books wireless signal processing

قياس المسافة

وقت العبور

هناك طريقة واحدة لقياس بعد الهدف وهي إرسال نبضة قصيرة من موجة لاسلكية (إشعاع كهرومغناطيسي) ثم حساب الوقت حتى عودتها من الهدف، وسرعة الموجة هي سرعة الضوء(186.000 ميل بالثانية) والمسافة تكون نصف الرحلة كلها (ذهابا وإيابا)، ويتطلب حساب هذه المسافات بدقة بعض الأجهزة المتطورة الدقيقة.

إن المستقبِل لا يعمل في لحظة إرسال الموجة والسبب هو جهاز المبدل التناوبي (بالإنجليزية: Duplexer)‏، وهو يعمل على تناوب الكاشوف ما بين إرسال واستقبال بمعدل زمني محدد سلفا، ولمعرفة مسافة الهدف يقاس طول الموجة ويضرب بالسرعة ويقسم الحاصل على اثنين. أما الكشف على أهداف أقرب فيتطلب توافر موجات أقصر.

ومن العوامل التي تفرض استعمال المدى الأقصى، عودة النبضة من الهدف بلحظة إرسال نبضة أخرى، الأمر الذي يجعل المستقبِل لا يستطيع التمييز بين النبضات، وبهذه الحالة ينبغي إطالة المدى باستخدام وقت أطول بين النبضات أو ما يسمى توقيت تكرار النبضات (بالإنجليزية: pulse repetition time)‏. المشكلة أن هذان العاملان يميلان لأن يكونا متضادين، إذ ليس سهلا دمج موجتان إحداهما قصيرة المدى والأخرى طويلة بكاشوف واحد، والسبب أن النبضات القصيرة المطلوبة عند الحد الأدنى للبث الجيد ذات طاقة ضعيفة، مما يقلل عدد الموجات العائدة وتكون الأهداف صعبة الكشف، ولتجنب ذلك تتم زيادة النبضات مرة أخرى لتقليل الحد الأعلى للمسافة، لهذا السبب فإن كل كاشوف يستخدم نوع خاص من الإشارة. فالكواشف ذات المدى البعيد تستخدم نبضات طويلة ذات توقيت انتشار أطول، والكواشف ذات المدى القصير تستخدم نبضات قصيرة مع توقيت انتشار أقل، لتشكيل عدد من النبضات والتوقيت يسمى تردد النبضات المتكرر (بالإنجليزية: pulse repetition frequency)‏، وهو أحد الصفات المهمة للكاشوف. ومنذ أن تطورت أنظمة الكواشف بحيث أصبح بإمكانها تغيير تردد النبضات المتكرر ومن ثم تغيير المدى، أصبحت الكواشف المتطورة أو الحديثة تطلق نبضتين بالضربة الواحدة، إحداهما للمسافات القصيرة، أي لحوالي 6 أميال، والأخرى لحوالي 60 ميل للمسافات الطويلة. يعتمد تحليل المسافة ومميزات الإشارة المستقبلة (مقارنة مع الإزعاج الآتي معها) بقوة على شكل النبضة. تكون النبضة عادة معدلة للحصول على كفاءة أفضل بتقنية تسمى انضغاط النبضات (بالإنجليزية: pulse compression)‏.

تعديل التردد

شكل آخر لقياس المسافة بالكاشوف يستند على تعديل التردد FM، ومقارنة التردد ما بين إشارتين أكثر دقة إلى حد بعيد (حتى بالأنظمة الرإدارية القديمة) من توقيت الموجة، عن طريق تغيير تردد الإشارات الراجعة ومقارنتها مع الأصلية ثم حساب الفرق بينهما. تستخدم هذه التقنية بكاشوف الموجة المتصلة وبالطائرات كذلك الأمر حيث يطلق عليه تسمية مقياس الارتفاع الراديوي. تكون إشارة الكاشوف الحاملة بتلك الأنظمة معتدلة التردد، أو تتخذ شكل موجة الجيب أو شكل سن المنشار لترددات الصوت، وهذه الإشارة ترسل بهوائي ويستقبلها هوائي آخر (وتلك الهوائيات تكون بالجانب السفلي من الطائرة) وتتم المقارنة بين الإشارات بشكل متواصل. بما أن تردد الإشارة يتغير فالإشارة العائدة تكون مزاحة عن ترددها الأصلي، فمعدل الإزاحة يزداد كلما ازدادت الفترة لعودة الإشارة، أي كلما ازداد الفرق بالتردد كلما كانت المسافة أطول. يعتبر نظام معالجة الموجة هنا مشابها لنظام كاشوف دوبلر.

قياس السرعة

السرعة هي فرق المسافة مع الزمن، لذلك فإن النظام الموجود لقياس المسافة يقترن مع سعة الذاكرة لمعرفة مكان وجود الهدف فيسهل عليه قياس السرعة. كانت الذاكرة بالقلم والمسطرة على الشاشة لاستخراج السرعة سابقا، أما الآن فالكاشوف الحديث يستخلص السرعة بكفاءة أفضل بواسطة الحاسوب. وإذا كانت معطيات المرسل متماسكة أي متطابقة المراحل، فسيكون هناك تأثير آخر لجعل قياسات السرعة فورية دون حاجة للذاكرة، وهو ما يسمي بتأثير دوبلر. تستخدم هذه الأساسيات بالأنظمة الحديثة للكاشوف وتسمى "كاشوف دوبلر النبضي". تكون الإشارات العائدة من الهدف منحرفة عن التردد الأصلي خلال تأثير دوبلر مما يمكن حساب سرعة الجسم بالنسبة إلى الكاشوف. يمكن لتأثير دوبلر أن يحدد السرعة النسبية للهدف خلال مدى البصر الخاص الممتد من الكاشوف للهدف فقط. فأي عنصر من سرعة المستهدف يكون عمودي على مدى البصر لا يمكن تحديده بطريقة تأثير دوبلر وحدها، ولكن يمكن تحديده بمتابعة اتجاه السمت للهدف، وهذا النظام الأخير يسمى "كاشوف الموجة المتصلة".

تقليل تأثيرات التداخل

يستخدم معالج الإشارة بالكاشوف لتقليل آثار التداخل، وذلك بالأنظمة التالية: بيان الأهداف المتحركة، كاشوف دوبلر، معالجات كشف الأهداف المتحركة، معالجة تكيف الزمن الفضائي، ثابت معدل الإنذارات الكاذبة، معالج التضاريس الرقمي الذي يستخدم في بيئات الموجات المزعجة، بالإضافة إلى أنه مرتبط بأهداف كاشوف المراقبة الثانوي.