FMCW radar Een radar revolutie ?
Navigatie Symposium, 25 nov 2011
Egenolf van Stein Callenfels
De “Riddle” Aluminium Atlantic 36 Dick Zaal Verlengd van 11.00 tot 13,60 m Uitgerust voor lange tochten
Broadband Radar
“Conventionele” radar = Puls radar Nieuwe ontwikkeling nu ook voor de recreatievaart:
Frequency Modulated Continuous Wave FMCW radar Vanaf 2009 op de recreatie markt gebracht door Navico: Onder de naam:
“Broadband Radar”
Merken: Northstar
Simrad
Lowrance
Professional FMCW radar antenna
Navico FMCW Radar
BR24
3G
4G
Binnenwerk van de scanner
Details van de scanner
Integrale zender en ontvanger in het roterende deel van de scanner
Onderdelen van een radar systeem Antenne (scanner)
Display 2 RF Zender (Tx) RF Ontvanger (Rx) Signaal Verwerking
Power supply Data (ethernet)
Display 1 Controls B-Plane Video Converter
Onderdelen van een FMCW radar systeem Gescheiden Zend/ en ontvang antennes Werken simultaan Display 2 RF RF Zender Ontvanger Signaal Verwerking
Power supply Data (ethernet)
Display 1 Controls B-Plane Video Converter
Principe van Pulsradar antenne Tx
Tijdsverschil is maat voor afstand
Verzonden pulsen
Ontvangen pulsen Tijd
Pulsvorm en pulstijd Puls herhalings frequentie = ca. 600 - 2000 x per sec
Tx
Rx
Tx
Bij range < 2 mijl Pulslengte = 0,1 μs = +/- 30 meter Bij range > 2 mijl (meer vermogen) Pulslengte = 1 μs = +/- 300 meter Nauwkeurigheid in afstand: Bij < 2 mijl 20 meter Bij > 2 mijl 200 meter
Omschakeling Tx Rx en Rx Tx = (dode tijd) Geen echo ontvangst in de dode tijd
Main bang …..
Principe van FMCW radar antenne
Frequentie
Frequentie verschil Is maat voor afstand
tijd
Principe van FMCW radar antenne
Frequentieverschil Is maat voor afstand
Frequentie
tijd
The theory …..
Frequency analyser Verschil frequentie f Tx – f Rx is maat voor de afstand: Nauwkeurigheid hangt af van de nauwkeurigheid van de frequency analyser (= enkele meters over de gehele range)
Signaal sterkte
Frequentie - verschil Tx - Rx
Gemiddeld aanstralend vermogen
Puls radar
FMCW radar (Navico)
Magnetron 2 kilowatt gedurende 0,1 μs 2000 x per seconde = gemiddeld 2 watt
Solid state (chips) 0,1 watt gedurende 1 ms 500 x per seconde = gemiddeld 0,05 watt
Nieuwe typen 4kW = gemiddeld 4 watt
Type 4 G = gemiddeld 0,16 watt
NB: Opgenomen vermogen van boordnet: 35 watt 17 watt (3G)
23 watt (4G)
Echo identificatie
MARPA TAG
signal
? noise
Radar Zo was het,
En zo wordt het,
Effect van scanner diameter 2 deg
5 deg
• Scanner diameter • Bundelbreedte (deg.)
• Range • Intensiteit radarbundel • Oplossend vermogen
0,5 m Dome
1,5 m Meeuwenmepper (open array)
Digital signal processing
0,5 m dome, 5,2O wide beam
1 m open array, 2O narrow beam
“ Beam sharpening”
Identificeer mogelijke echo’s Knip er een stukje uit
Versterk dit stukje analyseer het frequentiespectrum en bepaal echogrenzen Herhaal dit een paar keer
Nodig Veel digitale rekenkracht (Alle echo’s moeten apart berekend worden)
Effecten van digitale beeldverwerking “Beam Sharpening”
(alleen bij Model 4G)
Effecten van Beam sharpening Range ¼ mijl met en zonder Beam sharpening
(4G)
Range 4 mijl met en zonder Beam sharpening
Beeld lijkt scherper, maar wordt ook onrustiger
Nauwkeurigheid • Nauwkeugheid in afstand van FMCW radar is hoog over de volle range. (enkele meters nauwkeurig) • Nauwkeurigheid in richting (azimuth) hangt af van de groote (diameter) van de scanner. • Digitale beeldverwerking (software) kan het beeld “verscherpen” zodat het lijkt alsof met een grotere antenne gewerkt wordt. > Dit is afhankelijk van de interne software instellingen, waar je als leek niet altijd toegang toe hebt.
Praktijk: Close range
De Simrad BR 24 (2009)
Simrad BR 24 (2009)
15
10 5
Test met de BR 24 in 2009 (By Ben Ellison – Panbo)
8 mijl
Van BR24 naar 3G
range 6 mijl
2010
De Tooluka in Groenland . . .
Expeditie Tooluka Groenland
Broadband radar (1ste generatie BR24) Screenshots in middeldik pakijs
Range 1/8 mijl = 250 meter
Range = 100 meter
Range 100 meter
Disko Island Groenland
Ca.10 mijl
Expeditie Tooluka Groenland
Range 4 mijl
1 2 3
4
Expeditie Tooluka Groenland
Range 4 mijl
Expeditie Tooluka Groenland Disko Island
Navico FMCW scanners
Type
BR 24*
3G
4G
Op de markt sinds Opgenomen vermogen scanner: Standby:
2009 17 watt
2010 17 watt
Okt. 2011 21 -23 watt
1,6 watt
1,6 watt
2,9 watt
Tx Power
100 mW
100 mW
165 mW
Range settings (NM)
1/32 - 24
1/32 - 24
1/32 - 36
Inschakeltijd “koud” Inschakeltijd vanuit standby
MARPA targets
ca. 10 - 15 sec ca 6 sec. (Afhankelijk van type display) Afhankelijk van type display
* De BR 24 wordt niet meer nieuw geleverd
Interferentie gevoeligheid FMCW Radar is in principe gevoelig voor interferentie door andere krachtige radarbundels in drukke scheepvaart gebieden. Dit kan softwarematig onderdrukt worden, en wordt ook toegepast in de nieuwe 3G en 4G Foto Tim Bartlett
2009
Gevoeligheid voor Seaclutter en Rainclutter
• ??
SART Verplicht onder GMDSS • Signaleert op puls radar maar veel minder op FMCW radar • Toekomst >> AIS Bakens • AIS – SART’s nu al toegelaten als vervanging van SART
Eigenschappen FMCW radar
Voordelen t.o.v. Pulsradar: • Hoge afstand nauwkeurigheid op alle ranges • Zeer goede en scherpe weergave dichtbij het schip • Géén “main bang”
(dode zone rond het schip)
• Vraagt 30 - 40% minder vermogen van het boordnet
• Snelle opstart: 10 sec i.p.v. 100 sec • Zeer lage RF emissie
Nadelen t.o.v. Pulsradar: • Laag aangestraald vermogen presteert slechter op grote afstand • Slechte penetratie door regenbuien (afscherming)… (?)
• Gevoelig voor interferentie door andere radars • Slechtere respons van SART’s en RACON’s
Conclusies:
• Voor grote afstanden en bij rainclutter is een puls radar beter
• Maar een FMCW radar heeft veel andere voordelen, beter en scherper op korte afstand, snel inschakelen, etc. • FMCW radar is recent ontwikkeld, en heeft nog een groot ontwiklkelings potentieel
Veilige Vaart
