펄스-반복 주파수

펄스-반복 주파수(PRF)는 특정 시간 단위로 반복되는 신호의 펄스 수이다.이 용어는 여러 기술 분야, 특히 레이더 분야에서 사용됩니다.

레이더에서 특정 반송파 주파수의 무선 신호는 켜지고 꺼집니다. "주파수"는 반송파를 의미하고 PRF는 스위치 수를 의미합니다.둘 다 초당 사이클 수, 즉 헤르츠 단위로 측정됩니다.PRF는 일반적으로 주파수보다 훨씬 낮습니다.예를 들어, Type 7 GCI 레이더와 같은 전형적인 제2차 세계 대전 레이더는 209 MHz(초당 2억 900만 사이클)의 기본 반송 주파수와 300 또는 500 펄스의 PRF를 가지고 있었습니다.이와 관련된 척도는 각 펄스 동안 송신기가 켜지는 시간인 펄스 폭입니다.

무선 신호의 짧은 펄스를 생성한 후, 수신기 유닛들이 멀리 있는 타겟들로부터 해당 신호의 반사를 들을 수 있도록 송신기는 꺼집니다.무선 신호가 표적으로 이동했다가 다시 되돌아가야 하기 때문에 필요한 펄스 간 정숙 시간은 레이더가 원하는 범위에 따라 결정됩니다.더 긴 범위 신호의 경우 더 긴 기간이 필요하며, 더 낮은 PRF가 필요합니다.반대로, 더 높은 PRF는 더 짧은 최대 범위를 생성하지만, 더 많은 펄스를 방송하므로 주어진 시간 내에 무선 에너지를 전송합니다.이를 통해 더 강력한 반사 기능이 생성되어 탐지가 쉬워집니다.레이더 시스템은 이 두 가지 경쟁 요건을 균형 있게 조정해야 합니다.

오래된 전자 장치를 사용하면 PRF는 일반적으로 특정 값으로 고정되거나 가능한 값의 제한된 집합 사이에서 전환될 수 있습니다.이것은 각각의 레이더 시스템에 특징적인 PRF를 제공하며, 이는 전자전에서 선박이나 항공기와 같은 특정 플랫폼의 종류나 등급을 식별하거나 경우에 따라 특정 유닛을 식별하는 데 사용될 수 있습니다.항공기의 레이더 경고 수신기에는 레이더의 종류뿐만 아니라 경우에 따라 작동 모드를 식별할 수 있는 공통 PRF 라이브러리가 포함됩니다.예를 들어 SA-2 SAM 배터리가 "잠겼을 때" 조종사에게 경고할 수 있었습니다.현대의 레이더 시스템은 일반적으로 PRF, 펄스 폭 및 반송파 주파수를 원활하게 변경할 수 있으므로 식별이 훨씬 더 어렵습니다.

음파 탐지기와 라이다 시스템에도 다른 펄스 시스템과 마찬가지로 PRF가 있습니다.음파 탐지기의 경우, 펄스-반복 속도(PRR)라는 용어는 동일한 개념을 언급하지만 더 일반적입니다.

서론

전자기파(예: 라디오 또는 빛)는 개념적으로 순수한 단일 주파수 현상인 반면, 펄스는 수학적으로 특정 진폭, PRR, 기본 주파수, 위상 특성의 펄스 열을 생성하는 상호작용에서 합산하고 무효화하는 다수의 순수 주파수로 구성된 것으로 간주될 수 있습니다.등(푸리에 분석 참조).첫 번째 용어(PRF)는 장치 기술 문헌(전기 공학 및 일부 과학)에서 더 일반적으로 사용되며, 후자(PRR)는 군사-항공 우주 용어(특히 미국 군대 용어) 및 레이더 및 음파 탐지 시스템에 대한 훈련 및 기술 설명서와 같은 장비 사양에서 더 일반적으로 사용됩니다.

