क्लटर (रडार)

विभिन्न राडार कलाकृतियाँ (त्रुटि) राडार प्रदर्शन को अव्यवस्थित कर रही हैं

अव्यवस्था

इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में अवांछित गूँज के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला शब्द है, विशेष रूप से राडार के संदर्भ में। ऐसी गूँज आम तौर पर जमीन, समुद्र, बारिश, जानवरों/कीड़ों, भूसी (रडार प्रति उपाय) और वायुमंडलीय अशांति से लौटती है, और रडार प्रणालियों के साथ गंभीर प्रदर्शन समस्याएं पैदा कर सकती हैं।

बनाम लक्ष्य

जिसे एक व्यक्ति अवांछित अव्यवस्था मानता है, दूसरा उसे वांछित लक्ष्य मान सकता है। हालाँकि, लक्ष्य आमतौर पर बिंदु स्कैटरर्स और क्लटर से लेकर विस्तारित स्कैटरर्स (कई रेंज, कोण और डॉपलर कोशिकाओं को कवर करते हुए) को संदर्भित करते हैं। अव्यवस्था एक मात्रा भर सकती है (जैसे कि बारिश) या किसी सतह (जैसे भूमि) तक ही सीमित हो सकती है। प्रति इकाई आयतन प्रतिध्वनि, η, या प्रति इकाई सतह क्षेत्र प्रतिध्वनि, σ° (रडार बैकस्कैटर गुणांक) का अनुमान लगाने के लिए प्रकाशित आयतन या सतह क्षेत्र का ज्ञान आवश्यक है।

अव्यवस्था-सीमित या शोर-सीमित रडार

किसी भी संभावित अव्यवस्था के अलावा शोर भी हमेशा रहेगा। लक्ष्य रिटर्न के साथ प्रतिस्पर्धा करने वाला कुल सिग्नल इस प्रकार अव्यवस्था प्लस शोर है। व्यवहार में अक्सर या तो कोई अव्यवस्था नहीं होती या अव्यवस्था हावी रहती है और शोर को नजरअंदाज किया जा सकता है। पहले मामले में रडार को नॉइज़ लिमिटेड कहा जाता है, दूसरे में इसे क्लटर लिमिटेड कहा जाता है।

वॉल्यूम अव्यवस्था

बारिश, ओले, बर्फ़ और भूसी (प्रति-उपाय) मात्रा अव्यवस्था के उदाहरण हैं। उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि कोई हवाई लक्ष्य सीमा पर है $R$, एक तूफ़ान के भीतर है। लक्ष्य की पहचान क्षमता पर क्या प्रभाव पड़ता है?

File:Volume Clutter.PNG

चित्र 1. प्रबुद्ध वर्षा कक्ष का चित्रण

सबसे पहले अव्यवस्था वापसी की भयावहता का पता लगाएं। मान लें कि अव्यवस्था लक्ष्य वाले सेल को भर देती है, कि बिखरने वाले सांख्यिकीय रूप से स्वतंत्र होते हैं और बिखरने वाले आयतन के माध्यम से समान रूप से वितरित होते हैं। एक पल्स द्वारा प्रकाशित अव्यवस्था की मात्रा की गणना बीम की चौड़ाई और पल्स अवधि से की जा सकती है, चित्र 1। यदि सी प्रकाश की गति है और $\tau$ संचरित नाड़ी की समय अवधि है तो लक्ष्य से लौटने वाली नाड़ी सी की भौतिक सीमा के बराबर है$\tau$, जैसा कि अव्यवस्था के किसी भी व्यक्तिगत तत्व से वापसी है। अज़ीमुथ और ऊंचाई बीमचौड़ाई, एक सीमा पर $R$, हैं $\theta /2$ और $\phi /2$ क्रमशः यदि प्रबुद्ध सेल में एक अण्डाकार क्रॉस सेक्शन माना जाता है।

प्रकाशित सेल का आयतन इस प्रकार है:

$\ V_{m}=\pi R\tan(\theta /2)R\tan(\phi /2)(c\tau /2)$

छोटे कोणों के लिए यह सरल हो जाता है:

$\ V_{m}\approx {\frac {\pi }{4}}(R\theta )(R\phi )(c\tau /2)$

अव्यवस्था को बड़ी संख्या में स्वतंत्र स्कैटरर्स माना जाता है जो लक्ष्य वाले सेल को समान रूप से भरते हैं। वॉल्यूम से अव्यवस्था वापसी की गणना सामान्य रडार#रडार रेंज समीकरण के अनुसार की जाती है, लेकिन रडार क्रॉस सेक्शन को वॉल्यूम बैकस्कैटर गुणांक के उत्पाद द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, $\eta$, और अव्यवस्था सेल की मात्रा जैसा कि ऊपर बताया गया है। अव्यवस्था वापसी तो है

