क्लटर (रडार)

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

क्लटर एक शब्द है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में अवांछित गूँज के लिए उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से राडार के संदर्भ में। इस प्रकार ऐसी गूँज सामान्यतः जमीन, समुद्र, बारिश, जानवरों/कीड़ों, भूसी (रडार प्रति उपाय) और वायुमंडलीय अशांति से लौटती है, और रडार प्रणालियों के साथ गंभीर प्रदर्शन समस्याएं उत्पन्न कर सकती हैं।

बनाम लक्ष्य

जिसे एक व्यक्ति अवांछित अव्यवस्था मानता है, दूसरा उसे वांछित लक्ष्य मान सकता है। चूँकि, लक्ष्य सामान्यतः बिंदु स्कैटरर्स और क्लटर से लेकर विस्तारित स्कैटरर्स (अनेक रेंज, कोण और डॉपलर कोशिकाओं को कवर करते हुए) को संदर्भित करते हैं। इस प्रकार अव्यवस्था एक मात्रा भर सकती है (जैसे कि बारिश) या किसी सतह (जैसे भूमि) तक ही सीमित हो सकती है। इस प्रकार 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 ध्वनि-सीमित रडार

किसी भी संभावित अव्यवस्था के अतिरिक्त ध्वनि भी सदैव रहेगा। इस प्रकार लक्ष्य रिटर्न के साथ प्रतिस्पर्धा करने वाला कुल सिग्नल इस प्रकार अव्यवस्था प्लस ध्वनि है। व्यवहार में अधिकांशतः या तब कोई अव्यवस्था नहीं होती या अव्यवस्था हावी रहती है और ध्वनि को नजरअंदाज किया जा सकता है। पहले स्थितियों 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 अंदर 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। इस प्रकार 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 तब लक्ष्य से लौटने वाली नाड़ी सी की भौतिक सीमा के सामान्तर 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 अण्डाकार क्रॉस सेक्शन माना जाता है।

प्रकाशित सेल का आयतन इस प्रकार है:

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

इस प्रकार 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। इस प्रकार वॉल्यूम से अव्यवस्था वापसी की गणना सामान्य रडार रेंज समीकरण के अनुसार की जाती है, किन्तु 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 तब 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। इस प्रकार व्यवहार में बीम का आकार एक गॉसियन वेरिएबल के करीब होगा जो स्वयं एक गाऊसी वेरिएबल 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

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

इस प्रकार अनेक 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 सामान्यतः 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 प्रणाली ध्वनि पावर से अधिक है तब रडार अव्यवस्था सीमित है और लक्ष्य का पता लगाने के लिए सिग्नल टू क्लटर अनुपात ध्वनि अनुपात के न्यूनतम सिग्नल के सामान्तर 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 ध्वनि सीमित होता है तब सिग्नल से ध्वनि अनुपात की भिन्नता एक उलटी चौथी शक्ति होती है। इस प्रकार दूरी आधी करने से सिग्नल और ध्वनि का अनुपात 16 गुना बढ़ जाएगा (सुधार होगा)। जब रडार की मात्रा अव्यवस्था सीमित होती है, चूंकि, 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। इस प्रकार यदि पल्स संपीड़न का उपयोग किया जाता है तब 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। इस प्रकार जमीनी स्तर पर बारिश हो सकती है किन्तु 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 त्रुटिहीन आकलन करने के लिए बारिश कैसे वितरित की गई थी। इस प्रकार 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। इस प्रकार 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 स्थितियों 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 तब 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 स्थितियों में अव्यवस्था का संकेत वर्तमान आर के साथ विपरीत रूप से भिन्न होता है। इस प्रकार दूरी को आधा करने से केवल अनुपात दोगुना हो जाता है (दो सुधार का कारक)।

पल्स लंबाई सीमित स्थितियों के लिए अव्यवस्था की गणना में समस्याएं

सिग्नल-टू-क्लटर अनुपात की गणना करने में अनेक 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 सम्मिलित होगी और यहां तक ​​कि एक भिन्न प्रकृति की अव्यवस्था भी सम्मिलित हो सकती है।

बीम चौड़ाई सीमित मामला

गणना पिछले उदाहरणों के समान है, इस स्थितियों 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 स्थितियों 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। इस प्रकार समस्या एक स्थिति के अनुसार एक स्थान पर लिए गए मापों की वैधता है जिसका उपयोग विभिन्न परिस्थितियों में एक भिन्न स्थान के लिए उपयोग की जाने वाली स्थितियों के एक सेट के तहत किया जाता है। विभिन्न अनुभवजन्य सूत्र और ग्राफ़ उपस्तिथ हैं जो अनुमान लगाने में सक्षम बनाते हैं किन्तु परिणामों का सावधानी से उपयोग करने की आवश्यकता होती है।

अव्यवस्थित तह

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