Możemy obserwować różne obiekty na całym świecie. Podobnie, radarowe wykrywanie i określanie odległości są wykorzystywane do wspomagania pilotów podczas lotu we mgle, ponieważ pilot nie może zauważyć, dokąd podróżują. Radar używany w samolotach jest podobny do latarki, która zamiast światła wykorzystuje fale radiowe. Samolot wysyła migający sygnał radarowy i nasłuchuje wszelkich wskazań tego sygnału z pobliskich obiektów. Gdy wskazania zostaną zauważone, samolot identyfikuje, że coś jest w pobliżu i wykorzystuje czas potrzebny na sięgnięcie przez wskazania w celu odkrycia, jak daleko to jest. W tym artykule omówiono przegląd radaru i jego działania.

Kto wynalazł radar?

Podobnie jak w przypadku kilku wynalazków, system radarowy nie jest łatwy do przypisania osobie, ponieważ był wynikiem wcześniejszych prac nad właściwościami elektromagnetyczny promieniowanie dla dostępności wielu urządzeń elektronicznych. Główną kwestię komplikuje ukrywanie wojskowej prywatności, pod którą badano techniki lokalizacji radiowej w różnych krajach na początku II wojny światowej.

Ten recenzent w końcu doszedł do wniosku, że kiedy system radarowy jest wyraźnym przypadkiem bezpośredniej kreacji, notatka Roberta Watsona-Watta na temat wykrywania i lokalizacji statku powietrznego metodami radiowymi, opublikowana bezpośrednio 50 lat temu. Była to więc najważniejsza samodzielna publikacja w tej dziedzinie. Brytyjskie osiągnięcia w walce o Anglię przeznaczyły wiele na rozbudowę systemu radarowego, który obejmował rozwój techniczny i wykonalność operacyjną.

Co to jest system radarowy?

RADAR oznacza Wykrywanie radiowe i Ranging System. Jest to w zasadzie system elektromagnetyczny używany do wykrywania położenia i odległości obiektu od punktu, w którym umieszczony jest RADAR. Działa poprzez wypromieniowywanie energii w przestrzeń i monitorowanie echa lub odbitego sygnału od obiektów. Działa w zakresie UHF i mikrofalowym.

Radar to czujnik elektromagnetyczny używany do zauważania, śledzenia, lokalizowania i identyfikowania różnych obiektów znajdujących się w określonych odległościach. Działanie radaru polega na tym, że przesyła on energię elektromagnetyczną w kierunku celów, aby obserwować echo i wraca z nich. Tutaj celami są nic innego jak statki, samoloty, ciała astronomiczne, pojazdy samochodowe, statki kosmiczne, deszcz, ptaki, owady itp. Zamiast zauważać położenie i prędkość celu, czasami uzyskuje również ich kształt i rozmiar.

Głównym celem radaru w porównaniu z czujnikami na podczerwień i czujnikami optycznymi jest wykrywanie odległych celów w trudnych warunkach klimatycznych i precyzyjne określanie ich odległości, zasięgu. Radar posiada własny nadajnik, który jest znany jako źródło oświetlenia do umieszczania celów. Generalnie działa w obszarze mikrofalowym widma elektromagnetycznego, które jest obliczane w hercach, gdy częstotliwości rozciągają się od 400 MHz do 40 GHz. Podstawowe elementy wykorzystywane w radarze

Radar przechodzi szybki rozwój w latach 1930-40, aby sprostać wymaganiom wojska. Jest nadal szeroko stosowany w siłach zbrojnych, wszędzie tam, gdzie nastąpiło kilka postępów technologicznych. Jednocześnie radar jest również wykorzystywany w zastosowaniach cywilnych, w szczególności w kontroli ruchu lotniczego, obserwacji pogody, nawigacji statku, środowiska, wykrywania z odległych obszarów, obserwacji planet, pomiaru prędkości w zastosowaniach przemysłowych, obserwacji kosmosu, egzekwowania prawa itp.

