เครื่องส่งสัญญาณ

พลังงานที่ส่งผ่าน

ตัวรับสัญญาณ

พลังงานที่กระเจิงกลับซึ่งมีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับตัวที่ทำให้เกิดการกระเจิงกลับ

หลักการวัดด้วยเรดาร์คลื่นต่อเนื่อง

เรดาร์คลื่นต่อเนื่อง ( เรดาร์ CW ) เป็นระบบ เรดาร์ประเภทหนึ่งซึ่ง ส่งพลังงาน คลื่นวิทยุที่มีความถี่คงที่ที่ทราบแล้วอย่างต่อเนื่องจากนั้นจึงรับจากวัตถุสะท้อนใดๆ^{[ 1 ]}สามารถตรวจจับวัตถุแต่ละชิ้นได้โดยใช้ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ซึ่งทำให้สัญญาณที่ได้รับมีความถี่แตกต่างจากสัญญาณที่ส่ง ทำให้สามารถตรวจจับได้โดยการกรองความถี่ที่ส่งออกไป

การวิเคราะห์แบบดอปเปลอร์ของสัญญาณสะท้อนจากเรดาร์ช่วยให้สามารถกรองวัตถุที่เคลื่อนที่ช้าหรือไม่เคลื่อนที่ออกไปได้ จึงช่วยป้องกันการรบกวนจากวัตถุขนาดใหญ่ที่อยู่กับที่และสัญญาณรบกวน ที่ เคลื่อนที่ ช้า ^{[ 2 ] [ 3 ]}ทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการค้นหาวัตถุที่สะท้อนจากพื้นหลัง ตัวอย่างเช่น ช่วยให้เครื่องบินที่บินสูงสามารถค้นหาเครื่องบินที่บินต่ำโดยมีพื้นหลังเป็นพื้นผิว เนื่องจากสามารถกรองการสะท้อนที่แรงมากจากพื้นผิวออกไปได้ การสะท้อนที่เล็กกว่ามากจากเป้าหมายจึงยังคงสามารถมองเห็นได้

ระบบเรดาร์ CW ​​ถูกนำมาใช้ทั้งในย่านความถี่ต่ำและสูง

• เครื่องวัดระดับความสูงด้วยคลื่นวิทยุราคาไม่แพง เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ และอุปกรณ์เสริมสำหรับกีฬาที่ใช้งานได้ในระยะตั้งแต่ไม่กี่สิบฟุตจนถึงหลายกิโลเมตร
• เรดาร์ตรวจจับมุม CW (CWAT) เตือนภัยล่วงหน้าที่มีราคาสูงและใช้งานได้ไกลเกิน 100 กิโลเมตร สำหรับใช้กับระบบขีปนาวุธพื้นสู่อากาศ

ข้อได้เปรียบหลักของเรดาร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) คือพลังงานไม่ได้ถูกส่งเป็นจังหวะทำให้ผลิตและใช้งานได้ง่ายกว่ามาก ไม่มีระยะทำการขั้นต่ำหรือสูงสุด แม้ว่าระดับกำลังส่งจะกำหนดข้อจำกัดในทางปฏิบัติของระยะทำการก็ตาม เรดาร์แบบคลื่นต่อเนื่องจะเพิ่มกำลังส่งรวมสูงสุดให้กับเป้าหมาย เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณส่งคลื่นอย่างต่อเนื่อง

กองทัพใช้เรดาร์คลื่นต่อเนื่องในการนำทาง ขีปนาวุธนำวิถี อากาศสู่อากาศแบบกึ่งแอคทีฟ (SARH) เช่นขีปนาวุธ AIM-7 Sparrow ของสหรัฐฯและ ตระกูล ขีปนาวุธ Standardเครื่องบินที่ยิงขีปนาวุธจะส่องแสงเรดาร์คลื่นต่อเนื่องไปยังเป้าหมาย และขีปนาวุธจะติดตามคลื่นวิทยุ ที่สะท้อนกลับมา เนื่องจากขีปนาวุธเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเมื่อเทียบกับเครื่องบิน จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์อย่างมาก เรดาร์ต่อสู้ทางอากาศสมัยใหม่ส่วนใหญ่ แม้แต่เรดาร์แบบพัลส์ดอปเปลอร์ ก็มีฟังก์ชันคลื่นต่อเนื่องสำหรับการนำ ทางขีปนาวุธ

ระยะทางสูงสุดในเรดาร์แบบคลื่นต่อเนื่องนั้นถูกกำหนดโดยแบนด์วิดท์โดยรวมและกำลังส่งของเครื่องส่งสัญญาณ ซึ่งแบนด์วิดท์นี้ถูกกำหนดโดยปัจจัยสองประการ

• ความหนาแน่นของพลังงานที่ส่ง (วัตต์ต่อเฮิรตซ์)
• ขนาดตัวกรองของตัวรับสัญญาณ (แบนด์วิดท์หารด้วยจำนวนตัวกรองทั้งหมด)

การเพิ่มกำลังส่งเป็นสองเท่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านระยะทางได้ประมาณ 20% การลดสัญญาณรบกวนในการส่งสัญญาณ FM โดยรวมลงครึ่งหนึ่งก็ให้ผลเช่นเดียวกัน

เครื่องรับสัญญาณ ในโดเมนความถี่ที่ใช้สำหรับเรดาร์ดอปเปลอร์แบบคลื่นต่อเนื่องนั้นแตกต่างจากเครื่องรับสัญญาณเรดาร์ทั่วไปมาก เครื่องรับสัญญาณประกอบด้วยชุดตัวกรอง ซึ่งโดยปกติจะมีมากกว่า 100 ตัว จำนวนตัวกรองจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการตรวจจับในระยะทางสูงสุด

