Radar je soubor vědeckých metod a technických prostředků používaných k určení souřadnic a charakteristik objektu pomocí rádiových vln. Objekt, který je předmětem vyšetřování, je často označován jako radarový cíl (nebo jednoduše cíl).
Princip radaru
Rádiová zařízení a zařízení určená k provádění radarových úkolů se nazývají radarové systémy nebo zařízení (radar nebo radar). Základy radaru jsou založeny na následujících fyzikálních jevech a vlastnostech:
- V prostředí šíření se na nich rozptylují rádiové vlny, které se setkávají s předměty s různými elektrickými vlastnostmi. Vlna odražená od cíle (nebo její vlastní záření) umožňuje radarovým systémům detekovat a identifikovat cíl.
- Na velké vzdálenosti se předpokládá, že šíření rádiových vln je přímočaré, s konstantní rychlostí ve známém prostředí. Tento předpoklad umožňuje měřit vzdálenost k cíli a jeho úhlové souřadnice (s určitou chybou).
- Na základě Dopplerova jevu vypočítá frekvence přijímaného odraženého signálu radiální rychlost bodu zářeníohledně RLU.
Historické pozadí
Na schopnost odrážet rádiové vlny poukázali skvělý fyzik G. Hertz a ruský elektroinženýr A. S. Popov na konci 19. století. Podle patentu z roku 1904 vytvořil první radar německý inženýr K. Hulmeier. Zařízení, které nazval telemobiloskop, se používalo na lodích, které brázdily Rýn. V souvislosti s rozvojem letecké techniky vypadalo použití radaru jako prvku protivzdušné obrany velmi slibně. Výzkum v této oblasti prováděli přední odborníci z mnoha zemí světa.
V roce 1932 popsal Pavel Kondratievich Oshchepkov, výzkumník z LEFI (Leningradský elektrofyzikální institut), ve svých dílech základní princip radaru. Ten ve spolupráci s kolegy B. K. Shembel a V. V. Tsimbalin v létě 1934 předvedl prototyp radarové instalace, která detekovala cíl ve výšce 150 m na vzdálenost 600 m.
Typy radarů
Povaha elektromagnetického záření cíle nám umožňuje mluvit o několika typech radarů:
- Pasivní radar zkoumá své vlastní záření (tepelné, elektromagnetické atd.), které generuje cíle (rakety, letadla, vesmírné objekty).
- Aktivní s aktivní odezvou se provádí, pokud je objekt vybaven vlastním vysílačem a interakcí s nímprobíhá podle algoritmu "požadavek - odpověď".
- Aktivní s pasivní odezvou zahrnuje studium sekundárního (odraženého) rádiového signálu. Radarová stanice se v tomto případě skládá z vysílače a přijímače.
- Semiaktivní radar je speciální případ aktivního, v případě, kdy je přijímač odraženého záření umístěn mimo radar (např. jde o konstrukční prvek samonaváděcí střely).
Každý druh má své výhody a nevýhody.
Metody a vybavení
Všechny prostředky radaru podle použité metody se dělí na radary kontinuálního a pulzního záření.
První obsahují vysílač a přijímač záření, které působí současně a nepřetržitě. Podle tohoto principu vznikla první radarová zařízení. Příkladem takového systému je rádiový výškoměr (letecké zařízení, které určuje vzdálenost letadla od zemského povrchu) nebo všem motoristům známý radar k určení rychlosti vozidla.
U pulzní metody je elektromagnetická energie emitována v krátkých pulzech během několika mikrosekund. Po vygenerování signálu stanice funguje pouze pro příjem. Po zachycení a registraci odražených rádiových vln radar vyšle nový impuls a cykly se opakují.
Provozní režimy radaru
Existují dva hlavní režimy provozu radarových stanic a zařízení. Prvním je skenování prostoru. Provádí se podle přísnýchSystém. Při sekvenční kontrole může být pohyb radarového paprsku kruhový, spirálový, kuželový, sektorový. Například anténní pole se může pomalu otáčet v kruhu (v azimutu) a současně skenovat v elevaci (naklánění nahoru a dolů). Při paralelním skenování se kontrola provádí svazkem radarových paprsků. Každý má svůj vlastní přijímač, zpracovává se několik informačních toků najednou.
Režim sledování znamená konstantní směrování antény k vybranému objektu. K jeho otočení podle trajektorie pohybujícího se cíle se používají speciální automatizované sledovací systémy.
Algoritmus pro určení vzdálenosti a směru
Rychlost šíření elektromagnetických vln v atmosféře je 300 tisíc km/s. Proto, když známe čas strávený vysílaným signálem k překonání vzdálenosti od stanice k cíli a zpět, je snadné vypočítat vzdálenost objektu. K tomu je nutné přesně zaznamenat čas vyslání pulsu a okamžik přijetí odraženého signálu.
