Radar-systems-performance-factors
レーダーシステム-パフォーマンス要因
レーダーのパフォーマンスに影響する要因は、レーダーのパフォーマンス要因として知られています。 この章では、これらの要因について説明します。 レーダー範囲方程式の次の*標準形式*は、指定された仕様のレーダーの最大範囲を計算するのに役立ちます。
$$ R _ \ {Max} = \ left [\ frac \ {P_tG \ sigma A_e} \ {\ left（4 \ pi \ right）^ 2 S _ \ {min}} \ right] ^ \ {1/4} $ $
どこで、
$ P_t $は、レーダーによって送信されるピーク電力です。
$ G $は送信アンテナのゲインです
$ \ sigma $はターゲットのレーダー断面です
$ A_e $は受信アンテナの有効口径です
$ S _ \ {min} $は、検出可能な最小信号のパワーです
上記の式から、レーダーの範囲を最大にするために、次の*条件*を考慮する必要があると結論付けることができます。
- レーダー$ P_t $によって送信されるピーク電力は高くなければなりません。
- 送信アンテナ$ G $のゲインは高くなければなりません。
- ターゲット$ \ sigma $のレーダー断面積は高くなければなりません。
- 受信アンテナ$ A_e $の有効口径は高くなければなりません。
- 最小検出可能信号$ S _ \ {min} $のパワーは低くなければなりません。
レーダー範囲方程式の標準形式からターゲットの範囲を予測することは困難です。 これは、ターゲットの範囲に関するレーダー範囲の方程式によって提供される精度の度合いが低いことを意味します。 なぜなら、ターゲットのレーダー断面積、$ \ sigma $、最小検出可能信号、$ S _ \ {min} $などのパラメーターは、*統計的な性質*であるためです。
最小検出可能信号
エコー信号の電力が最小の場合、レーダーでその信号を検出することは「最小検出可能信号」と呼ばれます。 これは、信号の電力が最小電力よりも少ない場合、レーダーはエコー信号を検出できないことを意味します。
一般に、レーダーはノイズに加えてエコー信号を受信します。 受信信号からターゲットの存在を検出するためにしきい値が使用される場合、その検出は threshold detection と呼ばれます。
検出される信号の強度に基づいて適切なしきい値を選択する必要があります。
- 検出される信号の強度が高い場合、その中に存在する不要なノイズ信号を除去するために、高いしきい値を選択する必要があります。
- 同様に、検出される信号の強度が低い場合は、低いしきい値を選択する必要があります。
次の*図*は、この概念を示しています-
レーダー受信機の*典型的な波形*を上の図に示します。 x軸とy軸はそれぞれ時間と電圧を表します。 ノイズのrms値としきい値は、上の図の点線で示されています。
有効な検出と欠落した検出を識別するために、上の図のA、B、Cの3つのポイントを考慮しました。
- ポイントAの信号の値がしきい値を超えています。 したがって、それは*有効な検出*です。
- ポイントBの信号の値はしきい値に等しくなります。 したがって、それは*有効な検出*です。
- ポイントCでの信号の値がしきい値に近い場合でも、それは*欠落検出*です。 なぜなら、ポイントCでの信号の値はしきい値よりも小さいからです。
したがって、ポイントAとBは有効な検出です。 一方、ポイントCは検出されません。
受信機ノイズ
受信機が受信機で受信される信号にノイズ成分を生成する場合、その種のノイズは受信機ノイズとして知られています。 *受信機ノイズ*は不要なコンポーネントです。いくつかの予防策を講じて、それを排除しようとする必要があります。
ただし、熱ノイズと呼ばれるノイズが1種類あります。 伝導電子の熱運動により発生します。 数学的には、受信機で生成される*サーマルノイズパワー*、$ N_i $を次のように書くことができます-
N_i = KT_oB_n
どこで、
$ K $はボルツマン定数で、$ 1.38 \ times 10 ^ \ {-23} J/deg $に等しい
$ T_o $は絶対温度であり、$ 290 ^ 0K $に等しい
$ B_n $は受信機の帯域幅です
メリット図
メリットの数値、Fは入力SNR、$（SNR）_i $と出力SNR、$（SNR）_o $の比に他なりません。 数学的には、次のように表すことができます-
F = \ frac \ {（SNR）_i} \ {（SNR）_o}
\ Rightarrow F = \ frac \ {S_i/N_i} \ {S_o/N_o}
\ Rightarrow F = \ frac \ {N_oS_i} \ {N_iS_o}
\ Rightarrow S_i = \ frac \ {FN_iS_o} \ {N_o}
上の式で$ N_i = KT_oB_n $を代入します。
\ Rightarrow S_i = FKT_oB_n \ left（\ frac \ {S_o} \ {N_o} \ right）
出力SNRに最小値がある場合、入力信号電力には最小値があります。
\ Rightarrow S _ \ {min} = FKT_oB_n \ left（\ frac \ {S_o} \ {N_o} \ right）_ \ {min}
代わりに、上記の$ S _ \ {min} $をレーダー範囲方程式の次の標準形式に置き換えます。
$$ R _ \ {Max} = \ left [\ frac \ {P_tG \ sigma A_e} \ {\ left（4 \ pi \ right）^ 2 S _ \ {min}} \ right] ^ \ {1/4} $ $
\ Rightarrow R _ \ {Max} = \ left [\ frac \ {P_tG \ sigma A_e} \ {\ left（4 \ pi \ right）^ 2 FKT_oB_n \ left（\ frac \ {S_o} \ {N_o} \ right）_ \ {min}} \ right] ^ \ {1/4}
上記の式から、レーダーの範囲を最大にするために、次の*条件*を考慮する必要があると結論付けることができます。
- レーダーによって送信されるピーク電力、$ P_t $は高くなければなりません。
- 送信アンテナ$ G $のゲインは高くなければなりません。
- ターゲット$ \ sigma $のレーダー断面積は高くなければなりません。
- 受信アンテナ$ A_e $の有効口径は高くなければなりません。
- メリットFの数値は低くなければなりません。
- 受信機の帯域幅$ B_n $は低くなければなりません。