การเพิ่มจำนวนตัวกรองรับสัญญาณเป็นสองเท่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านระยะทางได้ประมาณ 20% ประสิทธิภาพด้านระยะทางสูงสุดจะเกิดขึ้นเมื่อขนาดของตัวกรองรับสัญญาณเท่ากับปริมาณสัญญาณรบกวน FM สูงสุดที่ปะปนอยู่ในสัญญาณส่ง การลดขนาดตัวกรองรับสัญญาณให้ต่ำกว่าปริมาณสัญญาณรบกวน FM เฉลี่ยจะไม่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านระยะทาง

กล่าวได้ว่าเรดาร์ CW ​​มีการจับคู่ที่เหมาะสมเมื่อขนาดของตัวกรองรับสัญญาณตรงกับแบนด์วิดท์ RMS ของสัญญาณรบกวน FM ในสัญญาณส่ง

เรดาร์คลื่นต่อเนื่องมีสองประเภท ได้แก่เรดาร์คลื่นต่อเนื่องแบบไม่ปรับสัญญาณและเรดาร์คลื่นต่อเนื่องแบบปรับสัญญาณ

เรดาร์ชนิดนี้มีราคาต่ำกว่า 10 ดอลลาร์ (ปี 2021) ความถี่ที่สะท้อนกลับจะเปลี่ยนไปจากความถี่ที่ส่งออกไปตามปรากฏการณ์ดอปเปลอร์เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ อย่างไรก็ตาม ไม่มีวิธีใดที่จะประเมินระยะทางได้ เรดาร์ประเภทนี้มักใช้ในกีฬาแข่งขัน เช่น กอล์ฟ เทนนิส เบสบอล การแข่งรถ NASCARและเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านอัจฉริยะบางชนิด เช่น หลอดไฟและเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหว

การเปลี่ยนแปลงความถี่ดอปเปลอร์ขึ้นอยู่กับความเร็วแสงในอากาศ ( c' ≈ c/1.0003ช้ากว่าในสุญญากาศเล็กน้อย) และความเร็วของเป้าหมายv : ^{[ 4 ]}

${\displaystyle f_{r}=f_{t}\left({\frac {1+v/c'}{1-v/c'}}\right)}$

ความถี่ดอปเปลอร์จึงเป็นดังนี้: ^{[ 5 ]}

${\displaystyle f_{d}=f_{r}-f_{t}=2v{\frac {f_{t}}{c'-v}}}$

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของเป้าหมายที่เรดาร์ตรวจจับได้โดยทั่วไปนั้นน้อยกว่ามากจึงสามารถลดรูปให้ง่ายขึ้นได้ด้วย : ${\displaystyle c',(v\ll c')}$${\displaystyle c'-v\approx c'}$

${\displaystyle f_{d}\approx 2v{\frac {f_{t}}{c'}}}$

เรดาร์คลื่นต่อเนื่องที่ไม่มีการปรับความถี่ (FM) ตรวจจับได้เฉพาะเป้าหมายที่เคลื่อนที่เท่านั้น เนื่องจากเป้าหมายที่อยู่กับที่ (ตามแนวสายตา ) จะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์ สัญญาณสะท้อนจากวัตถุที่อยู่กับที่และเคลื่อนที่ช้าจะถูกบดบังด้วยสัญญาณส่ง ซึ่งจะกลบสัญญาณสะท้อนจากวัตถุที่เคลื่อนที่ช้าในระหว่างการทำงานปกติ

เรดาร์คลื่นต่อเนื่องแบบปรับความถี่ (FM-CW) – หรือที่เรียกว่าเรดาร์คลื่นต่อเนื่องแบบปรับความถี่ (CWFM) ^{[ 6 ]}  – เป็นเรดาร์วัดระยะสั้นที่สามารถกำหนดระยะทางได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือโดยให้การวัดระยะทางพร้อมกับการวัดความเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อมีแหล่งสะท้อนมากกว่าหนึ่งแหล่งมาถึงเสาอากาศเรดาร์ เรดาร์ชนิดนี้มักใช้เป็น " เครื่องวัดความสูงเรดาร์ " เพื่อวัดความสูงที่แน่นอนระหว่างขั้นตอนการลงจอดของเครื่องบิน^{[ 7 ]}นอกจากนี้ยังใช้เป็นเรดาร์เตือนภัยล่วงหน้าเรดาร์คลื่นและเซ็นเซอร์ระยะใกล้ การเปลี่ยนแปลงความถี่แบบดอปเปลอร์ไม่จำเป็นเสมอไปสำหรับการตรวจจับเมื่อใช้ FM ในขณะที่การใช้งานในยุคแรก เช่น เครื่องวัดความสูงเรดาร์ APN-1 ในช่วงทศวรรษ 1940 ได้รับการออกแบบมาสำหรับระยะสั้น เรดาร์เหนือขอบฟ้า (OTHR) เช่น เครือข่ายเรดาร์ปฏิบัติการ Jindalee (JORN) ได้รับการออกแบบมาเพื่อสำรวจระยะทางระหว่างทวีปหลายพันกิโลเมตร

ในระบบนี้ สัญญาณที่ส่งออกไปเป็นคลื่นต่อเนื่อง ที่มีความถี่คงที่และทราบค่า จะมีการเปลี่ยนแปลงความถี่ขึ้นลงในช่วงเวลาที่กำหนดโดยสัญญาณมอดูเลต ความแตกต่างของความถี่ระหว่างสัญญาณที่รับได้และสัญญาณที่ส่งไปจะเพิ่มขึ้นตามเวลาหน่วง และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มขึ้นตามระยะทาง ซึ่งจะทำให้สัญญาณดอปเปลอร์เบลอหรือไม่ชัดเจน จากนั้นเสียงสะท้อนจากเป้าหมายจะถูกผสมกับสัญญาณที่ส่งออกไปเพื่อสร้างสัญญาณบีตซึ่งจะให้ระยะทางของเป้าหมายหลังจากทำการดีมอดูเลตแล้ว