K získání informací o poloze cíle se používá vysoce směrový radar. Určení azimutu a elevace (elevace nebo elevace) objektu se provádí anténou s úzkým paprskem. Moderní radary k tomu využívají fázovaná anténní pole (PAR), schopná nastavit užší paprsek a vyznačující se vysokou rychlostí rotace. Proces skenování prostoru je zpravidla prováděn alespoň dvěma paprsky.
Hlavní parametry systému
Odtaktické a technické vlastnosti vybavení do značné míry závisí na účinnosti a kvalitě úkolů.
Taktické indikátory radaru zahrnují:
- Zobrazená oblast omezená minimálním a maximálním rozsahem detekce cíle, povoleným azimutem a elevačními úhly.
- Rozlišení v rozsahu, azimutu, výšce a rychlosti (schopnost určit parametry blízkých cílů).
- Přesnost měření, která se měří přítomností hrubých, systematických nebo náhodných chyb.
- Odolnost proti hluku a spolehlivost.
- Stupeň automatizace pro extrakci a zpracování příchozího datového toku.
Specifikované taktické vlastnosti jsou stanoveny při navrhování zařízení prostřednictvím určitých technických parametrů, včetně:
- nosná frekvence a modulace generovaných oscilací;
- vzory antén;
- výkon vysílacích a přijímacích zařízení;
- Celkové rozměry a hmotnost systému.
Ve službě
Radar je univerzální nástroj široce používaný ve vojenství, vědě a národní ekonomice. Oblasti použití se neustále rozšiřují díky vývoji a zdokonalování technických prostředků a měřicích technologií.
Použití radaru ve vojenském průmyslu nám umožňuje řešit důležité úkoly kontroly a kontroly vesmíru, detekce vzdušných, pozemních a vodních mobilních cílů. Bezradary, nelze si představit zařízení sloužící k informační podpoře navigačních systémů a systémů řízení palby.
Vojenský radar je základní součástí strategického raketového varovného systému a integrované protiraketové obrany.
Radioastronomie
Rádiové vlny vysílané z povrchu Země se také odrážejí od objektů v blízkém i vzdáleném vesmíru a také od cílů v blízkosti Země. Mnoho vesmírných objektů nebylo možné plně prozkoumat pouze pomocí optických přístrojů a teprve použití radarových metod v astronomii umožnilo získat bohaté informace o jejich povaze a struktuře. Pasivní radar pro průzkum Měsíce byl poprvé použit americkými a maďarskými astronomy v roce 1946. Přibližně ve stejnou dobu byly také náhodně přijaty rádiové signály z vesmíru.
V moderních radioteleskopech má přijímací anténa tvar velké konkávní kulové mísy (jako zrcadlo optického reflektoru). Čím větší je její průměr, tím slabší signál bude anténa schopna přijímat. Radioteleskopy často pracují složitým způsobem a kombinují nejen zařízení umístěná blízko sebe, ale také umístěná na různých kontinentech. Mezi nejdůležitější úkoly moderní radioastronomie patří studium pulsarů a galaxií s aktivními jádry, studium mezihvězdného prostředí.
Civilní využití
V zemědělství a lesnictví radarzařízení jsou nepostradatelná pro získávání informací o rozložení a hustotě rostlinných hmot, pro studium struktury, parametrů a typů půd a pro včasnou detekci požárů. V geografii a geologii se radar využívá k provádění topografických a geomorfologických prací, zjišťování struktury a složení hornin a vyhledávání ložisek nerostů. V hydrologii a oceánografii se radarové metody používají ke sledování stavu hlavních vodních cest země, sněhové a ledové pokrývky a mapování pobřeží.
Radar je nepostradatelným pomocníkem meteorologů. Radar dokáže snadno zjistit stav atmosféry na vzdálenost desítek kilometrů a analýzou získaných dat se vytvoří předpověď změn povětrnostních podmínek v konkrétní oblasti.
Vyhlídky na rozvoj
U moderní radarové stanice je hlavním hodnotícím kritériem poměr účinnosti a kvality. Účinnost se týká zobecněných výkonnostních charakteristik zařízení. Vytvoření dokonalého radaru je složitý inženýrský a vědeckotechnický úkol, jehož realizace je možná pouze s využitím nejnovějších poznatků v elektromechanice a elektronice, informatiky a výpočetní techniky, energetiky.
Podle prognóz odborníků budou v blízké budoucnosti hlavními funkčními jednotkami stanic různé úrovně složitosti a účelu polovodičová aktivní fázovaná pole (fázovaná anténní pole), která převádějí analogové signály na digitální. RozvojPočítačový komplex plně zautomatizuje ovládání a základní funkce radaru a poskytne koncovému uživateli komplexní analýzu přijatých informací.
