Radar to zestaw metod naukowych i środków technicznych służących do wyznaczania współrzędnych i właściwości obiektu za pomocą fal radiowych. Badany obiekt jest często określany jako cel radarowy (lub po prostu cel).
Zasada radaru
Sprzęt i urządzenia radiowe zaprojektowane do wykonywania zadań radarowych nazywane są systemami lub urządzeniami radarowymi (radar lub radar). Podstawy radaru opierają się na następujących zjawiskach fizycznych i właściwościach:
- W ośrodku propagacji fale radiowe, napotykając obiekty o różnych właściwościach elektrycznych, są na nich rozpraszane. Fala odbita od celu (lub własnego promieniowania) umożliwia systemom radarowym wykrycie i identyfikację celu.
- Przy dużych odległościach zakłada się, że propagacja fal radiowych jest prostoliniowa, ze stałą prędkością w znanym ośrodku. Założenie to umożliwia pomiar odległości do celu i jego współrzędnych kątowych (z pewnym błędem).
- W oparciu o efekt Dopplera częstotliwość odbieranego odbitego sygnału oblicza prędkość promieniową punktu promieniowaniadotyczące RLU.
Tło historyczne
Zdolność fal radiowych do odbijania została wskazana przez wielkiego fizyka G. Hertza i rosyjskiego inżyniera elektryka A. S. Popow pod koniec XIX wieku. Według patentu z 1904 r. pierwszy radar stworzył niemiecki inżynier K. Hulmeier. Urządzenie, które nazwał telemobiloskopem, było używane na statkach, które orały Ren. W związku z rozwojem techniki lotniczej bardzo obiecująco wyglądało wykorzystanie radaru jako elementu obrony powietrznej. Badania w tym zakresie prowadzili czołowi eksperci z wielu krajów świata.
W 1932 Pavel Kondratievich Oshchepkov, badacz z LEFI (Leningradzkiego Instytutu Elektrofizycznego), opisał w swoich pracach podstawową zasadę działania radaru. On we współpracy z kolegami B. K. Shembel i V. V. Tsimbalin latem 1934 roku zademonstrował prototypową instalację radarową, która wykryła cel na wysokości 150 mw odległości 600 m.
Rodzaje radarów
Charakter promieniowania elektromagnetycznego celu pozwala nam mówić o kilku typach radarów:
- Pasywny radar bada własne promieniowanie (termiczne, elektromagnetyczne itp.), które generuje cele (rakiety, samoloty, obiekty kosmiczne).
- Aktywny z aktywną reakcją jest wykonywany, jeśli obiekt jest wyposażony we własny nadajnik i interakcję z nimodbywa się zgodnie z algorytmem "żądanie - odpowiedź".
- Aktywność z pasywną reakcją obejmuje badanie wtórnego (odbitego) sygnału radiowego. Stacja radarowa w tym przypadku składa się z nadajnika i odbiornika.
- Radar półaktywny to szczególny przypadek aktywności, w przypadku gdy odbiornik promieniowania odbitego znajduje się poza radarem (np. jest to element konstrukcyjny pocisku samonaprowadzającego).
Każdy gatunek ma swoje zalety i wady.
Metody i sprzęt
Wszystkie środki radarowe, zgodnie z stosowaną metodą, są podzielone na radary promieniowania ciągłego i impulsowego.
Pierwsze zawierają nadajnik i odbiornik promieniowania, działające jednocześnie i w sposób ciągły. Zgodnie z tą zasadą powstały pierwsze urządzenia radarowe. Przykładem takiego systemu jest radiowysokościomierz (urządzenie lotnicze, które określa odległość statku powietrznego od powierzchni ziemi) lub znany wszystkim kierowcom radar do określania prędkości pojazdu.
W metodzie impulsowej energia elektromagnetyczna jest emitowana w krótkich impulsach w ciągu kilku mikrosekund. Po wygenerowaniu sygnału stacja pracuje tylko do odbioru. Po przechwyceniu i zarejestrowaniu odbitych fal radiowych, radar przesyła nowy impuls i cykle się powtarzają.
Tryby pracy radaru
Istnieją dwa główne tryby działania stacji i urządzeń radarowych. Pierwszym z nich jest skanowanie przestrzeni. Przeprowadza się go zgodnie z surowymsystem. W przeglądzie sekwencyjnym ruch wiązki radarowej może mieć charakter kołowy, spiralny, stożkowy, sektorowy. Na przykład szyk antenowy może powoli obracać się po okręgu (w azymucie), jednocześnie skanując w elewacji (przechylając się w górę iw dół). Przy skanowaniu równoległym przegląd odbywa się za pomocą wiązki wiązek radarowych. Każdy ma swój własny odbiornik, kilka przepływów informacji jest przetwarzanych jednocześnie.
Tryb śledzenia zakłada stałą kierunkowość anteny do wybranego obiektu. Aby go obrócić, zgodnie z trajektorią poruszającego się celu, używane są specjalne automatyczne systemy śledzenia.
Algorytm określania zasięgu i kierunku
Prędkość propagacji fal elektromagnetycznych w atmosferze wynosi 300 tys. km/s. Dlatego znając czas, jaki sygnał nadawczy poświęca na pokonanie odległości od stacji do celu iz powrotem, łatwo jest obliczyć odległość obiektu. W tym celu konieczne jest dokładne zarejestrowanie czasu wysłania impulsu oraz momentu odebrania sygnału odbitego.
