Môžeme pozorovať rôzne objekty po celom svete. Podobne sa rádiolokačná detekcia a určovanie dosahu podobná radaru používa na pomoc pilotom pri prelete hmlou, pretože si pilot nemôže všimnúť, kam cestujú. Radar používaný v lietadlách je podobný svetlu baterky, ktoré pracuje s rádiovými vlnami namiesto svetla. Letún vysiela blikajúci radarový signál a počúva na akékoľvek náznaky tohto signálu z blízkych objektov. Akonáhle si všimnete indikácie, potom letún zistí, že je niečo blízko a použije čas potrebný na dosiahnutie indícií, aby zistil, ako ďaleko je. Tento článok pojednáva o prehľade radaru a jeho práci.

Kto vynašiel radar?

Podobne ako pri niekoľkých vynálezoch nie je ľahké dať radarový systém jednotlivcovi, pretože to bol výsledok skoršej práce na vlastnostiach elektromagnetické žiarenie pre prístup k početným elektronickým zariadeniam. Otázka hlavných obáv je komplikovanejšia skrytom vojenského súkromia, podľa ktorého sa techniky rádiové lokalizácie skúmali v rôznych krajinách v začiatkoch druhej svetovej vojny.

Táto autorka recenzie nakoniec dospela k záveru, že keď je radarový systém jasným prípadom priameho vytvorenia, poznámka Roberta Watsona-Watta o detekcii a umiestnení lietadla pomocou rádiových metód bola publikovaná okamžite pred 50 rokmi. Išlo teda o najvýznamnejšiu osamelú publikáciu v tejto oblasti. Britské úspechy v boji o Britániu veľa prisudzovali rozšíreniu radarového systému, ktorý zahŕňal technický rast s prevádzkovou uskutočniteľnosťou.

Čo je to radarový systém?

RADAR znamená Rádiová detekcia a rozsahový systém. Je to v podstate elektromagnetický systém používaný na zisťovanie polohy a vzdialenosti objektu od bodu, kde je umiestnený RADAR. Funguje tak, že vyžaruje energiu do vesmíru a monitoruje ozvenu alebo odrazený signál z objektov. Pracuje v pásme UHF a mikrovlnnej rúry.

Radar je elektromagnetický snímač, ktorý sa používa na zaznamenávanie, sledovanie, lokalizáciu a identifikáciu rôznych objektov, ktoré sú v určitých vzdialenostiach. Radar pracuje tak, že prenáša elektromagnetickú energiu v smere cieľov, aby pozoroval ozveny a vracia sa z nich. Terčmi tu nie sú nič iné ako lode, lietadlá, astronomické telesá, automobilové vozidlá, kozmické lode, dážď, vtáky, hmyz atď. Namiesto toho, aby si všimol polohu a rýchlosť terča, získava niekedy aj ich tvar a veľkosť.

Hlavným cieľom radaru v porovnaní s infračervenými a optickými snímacími zariadeniami je objavenie vzdialených cieľov v zložitých klimatických podmienkach a stanovenie ich vzdialenosti, dosahu a presnosti. Radar má vlastný vysielač, ktorý je známy ako zdroj osvetlenia na umiestňovanie cieľov. Spravidla pracuje v mikrovlnnej oblasti elektromagnetického spektra, ktoré sa počíta v hertzoch, keď frekvencie stúpajú od 400 MHz do 40 GHz. Základné komponenty, ktoré sa používajú v radare

Radar prechádza rýchlym vývojom v rokoch 1930 až 40, aby dosiahol vojenské požiadavky. Stále sa široko používa v ozbrojených silách všade tam, kde došlo k niekoľkým technologickým pokrokom. Radar sa súčasne využíva aj v civilných aplikáciách, najmä na riadenie letovej prevádzky, pozorovanie počasia, navigáciu lodí, životného prostredia, snímanie zo vzdialených oblastí, pozorovanie planét, meranie rýchlosti v priemyselných aplikáciách, vesmírny dozor, vymáhanie práva atď.