$\ C={\frac {P_{t}G_{t}A_{r}}{(4\pi )^{2}R^{4}}}{\frac {\pi }{4}}(R\theta )(R\phi )(c\tau /2)\eta$

कहाँ

• $P_{t}$ = ट्रांसमीटर पावर (वाट)
• $G_{t}$ = ट्रांसमिटिंग एंटीना का एंटीना लाभ
• $A_{r}$ = प्राप्त एंटीना का प्रभावी ऐन्टेना एपर्चर (क्षेत्र)।
• $R$ = रडार से लक्ष्य तक की दूरी

इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए सुधार किया जाना चाहिए कि अव्यवस्था की रोशनी बीम चौड़ाई में एक समान नहीं है। व्यवहार में बीम का आकार एक [[गॉसियन फ़ंक्शन]] के करीब होगा जो स्वयं एक गाऊसी फ़ंक्शन के करीब होगा। सुधार कारक एंटीना के गाऊसी सन्निकटन को बीम की चौड़ाई में एकीकृत करके पाया जाता है। सही की गई पीठ बिखरी हुई शक्ति है

$\ C={\frac {P_{t}G_{t}A_{r}}{2\log 2(4\pi )^{2}R^{4}}}{\frac {\pi }{4}}(R\theta )(R\phi )(c\tau /2)\eta$

कई सरलीकृत प्रतिस्थापन किए जा सकते हैं। प्राप्त एंटीना एपर्चर इसके लाभ से संबंधित है:

$\ A_{r}={\frac {G\lambda ^{2}}{4\pi }}$

और ऐन्टेना लाभ दो बीमविड्थ से संबंधित है:

$\ G={\frac {\pi ^{2}}{\theta \phi }}$

समान एंटीना का उपयोग आमतौर पर ट्रांसमिशन और रिसेप्शन दोनों के लिए किया जाता है, इस प्रकार प्राप्त अव्यवस्था शक्ति है:

$\ C={\frac {P_{t}G\lambda ^{2}}{1024(\log 2)R^{2}}}c\tau \eta$

यदि क्लटर रिटर्न पावर सिस्टम शोर पावर से अधिक है तो रडार अव्यवस्था सीमित है और लक्ष्य का पता लगाने के लिए सिग्नल टू क्लटर अनुपात शोर अनुपात के न्यूनतम सिग्नल के बराबर या उससे अधिक होना चाहिए।

रडार#रडार रेंज समीकरण से लक्ष्य से वापसी स्वयं होगी

$\ S={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{3}R^{4}}}\sigma$

सिग्नल से अव्यवस्था अनुपात के लिए परिणामी अभिव्यक्ति के साथ

$\ {\frac {S}{C}}={\frac {1024(\log 2)G\sigma }{(4\pi )^{3}R^{2}c\tau \eta }}$

निहितार्थ यह है कि जब रडार शोर सीमित होता है तो सिग्नल से शोर अनुपात की भिन्नता एक उलटी चौथी शक्ति होती है। दूरी आधी करने से सिग्नल और शोर का अनुपात 16 गुना बढ़ जाएगा (सुधार होगा)। जब रडार की मात्रा अव्यवस्था सीमित होती है, हालांकि, भिन्नता एक व्युत्क्रम वर्ग नियम है और दूरी आधी करने से सिग्नल अव्यवस्था में सुधार होगा। केवल 4 बार द्वारा.

तब से

$\ G={\frac {\pi ^{2}}{\theta \phi }}$

यह इस प्रकार है कि

$\ {\frac {S}{C}}={\frac {16(\log 2)\sigma }{\pi R^{2}\theta \phi c\tau \eta }}$

अव्यवस्था सेल की मात्रा को कम करके अव्यवस्था के प्रभाव को कम करने के लिए स्पष्ट रूप से संकीर्ण बीमविड्थ और छोटी दालों की आवश्यकता होती है। यदि पल्स संपीड़न का उपयोग किया जाता है तो गणना में उपयोग की जाने वाली उचित पल्स अवधि संपीड़ित पल्स की होती है, संचरित पल्स की नहीं।

