Radar is een reeks wetenschappelijke methoden en technische middelen die worden gebruikt om de coördinaten en kenmerken van een object te bepalen door middel van radiogolven. Het object dat wordt onderzocht, wordt vaak een radardoel genoemd (of gewoon een doel).
Principe van radar
Radioapparatuur en -faciliteiten die zijn ontworpen om radartaken uit te voeren, worden radarsystemen of -apparaten (radar of radar) genoemd. De basisprincipes van radar zijn gebaseerd op de volgende fysische verschijnselen en eigenschappen:
- In het voortplantingsmedium worden radiogolven, ontmoetingsobjecten met verschillende elektrische eigenschappen, erop verspreid. De golf die door het doel (of zijn eigen straling) wordt gereflecteerd, stelt radarsystemen in staat het doel te detecteren en te identificeren.
- Op lange afstanden wordt aangenomen dat de voortplanting van radiogolven rechtlijnig is, met een constante snelheid in een bekend medium. Deze aanname maakt het mogelijk om het bereik tot het doel en zijn hoekcoördinaten te meten (met een bepaalde fout).
- Op basis van het Doppler-effect berekent de frequentie van het ontvangen gereflecteerde signaal de radiale snelheid van het stralingspuntmet betrekking tot RLU.
Historische achtergrond
Het vermogen van radiogolven om te reflecteren werd opgemerkt door de grote natuurkundige G. Hertz en de Russische elektrotechnisch ingenieur A. S. Popov aan het einde van de 19e eeuw. Volgens een patent uit 1904 werd de eerste radar gemaakt door de Duitse ingenieur K. Hulmeier. Het apparaat, dat hij een telemobiloscoop noemde, werd gebruikt op schepen die de Rijn omploegden. In verband met de ontwikkeling van luchtvaarttechnologie leek het gebruik van radar veelbelovend als onderdeel van luchtverdediging. Onderzoek op dit gebied werd uitgevoerd door vooraanstaande experts uit vele landen van de wereld.
In 1932 beschreef Pavel Kondratievich Oshchepkov, een onderzoeker bij LEFI (Leningrad Electrophysical Institute), het basisprincipe van radar in zijn werken. Hij heeft in samenwerking met collega's B. K. Shembel en V. V. Tsimbalin demonstreerde in de zomer van 1934 een prototype radarinstallatie die een doel op een hoogte van 150 m op een afstand van 600 m detecteerde.
Soorten radar
Door de aard van de elektromagnetische straling van het doelwit kunnen we spreken van verschillende soorten radar:
- Passieve radar onderzoekt zijn eigen straling (thermisch, elektromagnetisch, enz.) die doelen genereert (raketten, vliegtuigen, ruimtevoorwerpen).
- Actief met een actieve respons wordt uitgevoerd als het object is uitgerust met een eigen zender en interactie ermeegebeurt volgens het "request - response" algoritme.
- Actief met een passieve respons omvat de studie van het secundaire (gereflecteerde) radiosignaal. Het radarstation bestaat in dit geval uit een zender en een ontvanger.
- Semi-actieve radar is een speciaal geval van actief, in het geval dat de ontvanger van gereflecteerde straling zich buiten de radar bevindt (het is bijvoorbeeld een structureel element van een doelzoekende raket).
Elke soort heeft zijn eigen voor- en nadelen.
Methoden en apparatuur
Alle radarmiddelen volgens de gebruikte methode zijn onderverdeeld in radars van continue en gepulseerde straling.
De eerste bevatten een zender en een ontvanger van straling, die gelijktijdig en continu werken. Volgens dit principe werden de eerste radarapparaten gemaakt. Een voorbeeld van een dergelijk systeem is een radiohoogtemeter (een vliegtuigapparaat dat de afstand van een vliegtuig tot het aardoppervlak bepa alt) of een bij alle automobilisten bekende radar om de snelheid van een voertuig te bepalen.
Bij de gepulseerde methode wordt elektromagnetische energie binnen enkele microseconden in korte pulsen uitgezonden. Na het genereren van een signaal werkt het station alleen voor ontvangst. Nadat de gereflecteerde radiogolven zijn opgevangen en geregistreerd, zendt de radar een nieuwe puls uit en worden de cycli herhaald.
Radar bedrijfsmodi
Er zijn twee hoofdmodi voor de werking van radarstations en apparaten. De eerste is het scannen van de ruimte. Het wordt uitgevoerd volgens een striktesysteem. Met een sequentiële beoordeling kan de beweging van de radarstraal cirkelvormig, spiraalvormig, conisch of sectoraal van aard zijn. Een antennearray kan bijvoorbeeld langzaam in een cirkel draaien (in azimut) en tegelijkertijd in elevatie scannen (op en neer kantelen). Bij parallel scannen wordt de beoordeling uitgevoerd door een bundel radarstralen. Elk heeft zijn eigen ontvanger, er worden meerdere informatiestromen tegelijk verwerkt.
Tracking-modus impliceert een constante gerichtheid van de antenne op het geselecteerde object. Om het te draaien, volgens het traject van een bewegend doel, worden speciale geautomatiseerde volgsystemen gebruikt.
