Частота повторения импульсов ( PRF ) — это число импульсов повторяющегося сигнала в определенную единицу времени. Этот термин используется в ряде технических дисциплин, в частности в радиолокации .
В радаре радиосигнал определенной несущей частоты включается и выключается; термин «частота» относится к несущей, в то время как PRF относится к количеству переключений. Оба измеряются в терминах циклов в секунду , или герц . PRF обычно намного ниже частоты. Например, типичный радар Второй мировой войны, такой как радар Type 7 GCI, имел базовую несущую частоту 209 МГц (209 миллионов циклов в секунду) и PRF 300 или 500 импульсов в секунду. Связанной мерой является ширина импульса , количество времени, в течение которого передатчик включен во время каждого импульса.
После создания короткого импульса радиосигнала передатчик выключается, чтобы приемные устройства могли обнаружить отражения этого сигнала от удаленных целей. Поскольку радиосигнал должен пройти путь до цели и обратно, требуемый период молчания между импульсами является функцией желаемого диапазона радара. Более длительные периоды требуются для сигналов с большей дальностью действия, требующих меньших PRF. И наоборот, более высокие PRF создают более короткие максимальные дальности, но передают больше импульсов и, следовательно, радиоэнергии за определенное время. Это создает более сильные отражения, которые облегчают обнаружение. Радарные системы должны уравновешивать эти два конкурирующих требования.
При использовании старой электроники PRF обычно фиксировались на определенном значении или могли переключаться между ограниченным набором возможных значений. Это дает каждой радиолокационной системе характерный PRF, который может использоваться в радиоэлектронной борьбе для идентификации типа или класса конкретной платформы, такой как корабль или самолет, или, в некоторых случаях, конкретного подразделения. Приемники радиолокационного оповещения в самолетах включают библиотеку общих PRF, которые могут определять не только тип радара, но и, в некоторых случаях, режим работы. Это позволяло пилотам получать предупреждения, когда, например, батарея ЗРК SA-2 «зафиксировалась». Современные радиолокационные системы, как правило, способны плавно изменять свою PRF, ширину импульса и несущую частоту, что значительно затрудняет идентификацию.
Системы сонара и лидара также имеют PRF, как и любая импульсная система. В случае сонара термин частота повторения импульсов ( PRR ) более распространен, хотя он относится к той же концепции.
Электромагнитные (например, радио или световые) волны являются концептуально чистыми одночастотными явлениями, в то время как импульсы можно математически рассматривать как состоящие из ряда чистых частот, которые суммируются и аннулируются во взаимодействиях, которые создают последовательность импульсов определенных амплитуд, PRR, базовых частот, фазовых характеристик и т. д. (см. Анализ Фурье ). Первый термин (PRF) более распространен в технической литературе по устройствам ( электротехника и некоторые науки), а последний (PRR) более распространен в военно-космической терминологии (особенно в терминологии вооруженных сил США) и спецификациях оборудования, таких как учебные и технические руководства для радиолокационных и гидроакустических систем.
Обратная величина PRF (или PRR) называется временем повторения импульсов ( PRT ), интервалом повторения импульсов ( PRI ) или периодом между импульсами ( IPP ), который представляет собой время, прошедшее от начала одного импульса до начала следующего импульса. Термин IPP обычно используется, когда речь идет о количестве периодов PRT, которые должны быть обработаны в цифровом виде. Каждый PRT имеет фиксированное количество селекторов дальности, но не все из них используются. Например, радар APY-1 использовал 128 IPP с фиксированными 50 селекторами дальности, создавая 128 доплеровских фильтров с использованием FFT. Различное количество селекторов дальности на каждом из пяти PRF все меньше 50.
В радиолокационной технологии PRF важен, поскольку он определяет максимальную дальность цели ( R max ) и максимальную доплеровскую скорость ( V max ), которые может точно определить радар. [1] И наоборот, высокий PRR/PRF может улучшить различение целей более близких объектов, таких как перископ или быстро движущаяся ракета. Это приводит к использованию низких PRR для поисковых радаров и очень высоких PRF для радаров управления огнем. Многие двухцелевые и навигационные радары, особенно военно-морские конструкции с переменными PRR, позволяют опытному оператору регулировать PRR для улучшения и уточнения радиолокационной картины, например, при плохом состоянии моря, когда волнение генерирует ложные отражения, и в целом для уменьшения помех или, возможно, лучшего отраженного сигнала от заметной особенности ландшафта (например, скалы).