สามารถปรับเปลี่ยนรูปแบบการส่งสัญญาณได้หลากหลาย โดยความถี่ของเครื่องส่งสัญญาณสามารถปรับขึ้นลงได้ดังนี้:

• คลื่นไซน์เหมือนเสียงไซเรนเตือนภัยทางอากาศ
• คลื่นฟันเลื่อยเหมือนเสียงร้องของนก
• คลื่นรูปสามเหลี่ยมคล้ายกับเสียงไซเรนของตำรวจในสหรัฐอเมริกา
• คลื่นสี่เหลี่ยมเหมือนเสียงไซเรนตำรวจในสหราชอาณาจักร

การถอดรหัสสัญญาณระยะไกลนั้นจำกัดอยู่ที่หนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นของการมอดูเลชั่นที่ส่ง ระยะทางที่วัดได้สำหรับ FM 100 Hz จะอยู่ที่ 500 กม. ขีดจำกัดนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของการมอดูเลชั่นและการถอดรหัสสัญญาณ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นไปตามนี้

${\displaystyle {\text{ช่วงการวัด}}=F_{r}-F_{t}={\frac {\text{ความเร็วแสง}}{(4\times {\text{ความถี่การมอดูเลชัน}})}}}$

เรดาร์จะรายงานระยะทางที่ไม่ถูกต้องสำหรับสัญญาณสะท้อนจากระยะทางที่อยู่นอกเหนือระยะการวัด เช่น จากดวงจันทร์ การวัดระยะทางด้วยระบบ FMCW นั้นเชื่อถือได้เพียงประมาณ 60% ของระยะการวัด หรือประมาณ 300 กิโลเมตร สำหรับ FM ที่ความถี่ 100 เฮิรตซ์

การมอดูเลชั่นแบบฟันเลื่อยเป็นวิธีที่ใช้มากที่สุดในเรดาร์ FM-CW เมื่อต้องการวัดระยะทางของวัตถุที่ไม่มีชิ้นส่วนหมุน โดยใช้วิธีนี้ ข้อมูลระยะทางจะถูกผสมกับความเร็วแบบดอปเปลอร์ สามารถปิดการมอดูเลชั่นได้ในการสแกนสลับกันเพื่อระบุความเร็วโดยใช้การเปลี่ยนแปลงความถี่พาหะที่ไม่ถูกมอดูเลชั่น วิธีนี้ทำให้สามารถหาได้ทั้งระยะทางและความเร็วด้วยเรดาร์ชุดเดียว การมอดูเลชั่นแบบคลื่นสามเหลี่ยมก็สามารถใช้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกันได้เช่นกัน

ดังแสดงในรูป คลื่นสัญญาณที่ได้รับ (สีเขียว) เป็นเพียงภาพจำลองที่ล่าช้าของคลื่นสัญญาณที่ส่ง (สีแดง) ความถี่ที่ส่งจะถูกใช้เพื่อแปลงสัญญาณที่ได้รับลงมาเป็นความถี่พื้นฐานและปริมาณการเปลี่ยนแปลงความถี่ระหว่างสัญญาณที่ส่งและสัญญาณสะท้อนจะเพิ่มขึ้นตามเวลาหน่วง (ระยะทาง) ดังนั้น เวลาหน่วงจึงเป็นตัววัดระยะทาง การกระจายความถี่เล็กน้อยเกิดจากการสะท้อนในระยะใกล้ การกระจายความถี่ที่มากขึ้นจะสอดคล้องกับเวลาหน่วงที่มากขึ้นและระยะทางที่ไกลขึ้น

ด้วยความก้าวหน้าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่การประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจึงถูกนำมาใช้ในการประมวลผลการตรวจจับส่วนใหญ่ สัญญาณบีทจะถูกส่งผ่านตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลและจะทำการประมวลผลดิจิทัลกับผลลัพธ์ที่ได้

สัญญาณส่งของเรดาร์ FM-CW แบบฟันเลื่อยประกอบด้วยแรมป์หนึ่งหรือหลายแรมป์ (ดูรูป) แรมป์เดี่ยวเริ่มต้นด้วยความถี่หนึ่งและเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามความชัน ${\displaystyle x(t)}$${\displaystyle f_{0}}$${\displaystyle \alpha }$

${\displaystyle f(t)=f_{0}+\alpha t,}$

ทางลาดจะสิ้นสุดลงหลังจากช่วงเวลาหนึ่งและครอบคลุมแบนด์วิดท์ระดับหนึ่ง ${\displaystyle T}$${\displaystyle B=\alpha T}$

ในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงความถี่เพียงครั้งเดียว สัญญาณที่ส่งจะเป็นค่าโคไซน์ที่ปรับขนาดแล้ว

${\displaystyle x(t)=a_{\mathrm {tx} }\cos \left(\phi (t)\right)=a_{\mathrm {tx} }\cdot \cos \left(2\pi \left[f_{0}+{\frac {\alpha }{2}}t\right]t\right)}$

ความถี่ขณะนั้นคือ ${\displaystyle {\frac {1}{2\pi }}\cdot {\frac {\mathrm {d} \phi (t)}{\mathrm {d} t}}=f(t)}$

เรดาร์รับสัญญาณซึ่งเป็นผลรวมของสัญญาณที่ถูกลดทอนและหน่วงเวลาไว้ ${\displaystyle y(t)}$${\displaystyle K}$${\displaystyle x(t)}$

${\displaystyle y(t)=\sum _{k=0}^{K-1}b_{k}x(t-\tau _{k})}$

ค่าหน่วงเวลาแสดงถึงระยะเวลาที่สัญญาณเดินทางจากเรดาร์ไปยังวัตถุและกลับมายังเรดาร์ ระยะเวลานี้ขึ้นอยู่กับระยะห่างเริ่มต้นระหว่างเรดาร์และวัตถุ ณ เวลาt ความเร็วสัมพัทธ์และความเร็วแสงในตัวกลาง (โดยมีและในสุญญากาศ และสำหรับอากาศ) ${\displaystyle \tau _{k}}$${\displaystyle r}$${\displaystyle t=0}$${\displaystyle v}$${\displaystyle c'=c/n}$${\displaystyle n=1}$${\displaystyle n=1.0003}$