Pracovný princíp

The princíp fungovania radaru je veľmi jednoduchý, pretože prenáša elektromagnetický výkon a tiež skúma energiu vrátenú späť do cieľa. Ak sa vrátené signály prijímajú znova v polohe ich zdroja, potom je v prenosovej ceste prekážka. Toto je princíp fungovania radaru.

Základy radaru

Systém RADAR sa spravidla skladá z vysielača, ktorý produkuje elektromagnetický signál, ktorý je vyžarovaný do vesmíru anténou. Keď tento signál udrie na objekt, odráža sa alebo je znova vysielaný v mnohých smeroch. Tento odrazený alebo odrazený signál prijíma radarová anténa, ktorá ho dodáva do prijímača, kde sa spracuje na zistenie geografických štatistík objektu.

Rozsah sa určuje výpočtom času potrebného na prechod signálu z RADARU na cieľ a späť. Poloha terča sa meria v uhle, od smeru maximálnej amplitúdovej ozvenovej vlny, na ktorú anténa smeruje. Na meranie rozsahu a polohy pohybujúcich sa objektov sa používa Dopplerov jav.

Medzi základné časti tohto systému patrí:

Vysielač: Môže to byť výkonový zosilňovač ako Klystron, Traveling Wave Tube alebo výkonový oscilátor ako Magnetron. Signál sa najskôr generuje pomocou generátora priebehov a potom sa zosilňuje vo výkonovom zosilňovači.
Vlnovody: Vlnovody sú prenosové vedenia na prenos signálov RADAR.
Anténa: Použitou anténou môže byť parabolický reflektor, planárne sústavy alebo elektronicky riadené fázové sústavy.
Duplexer: Duplexor umožňuje použitie antény ako vysielača alebo prijímača. Môže to byť plynné zariadenie, ktoré by pri fungovaní vysielača spôsobilo skrat na vstupe do prijímača.
Prijímač: Môže to byť superheterodynový prijímač alebo akýkoľvek iný prijímač, ktorý sa skladá z procesora na spracovanie signálu a jeho detekciu.
Prahové rozhodnutie: Výstup prijímača sa porovnáva s prahovou hodnotou na detekciu prítomnosti ľubovoľného objektu. Ak je výstup pod ľubovoľnou prahovou hodnotou, predpokladá sa prítomnosť šumu.

Ako používa radar rádio?

Akonáhle je radar umiestnený na lodi alebo v lietadle, vyžaduje si podobnú základnú súpravu komponentov na výrobu rádiových signálov, ich prenos do vesmíru a ich niečím prijímanie a nakoniec zobrazenie informácií na ich pochopenie. Magnetrón je jeden druh zariadenia používaného na generovanie rádiových signálov, ktoré sa používajú prostredníctvom rádia. Tieto signály sú podobné svetelným signálom, pretože sa pohybujú rovnakou rýchlosťou, ale ich signály sú oveľa dlhšie a majú menšie frekvencie.

Vlnová dĺžka svetelných signálov je 500 nanometrov, zatiaľ čo rádiové signály používané radarom sa bežne pohybujú od centimetrov do metrov. V elektromagnetickom spektre sú signály ako rádio, tak aj svetlo vytvárané s premenlivým dizajnom magnetickej a elektrickej energie vo vzduchu. Magnetrón v radare generuje mikrovlny rovnaké ako mikrovlnná rúra. Hlavným rozdielom je, že magnetrón v radare musí prenášať signály niekoľko míľ, a nie iba na malé vzdialenosti, takže je výkonnejší aj oveľa väčší.

Kedykoľvek sú vysielané rádiové signály, anténa funguje ako vysielač na ich prenos do vzduchu. Všeobecne je tvar antény ohnutý, takže hlavne sústreďuje signály na presný a úzky signál, avšak radarové antény sa tiež bežne otáčajú, aby si mohli všimnúť akcie na veľkej ploche.