Zasada działania

Plik Zasada działania radaru jest bardzo prosta, ponieważ przesyła moc elektromagnetyczną, a także bada energię zwracaną z powrotem do celu. Jeśli zwrócone sygnały zostaną ponownie odebrane w miejscu ich źródła, to na drodze transmisji znajduje się przeszkoda. To jest zasada działania radaru.

Podstawy radaru

System RADAR zazwyczaj składa się z nadajnika, który wytwarza sygnał elektromagnetyczny, który jest wysyłany w przestrzeń kosmiczną przez antenę. Gdy sygnał ten uderza w obiekt, zostaje odbijany lub ponownie naświetlany w wielu kierunkach. Ten odbity lub odbity sygnał jest odbierany przez antenę radaru, która dostarcza go do odbiornika, gdzie jest przetwarzany w celu określenia statystyk geograficznych obiektu.

Zasięg jest określany poprzez obliczenie czasu potrzebnego na przejście sygnału od RADARU do celu iz powrotem. Położenie celu jest mierzone pod kątem, od kierunku sygnału echa o maksymalnej amplitudzie, na który wskazuje antena. Aby zmierzyć zasięg i lokalizację poruszających się obiektów, używany jest efekt Dopplera.

Do podstawowych części tego systemu należą:

Nadajnik: Może to być wzmacniacz mocy, taki jak Klystron, Traveling Wave Tube lub oscylator mocy, taki jak magnetron. Sygnał jest najpierw generowany za pomocą generatora przebiegów, a następnie wzmacniany we wzmacniaczu mocy.
Falowody: Falowody są liniami transmisyjnymi do transmisji sygnałów RADAROWYCH.
Antena: Zastosowaną anteną może być reflektor paraboliczny, układy planarne lub sterowane elektronicznie układy fazowe.
Duplekser: Duplekser umożliwia wykorzystanie anteny jako nadajnika lub odbiornika. Może to być urządzenie gazowe, które spowodowałoby zwarcie na wejściu odbiornika, gdy nadajnik działa.
Odbiorca: Może to być odbiornik superheterodynowy lub inny odbiornik składający się z procesora do przetwarzania sygnału i jego wykrywania.
Decyzja progowa: Wyjście odbiornika jest porównywane z progiem wykrywania obecności dowolnego obiektu. Jeśli moc wyjściowa jest poniżej dowolnego progu, zakłada się obecność szumu.

Jak Radar wykorzystuje radio?

Gdy radar zostanie umieszczony na statku lub samolocie, wymaga podobnego zestawu niezbędnych komponentów do wytwarzania sygnałów radiowych, przesyłania ich w przestrzeń kosmiczną i odbierania ich przez coś, a na koniec wyświetla informacje, aby je zrozumieć. Magnetron jest jednym z rodzajów urządzeń służących do generowania sygnałów radiowych, które są wykorzystywane przez radio. Sygnały te są podobne do sygnałów świetlnych, ponieważ przemieszczają się z tą samą prędkością, ale ich sygnały są znacznie dłuższe i mają mniejszą częstotliwość.

Długość fali sygnałów świetlnych wynosi 500 nanometrów, podczas gdy sygnały radiowe używane przez radar zwykle wahają się od centymetrów do metrów. W widmie elektromagnetycznym oba sygnały, takie jak radio i światło, są wytwarzane z różnymi projektami energii magnetycznej i elektrycznej w powietrzu. Magnetron w radarze generuje mikrofale tak samo jak kuchenka mikrofalowa. Główna rozbieżność polega na tym, że magnetron w radarze musi transmitować sygnały na kilka mil, a nie tylko na małe odległości, więc jest mocniejszy i znacznie większy.

Za każdym razem, gdy nadawane są sygnały radiowe, antena działa jako nadajnik, który przekazuje je w powietrze. Ogólnie rzecz biorąc, kształt anteny jest wygięty, więc głównie skupia sygnały na dokładnym i wąskim sygnale, jednak anteny radarowe również normalnie obracają się, więc mogą zauważyć działania na dużym obszarze.

