สัญญาณรบกวนเฟสมีความสำคัญต่อระบบเรดาร์แบบสอดคล้องมากน้อยเพียงใด? อะไรคือค่าที่ยอมรับได้สำหรับเรดาร์ตรวจอากาศ?

คำตอบยอดนิยมโดย u/SignalIntegrityPhD

↑ 182 • 6 ชั่วโมงที่แล้ว

คำถามที่ดี สัญญาณรบกวนเฟสเป็นตัวจำกัดสมรรถนะที่สำคัญที่สุดสำหรับเรดาร์แบบพัลส์ Doppler ที่ทันสมัย เรามาแยกย่อยกัน

1. ปัญหาหลัก: การรั่วไหลของสเปกตรัมและสัญญาณรบกวน

เรดาร์แบบสอดคล้องอาศัยสัญญาณอ้างอิงที่บริสุทธิ์ (LO) เพื่อส่งแล้วเปรียบเทียบเสียงสะท้อน ในโลกที่สมบูรณ์แบบ สัญญาณที่คุณส่งเป็นเส้นสเปกตรัมที่สมบูรณ์แบบ ในความเป็นจริง สัญญาณรบกวนเฟสกระจายพลังงานนั้นไปรอบๆ ความถี่พาหะ สิ่งนี้มีผลกระทบร้ายแรงต่อการปฏิเสธสัญญาณรบกวน

ลองจินตนาการถึงสัญญาณรบกวนพื้นดิน (การสะท้อนที่ใหญ่และอยู่กับที่) ที่กลับมาที่ความถี่ส่งของคุณพอดี (Doppler 0 Hz) ในอุดมคติ ตัวกรอง Doppler (หรือ MTI - Moving Target Indicator) ของคุณสามารดักจับมันได้ อย่างไรก็ตาม "ชายกระโปรง" ของสัญญาณรบกวนเฟสของสัญญาณที่คุณส่งจะถูกสะท้อนกลับมาพร้อมกับสัญญาณรบกวนหลัก สัญญาณรบกวนนี้ปรากฏขึ้นที่ความถี่ Doppler ที่ไม่ใช่ศูนย์ใน FFT ของตัวรับสัญญาณ ทำให้สัญญาณรบกวนเบลอไปในบริเวณที่คุณพยายามตรวจจับเสียงสะท้อนจากสภาพอากาศที่อ่อน ผลลัพธ์คืออัตราส่วนสัญญาณรบกวนต่อสัญญาณรบกวนที่ลดลงและความเร็วต่ำสุดที่ตรวจจับได้สูงขึ้น

2. ผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัด Doppler

สัญญาณรบกวนเฟสทำลายเฟสของสัญญาณที่รับโดยตรง สำหรับเรดาร์ตรวจอากาศ การเลื่อนเฟส Doppler จากพัลส์ต่อพัลส์ (Δφ = 2π * f_D * PRT) คือวิธีที่คุณคำนวณความเร็วเชิงรัศมี สัญญาณรบกวนเฟสแบบสุ่มเพิ่มความไม่แน่นอนในการวัดนี้ เพิ่มความแปรปรวน ("ความกว้าง") ของสเปกตรัม Doppler ซึ่งหมายความว่า:

• ค่าประมาณความเร็วมีสัญญาณรบกวนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเสียงสะท้อนสภาพอากาศที่อ่อน
• การวัดความกว้างสเปกตรัม (ใช้ในการประมาณความปั่นป่วนและขนาดหยดน้ำ) สูงขึ้นอย่างผิดปกติ

3. ข้อกำหนดทั่วไป & อะไรที่ยอมรับได้

ไม่มีขนาดเดียวที่ใช้ได้ทุกคน มันเป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างสมรรถนะและต้นทุน เมตริกหลักคือสัญญาณรบกวนเฟสด้านเดี่ยว (SSB) (L(f)) โดยทั่วไปจะระบุที่ค่า offset จากความถี่พาหะ (เช่น 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz)

• เรดาร์ตรวจอากาศอเนกประสงค์ / ราคาประหยัด: อาจหลีกเลี่ยงได้ด้วย-90 ถึง -95 dBc/Hz ที่ offset 1 kHz การปฏิเสธสัญญาณรบกวนจะถูกจำกัด (อาจ 30-40 dB) และคุณจะเห็นการกระจายสเปกตรัมอย่างชัดเจน เพียงพอสำหรับการตรวจจับปริมาณน้ำฝนขั้นพื้นฐาน
• เรดาร์อุตุนิยมวิทยาคุณภาพ (แบนด์ C): นี่น่าจะเป็นจุดที่เหมาะสำหรับคุณ มองหา-100 ถึง -110 dBc/Hz ที่ offset 1 kHz สิ่งนี้ช่วยให้สมรรถนะ MTI/MTD ดี (การปฏิเสธสัญญาณรบกวน 50+ dB) และช่องความเร็ว Doppler ที่สะอาด เรดาร์ตรวจอากาศทางอากาศเชิงพาณิชย์หลายตัวมุ่งเป้าไปที่ช่วงนี้
• เรดาร์สมรรถนะสูง / เรดาร์ที่มีขั้นตอนเฟส: SAR (เรดาร์รูรับแสงสังเคราะห์), MTI สำหรับเป้าหมายพื้นดินที่เคลื่อนที่, และเรดาร์วัดโปรไฟล์ลมที่มีความเที่ยงตรงสูงต้องการ-110 dBc/Hz หรือดีกว่าที่ 1 kHz และที่สำคัญมาก คือพื้นสัญญาณรบกวนต่ำมากที่ค่า offset ออกไปจนถึง PRF/2 ระบบเหล่านี้อาจระบุ-150 dBc/Hz ที่ 100 kHz ตรงนี้คือจุดที่ต้นทุนพุ่งสูงขึ้น

สำหรับเรดาร์ตรวจออากาศแบนด์ C ของคุณ: การผสมผสานระหว่าง DDS (ตัวสังเคราะห์สัญญาณดิจิทัลโดยตรง) + PLL ที่ดีและทันสมัย สามารถทำได้ถึง-105 dBc/Hz @ 1 kHz โดยไม่ทำให้เกินงบประมาณ อย่าดูแค่ตัวเลขที่ 1 kHz เท่านั้น—ขอแผนภูมิสัญญาณรบกวนเฟสออกไปจนถึง 1 MHz สิ่งที่สำคัญคือสัญญาณรบกวนเฟสแบบบูรณาการ (หรือเทียบเท่า FM ที่หลงเหลืออยู่) บนแบนด์วิดท์ของสัญญาณรบกวน กับดักที่พบบ่อยคือมีสัญญาณรบกวนใกล้ศูนย์ดีแต่พื้นสัญญาณรบกวนแย่ ซึ่งยังสามารถจำกัด MDS (สัญญาณที่ตรวจจับได้ต่ำสุด) ได้

เคล็ดลับจากผู้เชี่ยวชาญ: สร้างแบบจำลอง! นำสัญญาณรบกวนที่คาดว่าจะมี (เช่น +50 dBsm สำหรับสัญญาณรบกวนพื้นดินที่มุมยกต่ำสุดของคุณ) ใช้โปรไฟล์สัญญาณรบกวนเฟสของตัวเลือกของคุณ และคำนวณสัญญาณรบกวนสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นในช่อง Doppler ของคุณ เปรียบเทียบกับสัญญาณรบกวนทางความร้อนของระบบคุณ สิ่งนี้จะบอกคุณว่าคุณเป็นไปตามข้อกำหนดการปฏิเสธสัญญาณรบกวนของคุณหรือไม่