Radar är en uppsättning vetenskapliga metoder och tekniska medel som används för att bestämma ett objekts koordinater och egenskaper med hjälp av radiovågor. Objektet som undersöks kallas ofta för ett radarmål (eller helt enkelt ett mål).
Radarprincip
Radioutrustning och anläggningar utformade för att utföra radaruppgifter kallas radarsystem eller enheter (radar eller radar). Grunderna för radar är baserade på följande fysiska fenomen och egenskaper:
- I utbredningsmediet sprids radiovågor, som möter föremål med olika elektriska egenskaper, på dem. Vågen som reflekteras från målet (eller dess egen strålning) gör att radarsystem kan upptäcka och identifiera målet.
- På långa avstånd antas utbredningen av radiovågor vara rätlinjig, med konstant hastighet i ett känt medium. Detta antagande gör det möjligt att mäta avståndet till målet och dess vinkelkoordinater (med ett visst fel).
- Baserat på dopplereffekten beräknar frekvensen för den mottagna reflekterade signalen strålningspunktens radiella hastighetangående RLU.
Historisk bakgrund
Radiovågornas förmåga att reflektera påpekades av den store fysikern G. Hertz och den ryske elektroingenjören A. S. Popov i slutet av 1800-talet. Enligt ett patent daterat 1904 skapades den första radarn av den tyske ingenjören K. Hulmeier. Apparaten, som han kallade ett telemobiloskop, användes på fartyg som plöjde Rhen. I samband med utvecklingen av flygtekniken såg användningen av radar mycket lovande ut som ett inslag i luftförsvaret. Forskning inom detta område utfördes av ledande experter från många länder i världen.
1932 beskrev Pavel Kondratievich Oshchepkov, en forskare vid LEFI (Leningrad Electrophysical Institute), den grundläggande principen för radar i sina verk. Han, i samarbete med kollegorna B. K. Shembel och V. V. Tsimbalin demonstrerade sommaren 1934 en prototyp av radarinstallation som upptäckte ett mål på en höjd av 150 m på ett avstånd av 600 m.
Typer av radar
Målets elektromagnetiska strålning gör att vi kan tala om flera typer av radar:
- Passiv radar utforskar sin egen strålning (termisk, elektromagnetisk, etc.) som genererar mål (raketer, flygplan, rymdobjekt).
- Aktiv med ett aktivt svar utförs om objektet är utrustat med en egen sändare och interaktion med densker enligt "request - response"-algoritmen.
- Aktiv med ett passivt svar innebär att man studerar den sekundära (reflekterade) radiosignalen. Radarstationen består i detta fall av en sändare och en mottagare.
- Halvaktiv radar är ett specialfall av aktiv, i det fall då mottagaren av reflekterad strålning är placerad utanför radarn (det är till exempel ett strukturellt element i en målsökande missil).
Varje art har sina egna fördelar och nackdelar.
Metoder och utrustning
Alla radarmedel enligt metoden som används är uppdelade i radar med kontinuerlig och pulsad strålning.
Den första innehåller en sändare och en mottagare av strålning, som verkar samtidigt och kontinuerligt. Enligt denna princip skapades de första radarenheterna. Ett exempel på ett sådant system är en radiohöjdmätare (en flygplansanordning som bestämmer ett flygplans avstånd från jordens yta) eller en radar som alla bilister känner till för att bestämma ett fordons hastighet.
I den pulsade metoden emitteras elektromagnetisk energi i korta pulser inom några mikrosekunder. Efter att ha genererat en signal fungerar stationen endast för mottagning. Efter att ha fångat och registrerat de reflekterade radiovågorna sänder radarn en ny puls och cyklerna upprepas.
Radardriftlägen
Det finns två huvudfunktioner för radarstationer och enheter. Den första är rymdskanning. Det utförs enligt en striktsystemet. Med en sekventiell granskning kan radarstrålens rörelse vara cirkulär, spiralformad, konisk, sektoriell till sin natur. Till exempel kan en antennuppsättning långsamt rotera i en cirkel (i azimut) samtidigt som den skannar i höjdled (lutar upp och ned). Vid parallell scanning utförs granskningen av en radarstråle. Var och en har sin egen mottagare, flera informationsflöden bearbetas samtidigt.
Spårningsläge innebär en konstant riktning av antennen till det valda objektet. För att vända den, enligt banan för ett rörligt mål, används speciella automatiska spårningssystem.
Algorithm för att bestämma räckvidd och riktning
Hastigheten för utbredning av elektromagnetiska vågor i atmosfären är 300 tusen km/s. Därför är det lätt att beräkna avståndet för objektet genom att känna till den tid som sändningssignalen spenderar för att täcka avståndet från stationen till målet och tillbaka. För att göra detta är det nödvändigt att noggrant registrera tiden för att skicka pulsen och ögonblicket för mottagning av den reflekterade signalen.