सिग्नल और वॉल्यूम अव्यवस्था अनुपात की गणना करने में समस्याएं

वॉल्यूम अव्यवस्था की समस्या, उदा. बारिश, यह है कि प्रकाशित मात्रा पूरी तरह से नहीं भरी जा सकती है, ऐसी स्थिति में भरा हुआ अंश ज्ञात होना चाहिए, और बिखरने वालों को समान रूप से वितरित नहीं किया जा सकता है। 10° ऊंचाई की एक किरण पर विचार करें। 10 किमी की दूरी पर बीम जमीनी स्तर से 1750 मीटर की ऊंचाई तक कवर कर सकती है। जमीनी स्तर पर बारिश हो सकती है लेकिन किरण का शीर्ष बादल स्तर से ऊपर हो सकता है। किरण वाले भाग में वर्षा की दर स्थिर नहीं रहेगी। किसी को यह जानने की आवश्यकता होगी कि अव्यवस्था और सिग्नल-टू-क्लटर अनुपात का सटीक आकलन करने के लिए बारिश कैसे वितरित की गई थी। समीकरण से जो कुछ भी उम्मीद की जा सकती है वह निकटतम 5 या 10 डीबी का अनुमान है।

सतही अव्यवस्था

सतह की अव्यवस्था की वापसी सतह की प्रकृति, इसकी खुरदरापन, चराई कोण (बीम सतह के साथ कोण बनाता है), आवृत्ति और ध्रुवीकरण पर निर्भर करती है। परावर्तित संकेत विभिन्न स्रोतों से बड़ी संख्या में व्यक्तिगत रिटर्न का चरणबद्ध योग है, उनमें से कुछ गति करने में सक्षम हैं (पत्तियां, बारिश की बूंदें, लहरें) और उनमें से कुछ स्थिर (तोरण, भवन, पेड़ के तने) हैं। अव्यवस्था के व्यक्तिगत नमूने एक रिज़ॉल्यूशन सेल से दूसरे (स्थानिक भिन्नता) में भिन्न होते हैं और किसी दिए गए सेल (लौकिक भिन्नता) के लिए समय के साथ भिन्न होते हैं।

बीम भरना

चित्र 2. उच्च और निम्न-कोण सतह-अव्यवस्था रोशनी का चित्रण

पृथ्वी की सतह के करीब एक लक्ष्य के लिए, जैसे कि पृथ्वी और लक्ष्य एक ही रेंज रिज़ॉल्यूशन सेल में हों, दो स्थितियों में से एक संभव है। सबसे आम मामला तब होता है जब किरण सतह को ऐसे कोण पर काटती है कि किसी भी समय प्रकाशित क्षेत्र किरण द्वारा काटे जाने वाली सतह का केवल एक अंश होता है जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

पल्स लंबाई सीमित मामला

पल्स लंबाई सीमित मामले के लिए प्रकाशित क्षेत्र बीम की अज़ीमुथ चौड़ाई और सतह के साथ मापी गई पल्स की लंबाई पर निर्भर करता है। प्रबुद्ध पैच की चौड़ाई अज़ीमुथ में है

$\ 2R\tan \theta /2$.

सतह के अनुदिश मापी गई लंबाई है

$\ (c\tau /2)\sec \psi$.

फिर राडार द्वारा प्रकाशित क्षेत्र दिया जाता है

$\ A=2R(c\tau /2)(\tan \theta /2)\sec \psi$

'छोटी' बीमविड्थ के लिए यह लगभग अनुमानित है

$\ A=R(c\tau /2)\theta \sec \psi$

अव्यवस्था वापसी तो है

$\ C={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{3}R^{4}}}A\sigma ^{o}$ वाट

प्रबुद्ध क्षेत्र के लिए प्रतिस्थापन $A$

$\ C={\frac {c}{2^{7}\pi ^{3}}}{\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{R^{3}}}\tau \theta \sec \psi \sigma ^{o}$ वाट

कहाँ $\sigma ^{o}$ अव्यवस्था का पिछला बिखराव गुणांक है। परिवर्तित $\theta$ डिग्री तक और संख्यात्मक मान डालने से पता चलता है

$\ C=1300{\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{R^{3}}}\tau \theta ^{o}\sec \psi \sigma ^{o}$ वाट

लक्ष्य रिटर्न के लिए अभिव्यक्ति अपरिवर्तित रहती है इसलिए अव्यवस्था अनुपात का संकेत है

$\ {\frac {S}{C}}={\frac {1}{1300}}{\frac {R^{3}}{P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}}{\frac {1}{\tau \theta \sec \psi \sigma ^{o}}}{\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{3}R^{4}}}\sigma$ वाट