${\displaystyle \tau _{k}={\frac {2r}{c'}}-{\frac {2v}{c'}}t}$

เรดาร์จะผสม (คูณ) สัญญาณที่ได้รับกับสัญญาณที่ส่งออกไปและใช้ตัวกรองความถี่ต่ำ สัญญาณที่ "ลดความลาดชัน" แล้วนั้น สามารถประมาณได้ว่าเป็นผลรวมของค่าโคไซน์ ${\displaystyle y(t)}$${\displaystyle x(t)}$

${\displaystyle y_{\mathrm {deramped} }(t)\approx \sum _{k=0}^{K-1}a_{\mathrm {tx} }b_{k}\cos \left(2\pi f_{\mathrm {b} ,k}t+\varphi _{k}\right)}$

ค่าโคไซน์แต่ละค่าเหล่านี้สอดคล้องกับเส้นทางที่สัญญาณเดินทางจากเรดาร์ไปยังวัตถุและกลับมายังเรดาร์ ความถี่เหล่านี้เรียกว่าความถี่บีต ${\displaystyle f_{\mathrm {b} ,k}}$

${\displaystyle f_{\mathrm {b} ,k}={\frac {2\alpha r_{k}}{c'}}-{\frac {2v_{k}f_{\mathrm {c} }}{c'}},}$

ความถี่บีตขึ้นอยู่กับระยะห่าง (ระยะทาง) ระหว่างเรดาร์กับวัตถุความเร็ว แสง ความลาดชันความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุเทียบกับเรดาร์ และความถี่พาหะ${\displaystyle r_{k}}$${\displaystyle k}$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle v_{k}}$${\displaystyle k}$${\displaystyle f_{\mathrm {c} }=f_{0}+B/2}$

เนื่องจากความถี่บีตประกอบด้วยระยะห่างจากวัตถุและความเร็วของวัตถุ จึงโดยทั่วไปแล้วจึงไม่สามารถแยกปริมาณทั้งสองออกจากกันได้จากสัญญาณฟันเลื่อยที่ส่งมาเพียงสัญญาณเดียว ${\displaystyle r_{k}}$${\displaystyle v_{k}}$

ถ้าความเร็วเป็นศูนย์หรือมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับระยะทางสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร ${\displaystyle vf_{\คณิตศาสตร์ {c} }}$${\displaystyle \alpha r_{k}}$

${\displaystyle r_{k}={\frac {c'f_{\mathrm {b} ,k}}{2\alpha }}.}$

ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น สัญญาณที่ลดความลาดชันแล้วคือการซ้อนทับของฟังก์ชันโคไซน์ ซึ่งส่งผลให้เกิดความกำกวมโดยธรรมชาติในการประมาณระยะทาง (โดยสมมติว่าวัตถุไม่เคลื่อนที่) ตามทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่างของ Nyquist–Shannonความถี่สูงสุดที่สามารถกู้คืนได้หลังจากการสุ่มตัวอย่างคือครึ่งหนึ่งของความถี่การสุ่มตัวอย่างดังนั้น ความถี่บีตสูงสุดที่สามารถสังเกตได้หลังจากการสุ่มตัวอย่างคือซึ่งแปลได้เป็นช่วงสูงสุดความกำกวมนี้เรียกว่า ช่วงที่ไม่ กำกวม สูงสุด${\displaystyle f_{\mathrm {S} }}$${\displaystyle f_{\mathrm {b} ,\mathrm {max} }=f_{\mathrm {S} }/2}$${\displaystyle r_{\mathrm {max} }}$

${\displaystyle r_{\mathrm {max} }={\frac {f_{\mathrm {S} }c'}{4\alpha }}={\frac {f_{\mathrm {S} }c'T}{4B}}}$

ระยะสูงสุดที่ไม่กำกวมนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ในการสุ่มตัวอย่างความเร็วของแสงและความชันของความถี่(หรือเทียบเท่ากับความยาวของฟันเลื่อยและแบนด์วิดท์ที่ครอบคลุม) ${\displaystyle f_{\mathrm {S} }}$${\displaystyle c'}$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle T}$${\displaystyle B}$

หากไม่มีข้อมูลเพิ่มเติม เรดาร์ FM-CW ที่ใช้การมอดูเลชั่นความถี่แบบฟันเลื่อยจะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างระยะทางหนึ่งกับระยะทางอีกระยะทางหนึ่งได้สำหรับจำนวนเต็มใดๆ ก็ตามระยะทางทั้งสองจะให้ความถี่บีตเดียวกัน โดยปกติแล้ว จะถือว่ามี เพียงระยะทางเท่านั้น${\displaystyle r}$${\displaystyle r'=r+nr_{\mathrm {max} }}$${\displaystyle n}$${\displaystyle r=0\ldots r_{\mathrm {max} }}$

ด้วยเหตุผลทางปฏิบัติ ตัวอย่างสัญญาณที่ได้รับจะไม่ถูกประมวลผลในช่วงเวลาสั้นๆ หลังจากที่การปรับความถี่เริ่มขึ้น เนื่องจากสัญญาณสะท้อนที่เข้ามาจะมีค่าการปรับความถี่จากรอบก่อนหน้า ซึ่งทำให้มีข้อจำกัดด้านระยะทางและประสิทธิภาพ

