Doppler Navigation System Efeito Doppler Radar Doppler Ângulo
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Doppler Navigation System Efeito Doppler Radar Doppler Ângulo
Doppler Navigation System Efeito Doppler Radar Doppler Ângulo de depressão Medição da deriva Configuração da antena Estabilização Navegação sobre o mar Doppler Navigation System Christian Johann Doppler • Nasceu em 29 Nov 1803 em Salzburg, Austria • Morreu em 17 Mar 1853 em Veneza, Itália Doppler Navigation System Christian Johann Doppler Christian Doppler foi educado em Viena e tornou-se professor experimental de física na Universidade de Viena em 1850. Doppler é mais conhecido pelo seu príncipio da mudança aparente de frequências devido a um movimento relativo entre um emissor e um receptor. Estabeleceu este princípio em 1842 a trabalhar em Praga. Doppler Navigation System Efeito de Doppler O efeito de Doppler consiste na mudança aparente da frequência de um sinal emitido, detectada pelo receptor, quando varia a distância entre o emissor e o receptor (aumento ou redução). Doppler Navigation System Efeito de Doppler Doppler é a mudança aparente do comprimento de onda ou da frequência (wavelength) de uma onda electromagnética ou acústica, quando existe movimento relativo entre o emissor (ou origem da frequência) e o receptor. Efeito Doppler (Doppler Shift) Vf fd = c fD f V = C O quociente das frequências é igual ao quociente das velocidades Doppler Navigation System Doppler Navigation System Quando há aproximação, de R em relação a T, o tempo diminui, observando-se um aumento na frequência recebida; logo um fd positivo Quando há afastamento, de R em relação a T, o tempo aumenta, observando-se uma redução na frequência recebida; logo um fd negativo Doppler Navigation System Explicação do efeito de Doppler Por que é que o som de um automóvel parece baixo (grave) quando está longe, e alto (agudo) quando este se aproxima? O sinal é reflectido a 520HZ O sinal é transmitido a 500Hz O sinal é recebido a 510Hz Doppler Navigation System Explicação do efeito de Doppler Conforme o carro e a buzina se movem em sua direcção, há o avanço do som - as ondas sonoras juntam-se. É o que faz o som ficar “mais alto”. Doppler Navigation System Explicação do efeito Doppler Conforme o carro se distancia, o som dispersa-se. Isto faz com que pareça “mais baixo”. Doppler Navigation System Efeito Doppler Doppler Navigation System Efeito Doppler A alteração do tom da buzina deve-se à variação da frequência do sinal recebido. A causa é o movimento relativo entre o emissor e o receptor, já que o sinal emitido se mantém constante. Doppler Navigation System Efeito Doppler A variação de frequência do sinal emitido processa-se a uma razão que é proporcional à velocidade do emissor em relação ao receptor. Este facto leva a que seja possível fazer corresponder a cada alteração de frequência uma correcta e determinada velocidade. Vf fd = c fD f V = C Doppler Navigation System Efeito Doppler Sabendo que uma onda se propaga a uma velocidade constante após ser emitida, se o ponto de emissão do sinal se deslocar num determinado sentido fará com que o seu comprimento de onda, nesse mesmo sentido, seja comprimido, enquanto que no sentido oposto se dará um aumento do comprimento de onda. Doppler Navigation System Efeito Doppler Frequência constante ondas de som vindas de uma fonte estacionária Doppler Navigation System Efeito Doppler Frequência constante ondas de som vindas de uma fonte em movimento Doppler Navigation System RADAR DOPPLER Se as aeronaves possuirem um radar que “ilumine” a superfície sobre a qual estamos a voar, receberão uma frequência alterada de um valor que é proporcional à velocidade da aeronave. Doppler Navigation System RADAR DOPPLER VT a Vx Vx = VT cos a P Doppler Navigation System RADAR DOPPLER Esta emissão é feita para a frente ou para trás com um determinado ângulo em relação à trajectória da aeronave, conhecido por ângulo de depressão. Doppler Navigation System RADAR DOPPLER A velocidade encontrada, pelo efeito de Doppler, é a velocidade Vx segundo a linha de acção emissor-receptor, ou seja, aeronave-ponto P, que não se deve confundir com a velocidade terreno (VT) da aeronave. VT a Vx P Vx = VT cos a Doppler Navigation System RADAR DOPPLER O radar, ao iluminar a superfície sobre a qual se