keadaan tinggi dan rendah dan memasuki tahap menggunakan tetapan PENGGUNA ATAS (S2) dan PENGGUNA BOTOL (S1).
Mencari Instant Tahap Rujukan
Sekejap adalah nilai masa tertentu dalam jangka masa bentuk gelombang. Mereka biasanya dirujuk relatif kepada bentuk gelombang awal yang awal. Bahagian berikut menerangkan bagaimana pengukuran nadi ditentukan
Mencari Peralihan
Peralihan adalah kawasan bersebelahan dari bentuk gelombang yang menghubungkan, sama ada secara langsung atau melalui transien campur tangan, dua kejadian keadaan yang berturut-turut dalam masa tetapi adalah kejadian keadaan yang berbeza. Untuk mencari peralihan, mulakan dengan senarai instan tahap rujukan yang disaring yang hanya mengandungi yang melintasi tahap rujukan rendah atau tinggi. Setiap tahap rujukan dalam senarai mempunyai indeks dan arah yang sesuai (contohnya indeks jejak tepat sebelum amplitud melintasi tahap rujukan, dan arah yang menunjukkan sama ada jejak melintasi dari atas ke bawah tahap rujukan atau sebaliknya).
Senarai instan yang disaring ini disusun mengikut urutan indeks menaik. Kemudian semua peralihan positif dan negatif (antara tahap rujukan tinggi / rendah) dijumpai dengan mencari sekejap berturut-turut dalam senarai yang disaring yang keduanya mempunyai arah yang sama. Bentuk gelombang didefinisikan berada dalam "keadaan tinggi" jika melebihi tahap rujukan 90% dan dalam "keadaan rendah" jika jatuh di bawah tahap rujukan 10%. Ini adalah alternatif yang dipilih daripada menggunakan sempadan atas / bawah negeri (yang dikatakan standard IEEE adalah pilihan).
Mencari Tempoh dan Tempoh Nadi
Tempoh nadi ditentukan dengan menggunakan peralihan positif dan negatif seperti yang dijelaskan di atas untuk memeriksa apakah nadi itu sah. Sekiranya demikian, maka tahap rujukan jangka masa nadi (50%) disahkan wujud dalam peralihan positif / negatif. Tahap rujukan ini menentukan tempoh permulaan dan akhir nadi. Tempohnya hanyalah perbezaan antara titik akhir dan titik permulaan. Tempoh nadi juga pertama kali menentukan bahawa kita mempunyai nadi yang sah dari peralihan positif dan negatif. Tidak seperti pengukuran jangka masa nadi, jangka masa nadi mesti mempunyai pengulangan nadi, atau pulse pulsa, untuk memiliki pengukuran. Terdapat sekurang-kurangnya 3 peralihan dalam tahap rujukan 50% untuk menghasilkan pengukuran yang sah. Jangka masa adalah jarak antara tahap permulaan denyut pertama dan tahap permulaan bagi denyutan kedua.
Mencari Purata Gelombang
Purata gelombang ditentukan dengan rata-rata tahap daya semua titik dalam semua tempoh lengkap yang tersedia di jejak. Untuk menentukan di mana untuk memulakan dan berhenti, bilangan peralihan digunakan untuk menentukan sama ada terdapat sekurang-kurangnya satu tempoh penuh. Sistem mengembalikan "nan" jika tidak ada tempoh penuh. Jika tidak, titik permulaan pengukuran ini adalah permulaan peralihan pertama dan titik akhir adalah permulaan peralihan tempoh penuh terakhir.
Sebagai contoh, jejak dengan enam peralihan mempunyai sejumlah titik sebelum peralihan pertama diikuti oleh dua titik penuh, kemudian diikuti oleh kurang dari satu tempoh penuh. Setelah permulaan dan akhir semua tempoh lengkap dijumpai, semua titik di antara mereka dijumlahkan bersama dan dibahagi dengan jumlah titik yang digunakan dalam pengukuran.
Mencari Purata Jejak
Purata jejak adalah purata eksponensial dari semua titik dalam jejak. Tidak seperti purata gelombang, ia tidak terhad kepada denyutan penuh.