Rádiové signály cestujú von z antény rýchlosťou 300 000 km za sekundu, kým na niečo nenarazia a niektoré sa nevrátia späť k anténe. V radarovom systéme existuje základné zariadenie, a to duplexer. Toto zariadenie sa používa na uskutočnenie zmeny antény zo strany na stranu medzi vysielačom a prijímačom.

Typy radaru

Existujú rôzne typy radarov, ktoré zahŕňajú nasledujúce.

Bistatický radar

Tento typ radarového systému obsahuje vysielač Tx a prijímač Rx, ktoré sú rozdelené na vzdialenosť, ktorá je ekvivalentná vzdialenosti odhadovaného objektu. Vysielač a prijímač sú situované v podobnej polohe, ktorá sa nazýva kláštorný radar, zatiaľ čo veľmi vzdialený vojenský hardvér typu vzduch-vzduch-vzduch využíva bistatický radar.

Dopplerov radar

Jedná sa o špeciálny typ radaru, ktorý využíva Dopplerov efekt na generovanie dátovej rýchlosti týkajúcej sa cieľa v konkrétnej vzdialenosti. To je možné dosiahnuť prenosom elektromagnetických signálov v smere objektu, aby sa analyzovalo, ako pôsobenie objektu ovplyvnilo frekvenciu vráteného signálu.

Táto zmena poskytne veľmi presné merania radiálnej zložky rýchlosti objektu vo vzťahu k radaru. Aplikácie týchto radarov zahŕňajú rôzne priemyselné odvetvia, ako je meteorológia, letectvo, zdravotníctvo atď.

Monopulzný radar

Tento druh radarového systému porovnáva získaný signál pomocou konkrétneho radarového impulzu vedľa neho kontrastom signálu pozorovaného v mnohých smeroch, inak polarizácie. Najbežnejším typom monopulzívneho radaru je kužeľový skenovací radar. Tento druh radaru vyhodnocuje návratnosť dvoma spôsobmi, ako priamo zmerať polohu objektu. Je dôležité poznamenať, že radary vyvinuté v roku 1960 sú monopulzné radary.

Pasívny radar

Tento druh radaru je určený hlavne na pozorovanie a sledovanie cieľov prostredníctvom spracovania indikácií z osvetlenia v okolí. Tieto zdroje zahŕňajú komunikačné signály aj komerčné vysielanie. Kategorizáciu tohto radaru je možné vykonať v rovnakej kategórii bistatických radarov.

Prístrojový radar

Tieto radary sú určené na testovanie lietadiel, rakiet, rakiet atď. Poskytujú rôzne informácie vrátane priestoru, polohy a času pri analýze postprocesingu a v reálnom čase.

Meteorologické radary

Používajú sa na zisťovanie smeru a počasia pomocou rádiových signálov prostredníctvom kruhovej alebo vodorovnej polarizácie. Frekvenčná voľba poveternostného radaru závisí predovšetkým od kompromisu výkonu medzi útlmom, ako aj proti zrážkam ako výsledku atmosférickej vodnej pary. Niektoré typy radarov sú hlavne navrhnuté tak, aby využívali Dopplerove posuny na výpočet rýchlosti vetra, ako aj duálnu polarizáciu na rozpoznanie druhov zrážok.

Mapovací radar

Tieto radary sa používajú hlavne na skúmanie veľkej geografickej oblasti pre aplikácie diaľkového prieskumu Zeme a geografie. Výsledkom radaru so syntetickou clonou je obmedzenie na celkom nehybné ciele. Existuje niekoľko konkrétnych radarových systémov používaných na detekciu ľudí po stenách, ktoré sú odlišnejšie od tých, ktoré sa nachádzajú v stavebných materiáloch.

Navigačné radary

Spravidla sú rovnaké pre hľadanie radarov, ale sú k dispozícii s malými vlnovými dĺžkami, ktoré sú schopné replikovať sa zo zeme a z kameňov. Bežne sa používajú na obchodných lodiach, ako aj na diaľkových letúnoch. Existujú rôzne navigačné radary, ako napríklad námorné radary, ktoré sa bežne umiestňujú na lode, aby sa zabránilo kolízii, ako aj navigačné účely.