Sygnały radiowe wychodzą z anteny z prędkością 300 000 km na sekundę, aż w coś uderzą, a niektóre z nich powrócą do anteny. W systemie radarowym istnieje podstawowe urządzenie, a mianowicie duplekser. To urządzenie służy do zmiany anteny z boku na bok pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem.

Rodzaje radarów

Istnieją różne typy radarów, które obejmują:

Radar bistatyczny

Ten typ systemu radarowego zawiera nadajnik Tx i odbiornik Rx, które są podzielone na odległość równoważną odległości szacowanego obiektu. Nadajnik i odbiornik znajdują się w podobnym położeniu, nazywanym radarem monastycznym, podczas gdy sprzęt wojskowy o bardzo dużym zasięgu ziemia-powietrze i powietrze-powietrze wykorzystuje radar bistatyczny.

Radar dopplerowski

Jest to specjalny rodzaj radaru, który wykorzystuje efekt Dopplera do generowania prędkości danych dotyczących celu znajdującego się w określonej odległości. Można to uzyskać, przesyłając sygnały elektromagnetyczne w kierunku obiektu, aby analizować, w jaki sposób działanie obiektu wpłynęło na częstotliwość zwracanego sygnału.

Ta zmiana zapewni bardzo precyzyjne pomiary składowej promieniowej prędkości obiektu w stosunku do radaru. Zastosowania tych radarów obejmują różne branże, takie jak meteorologia, lotnictwo, opieka zdrowotna itp.

Radar Monopulse

Ten rodzaj systemu radarowego porównuje otrzymany sygnał za pomocą określonego impulsu radarowego znajdującego się obok niego, kontrastując sygnał obserwowany w wielu kierunkach w przeciwnym razie polaryzacje. Najczęstszym rodzajem radaru monopulsowego jest stożkowy radar skanujący. Ten rodzaj radaru ocenia powrót z dwóch sposobów, aby bezpośrednio zmierzyć położenie obiektu. Należy zauważyć, że radary opracowane w 1960 roku są radarami monopulsowymi.

Radar pasywny

Ten rodzaj radaru jest przeznaczony głównie do wykrywania i śledzenia celów poprzez przetwarzanie wskazań z oświetlenia w otoczeniu. Źródła te obejmują zarówno sygnały komunikacyjne, jak i programy komercyjne. Kategoryzację tego radaru można przeprowadzić w tej samej kategorii radarów bistatycznych.

Radar oprzyrządowania

Te radary są przeznaczone do testowania samolotów, pocisków, rakiet itp. Dostarczają różnych informacji, w tym przestrzeni, pozycji i czasu, zarówno w analizie przetwarzania końcowego, jak i w czasie rzeczywistym.

Radary pogodowe

Służą one do wykrywania kierunku i pogody za pomocą sygnałów radiowych poprzez polaryzację kołową lub poziomą. Wybór częstotliwości radaru pogodowego zależy głównie od kompromisu wydajności między tłumieniem, a także odbijaniem opadów atmosferycznych w wyniku działania pary wodnej z atmosfery. Niektóre typy radarów są zaprojektowane głównie do wykorzystywania przesunięć Dopplera do obliczania prędkości wiatru, a także podwójnej polaryzacji do rozpoznawania rodzajów opadów.

Mapping Radar

Te radary są używane głównie do badania dużego obszaru geograficznego pod kątem zastosowań teledetekcji i geografii. W wyniku zastosowania radaru z syntetyczną aperturą są one ograniczone do całkiem nieruchomych celów. Istnieją pewne szczególne systemy radarowe używane do wykrywania ludzi za ścianami, które są bardziej różne w porównaniu z systemami znajdującymi się w materiałach budowlanych.

Radary nawigacyjne

Ogólnie rzecz biorąc, są one takie same, jak w przypadku radarów poszukiwawczych, ale są dostępne dla małych długości fal, które są zdolne do replikacji z ziemi i kamieni. Są one powszechnie używane na statkach handlowych, a także w samolotach dalekobieżnych. Istnieją różne radary nawigacyjne, takie jak radary morskie, które są powszechnie umieszczane na statkach, aby uniknąć kolizji, a także w celach nawigacyjnych.