Mencari Purata Nadi
Purata nadi adalah purata titik dalam keadaan nadi yang tinggi (biasanya titik di atas garis rujukan 90%). Ini hanya berlaku pada denyutan positif. Sekiranya tidak ada nadi positif, maka tidak ada pengukuran yang dikembalikan.
Mencari Frekuensi Instan dan Pengulangan Pusat Pulse
Frekuensi pengulangan nadi ditentukan dari kebalikan dari tempoh nadi (1 / tempoh nadi) sebagai nilai frekuensi. Detik pusat nadi ditentukan dengan mengambil masa permulaan jangka masa nadi (50%) dan menambahkan titik tengah jangka masa nadi, yang merupakan separuh daripada jangka masa nadi (tempoh nadi / 2).
Mencari Puncak Nadi
Puncak nadi adalah nilai maksimum dalam bentuk gelombang setelah peralihan positif. Sekiranya tidak ada peralihan positif, amplitud puncak bentuk gelombang keseluruhan dikembalikan.
Mencari Ketegangan Nadi
Kecondongan nadi mengukur penyelewengan keadaan bentuk gelombang di mana cerun keseluruhan keadaan pada dasarnya tetap dan selain daripada sifar. Kemiringan mungkin sama ada polaritas dan dikira untuk denyutan negatif atau positif. Nadi lengkap (dengan sekurang-kurangnya dua peralihan) diperlukan untuk memastikan bahawa terdapat keadaan bentuk gelombang di mana kecondongan dapat diukur. Sekiranya terdapat data jejak yang cukup dalam keadaan bentuk gelombang, 25% sampel pertama dan terakhir di mana penyimpangan overhoot kemungkinan besar berlaku akan dikeluarkan. Kemerosotan baki 50% data jejak keadaan kemudian dikira menggunakan kaedah kuadrat terkecil, dan kecondongan dikira dengan mengalikan cerun dengan bilangan titik jejak di negeri ini.
Mencari Amplitud Gelombang
Amplitud gelombang dijumpai dengan mengurangkan amplitud tahap aras bawah dari amplitud tahap keadaan atas dalam unit dB.
Mencari Purata Gelombang Puncak ke Gelombang
Purata puncak ke gelombang dijumpai dengan mengurangkan purata gelombang dari puncak nadi dari segi dB. Ini memerlukan purata gelombang mempunyai nilai yang sah, jadi mesti ada sekurang-kurangnya satu tempoh penuh untuk a pengukuran.
Mencari Wilayah Aberasi Pra dan Pasca Peralihan
Wilayah penyimpangan pra-peralihan ditentukan sebagai wilayah jejak sebelum penyeberangan keadaan terakhir sebelum peralihan pertama, dan dengan lebar sama dengan tiga kali tempoh peralihan pertama. Ini dibatasi atas oleh data jejak yang ada sebelum peralihan. Wilayah penyimpangan pasca-peralihan adalah wilayah yang bermula pada persimpangan negara pertama setelah peralihan pertama, dan berakhir pada tiga kali tempoh peralihan atau pada permulaan peralihan berikutnya, mana yang lebih dulu.
Mencari Wilayah Aberasi Pra dan Pasca Peralihan
Wilayah penyimpangan pra-peralihan ditentukan sebagai wilayah jejak sebelum penyeberangan keadaan terakhir sebelum peralihan pertama, dan dengan lebar sama dengan tiga kali tempoh peralihan pertama. Ini dibatasi atas oleh data jejak yang ada sebelum peralihan. Wilayah penyimpangan pasca-peralihan adalah wilayah yang bermula pada persimpangan negara pertama setelah peralihan pertama, dan berakhir pada tiga kali tempoh peralihan atau pada permulaan peralihan berikutnya, mana yang lebih dulu.
Menjumpai Overshoot dan Undershoot Setiap Wilayah Aberration
Overhoot dan undershoot setiap wilayah dikira dengan mengambil perbezaan antara nilai jejak maksimum dan minimum setiap wilayah penyimpangan dan tingkat negara setempat. Tahap keadaan tempatan berada (Rendah = pra-peralihan → Tinggi = pasca peralihan) dalam peralihan positif, dan (Tinggi = pra peralihan → Rendah = pasca peralihan) dalam peralihan negatif