Частота повторения импульсов (PRF) — это количество повторений импульсной активности в секунду.
Это похоже на цикл в секунду, используемый для описания других типов волн.
Частота повторения импульсов обратно пропорциональна периоду времени , что является свойством импульсной волны.
Частота повторения импульсов обычно связана с интервалом между импульсами, то есть с расстоянием, которое проходит импульс до появления следующего импульса.
PRF имеет решающее значение для проведения измерений определенных физических явлений.
Например, тахометр может использовать стробоскоп с регулируемой частотой повторения импульсов для измерения скорости вращения. Частота повторения импульсов стробоскопа увеличивается с низкого значения до тех пор, пока вращающийся объект не будет казаться неподвижным. Затем частота повторения импульсов тахометра будет соответствовать скорости вращающегося объекта.
Другие типы измерений включают измерение расстояния с использованием времени задержки отраженных эхо-импульсов от света, микроволн и звуковых передач.
Частота повторения импульсов имеет решающее значение для систем и устройств, измеряющих расстояние.
Различные PRF позволяют системам выполнять совершенно разные функции.
Радиолокационная система использует отраженный от цели радиочастотный электромагнитный сигнал для получения информации об этой цели.
Для работы радара требуется частота повторения импульсов (PRF) . Это скорость, с которой импульсы передатчика отправляются в воздух или космос.
Радиолокационная система определяет дальность по временной задержке между передачей и приемом импульса по соотношению:
Для точного определения дальности импульс должен быть передан и отражен до того, как будет передан следующий импульс. Это приводит к максимальному однозначному пределу дальности:
Максимальная дальность также определяет неоднозначность дальности для всех обнаруженных целей. Из-за периодической природы импульсных радиолокационных систем для некоторых радиолокационных систем невозможно определить разницу между целями, разделенными целыми кратными максимальной дальности, используя один PRF. Более сложные радиолокационные системы избегают этой проблемы за счет использования нескольких PRF либо одновременно на разных частотах, либо на одной частоте с изменяющимся PRT.
Процесс разрешения неоднозначности дальности используется для определения истинной дальности, когда PRF превышает этот предел.
Системы, использующие PRF ниже 3 кГц, считаются низкочастотными, поскольку прямая дальность может быть измерена на расстоянии не менее 50 км. Радиолокационные системы, использующие низкочастотную PRF, обычно обеспечивают однозначную дальность.
Однозначная обработка доплеровского сигнала становится все более сложной задачей из-за ограничений когерентности, поскольку частота повторения импульсов падает ниже 3 кГц.
Например, радар L-диапазона с частотой импульсов 500 Гц выдает неоднозначную скорость свыше 75 м/с (170 миль/час), при этом определяя истинную дальность до 300 км. Такая комбинация подходит для радаров гражданских самолетов и метеорологических радаров .
Низкочастотные радары имеют пониженную чувствительность в присутствии низкоскоростных помех, которые мешают обнаружению самолетов вблизи рельефа местности. Индикатор движущихся целей обычно требуется для приемлемой производительности вблизи рельефа местности, но это приводит к проблемам с гребешками радара , которые усложняют приемник. Низкочастотные радары, предназначенные для обнаружения самолетов и космических аппаратов, сильно ухудшаются из-за погодных явлений, которые нельзя компенсировать с помощью индикатора движущихся целей.
Дальность и скорость могут быть определены с использованием средней частоты повторения импульсов, но ни одна из них не может быть определена напрямую. Средняя частота повторения импульсов составляет от 3 кГц до 30 кГц, что соответствует дальности действия радара от 5 км до 50 км. Это неоднозначный диапазон, который намного меньше максимальной дальности. Разрешение неоднозначности дальности используется для определения истинной дальности в радаре со средней частотой повторения импульсов.
Средний PRF используется с импульсно-доплеровским радаром , который требуется для возможности обзора/сбивания в военных системах. Возврат доплеровского радара обычно не является неоднозначным, пока скорость не превысит скорость звука.
