Roman Salamon
Katedra Systemów Elektroniki Morskiej
pokój 747
tel. 58-347-17-17
roman.salamon@eti.pg.gda.pl
Konsultacje codziennie z wyjątkiem wtorków od 1000 do 1400 najlepiej po umówieniu telefonicznym.
Slajdy wykładów: http://www.eti.pg.gda.pl/katedry/ksem/studenci.html* Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI
Roman Salamon
Katedra Systemów Elektroniki Morskiej
pokój 747
tel. 58-347-17-17
roman.salamon@eti.pg.gda.pl
Konsultacje codziennie z wyjątkiem wtorków od 1000 do 1400 najlepiej po umówieniu telefonicznym.
Slajdy wykładów: http://www.eti.pg.gda.pl/katedry/ksem/studenci.html
* Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Warunki zaliczenia przedmiotu:
60% dobrych odpowiedzi na egzaminie pisemnym.
Literatura:
1. M. Skolnik: Radar Handbook, McGraw-Hill Professional, 2008
R. Salamon: Systemy hydrolokacyjne, Wyd. GTN, Gdańsk 2006
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Nadajnik systemu echolokacyjnego wysyła sygnał sondujący. Sygnał ten rozchodząc się w przestrzeni (kanale) natrafia na odległy obiekt (cel), od którego się odbija i jako sygnał echa jest odbierany przez odbiornik systemu. Odbiornik wykrywa sygnał echa i mierzy czas od momentu wysłania sygnału sondującego do momentu odebrania sygnały echa. Znając prędkość rozchodzenia się sygnałów c oblicza się odległość celu od systemu jako: Nadajnik Odbiornik Kanał Cel R
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Wykrycie celu w obserwowanej przestrzeni
Określenie położenia celu
Oszacowanie wybranych parametrów celu
Klasyfikacja celu
Identyfikacja celu Wykrycie celu polega na stwierdzeniu, czy w danym momencie odbiornik odbiera sygnał echa, czy zakłócenia. Zakłócenia występują w kanale (śro- dowisku) i w odbiorniku sumując się z sygnałem echa. Wykrycie sygnału użytecznego na tle zakłóceń nosi nazwę detekcji.
Określenie położenia celu (lokalizacja) względem systemu echolokacyjnego odbywa się głównie poprzez pomiar jego odległości i namiarów, czyli kątów
między kierunkiem, na którym leży wykryty cel, a osiami układu odniesienia.
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Mogą to być np. kąty azymutu (względem północy) i elewacji (względem powierzchni (płaszczyzny) ziemi. Układem odniesienie może być np. samo- lot, statek lub dowolne urządzenie, na którym zainstalowany jest system echolokacyjny. azymut elewacja PN cel Pomiaru kierunku dokonuje się wykorzystując kierunkowe nadawanie i odbiór sygnałów przez anteny systemu echolokacyjnego. R
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Oszacowanie wybranych parametrów celu (estymacja parametrów)
polega na określeniu wielkości celu, jego prędkości, kierunku ruchu itp. Informacje o tych parametrach zawarte są niekiedy w sygnale echa i mogą być z niego wydobyte.
Klasyfikacja celu to zaliczenie go do szerokiej (gorzej) lub wąskiej (lepiej) klasy obiektów. Np. wykryty cel to statek (szeroka klasa) lub wykryty obiekt to kuter (wąska klasa).
Identyfikacja celu to przyporządkowanie go do bardzo wąskiej klasy obiektów np. samolot Boeing 737 lub dokładniej o numerze …..
Na wykładzie zajmiemy się wyłącznie trzema pierwszymi z wymienionych zadań systemów echolokacyjnych.
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Ze względu na używany fizyczny rodzaj sygnałów systemy echolokacyjne dzielimy na:
radiolokacyjne używające fal elektromagnetycznych w powietrzu
hydrolokacyjne używające fal akustycznych w wodzie
aerolokacyjne używające fal akustycznych w powietrzu
laserowe używające fal optycznych w powietrzu
Dobór rodzaju fal wynika głównie z wielkości ich tłumienia w ośrodku.
Wybiera się na ogół fale, które są najmniej tłumione w środowisku pracy systemu.
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Częstotliwości i długości fal elektromagnetycznych
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Porównanie dla fal o tej samej długości =0.1 m.
Ośrodek Fala Prędkość propagacji Tłumienie Powietrze elektromagnetyczna 300 000 km/s 0.01 dB/km Powietrze akustyczna 340 m/s 15-85 dB/km Woda elektromagnetyczna 300 000 km/s 107 dB/km
Woda akustyczna 1500 m/s 1 dB/km
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Tłumienie fali akustycznej w wodzie morskiej w dB/m Fala e-m Tłumienie fali akustycznej w powietrzu w dB/km, parametr - wilgotność względna Tłumienie fali elektromagnetycznej w powietrzu w dB/km
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * W radarach wykorzystuje się fale elektromagnetyczne o częstotliwościach mikrofalowych. Poszczególne pasma mają oznaczenia literowe: L 1–2 GHz 15–30 cm Duży zasięg, cywilne radary kontroli przestrzeni ,wojskowe radary obserwacji S 2–4 GHz 7,5–15 cm Radary kontroli ruchu powietrznego, pogodowe, morskie, wysokościomierze , radary lotnicze AVACS C 4–8 GHz 3,75-7,5 cm Transpondery satelitarne, radary pogodowe X 8–12 GHz 2,5-3,75 cm Sterowanie rakiet, radary lotnicze, morskie, pogodowe, tworzenie map powierzchnie terenu o średniej rozdzielczości Ku 12–18 GHz 1,67-2,5 cm Tworzenie map powierzchni terenu o wysokiej rozdzielczości, satelitarny pomiar wysokości.