${\displaystyle {\text{Range Limit}}=0.5\ c'\ t_{radar}}$,

การปรับความถี่แบบไซน์ (Sinusoidal FM) ใช้เมื่อต้องการวัดทั้งระยะทางและความเร็วพร้อมกัน สำหรับวัตถุที่ซับซ้อนซึ่งมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่หลายชิ้น เช่น ใบพัดกังหัน ใบพัดเฮลิคอปเตอร์ หรือใบพัดเครื่องบิน การประมวลผลนี้ช่วยลดผลกระทบของการปรับความถี่สเปกตรัมที่ซับซ้อนซึ่งเกิดจากชิ้นส่วนที่หมุน ซึ่งเป็นสาเหตุของข้อผิดพลาดในกระบวนการวัดระยะทาง

เทคนิคนี้ยังมีข้อดีตรงที่ตัวรับสัญญาณไม่จำเป็นต้องหยุดประมวลผลสัญญาณขาเข้าเลย เนื่องจากรูปคลื่นการมอดูเลชั่นมีความต่อเนื่องโดยไม่มีการมอดูเลชั่นแบบพัลส์

สัญญาณ FM แบบไซน์จะถูกกำจัดออกไปโดยตัวรับสัญญาณสำหรับการสะท้อนในระยะใกล้ เนื่องจากความถี่ในการส่งจะเท่ากับความถี่ที่สะท้อนกลับมายังตัวรับสัญญาณ สำหรับวัตถุที่อยู่ไกลออกไป สเปกตรัมจะมีสัญญาณรบกวนมากขึ้น ปริมาณการกระจายตัวของสเปกตรัมที่เกิดจากสัญญาณรบกวนที่ติดมากับสัญญาณรับนั้น จะเป็นสัดส่วนกับระยะห่างจากวัตถุที่สะท้อน

สูตรในโดเมนเวลาสำหรับ FM คือ:

${\displaystyle y(t)=\cos \left\{2\pi [f_{c}+\mathrm {B} \cos \left(2\pi f_{m}t\right)]t\right\}\,}$

โดยที่(ดัชนีการปรับค่า)${\displaystyle \mathrm {B} ={\frac {f_{\Delta }}{f_{m}}}}$

เกิดความล่าช้าขึ้นในระหว่างการส่งผ่านสัญญาณจากเรดาร์ไปยังตัวสะท้อนสัญญาณ

${\displaystyle y(t)=\cos \left\{2\pi [f_{c}+\mathrm {B} \cos \left(2\pi f_{m}(t+\delta t)\right)](t+\delta t)\right\}\,}$

ซึ่งเกิดความล่าช้าของเวลา${\displaystyle \delta t=}$

กระบวนการตรวจจับจะแปลงสัญญาณที่ได้รับลงมาโดยใช้สัญญาณที่ส่งมา ซึ่งจะกำจัดคลื่นพาหะออกไป

${\displaystyle y(t)=\cos \left\{2\pi [f_{c}+\mathrm {B} \cos \left(2\pi f_{m}(t+\delta t)\right)](t+\delta t)\right\}\;\cos \left\{2\pi [f_{c}+\mathrm {B} \cos \left(2\pi f_{m}t\right)]t\right\}\,}$

${\displaystyle y(t)\approx \cos \left\{-4t\pi \mathrm {B} \sin(2\pi f_{m}(2t+\delta t)\sin(\pi f_{m}\delta t)+2\delta t\pi \mathrm {B} \cos(2\pi f_{m}(t+\delta t))\right\}\,}$

กฎแบนด์วิดท์ของคาร์สันสามารถเห็นได้ในสมการนี้ และนั่นเป็นการประมาณค่าที่ใกล้เคียงในการระบุปริมาณการกระจายตัวที่เกิดขึ้นบนสเปกตรัมการรับสัญญาณ:

${\displaystyle {\text{Modulation Spectrum Spread}}\approx 2(\mathrm {B} +1)f_{m}\sin(\delta t)}$

${\displaystyle {\text{Range}}=0.5C/\delta t}$

การถอดรหัสสัญญาณรับ (Receiver demodulation) ถูกนำมาใช้กับ FMCW ในลักษณะเดียวกับกลยุทธ์การถอดรหัสสัญญาณรับที่ใช้กับการบีบอัดพัลส์ (Pulse Compression) กระบวนการนี้เกิดขึ้นก่อนการประมวลผลการตรวจจับ Doppler CFARจำเป็นต้องใช้ดัชนีการมอดูเลชั่นขนาดใหญ่ด้วยเหตุผลทางปฏิบัติ

ระบบที่ใช้งานได้จริงจะใช้การแปลงฟูริเยร์แบบย้อนกลับ (Reverse FM) กับสัญญาณรับโดยใช้การประมวลผลสัญญาณดิจิทัลก่อนที่ จะใช้กระบวนการ แปลงฟูริเยร์แบบเร็ว (Fast Fourier Transform)เพื่อสร้างสเปกตรัม กระบวนการนี้จะทำซ้ำด้วยค่าการถอดรหัสสัญญาณที่แตกต่างกันหลายค่า จะหาช่วงความถี่ได้โดยการระบุสเปกตรัมรับที่มีความกว้างน้อยที่สุด

ระบบที่ใช้งานได้จริงยังประมวลผลตัวอย่างที่ได้รับสำหรับรอบ FM หลายรอบ เพื่อลดอิทธิพลของสิ่งแปลกปลอมที่เกิดจากการสุ่มตัวอย่าง

เรดาร์คลื่นต่อเนื่องมีรูปแบบเสาอากาศสองแบบ ได้แก่เรดาร์แบบโมโนสแตติกและเรดาร์แบบไบสแตติก

ในระบบเรดาร์ แบบโมโนสแตติกเสาอากาศรับสัญญาณเรดาร์จะอยู่ใกล้กับเสาอากาศส่งสัญญาณเรดาร์

โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องใช้ตัวกรองสัญญาณรบกวนแบบทะลุผ่าน ( Feed-through null ) เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ เพื่อเพิ่มความไวในการรับสัญญาณในระบบใช้งานจริง โดยทั่วไปจะใช้กับเครื่องรับเรดาร์แบบติดตามมุมคลื่นต่อเนื่อง (CWAT) ที่สามารถทำงานร่วมกับระบบ ขีปนาวุธพื้นสู่อากาศได้