W celu uzyskania informacji o lokalizacji celu wykorzystywany jest wysoce kierunkowy radar. Wyznaczenie azymutu i elewacji (wzniesienie lub elewacja) obiektu odbywa się za pomocą anteny o wąskiej wiązce. Nowoczesne radary wykorzystują w tym celu fazowane układy antenowe (PAR), zdolne do ustawiania węższej wiązki i charakteryzujące się dużą prędkością obrotową. Z reguły proces skanowania przestrzeni realizowany jest przez co najmniej dwie wiązki.
Główne parametry systemu
OdTaktyczno-techniczne parametry sprzętu w dużej mierze zależą od wydajności i jakości wykonywanych zadań.
Wskaźniki taktyczne radaru obejmują:
- Obszar widoku ograniczony minimalnym i maksymalnym zasięgiem wykrywania celu, dopuszczalnymi kątami azymutu i elewacji.
- Rozdzielczość zasięgu, azymutu, elewacji i prędkości (możliwość określenia parametrów pobliskich celów).
- Dokładność pomiaru, która jest mierzona obecnością poważnych, systematycznych lub przypadkowych błędów.
- Odporność na hałas i niezawodność.
- Stopień automatyzacji wyodrębniania i przetwarzania przychodzącego strumienia danych.
Podczas projektowania urządzeń określone parametry taktyczne są określane na podstawie określonych parametrów technicznych, w tym:
- Częstotliwość nośna i modulacja generowanych oscylacji;
- wzory anten;
- moc urządzeń nadawczych i odbiorczych;
- Wymiary i waga systemu.
Na służbie
Radar to uniwersalne narzędzie szeroko stosowane w wojsku, nauce i gospodarce narodowej. Obszary zastosowań stale się poszerzają dzięki rozwojowi i doskonaleniu środków technicznych i technologii pomiarowych.
Wykorzystanie radaru w przemyśle wojskowym pozwala nam rozwiązywać ważne zadania, takie jak przeglądanie i kontrolowanie przestrzeni kosmicznej, wykrywanie mobilnych celów powietrznych, naziemnych i wodnych. Bezradarów, nie sposób sobie wyobrazić sprzętu służącego do wspomagania informacyjnego systemów nawigacyjnych i systemów kierowania ogniem.
Radar wojskowy jest podstawowym elementem strategicznego systemu ostrzegania przed rakietami i zintegrowanej obrony przeciwrakietowej.
Astronomia radiowa
Wysyłane z powierzchni Ziemi fale radiowe są również odbijane od obiektów w bliskiej i dalekiej przestrzeni, a także od celów bliskich Ziemi. Wiele obiektów kosmicznych nie dało się w pełni zbadać jedynie za pomocą przyrządów optycznych, a dopiero zastosowanie w astronomii metod radarowych pozwoliło na uzyskanie bogatych informacji o ich naturze i budowie. Pasywny radar do eksploracji Księżyca został po raz pierwszy użyty przez amerykańskich i węgierskich astronomów w 1946 roku. Mniej więcej w tym samym czasie przypadkowo odebrano również sygnały radiowe z kosmosu.
W nowoczesnych radioteleskopach antena odbiorcza ma kształt dużej wklęsłej kulistej czaszy (jak lustro reflektora optycznego). Im większa jego średnica, tym słabszy sygnał antena będzie w stanie odebrać. Często radioteleskopy działają w sposób złożony, łącząc nie tylko urządzenia znajdujące się blisko siebie, ale także znajdujące się na różnych kontynentach. Jednym z najważniejszych zadań współczesnej radioastronomii jest badanie pulsarów i galaktyk z aktywnymi jądrami, badanie ośrodka międzygwiazdowego.
Do użytku cywilnego
W rolnictwie i leśnictwie radarurządzenia są niezbędne do uzyskania informacji o rozmieszczeniu i zagęszczeniu mas roślinnych, zbadania struktury, parametrów i rodzajów gleb oraz szybkiego wykrywania pożarów. W geografii i geologii radar służy do wykonywania prac topograficznych i geomorfologicznych, określania struktury i składu skał oraz poszukiwania złóż mineralnych. W hydrologii i oceanografii metody radarowe są wykorzystywane do monitorowania stanu głównych dróg wodnych kraju, pokrywy śnieżnej i lodowej oraz sporządzania map linii brzegowej.
Radar jest niezastąpionym asystentem meteorologów. Radar w łatwy sposób może wykryć stan atmosfery z odległości kilkudziesięciu kilometrów, a analizując uzyskane dane, prognozuje się zmiany warunków pogodowych na określonym obszarze.
Perspektywy rozwoju
W przypadku nowoczesnej stacji radarowej głównym kryterium oceny jest stosunek wydajności do jakości. Wydajność odnosi się do uogólnionej charakterystyki działania sprzętu. Stworzenie doskonałego radaru to złożone zadanie inżynieryjno-naukowo-techniczne, którego realizacja jest możliwa tylko przy wykorzystaniu najnowszych osiągnięć w elektromechanice i elektronice, informatyce i technice komputerowej, energetyce.
Według prognoz ekspertów, w niedalekiej przyszłości głównymi jednostkami funkcjonalnymi stacji o różnym stopniu złożoności i przeznaczeniu będą półprzewodnikowe aktywne układy fazowane (fazowane układy antenowe), które przetwarzają sygnały analogowe na cyfrowe. RozwójKompleks komputerowy w pełni zautomatyzuje sterowanie i podstawowe funkcje radaru, zapewniając użytkownikowi końcowemu kompleksową analizę otrzymanych informacji.
