Radar je súbor vedeckých metód a technických prostriedkov používaných na určenie súradníc a charakteristík objektu pomocou rádiových vĺn. Objekt, ktorý je predmetom vyšetrovania, sa často označuje ako radarový cieľ (alebo jednoducho cieľ).
Princíp radaru
Rádiové zariadenia a zariadenia určené na vykonávanie radarových úloh sa nazývajú radarové systémy alebo zariadenia (radar alebo radar). Základy radaru sú založené na nasledujúcich fyzikálnych javoch a vlastnostiach:
- V prostredí šírenia sa na nich rozptyľujú rádiové vlny, ktoré sa stretávajú s predmetmi s rôznymi elektrickými vlastnosťami. Vlna odrazená od cieľa (alebo jej vlastné žiarenie) umožňuje radarovým systémom detekovať a identifikovať cieľ.
- Na veľké vzdialenosti sa predpokladá, že šírenie rádiových vĺn je priamočiare, s konštantnou rýchlosťou v známom médiu. Tento predpoklad umožňuje zmerať vzdialenosť k cieľu a jeho uhlové súradnice (s určitou chybou).
- Na základe Dopplerovho javu frekvencia prijatého odrazeného signálu vypočítava radiálnu rýchlosť bodu žiareniaohľadom RLU.
Historické pozadie
Na schopnosť odrážať sa rádiové vlny poukázali vynikajúci fyzik G. Hertz a ruský elektrotechnik A. S. Popov koncom 19. storočia. Podľa patentu z roku 1904 vytvoril prvý radar nemecký inžinier K. Hulmeier. Zariadenie, ktoré nazval telemobiloskop, používali na lodiach, ktoré brázdili Rýn. V súvislosti s rozvojom leteckej techniky vyzeralo použitie radaru ako prvku protivzdušnej obrany veľmi sľubne. Výskum v tejto oblasti vykonali poprední odborníci z mnohých krajín sveta.
V roku 1932 opísal Pavel Kondratievich Oshchepkov, výskumník z LEFI (Leningradský elektrofyzikálny inštitút), vo svojich prácach základný princíp radaru. Ten v spolupráci s kolegami B. K. Shembel a V. V. Tsimbalin v lete 1934 predviedol prototyp radarovej inštalácie, ktorá detekovala cieľ vo výške 150 m na vzdialenosť 600 m.
Typy radarov
Povaha elektromagnetického žiarenia cieľa nám umožňuje hovoriť o niekoľkých typoch radarov:
- Pasívny radar skúma svoje vlastné žiarenie (tepelné, elektromagnetické atď.), ktoré generuje ciele (rakety, lietadlá, vesmírne objekty).
- Aktívne s aktívnou odozvou sa vykonáva, ak je objekt vybavený vlastným vysielačom a interakciou s nímprebieha podľa algoritmu „žiadosť – odpoveď“.
- Aktívny s pasívnou odozvou zahŕňa štúdium sekundárneho (odrazeného) rádiového signálu. Radarová stanica sa v tomto prípade skladá z vysielača a prijímača.
- Semiaktívny radar je špeciálny prípad aktívneho, v prípade, keď je prijímač odrazeného žiarenia umiestnený mimo radaru (napríklad ide o konštrukčný prvok samonavádzacej strely).
Každý druh má svoje výhody a nevýhody.
Metódy a vybavenie
Všetky prostriedky radaru sa podľa použitej metódy delia na radary kontinuálneho a pulzného žiarenia.
Prvé obsahujú vysielač a prijímač žiarenia, ktoré pôsobia súčasne a nepretržite. Podľa tohto princípu vznikli prvé radarové zariadenia. Príkladom takéhoto systému je rádiovýškomer (lietadlové zariadenie, ktoré určuje vzdialenosť lietadla od zemského povrchu) alebo všetkým motoristom známy radar na určenie rýchlosti vozidla.
Pri pulznej metóde sa elektromagnetická energia vyžaruje v krátkych impulzoch v priebehu niekoľkých mikrosekúnd. Po vygenerovaní signálu stanica funguje len na príjem. Po zachytení a registrácii odrazených rádiových vĺn radar vyšle nový impulz a cykly sa opakujú.
Prevádzkové režimy radaru
Existujú dva hlavné režimy prevádzky radarových staníc a zariadení. Prvým je skenovanie priestoru. Vykonáva sa podľa prísnychsystém. Pri sekvenčnom prehľade môže byť pohyb radarového lúča kruhový, špirálový, kužeľový, sektorový. Napríklad anténne pole sa môže pomaly otáčať v kruhu (v azimute) a súčasne skenovať v nadmorskej výške (nakláňanie nahor a nadol). Pri paralelnom skenovaní sa kontrola vykonáva lúčom radarových lúčov. Každý má svoj vlastný prijímač, spracováva sa niekoľko informačných tokov naraz.
Režim sledovania znamená konštantnú smerovosť antény na vybraný objekt. Na jej otočenie podľa trajektórie pohybujúceho sa cieľa sa používajú špeciálne automatizované sledovacie systémy.
Algoritmus na určenie rozsahu a smeru
Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn v atmosfére je 300 tisíc km/s. Preto, keď poznáme čas strávený vysielaným signálom na pokrytie vzdialenosti od stanice k cieľu a späť, je ľahké vypočítať vzdialenosť objektu. K tomu je potrebné presne zaznamenať čas odoslania impulzu a okamih prijatia odrazeného signálu.