ระบบคลื่นต่อเนื่องแบบไม่ต่อเนื่องสามารถใช้เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนระหว่างเสาอากาศส่งและรับได้ ระบบประเภทนี้โดยทั่วไปจะสุ่มตัวอย่างหนึ่งครั้งระหว่างพัลส์ส่งแต่ละคู่ และอัตราการสุ่มตัวอย่างโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 30 kHz หรือมากกว่านั้น เทคนิคนี้ใช้กับเรดาร์ราคาถูกที่สุด เช่น เรดาร์ที่ใช้ในการตรวจสอบการจราจรและกีฬา

เรดาร์ FM-CW สามารถสร้างได้โดยใช้เสาอากาศเพียงต้นเดียว โดยใช้ตัวหมุนเวียนสัญญาณ (circulator) หรือการโพลาไรซ์แบบวงกลม (circular polarization )

ในระบบเรดาร์ แบบไบสแตติก เสาอากาศรับสัญญาณเรดาร์จะอยู่ห่างจากเสาอากาศส่งสัญญาณเรดาร์มากตัวส่งสัญญาณมีราคาค่อนข้างสูง ในขณะที่ตัวรับสัญญาณมีราคาไม่แพงและสามารถทิ้งได้

ระบบนี้มักใช้กับระบบนำทางด้วยเรดาร์แบบกึ่งแอคทีฟ ซึ่งรวมถึงระบบ ขีปนาวุธพื้นสู่อากาศส่วนใหญ่เรดาร์ส่งสัญญาณมักตั้งอยู่ใกล้กับแท่นยิงขีปนาวุธ ส่วนเรดาร์รับสัญญาณจะอยู่ภายในตัวขีปนาวุธ

เสาอากาศส่งสัญญาณจะส่องสว่างเป้าหมายในลักษณะเดียวกับไฟฉายส่องสว่างนอกจากนี้ เสาอากาศส่งสัญญาณยังส่งตัวอย่างสัญญาณ แบบรอบทิศทาง อีกด้วย

เครื่องรับสัญญาณใช้เสาอากาศสองตัว – เสาอากาศตัวหนึ่งหันไปทางเป้าหมาย และอีกเสาอากาศหนึ่งหันไปทางเสาอากาศส่งสัญญาณ เสาอากาศรับสัญญาณที่หันไปทางเสาอากาศส่งสัญญาณนั้นใช้ในการสร้างจุด หักล้างสัญญาณ ( feed-through null ) ซึ่งช่วยให้เครื่องรับสัญญาณเป้าหมายทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในหรือใกล้กับลำแสงหลักของเสาอากาศ

คู่ตัวรับและตัวส่งสัญญาณ FM-CW แบบไบสแตติกอาจอยู่ในรูปแบบของระบบการลดความถี่แบบส่งทางอากาศ (OTAD) ก็ได้ เครื่องส่งสัญญาณ OTAD จะออกอากาศสัญญาณ FM-CW บนช่องความถี่สองช่องที่แตกต่างกัน ช่องหนึ่งสำหรับการซิงโครไนซ์ตัวรับกับเครื่องส่งสัญญาณ อีกช่องหนึ่งสำหรับการส่องสว่างฉากการวัด โดยใช้เสาอากาศแบบกำหนดทิศทาง ตัวรับสัญญาณ OTAD จะรวบรวมสัญญาณทั้งสองพร้อมกันและผสมสัญญาณซิงโครไนซ์กับสัญญาณสะท้อนที่แปลงความถี่ลงจากฉากการวัดในกระบวนการที่เรียกว่าการลดความถี่แบบส่งทางอากาศ ความถี่ของสัญญาณที่ลดความถี่แล้วจะเป็นสัดส่วนกับระยะไบสแตติกไปยังเป้าหมายลบด้วยระยะฐานระหว่างเครื่องส่งสัญญาณ OTAD และตัวรับสัญญาณ OTAD ^{[ 8 ]}

ระบบเรดาร์ FM-CW สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้เสาอากาศส่งสัญญาณหนึ่งต้นและเสาอากาศรับสัญญาณหลายต้น เนื่องจากตัวส่งสัญญาณทำงานอย่างต่อเนื่องที่ความถี่เดียวกับตัวรับสัญญาณ จึงต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยงการโอเวอร์โหลดวงจรรับสัญญาณ

เสาอากาศแบบโมโนพัลส์สร้างการวัดเชิงมุมโดยไม่ต้องใช้พัลส์หรือการมอดูเลชั่นอื่นใด เทคนิคนี้ใช้ในระบบค้นหาเป้าหมายด้วยเรดาร์แบบกึ่งแอคทีฟ

ในระบบจริง สัญญาณส่งจะรั่วไหลเข้าไปในตัวรับสัญญาณ การรั่วไหลที่สำคัญจะมาจากเสียงสะท้อนจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ แม้ว่าส่วนประกอบของเสาอากาศจะสมบูรณ์แบบก็ตาม จำเป็นต้องมีการลดการรั่วไหลมากถึง 120 เดซิเบลเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ยอมรับได้

สามารถใช้วิธีการสามวิธีในการสร้างระบบที่ใช้งานได้จริงและทำงานได้อย่างถูกต้อง

• โมฆะ
• กรอง
• การขัดจังหวะ

จำเป็นต้องใช้แนวทาง Null และ Filter กับเรดาร์แบบไบสแตติก เช่น เรดาร์นำทางแบบกึ่งแอคทีฟด้วยเหตุผลทางปฏิบัติ เนื่องจากคลื่นด้านข้างจากเรดาร์ส่องสว่างจะส่องสว่างสภาพแวดล้อมเพิ่มเติมจากคลื่นหลักที่ส่องสว่างเป้าหมาย ข้อจำกัดที่คล้ายกันนี้ใช้กับเรดาร์ CW ​​บนพื้นดินด้วย ซึ่งทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น

