Pulse-Doppler signal processing
پلس ڈوپلر سگنل پروسیسنگ ایک ریڈار اور سی ای یو ایس کی کارکردگی بڑھانے کی حکمت عملی ہے جو چھوٹی تیز رفتار اشیاء کو بڑی سست حرکت پذیر اشیاء کے قریب سے پتہ لگانے کی اجازت دیتی ہے۔ 1,000,000:1 کی ترتیب پر پتہ لگانے میں بہتری عام ہے۔ چھوٹی تیزی سے حرکت کرنے والی اشیاء کو علاقے کے قریب، سمندر کی سطح کے قریب اور اندر کے طوفانوں سے پہچانا جا سکتا ہے۔ سگنل پروسیسنگ کی یہ حکمت عملی پلس ڈوپلر ریڈار اور ملٹی موڈ ریڈار میں استعمال ہوتی ہے، جس کے بعد کمپیوٹر سافٹ ویئر اور آپریٹرز کو زبردست کیے بغیر بڑی تعداد میں سست رفتار سے چلنے والے ریفلیکٹر والے علاقوں کی طرف اشارہ کیا جا سکتا ہے۔ سگنل پروسیسنگ کی دیگر حکمت عملی، جیسے ہدف کے اشارے کو منتقل کرنا، صاف نیلے آسمان کے ماحول کے لیے زیادہ موزوں ہیں۔ یہ ڈوپلر الٹراسونگرافی میں خون کے بہاؤ کی پیمائش کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے۔ انوائرمنٹ پلس ڈوپلر اینٹینا یا ٹرانسڈیوسر کے ذریعے منتقل ہونے والی مربوط دالوں سے شروع ہوتا ہے۔ ٹرانسمیٹ پلس پر کوئی ماڈیولیشن نہیں ہے۔ ہر نبض ایک کامل مربوط سر کا بالکل صاف ٹکڑا ہے۔ مربوط لہجہ مقامی آسکیلیٹر کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے۔ اینٹینا اور ریفلیکٹر کے درمیان درجنوں ٹرانسمیٹ پلسز ہو سکتے ہیں۔ معاندانہ ماحول میں، آہستہ چلنے والی یا مستحکم اشیاء سے لاکھوں دیگر عکاسی ہو سکتی ہیں۔ منتقل شدہ دالوں کو نبض کی تکرار کی تعدد پر بھیجا جاتا ہے۔ منتقل شدہ دالوں سے توانائی خلا میں اس وقت تک پھیلتی ہے جب تک کہ وہ ریفلیکٹرز کے ذریعے متاثر نہ ہو جائیں۔ یہ خلل حرکت کی وجہ سے فیز ماڈیولیشن کے ساتھ ساتھ کچھ ٹرانسمیٹ توانائی کو ریڈار اینٹینا یا ٹرانسڈیوسر میں واپس جھلکنے کا سبب بنتا ہے۔ وہی ٹون جو ٹرانسمیٹ دالوں کو پیدا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے موصولہ سگنلز کو بیس بینڈ میں تبدیل کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جاتا ہے۔ عکاسی شدہ توانائی جسے بیس بینڈ میں تبدیل کر دیا گیا ہے اس کا نمونہ لیا جاتا ہے۔ نمونے لینا ہر منتقل شدہ نبض کے بجھ جانے کے بعد شروع ہوتا ہے۔ یہ ٹرانسمیٹر کا پرسکون مرحلہ ہے۔ پرسکون مرحلے کو مساوی فاصلے والے نمونے کے وقفوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔ نمونے اس وقت تک جمع کیے جاتے ہیں جب تک کہ ریڈار ایک اور ٹرانسمیٹ پلس کو فائر کرنا شروع نہ کر دے۔ ہر نمونے کی نبض کی چوڑائی ٹرانسمیٹ پلس کی نبض کی چوڑائی سے میل کھاتی ہے۔ پلس ڈوپلر فلٹر میں ان پٹ کے طور پر کام کرنے کے لیے کافی نمونے لیے جانے چاہئیں۔ نمونے لینا مقامی آسکیلیٹر کو دو اشاروں میں تقسیم کیا جاتا ہے جو 90 ڈگری سے آفسیٹ ہوتے ہیں، اور ہر ایک کو موصولہ اشارے کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔ یہ اختلاط I (t) اور Q (t) پیدا کرتا ہے۔ پلس-ڈوپلر آپریشن کے لیے ٹرانسمیٹ سگنل کی فیز کوہیرینس اہم ہے۔ خاکہ میں، سب سے اوپر I/Q میں لہر کے محاذ کے مراحل دکھاتا ہے۔ اس خاکہ میں دکھائی گئی ہر ڈسک ایک سے زیادہ منتقل شدہ دالوں سے لیے گئے ایک نمونے کی نمائندگی کرتی ہے، یعنی۔ اسی نمونے کو ترسیل کی مدت (1/پی آر ایف) کے ذریعہ آفسیٹ کیا جاتا ہے۔ یہ مبہم رینج ہے۔ ہر نمونہ ایک جیسا ہوگا لیکن دکھایا گیا ہے ان کے پیچھے ایک یا زیادہ نبض کی چوڑائی کی وجہ سے تاخیر ہوگی۔ ہر نمونے میں سگنلز متعدد حدود میں عکاسی سے آنے والے سگنلز پر مشتمل ہوتے ہیں۔ خاکہ گھڑی کی مخالف سمت میں سرپل دکھاتا ہے، جو ان باؤنڈ حرکت سے مطابقت رکھتا ہے۔ یہ اپ ڈوپلر ہے۔ ڈاؤن ڈوپلر گھڑی کی سمت سرپل پیدا کرے گا۔ ڈیجیٹل نمونے لینے کا عمل فلٹرز میں بجنے کا سبب بنتا ہے جو آہستہ چلنے والی اشیاء سے عکاسی شدہ سگنلز کو ہٹانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ نمونے لینے سے فریکوئنسی سائڈلوبز پیدا ہوتے ہیں جو ایک خالص ٹون والے ان پٹ کے لیے حقیقی سگنل سے متصل ہوتے ہیں۔ ونڈونگ نمونے لینے کے عمل سے متاثر ہونے والے سائیڈلوبس کو دباتا ہے۔ ونڈو ان نمونوں کی تعداد ہے جو فلٹر میں ان پٹ کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ ونڈو کا عمل پیچیدہ مستقل کا ایک سلسلہ لیتا ہے اور نمونے کو فلٹر پر لگانے سے پہلے ہر نمونے کو اس کے متعلقہ ونڈو مستقل سے ضرب دیتا ہے۔ ڈولف-چیبیچیو ونڈو کی تفصیلی وضاحت زیادہ سے زیادہ پروسیسنگ سائیڈلوب دبانے کو فراہم کرتی ہے۔ پلس ڈوپلر سگنل پروسیسنگ کو فلٹر کرنا عکاسی شدہ سگنلز کو متعدد فریکوئنسی فلٹرز میں الگ کرتا ہے۔ ہر مبہم رینج کے لیے فلٹرز کا ایک الگ سیٹ ہوتا ہے۔ فلٹرنگ کا عمل شروع کرنے کے لیے اوپر بیان کردہ I اور Q نمونے استعمال کیے جاتے ہیں۔ ان نمونوں کو وقت کے ڈومین نمونوں کے m × n میٹرکس میں منظم کیا جاتا ہے جو خاکہ کے اوپری نصف حصے میں دکھائے گئے ہیں۔ ٹائم ڈومین کے نمونوں کو ڈیجیٹل فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے فریکوئنسی ڈومین میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ اس میں عام طور پر فاسٹ فورئیر ٹرانسفارم (ایف ایف ٹی) شامل ہوتا ہے۔ سگنل پروسیسنگ کے دوران سائیڈ لوبز تیار کیے جاتے ہیں اور غلط الارم کو کم کرنے کے لیے سائیڈ لوب دبانے کی حکمت عملی، جیسے ڈولف چیبیشیف ونڈو فنکشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ نمونہ 1 نمونے کی مدت سے لیے گئے تمام نمونے فلٹرز کے پہلے سیٹ میں ان پٹ بناتے ہیں۔ یہ پہلا مبہم رینج وقفہ ہے۔ نمونہ 2 نمونے کی مدت سے لیے گئے تمام نمونے فلٹرز کے دوسرے سیٹ میں ان پٹ بناتے ہیں۔ یہ دوسرا مبہم رینج وقفہ ہے۔ یہ اس وقت تک جاری رہتا ہے جب تک کہ نمونے این نمونے کی مدت سے لیے گئے نمونے فلٹرز کے آخری سیٹ میں ان پٹ نہیں بن جاتے۔ یہ سب سے زیادہ مبہم رینج کا وقفہ ہے۔ نتیجہ یہ ہے کہ ہر مبہم رینج اس رینج میں موجود تمام ڈوپلر فریکوئنسیز کے مطابق ایک علیحدہ سپیکٹرم تیار کرے گی۔ ڈیجیٹل فلٹر نمونے لینے کے لیے استعمال ہونے والی منتقل شدہ دالوں کی تعداد کے برابر فریکوئنسی آؤٹ پٹ پیدا کرتا ہے۔ 1024 فریکوئنسی آؤٹ پٹس کے ساتھ ایک ایف ایف ٹی کی تیاری کے لیے ان پٹ کے لیے 1024 ٹرانسمیٹ دالوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ پلس-ڈوپلر کے لیے ڈٹیکشن ڈیٹیکشن پروسیسنگ رینج کے نمونوں میں سے کسی ایک سے ایف ایف ٹی آؤٹ پٹ کے مطابق ایک مبہم رینج اور مبہم رفتار پیدا کرتی ہے۔ عکاسی مختلف تعدد کے مطابق فلٹرز میں آتی ہے جو موسمی رجحان، خطہ اور ہوائی جہاز کو ہر رینج پر مختلف رفتار والے علاقوں میں الگ کرتی ہے۔ سگنل کا پتہ لگانے کے طور پر اہل ہونے سے پہلے بیک وقت متعدد معیارات کی ضرورت ہوتی ہے۔ سگنلز کا پتہ لگانے کے لیے ہر ایف ایف ٹی آؤٹ پٹ کی جانچ کرنے کے لیے مسلسل فالس الارم ریٹ پروسیسنگ کا استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ ایک انکولی عمل ہے جو پس منظر کے شور اور ماحولیاتی اثرات کو خود بخود ایڈجسٹ کرتا ہے۔ جانچ کے تحت ایک خلیہ ہوتا ہے، جہاں آس پاس کے خلیات کو ایک ساتھ شامل کیا جاتا ہے، ایک مستقل سے ضرب دی جاتی ہے، اور ایک حد قائم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ پتہ لگانے کے آس پاس کے علاقے کی جانچ پڑتال کی جاتی ہے تاکہ اس بات کا تعین کیا جا سکے کہ ڈھلوان کی علامت کب سے بدلتی ہے، جو پتہ لگانے کا مقام ہے (مقامی زیادہ سے زیادہ)۔ ایک واحد مبہم رینج کے لیے پتہ لگانے کو نزولی طول و عرض کی ترتیب میں ترتیب دیا جاتا ہے۔ پتہ لگانے میں صرف ان رفتاروں کا احاطہ کیا جاتا ہے جو رفتار مسترد کرنے کی ترتیب سے تجاوز کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر، اگر رفتار کو مسترد کر کے 75 میل فی گھنٹہ مقرر کیا جاتا ہے، تو گرج چمک کے اندر 50 میل فی گھنٹہ کی رفتار سے چلنے والے اولے کا پتہ نہیں چلے گا، لیکن 100 میل فی گھنٹہ کی رفتار سے چلنے والے ہوائی جہاز کا پتہ چل جائے گا۔ مونو پلس ریڈار کے لیے، سگنل پروسیسنگ مین لوب اور سائیڈلوب بلینکنگ چینلز کے لیے یکساں ہے۔ یہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ آیا آبجیکٹ کا مقام مرکزی لوب میں ہے یا یہ اینٹینا بیم کے اوپر، نیچے، بائیں یا دائیں طرف آفسیٹ ہے۔ وہ اشارے جو ان تمام معیارات کو پورا کرتے ہیں وہ شناخت ہیں۔ ان کو نزولی طول و عرض (سب سے بڑا سے سب سے چھوٹا) کی ترتیب میں ترتیب دیا جاتا ہے۔ ہدف کی عکاسی کی حقیقی حد اور رفتار کی شناخت کے لیے ترتیب شدہ پتہ لگانے پر رینج ابہام ریزولوشن الگورتھم کے ساتھ کارروائی کی جاتی ہے۔ مبہم ریزولوشن پلس ڈوپلر ریڈار میں ریڈار اور ریفلیکٹر کے درمیان 50 یا اس سے زیادہ پلس ہو سکتے ہیں۔ پلس ڈوپلر تقریبا 3 کلو ہرٹز سے 30 کلو ہرٹز تک میڈیم پلس ریپیٹیشن فریکوئنسی (پی آر ایف) پر انحصار کرتا ہے۔ ہر منتقل شدہ نبض کو 5 کلومیٹر سے 50 کلومیٹر کے فاصلے سے الگ کیا جاتا ہے۔ ہدف کی رینج اور رفتار کو نمونے لینے کے عمل سے پیدا ہونے والے ماڈیولو آپریشن کے ذریعے جوڑ دیا جاتا ہے۔ حقیقی حد ابہام کے حل کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے پائی جاتی ہے۔ مبہم پن کے حل کے عمل کی وضاحت متعدد پی آر ایف سے موصولہ اشاروں کا موازنہ رینج مبہم پن کے حل کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ رینج ابہام حل کے عمل کی وضاحت موصولہ اشاروں کا موازنہ تعدد ابہام حل کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے بھی کیا جاتا ہے۔ تعدد ابہام حل کے عمل کی وضاحت لاک ریفلیکٹر کی رفتار کا تعین مختصر وقت میں ریفلیکٹر کی حد میں تبدیلی کی پیمائش کرکے کیا جاتا ہے۔ رینج میں اس تبدیلی کو رفتار کا تعین کرنے کے لیے ٹائم اسپین سے تقسیم کیا جاتا ہے۔ رفتار کا پتہ لگانے کے لیے ڈوپلر فریکوئنسی کا استعمال کرتے ہوئے بھی پایا جاتا ہے۔ دونوں کو گھٹا دیا جاتا ہے، اور فرق کو مختصر طور پر اوسط کیا جاتا ہے۔ اگر اوسط فرق حد سے نیچے آتا ہے، تو سگنل لاک ہوتا ہے۔ لاک کا مطلب ہے کہ سگنل نیوٹنین میکانکس کی اطاعت کرتا ہے۔ درست ریفلیکٹر ایک تالا تیار کرتے ہیں۔ غلط سگنلز نہیں ہوتے ہیں۔ غلط عکاسی میں ہیلی کاپٹر بلیڈ جیسی چیزیں شامل ہیں، جہاں ڈوپلر اس رفتار سے مطابقت نہیں رکھتا ہے جو گاڑی ہوا میں چل رہی ہے۔ غیر قانونی اشاروں میں ٹرانسمیٹر سے الگ ذرائع کے ذریعہ بنائے گئے مائکروویوز شامل ہیں، جیسے ریڈار جامنگ اور دھوکہ دہی۔ وہ ریفلیکٹر جو لاک سگنل پیدا نہیں کرتے ہیں انہیں روایتی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے ٹریک نہیں کیا جا سکتا۔ اس کا مطلب ہے کہ ہیلی کاپٹروں جیسی اشیاء کے لیے فیڈ بیک لوپ کو کھولنا ضروری ہے کیونکہ گاڑی کا مرکزی حصہ مسترد ہونے کی رفتار سے نیچے ہو سکتا ہے (صرف بلیڈ نظر آتے ہیں)۔ ٹریک کرنے کی منتقلی ان پتہ لگانے کے لیے خودکار ہوتی ہے جو لاک پیدا کرتے ہیں۔ ٹریک کرنے کی منتقلی عام طور پر غیر نیوٹنین سگنل ذرائع کے لیے دستی ہوتی ہے، لیکن اضافی سگنل پروسیسنگ کو عمل کو خودکار بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ٹریک ڈیٹا تیار کرنے کے لیے سگنل سورس کے آس پاس ڈوپلر ویلیوٹی فیڈ بیک کو غیر فعال کیا جانا چاہیے۔ ٹریک ٹریک موڈ اس وقت شروع ہوتا ہے جب کسی مخصوص مقام پر پتہ لگایا جاتا ہے۔ ٹریک کے دوران، ریفلیکٹر کی XYZ پوزیشن کا تعین کارٹیزین کوآرڈینیٹ سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے، اور ریفلیکٹر کی XYZ رفتار کو مستقبل کی پوزیشن کی پیش گوئی کے لیے ماپا جاتا ہے۔ یہ کالمان فلٹر کے آپریشن سے ملتا جلتا ہے۔ اینٹینا کے لیے ہر نئے ہدف نقطہ کا تعین کرنے کے لیے XYZ کی رفتار کو اسکین کے درمیان کے وقت سے ضرب دی جاتی ہے۔ ریڈار پولر کوآرڈینیٹ سسٹم کا استعمال کرتا ہے۔ ٹریک پوزیشن کا استعمال مستقبل میں اینٹینا پوزیشن کے لیے بائیں دائیں اور اوپر نیچے کے ہدف کے نقطہ کا تعین کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ اینٹینا کا مقصد اس پوزیشن پر ہونا چاہیے جو ہدف کو زیادہ سے زیادہ توانائی سے پینٹ کرے اور اس کے پیچھے نہ گھسیٹے، بصورت دیگر ریڈار کم موثر ہوگا۔ عکاسی کرنے والے کے لیے تخمینہ شدہ فاصلے کا موازنہ ناپی گئی دوری سے کیا جاتا ہے۔ فرق فاصلہ کی غلطی ہے۔ فاصلاتی غلطی ایک فیڈ بیک سگنل ہے جو ٹریک ڈیٹا کے لیے پوزیشن اور رفتار کی معلومات کو درست کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ڈوپلر فریکوئنسی فیز لاکڈ لوپ میں استعمال ہونے والے فیڈ بیک کی طرح ایک اضافی فیڈ بیک سگنل فراہم کرتی ہے۔ یہ پوزیشن اور رفتار کی معلومات کی درستگی اور وشوسنییتا کو بہتر بناتا ہے۔ ریفلیکٹر کے ذریعے واپس آنے والے سگنل کے طول و عرض اور مرحلے کو ٹریک کے دوران مونو پلس ریڈار تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے پروسیس کیا جاتا ہے۔ یہ اینٹینا پوائنٹنگ پوزیشن اور آبجیکٹ کی پوزیشن کے درمیان آفسیٹ کی پیمائش کرتا ہے۔ اسے اینگل ایرر کہا جاتا ہے۔ ہر علیحدہ آبجیکٹ کی اپنی آزاد ٹریک کی معلومات ہونی چاہیے۔ اسے ٹریک ہسٹری کہا جاتا ہے، اور یہ مختصر وقت کے لیے آگے بڑھتا ہے۔ یہ ہوا سے چلنے والی اشیاء کے لیے ایک گھنٹے تک کا وقت ہو سکتا ہے۔ پانی کے اندر موجود اشیاء کے لیے وقت کی مدت ایک ہفتہ یا اس سے زیادہ پیچھے بڑھ سکتی ہے۔ وہ ٹریک جہاں آبجیکٹ کا پتہ لگاتا ہے، فعال ٹریک کہلاتے ہیں۔ ٹریک کو کسی بھی شناخت کی عدم موجودگی میں مختصر طور پر جاری رکھا جاتا ہے۔ جن راستوں کا کوئی پتہ نہیں ہے وہ ساحلی پٹریاں ہیں۔ رفتار کی معلومات اینٹینا کے اہداف کی پوزیشنوں کا اندازہ لگانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ انہیں مختصر مدت کے بعد گرا دیا جاتا ہے۔ ہر ٹریک میں آس پاس کی گرفت کا حجم ہوتا ہے، جو تقریبا فٹ بال کی شکل کا ہوتا ہے۔ کیپچر حجم کا رداس تقریبا اتنا فاصلہ ہے جتنا تیز ترین پتہ لگانے والی گاڑی اس حجم کے مسلسل اسکینوں کے درمیان طے کر سکتی ہے، جس کا تعین پلس ڈوپلر ریڈار میں رسیور بینڈ پاس فلٹر کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ نئے ٹریک جو ساحلی ٹریک کے کیپچر حجم کے اندر آتے ہیں، قریبی ساحلی ٹریک کی ٹریک ہسٹری سے منسلک ہوتے ہیں۔ اگر پوزیشن اور رفتار مطابقت رکھتی ہے، تو ساحلی ٹریک کی تاریخ کو نئے ٹریک کے ساتھ جوڑا جاتا ہے۔ اسے جوائن ٹریک کہا جاتا ہے۔ ایک فعال ٹریک کے کیپچر حجم کے اندر ایک نیا ٹریک اسپلٹ ٹریک کہلاتا ہے۔ پلس-ڈوپلر ٹریک کی معلومات میں آبجیکٹ ایریا، ایررز، ایکسلریشن، اور لاک اسٹیٹ شامل ہیں، جو فیصلہ منطق کا حصہ ہیں جن میں جوائن ٹریکس اور اسپلٹ ٹریکس شامل ہیں۔ دیگر حکمت عملیاں ان اشیاء کے لیے استعمال کی جاتی ہیں جو نیوٹنین طبیعیات کو مطمئن نہیں کرتی ہیں۔ صارفین کو عام طور پر کئی ڈسپلے پیش کیے جاتے ہیں جو ٹریک ڈیٹا اور خام پتہ لگانے والے سگنلز سے معلومات دکھاتے ہیں۔ پلان پوزیشن انڈیکیٹر نئے ٹریکس، اسپلٹ ٹریکس، اور جوائن ٹریکس کے لیے اسکرولنگ نوٹیفیکیشنز رینج ایمپلیٹیوڈ ڈسپلے رینج اونچائی انڈیکیٹر اینگل ایرر ڈسپلے پلان پوزیشن انڈیکیٹر اور اسکرولنگ نوٹیفیکیشنز خودکار ہیں اور انہیں صارف کی کارروائی کی ضرورت نہیں ہے۔ بقیہ ڈسپلے اضافی معلومات دکھانے کے لیے صرف اس وقت چالو ہوتے ہیں جب صارف ٹریک کا انتخاب کرتا ہے۔ حوالہ جات ریڈار ریڈار سگنل پروسیسنگ