PREF(또는 PRR)의 역수를 펄스-반복 시간(PRT), 펄스-반복 간격(PRI) 또는 펄스 간 주기(IPP)라고 하며, 이는 한 펄스의 시작에서 다음 펄스의 시작까지 경과된 시간을 말합니다.IPP 용어는 디지털 처리할 PRT 기간의 양을 나타낼 때 일반적으로 사용됩니다.각 PRT에는 고정된 수의 범위 게이트가 있지만, 모든 범위 게이트가 사용되는 것은 아닙니다.예를 들어, APY-1 레이더는 고정된 50개의 범위 게이트가 있는 128개의 IPP를 사용하여 FFT를 사용하여 128개의 도플러 필터를 생성했습니다.5개의 PRF 각각의 다른 범위 게이트의 개수는 모두 50개 미만입니다.

레이더 기술 내에서 PRF는 ^[1]레이더에 의해 정확하게 결정될 수 있는 최대 목표 범위(R_max)와 최대 도플러 속도(V_max)를 결정하기 때문에 중요합니다.반대로, 높은 PRR/PRF는 잠망경이나 빠르게 움직이는 미사일과 같은 더 가까운 물체의 목표 식별력을 향상시킬 수 있습니다.이로 인해 탐색 레이더에는 낮은 PRR을, 화재 통제 레이더에는 매우 높은 PRF를 사용하게 됩니다.많은 이중 목적 및 항해용 레이더(특히 가변 PRR이 있는 해군 설계)는 숙련된 조작자가 레이더 그림을 개선하고 명확히 하기 위해 PRR을 조정할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 파도의 작용이 잘못된 반환을 발생시키는 나쁜 바다 상태에서는 일반적으로 덜 어수선하거나 중요한 경관 기능에서 더 나은 반환 신호(예:낭떠러지)

정의.

펄스-반복 주파수(PRF)는 매초마다 펄스된 활동이 발생하는 횟수입니다.

이는 다른 유형의 파형을 설명하는 데 사용되는 초당 사이클과 유사합니다.

PRF는 펄스 파형의 속성인 시간 $\mathrm {T}$ T $\mathrm {T}$ {\ $displaystyle \mathrm {T}}$ 에 $\mathrm{T}$ 반비례합니다.

\mathrm {T} = {\frac {1}{\text{PRF}}}

PRF는 일반적으로 다음 펄스가 발생하기 전에 펄스가 이동하는 거리인 펄스 간격과 관련이 있습니다.

{\text{펄스 간격}}={\frac {\text{전파 속도}}{\text}PRF}}}

물리학

PRF는 특정 물리 현상에 대한 측정을 수행하는 데 중요합니다.

예를 들어 회전 속도계는 PRF가 조정 가능한 스트로브 라이트를 사용하여 회전 속도를 측정할 수 있습니다.스트로브 조명의 PRF는 회전하는 물체가 정지한 것처럼 보일 때까지 낮은 값에서 위쪽으로 조정됩니다.회전 속도계의 PRF는 회전하는 물체의 속도와 일치합니다.

다른 유형의 측정에는 빛, 마이크로파 및 음향 전송에서 반사된 에코 펄스의 지연 시간을 사용하는 거리가 포함됩니다.

측정.

PRF는 거리를 측정하는 시스템과 장치에 중요합니다.

다양한 PRF를 통해 시스템은 매우 다양한 기능을 수행할 수 있습니다.

레이더 시스템은 표적으로부터 반사된 무선 주파수 전자기 신호를 사용하여 그 표적에 대한 정보를 결정합니다.

레이더 작동을 위해서는 PRF가 필요합니다.송신기 펄스가 공기 또는 우주로 전송되는 속도입니다.

범위 모호성

100km에 있는 실제 목표물 또는 400km 거리에 있는 두 번째 스윕 에코

레이더 시스템은 펄스 송신과 수신 사이의 시간 지연을 통해 범위를 다음과 같이 결정합니다.

{\text{Range}}={\frac {c\display}{2}

정확한 범위 결정을 위해 다음 펄스가 전송되기 전에 펄스를 전송하고 반사해야 합니다.이로 인해 최대 모호하지 않은 범위 제한이 발생합니다.

{\text{Max Range}}={\frac {c\tax_{\text}PRT}}}{2}}={\frac {c}{2\,{\text}PRF}}}}\qquad {\begin{case}\tau _{\text{PRT}}={\frac {1}{\text{PRF}}}\end{case}

최대 범위는 탐지된 모든 대상에 대한 범위 모호성도 정의합니다.펄스 레이더 시스템의 주기적 특성 때문에, 일부 레이더 시스템은 단일 PRF를 사용하여 최대 범위의 정수 배수로 분리된 목표물 간의 차이를 결정하는 것이 불가능합니다.보다 정교한 레이더 시스템은 다른 주파수에서 동시에 또는 변화하는 PRT를 가진 단일 주파수에서 여러 개의 PRF를 사용함으로써 이 문제를 방지합니다.