desloca, recebe a bordo uma frequência alterada de um valor que será proporcional à velocidade que anima a aeronave. VT a P Vx Vx = VT cos a Doppler Navigation System RADAR DOPPLER Faz-se a emissão do sinal através de um feixe que atinge a superfície fixa da Terra (ponto P), de modo a ser reflectido e captado pela mesma aeronave. VT a P Vx Vx = VT cos a Doppler Navigation System RADAR DOPPLER ÂNGULO DE DEPRESSÃO Quanto maior fôr o ângulo de depressão menor será o desvio doppler detectado. Como a precisão da medição da VT é tanto maior quanto maior fôr o desvio doppler, haverá a tentação de aumentar este, diminuindo o ângulo de depressão. Dimuindo o ângulo de depressão, diminuir-se-á também a quantidade de energia devolvida ao radar. Doppler Navigation System RADAR DOPPLER ÂNGULO DE DEPRESSÃO Do compromisso anterior resultou a adopção de um ângulo de emissão entre 60º e 70º. Existem dois tipos de sistemas de Doppler em uso: • antena de três feixes, • antena de quatro feixes, com estabilização em: • pranchamento, • guinada, • picada. Doppler Navigation System RADAR DOPPLER Quanto maior é a frequência de trabalho do sistema Doppler, mais sensível ele é na conversão das variações de frequência em VT e DER. Quanto maior é a frequência de trabalho, menor é a energia de retorno recebida, devido a absorção e reflexão. O compromisso encontrado resultou na adopçãp da banda SHF, nas frequências entre os 8,8 e os 13,3 GHz. A sensibilidade e a eficiência do sistema também beneficia do estreitamento dos feixes. São utilizados feixes com largura entre 1º e 5º. Doppler Navigation System RADAR DOPPLER Há a necessidade de se encontrar um compromisso entre o desvio máximo de frequência com uma reflectividade mínima e o mínimo de desvio de frequência com a máxima reflectividade. Consideram-se três tipos de superfície diferentes : • Terra • Mar agitado • Mar calmo Doppler Navigation System MEDIÇÃO DA DERIVA Como referido, a velocidade medida pelo RADAR DOPPLER corresponde à velocidade terreno da aeronave, ou seja, a sua velocidade, tendo tido em conta o efeito do vento, consequentemente, a deriva. O computador associado ao RADAR recebe a informação de rumo dos instrumentos de navegação da aeronave e é sobre esse rumo que irá assinalar a deslocação da mesma. Este cálculo só estará correcto se a deriva fôr nula. Doppler Navigation System MEDIÇÃO DA DERIVA Recorre-se à emissão de dois feixes que são emitidos com uma abertura conhecida, em relação ao eixo longitudinal da aeronave, para ser determinada a DERIVA. Doppler Navigation System MEDIÇÃO DA DERIVA Se houver deriva, as componentes Doppler esquerda e direita serão diferentes, o que tornará complexo o método de cálculo da deriva. A solução encontrada faz com que a antena, emitindo igualmente os dois feixes, rode no plano horizontal de modo a procurar igualar as componentes Doppler direita e esquerda. Doppler Navigation System MEDIÇÃO DA DERIVA Dado que a aeronave conhece o rumo, a deriva pode ser imediatamente determinada pela simples diferença entre o seu rumo e a direcção da rota. Doppler Navigation System CONFIGURAÇÃO DA ANTENA A maior parte dos sistemas de RADAR DOPPLER utilizam uma antena que emite quatro feixes - JANUS. Os quatro feixes são emitidos aos pares frente direita/atrás e frente esquerda/atrás. Doppler Navigation System NAVEGAÇÃO SOBRE O MAR O funcionamento do RADAR DOPPLER pode ser gravemente afectado quando em funcionamento sobre o mar. Se o mar estiver calmo, a dispersão do sinal que sobre ele incide poderá ser fraca, visto que o feixe é reflectido para o espaço e a energia devolvida ao RADAR é insuficiente para efectuar a medição da frequência DOPPLER. Doppler Navigation System NAVEGAÇÃO SOBRE O MAR Deverá ser aumentado o ângulo de depressão e a medição passará a ser feita apenas sobre os feixes emitidos para a frente. Nestas circunstâncias, a medição da deriva não será afectada, mas a da VT será feita com erro. Outro efeito que afecta a medição sobre o mar é induzido pelos movimentos da própria água resultantes das correntes, das marés ou do deslocamento devido ao vento de superfície Doppler Navigation System DOPPLER Sistema de navegação: • autónomo. • activo. • de cobertura global. • Precisão de 0,3% (VT e DER), 95% do tempo Doppler Navigation System
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