Pulsujący RADAR

RADAR impulsowy wysyła impulsy o dużej mocy i wysokiej częstotliwości w kierunku obiektu docelowego. Następnie czeka na sygnał echa z obiektu przed wysłaniem kolejnego impulsu. Zasięg i rozdzielczość RADARU zależą od częstotliwości powtarzania impulsów. Wykorzystuje metodę przesunięcia Dopplera.

Zasada RADARU wykrywającego poruszające się obiekty za pomocą przesunięcia Dopplera działa na fakcie, że sygnały echa z obiektów stacjonarnych są w tej samej fazie i dlatego są anulowane, podczas gdy sygnały echa z poruszających się obiektów będą miały pewne zmiany w fazie. Te radary są podzielone na dwa typy.

Pulse-Doppler

Przesyła wysoką częstotliwość powtarzania impulsów, aby uniknąć niejednoznaczności Dopplera. Przesyłany sygnał i odebrany sygnał echa są mieszane w detektorze w celu uzyskania przesunięcia Dopplera, a sygnał różnicowy jest filtrowany za pomocą filtra Dopplera, w którym niepożądane sygnały szumu są odrzucane.

Schemat blokowy pulsacyjnego radaru dopplerowskiego

Wskaźnik ruchomego celu

Wysyła niską częstotliwość powtarzania impulsów, aby uniknąć niejednoznaczności zakresu. W systemie MTI RADAR odebrane sygnały echa z obiektu kierowane są do miksera, gdzie są mieszane z sygnałem ze stabilnego lokalnego oscylatora (STALO) w celu wytworzenia sygnału IF.

Ten sygnał IF jest wzmacniany, a następnie podawany do detektora fazy, gdzie jego faza jest porównywana z fazą sygnału z koherentnego oscylatora (COHO) i generowany jest sygnał różnicowy. Sygnał koherentny ma tę samą fazę, co sygnał nadajnika. Sygnał koherentny i sygnał STALO są miksowane i podawane do wzmacniacza mocy, który jest włączany i wyłączany za pomocą modulatora impulsów.

Radar MTI

Ciągła fala

RADAR fal ciągłych nie mierzy zasięgu celu, ale raczej szybkość zmiany zasięgu, mierząc przesunięcie Dopplera sygnału powrotnego. W CW RADAR zamiast impulsów emitowane jest promieniowanie elektromagnetyczne. Zasadniczo jest używany do pomiar prędkości .

Sygnał RF i sygnał IF są mieszane w stopniu miksera w celu wygenerowania częstotliwości lokalnego oscylatora. Sygnał RF jest następnie przesyłany, a odebrany przez antenę RADAR sygnał składa się z częstotliwości RF oraz częstotliwości przesunięcia Dopplera. Odebrany sygnał jest mieszany z częstotliwością lokalnego oscylatora w drugim stopniu mieszania w celu wygenerowania sygnału częstotliwości IF.

Sygnał ten jest wzmacniany i przekazywany do trzeciego stopnia mieszania, gdzie jest mieszany z sygnałem IF, aby uzyskać sygnał o częstotliwości Dopplera. Ta częstotliwość Dopplera lub przesunięcie Dopplera daje szybkość zmiany zakresu celu, a zatem mierzona jest prędkość celu.

Schemat blokowy przedstawiający RADAR CW

Równanie zasięgu radaru

Istnieją różne rodzaje wersji równań zasięgu radaru. Tutaj poniższe równanie jest jednym z podstawowych typów dla jedynego systemu antenowego. Kiedy zakłada się, że obiekt znajduje się w środku sygnału antenowego, wówczas najwyższy zasięg wykrywania radaru można zapisać jako

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

„Pt” = moc nadawania

„Pmin” = minimalny wykrywalny sygnał

„Λ” = długość fali nadawania

“jak działają czujniki stuków? ”

„Σ” = przekrój poprzeczny radaru docelowego

„Fo” = częstotliwość w Hz

„G” = wzmocnienie anteny

„C” = prędkość światła

W powyższym równaniu zmienne są stabilne i polegają na radarach poza celem, takim jak RCS. Rząd mocy nadawczej będzie wynosić 1 mW (0 dBm), a zysk anteny około 100 (20 dB) dla ERP (efektywnej mocy promieniowanej) 20 dBm (100 mW). Kolejność najmniej zauważalnych sygnałów to pikowaty, a RCS dla pojazdu może wynosić 100 metrów kwadratowych.