การขัดจังหวะใช้ได้กับระบบเรดาร์แบบโมโนสแตติกแบบพกพาราคาถูก (เช่น เรดาร์ของตำรวจและอุปกรณ์กีฬา) แต่ไม่สามารถนำไปใช้กับระบบไบสแตติกได้ เนื่องจากต้นทุนและความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการประสานเวลาด้วยความแม่นยำระดับนาโนวินาทีในสองตำแหน่งที่แตกต่างกัน

ข้อจำกัดด้านการออกแบบที่ผลักดันข้อกำหนดนี้คือ ข้อจำกัด ด้านช่วงไดนามิกของส่วนประกอบตัวรับสัญญาณที่ใช้งานได้จริง ซึ่งรวมถึงตัวกรองแบบแบนด์พาสที่ต้องใช้เวลาในการปรับตัวให้เข้าที่

Nullหรือที่รู้จักกันในชื่อ การยกเลิกสัญญาณ

วิธีการแบบ null ใช้สัญญาณสองตัว:

• ตัวอย่างสัญญาณส่งที่รั่วไหลเข้าไปในตัวรับสัญญาณ
• ตัวอย่างสัญญาณส่งจริง

สัญญาณส่งจริงจะถูกหมุน 180 องศา ลดทอน และส่งไปยังตัวรับสัญญาณ การเปลี่ยนแปลงเฟสและการลดทอนจะถูกตั้งค่าโดยใช้ข้อมูลป้อนกลับที่ได้รับจากตัวรับสัญญาณเพื่อหักล้างสัญญาณรบกวนส่วนใหญ่ การปรับปรุงโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 30 dB ถึง 70 dB

วิธีการกรองสัญญาณนี้อาศัยการใช้ตัวกรองแบบแถบความถี่แคบมากที่จะกำจัดสัญญาณความเร็วต่ำจากตัวสะท้อนสัญญาณที่อยู่ใกล้เคียง ช่วงความถี่ที่ถูกกรองจะครอบคลุมตั้งแต่ 10 ไมล์ต่อชั่วโมงถึง 100 ไมล์ต่อชั่วโมง ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่คาดการณ์ไว้ โดยทั่วไปแล้วจะได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นประมาณ 30 ถึง 70 เดซิเบล

แม้ว่าระบบคลื่นพาหะที่ถูกขัดจังหวะจะไม่ถือว่าเป็นระบบ CW แต่ลักษณะการทำงานก็มีความคล้ายคลึงกับระบบ CW ที่ถูกขัดจังหวะแบบกลุ่มที่มีเรดาร์ CW ​​บริสุทธิ์อย่างเพียงพอ เนื่องจากอัตราการส่งพัลส์สูงพอที่จะทำให้การวัดระยะทางไม่สามารถทำได้หากไม่มีการมอดูเลชั่นความถี่ (FM)

เทคนิคนี้จะปิดตัวส่งสัญญาณชั่วระยะเวลาหนึ่งก่อนที่การสุ่มตัวอย่างสัญญาณของตัวรับจะเริ่มต้นขึ้น สัญญาณรบกวนของตัวรับจะลดลงประมาณ 8.7 เดซิเบลต่อค่าคงที่เวลา การลดสัญญาณรั่วไหลลง 120 เดซิเบล ต้องใช้ค่าคงที่เวลาของแบนด์วิดท์การกู้คืน 14 ค่า ระหว่างช่วงเวลาที่ตัวส่งสัญญาณถูกปิดและช่วงเวลาที่การสุ่มตัวอย่างสัญญาณของตัวรับเริ่มต้นขึ้น

แนวคิดการขัดจังหวะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานเรดาร์ระยะไกลซึ่งความไวของตัวรับสัญญาณมีความสำคัญมาก โดยทั่วไปเรียกว่า "คลื่นต่อเนื่องขัดจังหวะแบบปรับความถี่" หรือ FMICW

เนื่องจากความเรียบง่าย เรดาร์ CW ​​จึงมีต้นทุนการผลิตต่ำ ค่อนข้างปราศจากข้อผิดพลาด บำรุงรักษาง่าย และทำงานได้โดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์ บางรุ่นมีขนาดเล็กพอที่จะพกพาในกระเป๋าได้ ระบบเรดาร์ CW ​​ที่ซับซ้อนกว่านั้นสามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำในระยะทางเกิน 100 กิโลเมตร พร้อมทั้งให้แสงสว่างแก่ขีปนาวุธได้ด้วย

สัญญาณ FMCW สามารถบีบอัดได้ ทำให้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงขึ้น จึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมเหมือนเรดาร์แบบพัลส์ที่ไม่ใช้การมอดูเลชั่น FM นอกจากนี้ การที่มันเป็นสัญญาณแบบโคherent ทำให้สามารถใช้การอินทิเกรตแบบฟูริเยร์แทนการอินทิเกรตแบบอะซิมุธได้ ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าในแง่ของอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนและการวัดแบบดอปเปลอร์

การประมวลผลแบบดอปเปลอร์ช่วยให้สามารถรวมสัญญาณระหว่างตัวอย่างรับสัญญาณที่ต่อเนื่องกันได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถเพิ่มจำนวนตัวอย่างเพื่อขยายระยะการตรวจจับโดยไม่ต้องเพิ่มกำลังส่ง เทคนิคนี้สามารถนำมาใช้ในการผลิตเรดาร์พลังงานต่ำที่ซ่อนเร้นและราคาไม่แพงได้

ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของ CW จึงคล้ายคลึงกับประสิทธิภาพของเรดาร์แบบพัลส์-ดอปเปลอร์