För att få information om platsen för målet används högriktad radar. Bestämningen av azimut och höjd (höjd eller höjd) för ett föremål görs av en antenn med en smal stråle. Moderna radarer använder fasade antennuppsättningar (PAR) för detta, som kan ställa in en smalare stråle och kännetecknas av en hög rotationshastighet. Som regel utförs rymdskanningsprocessen av minst två strålar.
Huvudsystemparametrar
Frånutrustningens taktiska och tekniska egenskaper beror till stor del på effektiviteten och kvaliteten på uppgifterna.
De taktiska indikatorerna för radarn inkluderar:
- Visa område begränsat av minsta och maximala måldetekteringsintervall, tillåtna azimut- och höjdvinklar.
- Upplösning i avstånd, azimut, höjd och hastighet (möjligheten att bestämma parametrarna för närliggande mål).
- Mätningsnoggrannhet, som mäts genom förekomsten av grova, systematiska eller slumpmässiga fel.
- Brusimmunitet och tillförlitlighet.
- Graden av automatisering för att extrahera och bearbeta den inkommande dataströmmen.
Specificerade taktiska egenskaper fastställs vid design av enheter genom vissa tekniska parametrar, inklusive:
- bärvågsfrekvens och modulering av genererade oscillationer;
- antennmönster;
- kraften för sändnings- och mottagningsenheter;
- Systemets totala mått och vikt.
I tjänst
Radar är ett universellt verktyg som ofta används inom militären, vetenskapen och den nationella ekonomin. Användningsområdena expanderar stadigt på grund av utveckling och förbättring av tekniska medel och mättekniker.
Användningen av radar i den militära industrin gör att vi kan lösa de viktiga uppgifterna att granska och kontrollera rymden, detektera luft-, mark- och vattenmobila mål. Utanradar, är det omöjligt att föreställa sig utrustning som fungerar som informationsstöd för navigationssystem och skottkontrollsystem.
Militär radar är kärnkomponenten i det strategiska missilvarningssystemet och det integrerade missilförsvaret.
Radioastronomi
Sänds från jordens yta, radiovågor reflekteras också från föremål i nära och fjärran rymden, såväl som från mål nära jorden. Många rymdobjekt kunde inte helt undersökas endast med användning av optiska instrument, och endast användningen av radarmetoder inom astronomi gjorde det möjligt att få rik information om deras natur och struktur. Passiv radar för månutforskning användes första gången av amerikanska och ungerska astronomer 1946. Ungefär samtidigt togs också radiosignaler från yttre rymden emot av misstag.
I moderna radioteleskop har mottagningsantennen formen av en stor konkav sfärisk skål (som spegeln på en optisk reflektor). Ju större diameter den är, desto svagare signal kommer antennen att kunna ta emot. Ofta fungerar radioteleskop på ett komplext sätt och kombinerar inte bara enheter som ligger nära varandra, utan också på olika kontinenter. Bland de viktigaste uppgifterna för modern radioastronomi är studiet av pulsarer och galaxer med aktiva kärnor, studiet av det interstellära mediet.
Civil användning
Inom jord- och skogsbruk, radarenheter är oumbärliga för att få information om fördelningen och densiteten av växtmassorna, studera strukturen, parametrarna och typerna av jordar och snabb upptäckt av bränder. Inom geografi och geologi används radar för att utföra topografiskt och geomorfologiskt arbete, bestämma strukturen och sammansättningen av bergarter och söka efter mineralfyndigheter. Inom hydrologi och oceanografi används radarmetoder för att övervaka tillståndet för landets huvudsakliga vattendrag, snö- och istäcke och kartlägga kustlinjen.
Radar är en oumbärlig assistent för meteorologer. Radarn kan enkelt ta reda på atmosfärens tillstånd på tiotals kilometers avstånd, och genom att analysera erhållna data görs en prognos för förändringar i väderförhållandena i ett visst område.
Utvecklingsutsikter
För en modern radarstation är det huvudsakliga utvärderingskriteriet förhållandet mellan effektivitet och kvalitet. Effektivitet avser utrustningens generaliserade prestandaegenskaper. Att skapa en perfekt radar är en komplex teknisk och vetenskaplig och teknisk uppgift, vars genomförande endast är möjligt med användning av de senaste landvinningarna inom elektromekanik och elektronik, informatik och datorteknik, energi.
Enligt experternas prognoser kommer de huvudsakliga funktionella enheterna för stationer av olika komplexitets- och syftesnivåer inom en snar framtid att vara solid-state aktiva fasade arrayer (fasade antenn arrays), som omvandlar analoga signaler till digitala.. UtvecklingDatorkomplexet kommer att helt automatisera radarns kontroll och grundläggande funktioner, vilket ger slutanvändaren en omfattande analys av den mottagna informationen.