Pulzný RADAR

Pulzný RADAR vysiela vysoký výkon a vysokofrekvenčné impulzy smerom k cieľovému objektu. Potom čaká na echo signál z objektu pred odoslaním ďalšieho impulzu. Rozsah a rozlíšenie RADARU závisia od frekvencie opakovania impulzov. Používa metódu Dopplerovho posunu.

Princíp RADARU na detekciu pohybujúcich sa objektov pomocou Dopplerovho posuvu funguje na skutočnosti, že ozveny signály zo stacionárnych objektov sú v rovnakej fáze, a preto sa zrušia, zatiaľ čo ozveny signálov pohybujúcich sa objektov budú mať určité zmeny vo fáze. Tieto radary sú rozdelené do dvoch typov.

Pulzný Doppler

Vysiela vysokú opakovaciu frekvenciu impulzov, aby sa zabránilo Dopplerovým nejasnostiam. Vysielaný signál a prijatý echo signál sa zmiešajú v detektore, aby sa získal Dopplerov posun a diferenčný signál sa filtruje pomocou Dopplerovho filtra, kde sú nežiaduce šumové signály odmietnuté.

Bloková schéma pulzného dopplerovského radaru

Indikátor pohybu cieľa

Vysiela nízku frekvenciu opakovania impulzov, aby sa zabránilo nejasnostiam rozsahu. V systéme MTI RADAR sú prijaté echo signály z objektu nasmerované do mixéra, kde sú zmiešané so signálom stabilného lokálneho oscilátora (STALO), aby sa vytvoril IF signál.

Tento signál IF sa zosilňuje a potom sa odovzdáva fázovému detektoru, kde sa jeho fáza porovnáva s fázou signálu z koherentného oscilátora (COHO) a vytvára sa rozdielový signál. Koherentný signál má rovnakú fázu ako signál vysielača. Koherentný signál a signál STALO sa zmiešajú a odovzdajú výkonovému zosilňovaču, ktorý sa zapína a vypína pomocou impulzného modulátora.

Radar MTI

Kontinuálna vlna

Kontinuálna vlna RADAR nemeria rozsah cieľa, ale skôr rýchlosť zmeny rozsahu meraním Dopplerovho posunu spätného signálu. V CW RADARE je namiesto impulzov emitované elektromagnetické žiarenie. V zásade sa používa na meranie rýchlosti .

RF signál a IF signál sú zmiešané v mixovacom stupni, aby sa vygenerovala frekvencia lokálneho oscilátora. Potom sa vysiela signál RF a prijatý signál anténou RADAR sa skladá z vysokofrekvenčnej frekvencie plus Dopplerovho posunu. Prijatý signál sa zmieša s frekvenciou lokálneho oscilátora v druhom zmiešavacom stupni, aby sa vygeneroval signál frekvencie IF.

Tento signál je zosilnený a odovzdaný do tretieho zmiešavacieho stupňa, kde je zmiešaný s IF signálom, aby sa získal signál s dopplerovskou frekvenciou. Táto Dopplerova frekvencia alebo Dopplerov posun predstavuje rýchlosť zmeny rozsahu cieľa a meria sa tak rýchlosť cieľa.

Bloková schéma ukazujúca CW RADAR

Rovnica dosahu radaru

Pre rovnice radarového dosahu sú k dispozícii rôzne druhy verzií. Nasledujúca rovnica je tu jedným zo základných typov pre jediný anténny systém. Ak sa predpokladá, že sa objekt nachádza v strede anténneho signálu, potom možno zapísať najvyšší dosah detekcie radaru ako

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

„Pt“ = vysielací výkon

„Pmin“ = minimálne detegovateľný signál

„Λ“ = vysielacia vlnová dĺžka

“čo umožňuje aplikácii implementovať šifrovací algoritmus na spustenie ”

„Σ“ = Prierez cieľovým radarom

‘Fo’ = Frekvencia v Hz

„G“ = zisk antény

„C“ = rýchlosť svetla

Vo vyššie uvedenej rovnici sú premenné stabilné a rovnako sa spoliehajú na radar okrem cieľa, napríklad RCS. Poradie vysielacieho výkonu bude 1 mW (0 dBm) & zisk antény približne 100 (20 dB) pre ERP (efektívny vyžarovaný výkon) 20 dBm (100 mW). Poradie najmenej viditeľných signálov sú picowatty a RCS pre vozidlo môže byť 100 metrov štvorcových.