เรดาร์คลื่นต่อเนื่องแบบไม่ปรับความถี่ไม่สามารถวัดระยะทางได้ ความแรงของสัญญาณเป็นวิธีเดียวที่จะระบุได้ว่าวัตถุใดตรงกับการวัดความเร็วใดเมื่อมีวัตถุเคลื่อนที่มากกว่าหนึ่งชิ้นอยู่ใกล้ตัวรับสัญญาณ แต่ข้อมูลความแรงของสัญญาณนั้นไม่มีประโยชน์หากไม่มีการวัดระยะทางเพื่อประเมินขนาดของเป้าหมาย วัตถุเคลื่อนที่ได้แก่ นกที่บินอยู่ใกล้กับวัตถุที่อยู่ด้านหน้าเสาอากาศ การสะท้อนจากวัตถุขนาดเล็กที่อยู่ด้านหน้าตัวรับสัญญาณโดยตรงอาจถูกบดบังด้วยการสะท้อนที่เข้าสู่ส่วนข้างของเสาอากาศจากวัตถุขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านข้าง ด้านบน หรือด้านหลังเรดาร์ เช่น ต้นไม้ที่มีลมพัดผ่านใบไม้ หญ้าสูง ผิวน้ำทะเล รถไฟบรรทุกสินค้า รถโดยสาร รถบรรทุก และเครื่องบิน

ระบบเรดาร์ขนาดเล็กที่ไม่มีการปรับระยะทางจะเชื่อถือได้ก็ต่อเมื่อใช้กับวัตถุเพียงชิ้นเดียวในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากพืชพรรณ เครื่องบิน นก ปรากฏการณ์ทางสภาพอากาศ และยานพาหนะอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง

ด้วยสัญญาณรบกวนด้านข้างของเสาอากาศ 20 เดซิเบล รถบรรทุกหรือต้นไม้ที่มีพื้นที่สะท้อนแสง 1,000 ตารางฟุตอยู่ด้านหลังเสาอากาศ สามารถสร้างสัญญาณที่แรงเท่ากับรถยนต์ที่มีพื้นที่สะท้อนแสง 10 ตารางฟุตอยู่ด้านหน้าเสาอากาศขนาดเล็กแบบพกพา จำเป็นต้องมีการสำรวจพื้นที่เพื่อตรวจสอบว่าอุปกรณ์พกพาจะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือหรือไม่ เนื่องจากปริมาณการจราจรบนท้องถนนและต้นไม้ที่อยู่ด้านหลังผู้ใช้งานซึ่งมองไม่เห็น อาจรบกวนการสังเกตการณ์ที่อยู่ด้านหน้าผู้ใช้งานได้

นี่เป็นปัญหาทั่วไปของปืนวัดความเร็วเรดาร์ที่ใช้โดยเจ้าหน้าที่บังคับใช้กฎหมาย งาน NASCAR และกีฬาต่างๆ เช่น เบสบอล กอล์ฟ และเทนนิส การรบกวนจากเรดาร์ตัวที่สอง การจุดระเบิดของรถยนต์ วัตถุเคลื่อนที่อื่นๆ ใบพัดพัดลมที่เคลื่อนที่บนเป้าหมายที่ต้องการ และแหล่งกำเนิดความถี่วิทยุอื่นๆ จะทำให้การวัดผิดเพี้ยน ระบบเหล่านี้มีข้อจำกัดด้านความยาวคลื่น ซึ่งอยู่ที่ 0.02 เมตรที่ย่านความถี่ Kuดังนั้นการกระจายลำแสงจะเกิน 45 องศาหากเสาอากาศมีขนาดเล็กกว่า 12 นิ้ว (0.3 เมตร) กลีบข้างของเสาอากาศที่สำคัญจะแผ่ขยายออกไปในทุกทิศทาง เว้นแต่เสาอากาศจะมีขนาดใหญ่กว่ายานพาหนะที่ติดตั้งเรดาร์^{[ 9 ]}

การลดสัญญาณรบกวนด้านข้างและการปรับช่วงความถี่แบบ FM เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ หากไม่มีการลดสัญญาณรบกวนด้านข้าง ก็ไม่สามารถทราบทิศทางของสัญญาณที่เข้ามาได้ ซึ่งต้องใช้เสาอากาศสองตัวขึ้นไป โดยแต่ละตัวมีตัวรับสัญญาณแยกต่างหาก และหากไม่มีการปรับช่วงความถี่แบบ FM ก็ไม่สามารถทราบระยะทางได้เช่นกัน

ความเร็ว ทิศทาง และระยะทาง ล้วนเป็นสิ่งจำเป็นในการระบุตำแหน่งของวัตถุแต่ละชิ้น

ข้อจำกัดเหล่านี้เกิดจากข้อจำกัดที่เป็นที่รู้จักกันดีของหลักฟิสิกส์พื้นฐาน ซึ่งไม่สามารถเอาชนะได้ด้วยการออกแบบ

• เรดาร์ดอปเปลอร์  – อุปกรณ์เรดาร์ชนิดหนึ่ง
• เรดาร์แบบพัลส์-ดอปเปลอร์  – ประเภทหนึ่งของระบบเรดาร์

• ลัค, เดวิด จีซี, เรดาร์แบบปรับความถี่ , จัดพิมพ์โดย แมคกรอว์-ฮิลล์, นิวยอร์กซิตี้ , 1949, 466 หน้า
• สติมสัน, จอร์จ ดับเบิลยู. บทนำเกี่ยวกับเรดาร์บนเครื่องบิน , ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2, สำนักพิมพ์ SciTech, 584 หน้า
• Jesse Zheng (2005). การวัดการแทรกสอดแบบคลื่นต่อเนื่องที่ปรับความถี่ด้วยแสง (FMCW)สปริงเกอร์ISBN 978-0387230092.

• การประดิษฐ์และการใช้เครื่องจักรที่ค่อนข้างทันสมัย