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * K 18–27 GHz 1,11-1,67 cm Radary wykrywające chmury, radary policyjne Ka 27–40 GHz 0,75-1,11 cm Radar kartograficzne, radary obserwacji o krótkim zasięgu – np. w portach lotniczych, fotoradary - pasmo 34,300 ± 0,100 GHz. Q 40–60 GHz 7,5 mm – 5 mm Komunikacja wojskowa V 50–75 GHz 6,0-4 mm Bardzo silnie pochłaniane przez atmosferę. E 60–90 GHz 6,0-3,33 mm W 75–110 GHz 2,7 – 4,0 mm Czujniki wizyjne, radary bardzo wysokiej rozdzielczości Obowiązuje ogólna zasada: czym większa częstotliwość pracy, tym krótszy zasięg.
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * PODZIAŁ RADARÓW ZE WZGLĘDU NA ZASADĘ DZIAŁANIA
Radary impulsowe
jednowiązkowe z mechanicznym obrotem anteny
wielowiązkowe z elektronicznym odchylaniem wiązki
z syntetyczną aperturą
Radary z falą ciągłą
do pomiaru odległości
dopplerowskie do pomiaru prędkości
ciche radary trudno wykrywalne
Nadajnik emituje sygnał z liniową modulacją częstotliwości. Opóźniony sygnał echa jest porównywany z aktualnym sygnałem emitowanym. Wyznaczana jest różnica częstotliwości obu sygnałów, która jest proporcjonalna do odległości obiektu obserwowanego obiektu.
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * fn fo fn-fo=ato to Metody wyznaczania różnicy częstotliwości:
mnożenie sygnału echa z sygnałem nadanym + filtracja
dolnopasmowa
analiza widmowa OGÓLNY SCHEMAT BLOKOWY RADARU NADAJNIK ODBIORNIK
ZOBRAZO-WANIE
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI * Antena paraboliczna radaru morskiego Anteny paraboliczna radarów dalekiego zasięgu Płaska antena radaru z elektronicznym odchylaniem wiązki
Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI *
ZASADA PRACY SYSTEMÓW HYDROLOKACYJNYCH Systemy hydrolokacyjne pracują na tej samej zasadzie, jak systemy radiolokacyjne.
Do przeszukiwania środowiska wodnego wykorzystują falę akustyczne, co wymaga przetwarzania w systemie sygnałów elektrycznych na akustyczne i na odwrót.
Przetwarzania dokonują przetworniki ultradźwiękowe, z których zbudowane są anteny nadawcze i odbiorcze.
Najczęściej przetworniki systemów hydrolokacyjnych wykonane są z ceramiki piezoelektrycznej (PZT- cyrkonian ołowiu). ceramika piezoelektryczna u(t) v(t) p(t) Napięcie przyłożone do elektrod przetwornika powoduje drgania
jego powierzchni. Powierzchnia umieszczona w wodzie jest źródłem fali akustycznej. * Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI
Wieloelementowa antena cylindryczna sonaru. przetwornik piezo-ceramiczny 1 – 2 m Przetwornik wykonywane są w kształcie:
prostopadłościanu
płaskiego walca
cylindra o cienkiej ściance
pierścienia Hydrofon – przetwornik do pomiaru ciśnienia akustycznego * Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI
PODZIAŁ SYSTEMÓW HYDROLOAKCYJNYCH ZE WZGLĘDU NA ZASADĘ DZIAŁANIA
Hydrolokacyjne systemy impulsowe (aktywne)
jednowiązkowe z mechanicznym obrotem anteny
wielowiązkowe z elektronicznym odchylaniem wiązki
boczne
z syntetyczną aperturą
Hydroakustyczne systemy pasywne
z antenami montowanymi na burcie okrętu
z antenami holowanymi
z antenami montowanymi na dnie
radiohydroboje
Systemy pasywne wyznaczają namiary na obiekty emitujące fale akustyczne (okręty, pojazdy podwodne, torpedy,wieloryb
* Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI
W hydrolokacji nie ma ustalonych pas pracy systemów. Częstotliwość pracy zależy od zakładanego zasięgu i rozdzielczości sytemu. Czym zasięg większy, tym częstot- liwość mniejsza; czym rozdzielczość lepsza, tym częstotliwość większa.
Zakres częstotliwości Rodzaj systemu kilka herców do 2kHz systemy pasywne kilka kiloherców do kilkunastu kiloherców sonary dalekiego zasięgu do poszukiwania okrętów podwodnych 30 kHz do 80 kHz echosondy nawigacyjne i rybackie, sonary rybackie, sonary z syntetyczną aperturą 70 kHz do 100 kHz sonary przeciwminowe 100 kHz do 200 kHz sonary boczne, echosondy hydrograficzne, echosondy wielowiązkowe do kartografii dna 200 kHz do 500 kHz sonary małego zasięgu o bardzo dużej rozdzielczości * Roman Salamon METODY ECHOLOKACJI
Comments