Vstupnými dátami teda budú presnosť rovnice radarového rozsahu. Pmin (minimálny znateľný signál) závisí hlavne od šírky pásma prijímača (B), F (šum), T (teplota) a potrebného pomeru S / N (pomer signál / šum).

Prijímač s úzkou šírkou pásma bude pohotovejší v porovnaní so širokým BW prijímačom. Šumovú hodnotu je možné definovať, pretože sa jedná o výpočet toho, koľko šumu môže prijímač prispieť k signálu. Ak bude hodnota šumu menšia, bude šum taký, aký zariadenie daruje. Keď sa teplota zvýši, ovplyvní to citlivosť prijímača zvyšujúcim sa vstupným šumom.

Pmin = k T B F (S / N) min

Z vyššie uvedenej rovnice

„Pmin“ je najmenej detegovateľný signál

„K“ je Boltzmannova konštanta ako 1,38 x 10-23 (W * s / ° Kelvin)

„T“ je teplota (° Kelvin)

„B“ je šírka pásma prijímača (Hz)

„F“ je hodnota šumu (dB), koeficient šumu (pomer)

(S / N) min = najmenší pomer S / N

Výkon tepelného šumu i / p, ktorý je k dispozícii, môže byť proporcionálny k kTB všade, kde „k“ je Boltzmannova konštanta, „T“ je teplota a „B“ je šírka pásma šumu prijímača v hertzoch.

T = 62,33 ° F alebo 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

Vyššie uvedenú rovnicu radarového rozsahu je možné zapísať pre prijatý výkon ako rozsah funkcií pre poskytnutý vysielací výkon, zisk antény, RCS a vlnovú dĺžku.

Prec = Pt λ2G2σ / (4π) 3R4max = Pt C2G2σ / (4π) 3R4fo2

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Z vyššie uvedenej rovnice

„Prec“ je prijatý výkon

„Pt“ je vysielací výkon

„Fo“ je vysielacia frekvencia

„Λ“ je vlnová dĺžka prenosu

„G“ je zisk antény

„Σ“ je prierez radaru

„R“ je rozsah

„C“ je rýchlosť svetla

Aplikácie

The aplikácie radaru zahrňte nasledujúce.

Vojenské aplikácie

Má 3 hlavné aplikácie v armáde:

V protivzdušnej obrane sa používa na detekciu cieľov, rozpoznávanie cieľov a kontrolu zbraní (nasmerovanie zbrane na sledované ciele).
V raketovom systéme na vedenie zbrane.
Identifikácia nepriateľských polôh na mape.

Riadenie letovej prevádzky

Má 3 hlavné aplikácie v riadení letovej prevádzky:

Na riadenie letovej prevádzky v blízkosti letísk. Air Surveillance RADAR sa používa na zisťovanie a zobrazovanie polohy lietadla v letiskových termináloch.
Naviesť lietadlo na pristátie za nepriaznivého počasia pomocou radarového systému precízneho priblíženia.
Na skenovanie povrchu letiska z hľadiska pozícií lietadiel a pozemných vozidiel

Diaľkový prieskum

Môže sa použiť na pozorovanie toho, či pozorovanie planetárnych pozícií alebo na sledovanie morského ľadu, aby sa zabezpečila hladká trasa lodí.

“bruce depalma príčina smrti ”

Riadenie pozemnej dopravy

Môže ho použiť aj dopravná polícia na určovanie rýchlosti vozidla, riadenie pohybu vozidiel varovaním pred prítomnosťou ďalších vozidiel alebo akýchkoľvek iných prekážok za nimi.

Vesmír

Má 3 hlavné aplikácie