범위 모호성 해결 프로세스는 PRF가 이 한계 이상일 때 실제 범위를 식별하는 데 사용됩니다.

낮은 PRF

3 kHz 미만의 PRF를 사용하는 시스템은 직접 범위를 최소 50 km 거리까지 측정할 수 있기 때문에 낮은 PRF로 간주됩니다.낮은 PRF를 사용하는 레이더 시스템은 일반적으로 명확한 범위를 생성합니다.

PRF가 3kHz 이하로 떨어짐에 따라 코헤런시 한계로 인해 모호하지 않은 도플러 처리가 증가하는 과제가 됩니다.

예를 들어, 500Hz 펄스 속도의 L-밴드 레이더는 최대 300km의 실제 범위를 탐지하면서 75m/s(170마일/시) 이상의 모호한 속도를 생성합니다.이 조합은 민간 항공기 레이더와 기상 레이더에 적합합니다.

{\text{300km 범위}}={\frac {C}{2\times 500}

{\text{75m/s 속도}}={\frac {500\times C}{2\times 10^{9}}}

낮은 PRF 레이더는 지형 근처의 항공기 탐지를 방해하는 낮은 속도의 잡동사니가 있을 때 민감도가 떨어집니다.지형 근처에서 허용 가능한 성능을 발휘하려면 일반적으로 표적 표시기를 이동해야 하지만, 이는 수신기를 복잡하게 만드는 레이더 가리비 문제를 야기합니다.항공기 및 우주선 탐지를 위한 낮은 PRF 레이더는 이동하는 표적 지표를 사용하여 보상할 수 없는 기상 현상으로 인해 크게 저하됩니다.

중간 PRF

범위와 속도는 모두 중간 PRF를 사용하여 식별할 수 있지만 둘 다 직접 식별할 수는 없습니다.중간 PRF는 3kHz ~ 30kHz로 5km ~ 50km의 레이더 범위에 해당합니다.이것은 최대 범위보다 훨씬 작은 애매한 범위입니다.범위 모호성 해상도는 중형 PRF 레이더에서 실제 범위를 결정하는 데 사용됩니다.

중형 PRF는 펄스-도플러 레이더와 함께 사용되며, 이 레이더는 군사 시스템에서 하향/하향 능력에 필요합니다.도플러 레이더 복귀는 일반적으로 속도가 음속을 초과할 때까지 모호하지 않습니다.

실제 범위와 속도를 파악하기 위해서는 모호성 해결이라는 기법이 필요합니다.도플러 신호는 1.5 kHz에서 15 kHz 사이에 속하며, 이는 가청이 가능하므로, 중-PRF 레이더 시스템의 오디오 신호는 수동적인 타겟 분류에 사용될 수 있습니다.

예를 들어, 듀티 사이클이 3.3%인 10kHz의 PRF를 사용하는 L 대역 레이더 시스템은 450km(30 * C / 10,000km/s)까지의 실제 범위를 식별할 수 있습니다.이것이 계측 범위입니다.명백한 속도는 1,500 m/s (3,300 mile/hour)입니다.

{\text{450km}={\frac {C}{0.033\times 2\times 10,000}

{\text{1,500m/s}}={\frac {10,000\times C}{2\times 10^{9}}}

10 kHz의 PRF를 사용하는 L-밴드 레이더의 명확한 속도는 1,500 m/s (3,300 마일/시간) (10,000 x C / (2 x 10^9))가 될 것입니다.대역 통과 필터가 신호(1,500/0.033)를 허용하는 경우 45,000m/s 이하로 이동하는 물체의 실제 속도를 확인할 수 있습니다.

중간 PRF에는 중복 탐지 체계가 필요한 고유한 레이더 가리비 문제가 있습니다.

높은 PRF

30kHz 이상의 PRF를 사용하는 시스템은 L 대역에서 최대 4.5km/s의 직접 속도를 측정할 수 있기 때문에 ICW(interrupted continuous-wave) 레이더로 더 잘 알려져 있지만 범위 분해능은 더 어려워집니다.