Zatem dokładność równania zasięgu radaru będzie danymi wejściowymi. Pmin (minimalny zauważalny sygnał) zależy głównie od szerokości pasma odbiornika (B), F (współczynnik szumów), T (temperatura) i niezbędnego stosunku sygnału do szumu (stosunek sygnału do szumu).

Odbiornik o wąskim paśmie będzie bardziej responsywny w porównaniu z szerokim odbiornikiem BW. Współczynnik szumów można zdefiniować, ponieważ jest to obliczenie tego, ile szumu odbiornik może wnieść do sygnału. Gdy współczynnik szumów jest mniejszy, hałas będzie mniejszy, niż przekazuje urządzenie. Wzrost temperatury wpływa na czułość odbiornika poprzez wzrost szumów wejściowych.

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

Z powyższego równania

„Pmin” jest najmniej wykrywalnym sygnałem

„K” to stała Boltzmanna, np. 1,38 x 10-23 (Watt * s / ° Kelvin)

„T” to temperatura (° kelwin)

„B” to szerokość pasma odbiornika (Hz)

„F” to współczynnik szumów (dB), współczynnik hałasu (stosunek)

(S / N) min = Najmniejszy stosunek S / N

Dostępna moc szumu cieplnego i / p może być proporcjonalna do kTB, gdzie „k” jest stałą Boltzmanna, „T” jest temperaturą, a „B” jest szerokością pasma szumu odbiornika w hercach.

T = 62,33 ° F lub 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

Powyższe równanie zasięgu radaru można zapisać dla odbieranej mocy jako zakres funkcji dla dostarczonej mocy nadawania, wzmocnienia anteny, RCS i długości fali.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Z powyższego równania

„Prec” to otrzymana moc

„Pt” to moc transmisji

„Fo” jest częstotliwością nadawczą

„Λ” jest długością fali nadawczej

„G” to zysk anteny

„Σ” to przekrój poprzeczny radaru

„R” to zakres

„C” jest prędkością światła

Aplikacje

Plik zastosowania radaru obejmują następujące elementy.

Aplikacje wojskowe

Ma 3 główne zastosowania w wojsku:

W obronie przeciwlotniczej służy do wykrywania celów, rozpoznawania celów i kontroli uzbrojenia (kierowanie broni do śledzonych celów).
W systemie rakietowym do prowadzenia broni.
Identyfikacja lokalizacji wroga na mapie.

Kontrola ruchu lotniczego

Ma 3 główne zastosowania w kontroli ruchu lotniczego:

Do kontroli ruchu lotniczego w pobliżu lotnisk. RADAR nadzoru lotniczego służy do wykrywania i wyświetlania pozycji statku powietrznego na terminalach lotniska.
Kierowanie dronem do lądowania przy złej pogodzie za pomocą radaru precyzyjnego podejścia.
Skanowanie powierzchni lotniska w poszukiwaniu pozycji samolotów i pojazdów naziemnych

Teledetekcja

Może być używany do obserwowania, czy lub obserwacji pozycji planet i monitorowania lodu morskiego, aby zapewnić płynną trasę dla statków.

“rozwiązywanie problemów z zasilaniem w trybie impulsowym ”

Kontrola ruchu naziemnego

Może być również używany przez policję drogową do określania prędkości pojazdu, kontrolowania ruchu pojazdów poprzez ostrzeganie o obecności innych pojazdów lub innych przeszkód za nimi.

Przestrzeń

Ma 3 główne zastosowania