इससे यह सरल हो जाता है

$\ {\frac {S}{C}}=4\times 10^{-7}{\frac {\cos \psi }{R\tau \theta }}{\frac {\sigma }{\sigma ^{o}}}$

सतही अव्यवस्था के मामले में अव्यवस्था का संकेत अब आर के साथ विपरीत रूप से भिन्न होता है। दूरी को आधा करने से केवल अनुपात दोगुना हो जाता है (दो सुधार का कारक)।

पल्स लंबाई सीमित मामले के लिए अव्यवस्था की गणना में समस्याएं

सिग्नल-टू-क्लटर अनुपात की गणना करने में कई समस्याएं हैं। मुख्य बीम में अव्यवस्था चराई कोणों की एक सीमा तक फैली हुई है और बैकस्कैटर गुणांक चराई कोण पर निर्भर करता है। एंटीना सीट का वजन में अव्यवस्था दिखाई देगी, जिसमें फिर से चराई के कोणों की एक श्रृंखला शामिल होगी और यहां तक ​​कि एक अलग प्रकृति की अव्यवस्था भी शामिल हो सकती है।

बीम चौड़ाई सीमित मामला

गणना पिछले उदाहरणों के समान है, इस मामले में प्रबुद्ध क्षेत्र है

$\ A=\pi R^{2}\tan ^{2}\theta /2$

जो छोटे बीमविड्थ के लिए सरल बनाता है

$\ A\approx \pi R^{2}\theta ^{2}/4$

अव्यवस्था पहले जैसी हो गई है

$\ C={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{3}R^{4}}}A\sigma ^{o}$ वाट

प्रबुद्ध क्षेत्र के लिए प्रतिस्थापन $A$

$\ C={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{3}R^{4}}}\pi R^{2}(\theta /2)^{2}\sigma ^{o}$ वाट

इसे इस प्रकार सरल बनाया जा सकता है:

$\ C={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{4^{4}\pi ^{2}R^{2}}}\theta ^{2}\sigma ^{o}$ वाट

परिवर्तित $\theta$ डिग्री तक

$\ C={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{4^{4}R^{2}}}(\theta ^{o}/180)^{2}\sigma ^{o}$ वाट

इस प्रकार लक्ष्य रिटर्न अपरिवर्तित रहता है

$\ {\frac {S}{C}}={\frac {4^{4}R^{2}}{P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}}(180/\theta ^{o})^{2}{\frac {1}{\sigma ^{o}}}{\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{3}R^{4}}}\sigma$ जो सरल बनाता है

$\ {\frac {S}{C}}=5.25\times 10^{4}{\frac {1}{\theta ^{o2}R^{2}}}{\frac {\sigma }{\sigma ^{o}}}$ जैसा कि वॉल्यूम क्लटर के मामले में सिग्नल टू क्लटर अनुपात एक व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन करता है।

सतह अव्यवस्था की गणना में सामान्य समस्याएं

सामान्य महत्वपूर्ण समस्या यह है कि बैकस्कैटर गुणांक की सामान्य रूप से गणना नहीं की जा सकती है और इसे मापा जाना चाहिए। समस्या एक स्थिति के तहत एक स्थान पर लिए गए माप की वैधता है जिसका उपयोग विभिन्न परिस्थितियों में एक अलग स्थान के लिए किया जा रहा है। विभिन्न अनुभवजन्य सूत्र और ग्राफ़ मौजूद हैं जो अनुमान लगाने में सक्षम बनाते हैं लेकिन परिणामों का सावधानी से उपयोग करने की आवश्यकता होती है।

अव्यवस्थित तह

क्लटर फोल्डिंग एक शब्द है जिसका उपयोग रडार सिस्टम द्वारा देखी गई अव्यवस्था का वर्णन करने के लिए किया जाता है। अव्यवस्था तह एक समस्या बन जाती है जब अव्यवस्था की सीमा सीमा (रडार द्वारा देखी गई) रडार की पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति अंतराल से अधिक हो जाती है, और यह अब पर्याप्त अव्यवस्था दमन प्रदान नहीं करती है, और अव्यवस्था वापस सीमा में मुड़ जाती है। इस समस्या का समाधान आमतौर पर रडार के प्रत्येक सुसंगत आवास में भरण दालों को जोड़ना है, जिससे सिस्टम द्वारा अव्यवस्था दमन की सीमा बढ़ जाती है।

ऐसा करने के लिए अदला - बदली ़ यह है कि भरण दालों को जोड़ने से ट्रांसमीटर शक्ति की बर्बादी और लंबे समय तक रहने के कारण प्रदर्शन ख़राब हो जाएगा।