높은 PRF는 근접 퓨즈 및 법 집행 레이더와 같이 근접 성능이 필요한 시스템으로 제한됩니다.

예를 들어, 30 kHz PRF를 사용하여 송신 펄스 사이의 정지 단계 동안 30개의 샘플을 채취한 경우 1마이크로초 샘플(30 x C/30,000 km/s)을 사용하여 최대 150 km까지 실제 범위를 결정할 수 있습니다.이 범위를 초과하는 반사경은 탐지할 수 있지만 실제 범위는 식별할 수 없습니다.

{\text{150km}}={\frac {30\times C}{2\times 30,000}

{\text{4,500m/s}}={\frac {30,000\times C}{2\times 10^{9}}}

이러한 펄스 주파수에서 송신 펄스 간에 여러 개의 샘플을 채취하는 것이 점점 더 어려워지므로 범위 측정은 단거리로 ^[2]제한됩니다.

소나

음파 탐지기 시스템은 매질이 액체 또는 공기이고 신호의 주파수가 오디오 또는 초음속이라는 점을 제외하고는 레이더와 매우 유사하게 작동합니다.레이더와 마찬가지로 낮은 주파수는 상대적으로 높은 에너지를 먼 거리로 전파하고 분해능은 떨어집니다.주파수가 높을수록 더 빠르게 감쇠하므로 주변 물체의 해상도가 높아집니다.

신호는 매질(거의 항상 물)에서 음속으로 전파되며, 최대 PRF는 검사 대상의 크기에 따라 달라집니다.예를 들어, 물 속의 소리 속도는 1,497 m/s이고, 인체는 약 0.5 m 두께이므로, 인체의 초음파 영상에 대한 PRF는 약 2 kHz(1,497/0.5) 미만이어야 합니다.

또 다른 예로, 바다의 깊이는 대략 2킬로미터이므로, 소리가 해저에서 돌아오는 데는 1초 이상이 걸립니다.이 때문에 소나는 PRF가 매우 낮은 매우 느린 기술입니다.

레이저

광파는 레이더 주파수로 사용될 수 있으며, 이 경우 시스템은 라이다로 알려져 있습니다.이것은 "LIGHT Detection And Ranging"의 줄임말로, 초기주의 "RADAR"의 원래 의미와 유사합니다. 그것은 Radio Detection And Ranging이었습니다.둘 다 그 이후로 일반적으로 사용되는 영어 단어가 되었고, 따라서 이니셜보다는 두문자어입니다.

레이저 범위 또는 다른 광신호 주파수 범위 탐지기는 훨씬 더 높은 주파수에서 레이더와 같이 작동합니다.자동화된 기계 제어 시스템(예: 차고 문을 제어하는 전동식 눈, 컨베이어 정렬 게이트 등)에서 비-레이저 광 감지가 광범위하게 사용되며, 펄스 속도 감지 및 레인징을 사용하는 시스템은 인간 인터페이스의 벨과 휘파람 없이도 레이더와 동일한 유형의 시스템을 핵심으로 합니다.

낮은 무선 신호 주파수와 달리 빛이 지구의 곡선 주위로 휘어지거나 C 밴드 탐색 레이더 신호처럼 전리층을 반사하지 않기 때문에 라이다는 고주파 레이더 시스템과 같은 가시광선 분야에서만 유용합니다.

참고 항목

참고문헌

^ "Pulse Repetition Frequency". Radartutorial.
^ Piper, Samuel; Wiltse, James (2007). "Continuous Wave Radar". RF and Microwave Applications and Systems. Electrical Engineering Handbook. Vol. 20071745. doi:10.1201/9781420006711.ch14. ISBN 978-0-8493-7219-3. Retrieved January 29, 2011.^{[영구 데드링크]}

[1] "Pulse Repetition Frequency". Radartutorial.

[cwi-2] Piper, Samuel; Wiltse, James (2007). "Continuous Wave Radar". RF and Microwave Applications and Systems. Electrical Engineering Handbook. Vol. 20071745. doi:10.1201/9781420006711.ch14. ISBN 978-0-8493-7219-3. Retrieved January 29, 2011.^{[영구 데드링크]}

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