Для определения истинной дальности и скорости требуется метод, называемый разрешением неоднозначности . Доплеровские сигналы попадают в диапазон от 1,5 кГц до 15 кГц, что является слышимым, поэтому аудиосигналы от радиолокационных систем со средней частотой повторения импульсов могут использоваться для пассивной классификации целей.
Например, радиолокационная система L-диапазона , использующая PRF 10 кГц с рабочим циклом 3,3%, может определить истинную дальность до 450 км (30 * C / 10 000 км/с). Это инструментальная дальность . Однозначная скорость составляет 1500 м/с (3300 миль/час).
Однозначная скорость радара L-диапазона с частотой повторения импульсов 10 кГц составит 1500 м/с (3300 миль/час) (10 000 x C / (2 x 10^9)). Истинную скорость можно найти для объектов, движущихся со скоростью менее 45 000 м/с, если полосовой фильтр пропускает сигнал (1500/0,033).
Средний показатель частоты повторения импульсов имеет уникальные проблемы с радиолокационными искажениями , которые требуют избыточных схем обнаружения.
Системы, использующие частоту импульсов выше 30 кГц, более известны как радары с прерывистым непрерывным излучением (ICW), поскольку позволяют измерять прямую скорость до 4,5 км/с в диапазоне L , но при этом сложнее определять разрешение по дальности.
Высокая частота повторения импульсов ограничена системами, требующими работы на близком расстоянии, такими как бесконтактные взрыватели и радары правоохранительных органов .
Например, если 30 выборок берутся во время фазы покоя между импульсами передачи с использованием PRF 30 кГц, то истинная дальность может быть определена максимум до 150 км с использованием выборок в 1 микросекунду (30 x C / 30 000 км/с). Отражатели за пределами этого диапазона могут быть обнаружены, но истинная дальность не может быть идентифицирована.
Становится все труднее делать несколько замеров между передаваемыми импульсами на этих частотах импульсов, поэтому измерения дальности ограничиваются короткими расстояниями. [2]
Системы сонара работают во многом подобно радарам, за исключением того, что среда — это жидкость или воздух, а частота сигнала — либо аудио, либо ультразвуковая. Как и радары, более низкие частоты распространяют относительно более высокие энергии на большие расстояния с меньшей разрешающей способностью. Более высокие частоты, которые затухают быстрее, обеспечивают повышенное разрешение близлежащих объектов.
Сигналы распространяются со скоростью звука в среде (почти всегда вода), и максимальная частота повторения импульсов зависит от размера исследуемого объекта. Например, скорость звука в воде составляет 1497 м/с, а толщина человеческого тела составляет около 0,5 м, поэтому частота повторения импульсов для ультразвуковых изображений человеческого тела должна быть меньше примерно 2 кГц (1497/0,5).
Другой пример: глубина океана составляет около 2 км, поэтому звуку требуется больше секунды, чтобы вернуться от морского дна. По этой причине сонар — очень медленная технология с очень низкой частотой повторения импульсов.
Световые волны могут использоваться в качестве радиолокационных частот, в этом случае система называется лидаром. Это сокращение от "LIght Detection And Ranging", что похоже на первоначальное значение аббревиатуры "RADAR", которая была RAdio Detection And Ranging. Оба слова с тех пор стали общеупотребительными английскими словами и, следовательно, являются аббревиатурами, а не аббревиатурами.
Лазерные дальномеры или другие дальномеры частоты светового сигнала работают так же, как радары на гораздо более высоких частотах. Нелазерное обнаружение света широко используется в автоматизированных системах управления машинами (например, электрические глаза, управляющие гаражными воротами, конвейерными сортировочными воротами и т. д.), а те, которые используют обнаружение и определение дальности по частоте импульсов, по сути, являются тем же типом системы, что и радар, — без наворотов человеческого интерфейса.
В отличие от более низких частот радиосигналов, свет не огибает земную поверхность и не отражается от ионосферы, как сигналы поисковых радаров C-диапазона, поэтому лидар полезен только в приложениях прямой видимости, например, в системах радиолокации с более высокими частотами.
