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Esplorazione delle scelte di architettura radar: perché la scansione del raggio influisce sulle prestazioni di rilevamento?
Nell'attuale era tecnologica in rapida evoluzione, la tecnologia radar è diventata uno strumento importante per una varietà di applicazioni, che vanno dalla gestione del traffico aereo ai veicoli autonomi. L'ingegneria radar si concentra sulla progettazione e sugli elementi tecnici che influiscono sulle prestazioni di rilevamento degli oggetti, inclusi i chip del radar, i metodi di scansione a raggio variabile e le prestazioni dei suoi componenti.
La qualità della selezione architettonica di un sistema radar influisce direttamente sulle sue capacità di rilevamento. L'angolo del bersaglio può essere rilevato tramite un radar a scansione del fascio altamente direzionale e i metodi di esplorazione includono principalmente la scansione elettronica e la scansione meccanica. La scansione meccanica viene solitamente eseguita mediante antenne rotanti, mentre la scansione elettronica utilizza antenne a schiera, che forniscono velocità di scansione più elevate e un funzionamento più flessibile.
La scelta di un'architettura radar adeguata richiede non solo di considerare il sensore utilizzato, ma anche l'ambiente dello scenario applicativo e le prestazioni richieste.
Negli array a scansione elettronica (ESA), i vantaggi di questa tecnologia radar sono evidenti, poiché consente capacità di scansione istantanea del raggio e la capacità di utilizzare più raggi flessibili contemporaneamente, consentendo a diverse modalità radar di funzionare simultaneamente. I suoi indicatori di prestazione come la potenza irradiata isotropica effettiva (EIRP) e il guadagno di ricezione (GR/T) sono fattori chiave che influenzano il rilevamento a lunga distanza.
Ad esempio, esistono differenze architetturali significative tra gli array attivi a scansione elettronica (AESA) e gli array passivi a scansione elettronica (PESA). Ciascuna antenna di AESA è collegata a un modulo di amplificazione di potenza a stato solido, che ha prestazioni elevate ed elevata affidabilità, ma anche il suo costo è relativamente elevato. PESA, invece, collega tutte le antenne a un singolo modulo di amplificazione di potenza. Sebbene il costo di implementazione sia basso, presenta requisiti più elevati per i convertitori di fase.
In termini di beamforming, i metodi di scansione a frequenze e campi diversi (come campi digitali, ottici o di radiofrequenza) influenzeranno le prestazioni del radar.
Nel funzionamento radar, il segnale emesso può essere continuo o pulsato. Queste scelte non influenzano solo il raggio di rilevamento, ma determinano anche la risoluzione di rilevamento del radar. Il radar a onda continua modulata in frequenza (FMCW) e il radar a impulsi Doppler (Pulse-Doppler) presentano vantaggi e svantaggi nelle prestazioni di rilevamento. Il primo è solitamente adatto per il rilevamento a breve distanza, mentre il secondo è più adatto per il rilevamento a lunga distanza.
Le caratteristiche half-duplex del radar Doppler a impulsi forniscono un migliore isolamento tra il ricevitore e il trasmettitore, migliorando la gamma dinamica del ricevitore. Allo stesso tempo, questo tipo di radar utilizza solitamente un'antenna per la trasmissione e la ricezione e il radar FMCW richiede una configurazione dell'antenna separata. Tale progettazione determina la capacità di rilevamento e la flessibilità operativa di un sistema radar.
Inoltre, il radar monopulse migliora la precisione angolare confrontando gli echi, aiutando a individuare i bersagli.
Quando si parla di architettura radar è necessario considerare anche la disposizione di trasmissione e ricezione, il che rende il metodo di scansione del raggio uno dei fattori chiave che influenzano le prestazioni di rilevamento. Ad esempio, i radar monostazione hanno trasmettitori e ricevitori posizionati vicini tra loro, mentre i radar bistazione sono separati e richiedono una precisa sincronizzazione temporale per garantire l'accuratezza nell'interpretazione dei dati.
Anche la selezione della piattaforma è un passo importante nel determinare le prestazioni del radar. I sistemi radar possono essere installati su varie piattaforme, come aria, mare e terra. Ciascuna piattaforma avrà effetti diversi sul rumore di fondo e sul rumore del radar, che determineranno ulteriormente la tecnologia di scansione del raggio utilizzata, influenzando così le prestazioni di rilevamento finali.
A fronte dei cambiamenti degli ambienti e dei requisiti, anche la frequenza operativa e la finestra di propagazione del radar influenzeranno le scelte di progettazione del radar. Frequenze diverse aiutano a ottimizzare le prestazioni della sezione trasversale radar (RCS), che è un altro fattore cumulativo che contribuisce alle differenze nelle prestazioni dei diversi radar. Inoltre, anche le modalità operative del radar, come ricerca, tracciamento, mappatura del terreno, ecc., varieranno a seconda delle diverse applicazioni.
In generale, la selezione dell'architettura radar e la decisione del metodo di scansione del raggio sono processi complessi a più livelli. Ciò implica non solo specifiche tecniche, ma richiede anche una profonda comprensione delle caratteristiche dei requisiti applicativi specifici. Di fronte allo sviluppo futuro della tecnologia radar, le scelte architetturali appropriate possono davvero raggiungere prestazioni di rilevamento ottimali?