Na získanie informácií o polohe cieľa sa používa vysoko smerový radar. Určenie azimutu a elevácie (elevácie alebo elevácie) objektu sa vykonáva anténou s úzkym lúčom. Moderné radary na to využívajú fázované anténne polia (PAR), schopné nastaviť užší lúč a vyznačujúce sa vysokou rýchlosťou otáčania. Proces skenovania priestoru sa spravidla uskutočňuje najmenej dvoma lúčmi.
Hlavné systémové parametre
Odtaktické a technické vlastnosti vybavenia do značnej miery závisia od efektívnosti a kvality úloh.
Taktické ukazovatele radaru zahŕňajú:
- Zobraziť oblasť obmedzenú minimálnym a maximálnym rozsahom detekcie cieľa, povoleným azimutom a uhlom elevácie.
- Rozlíšenie v rozsahu, azimute, nadmorskej výške a rýchlosti (schopnosť určiť parametre blízkych cieľov).
- Presnosť merania, ktorá sa meria prítomnosťou hrubých, systematických alebo náhodných chýb.
- Odolnosť voči hluku a spoľahlivosť.
- Stupeň automatizácie extrakcie a spracovania prichádzajúceho dátového toku.
Špecifikované taktické charakteristiky sú stanovené pri navrhovaní zariadení prostredníctvom určitých technických parametrov, vrátane:
- nosná frekvencia a modulácia generovaných oscilácií;
- vzory antény;
- výkon vysielacích a prijímacích zariadení;
- Celkové rozmery a hmotnosť systému.
V službe
Radar je univerzálny nástroj široko používaný v armáde, vede a národnom hospodárstve. Oblasti použitia sa neustále rozširujú vďaka vývoju a zdokonaľovaniu technických prostriedkov a meracích technológií.
Použitie radaru vo vojenskom priemysle nám umožňuje riešiť dôležité úlohy kontroly a kontroly vesmíru, detekciu vzdušných, pozemných a vodných mobilných cieľov. Bezradary, nemožno si predstaviť zariadenia slúžiace na informačnú podporu navigačných systémov a systémov riadenia paľby.
Vojenský radar je základnou súčasťou strategického raketového varovného systému a integrovanej protiraketovej obrany.
Rozhlasová astronómia
Vysielané z povrchu Zeme sa rádiové vlny odrážajú aj od objektov v blízkom a vzdialenom vesmíre, ako aj od blízkozemských cieľov. Mnohé vesmírne objekty nebolo možné plnohodnotne preskúmať len s použitím optických prístrojov a až využitie radarových metód v astronómii umožnilo získať bohaté informácie o ich povahe a štruktúre. Pasívny radar na prieskum Mesiaca prvýkrát použili americkí a maďarskí astronómovia v roku 1946. Približne v rovnakom čase boli náhodne prijaté aj rádiové signály z vesmíru.
V moderných rádioteleskopoch má prijímacia anténa tvar veľkej konkávnej guľovej misky (ako zrkadlo optického reflektora). Čím väčší je jej priemer, tým slabší signál bude anténa schopná prijať. Rádiové teleskopy často pracujú komplexným spôsobom a kombinujú nielen zariadenia umiestnené blízko seba, ale aj umiestnené na rôznych kontinentoch. Medzi najdôležitejšie úlohy modernej rádioastronómie patrí štúdium pulzarov a galaxií s aktívnymi jadrami, štúdium medzihviezdneho prostredia.
Civilné použitie
V poľnohospodárstve a lesníctve radarzariadenia sú nevyhnutné na získavanie informácií o rozložení a hustote rastlinnej hmoty, štúdium štruktúry, parametrov a typov pôd a včasnú detekciu požiarov. V geografii a geológii sa radar využíva na vykonávanie topografických a geomorfologických prác, zisťovanie štruktúry a zloženia hornín a vyhľadávanie ložísk nerastov. V hydrológii a oceánografii sa radarové metódy používajú na monitorovanie stavu hlavných vodných ciest v krajine, snehovej a ľadovej pokrývky a mapovanie pobrežia.
Radar je nepostrádateľným pomocníkom meteorológov. Radar dokáže jednoducho zistiť stav atmosféry na vzdialenosť desiatok kilometrov a analýzou získaných údajov sa vytvorí predpoveď o zmenách poveternostných podmienok v konkrétnej oblasti.
Vyhliadky na rozvoj
Pre modernú radarovú stanicu je hlavným hodnotiacim kritériom pomer účinnosti a kvality. Účinnosť sa vzťahuje na všeobecné výkonové charakteristiky zariadenia. Vytvorenie dokonalého radaru je komplexná inžinierska a vedecko-technická úloha, ktorej realizácia je možná len s využitím najnovších výdobytkov v elektromechanike a elektronike, informatike a výpočtovej technike, energetike.
Podľa prognóz odborníkov budú v blízkej budúcnosti hlavnými funkčnými jednotkami staníc rôznej úrovne zložitosti a účelu polovodičové aktívne fázované polia (fázové anténne polia), ktoré konvertujú analógové signály na digitálne. rozvojPočítačový komplex plne zautomatizuje riadenie a základné funkcie radaru a poskytne koncovému užívateľovi komplexnú analýzu prijatých informácií.