Algoritme voor het bepalen van het bereik en de richting
De voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven in de atmosfeer is 300 duizend km/s. Daarom is het gemakkelijk om de afstand van het object te berekenen als u weet hoeveel tijd het uitgezonden signaal nodig heeft om de afstand van het station naar het doel en terug te overbruggen. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de tijd van het verzenden van de puls en het moment van ontvangst van het gereflecteerde signaal nauwkeurig te registreren.
Om informatie over de locatie van het doel te verkrijgen, wordt een sterk gerichte radar gebruikt. De bepaling van de azimut en elevatie (elevatie of elevatie) van een object wordt gedaan door een antenne met een smalle bundel. Moderne radars gebruiken hiervoor phased antenne arrays (PAR) die een smallere bundel kunnen instellen en gekenmerkt worden door een hoge rotatiesnelheid. In de regel wordt het proces van het scannen van de ruimte uitgevoerd door ten minste twee bundels.
Belangrijkste systeemparameters
Vantactische en technische kenmerken van apparatuur hangen grotendeels af van de efficiëntie en kwaliteit van taken.
De tactische indicatoren van de radar zijn:
- Beeldgebied beperkt door het minimale en maximale doeldetectiebereik, toegestane azimut- en elevatiehoeken.
- Resolutie in bereik, azimut, hoogte en snelheid (de mogelijkheid om de parameters van nabije doelen te bepalen).
- Meetnauwkeurigheid, die wordt gemeten door de aanwezigheid van grove, systematische of willekeurige fouten.
- Noise immuniteit en betrouwbaarheid.
- De mate van automatisering voor het extraheren en verwerken van de inkomende datastroom.
Gespecificeerde tactische kenmerken worden vastgelegd bij het ontwerpen van apparaten door middel van bepaalde technische parameters, waaronder:
- draaggolffrequentie en modulatie van gegenereerde oscillaties;
- antennepatronen;
- kracht van zend- en ontvangstapparaten;
- Algehele afmetingen en gewicht van het systeem.
In dienst
Radar is een universeel hulpmiddel dat veel wordt gebruikt in het leger, de wetenschap en de nationale economie. De toepassingsgebieden breiden zich gestaag uit door de ontwikkeling en verbetering van technische middelen en meettechnologieën.
Het gebruik van radar in de militaire industrie stelt ons in staat om de belangrijke taken van het beoordelen en controleren van de ruimte, het detecteren van lucht-, grond- en watermobiele doelen op te lossen. Zonderradars, is het onmogelijk om apparatuur voor te stellen die dient voor informatieondersteuning van navigatiesystemen en geweervuurcontrolesystemen.
Militaire radar is de kerncomponent van het strategische raketwaarschuwingssysteem en de geïntegreerde raketverdediging.
Radioastronomie
Verzonden vanaf het aardoppervlak, worden radiogolven ook weerkaatst door objecten in de nabije en verre ruimte, evenals door nabije aardse doelen. Veel ruimtevoorwerpen konden niet volledig worden onderzocht met alleen het gebruik van optische instrumenten, en alleen het gebruik van radarmethoden in de astronomie maakte het mogelijk om rijke informatie over hun aard en structuur te verkrijgen. Passieve radar voor verkenning van de maan werd voor het eerst gebruikt door Amerikaanse en Hongaarse astronomen in 1946. Rond dezelfde tijd werden ook per ongeluk radiosignalen uit de ruimte ontvangen.
In moderne radiotelescopen heeft de ontvangstantenne de vorm van een grote concave bolvormige kom (zoals de spiegel van een optische reflector). Hoe groter de diameter, hoe zwakker het signaal dat de antenne kan ontvangen. Vaak werken radiotelescopen op een complexe manier, waarbij niet alleen apparaten worden gecombineerd die zich dicht bij elkaar bevinden, maar ook op verschillende continenten. Een van de belangrijkste taken van de moderne radioastronomie is de studie van pulsars en sterrenstelsels met actieve kernen, de studie van het interstellaire medium.
Burgerlijk gebruik
In land- en bosbouw, radarapparaten zijn onmisbaar voor het verkrijgen van informatie over de verdeling en dichtheid van plantenmassa's, het bestuderen van de structuur, parameters en grondsoorten en het tijdig detecteren van branden. In de geografie en geologie wordt radar gebruikt om topografisch en geomorfologisch werk uit te voeren, de structuur en samenstelling van rotsen te bepalen en naar minerale afzettingen te zoeken. In hydrologie en oceanografie worden radarmethoden gebruikt om de toestand van de belangrijkste waterwegen van het land, de sneeuw- en ijsbedekking te volgen en de kustlijn in kaart te brengen.
Radar is een onmisbare assistent voor meteorologen. De radar kan gemakkelijk de toestand van de atmosfeer op een afstand van tientallen kilometers achterhalen en door de verkregen gegevens te analyseren, wordt een voorspelling gemaakt van veranderingen in de weersomstandigheden in een bepaald gebied.
Vooruitzichten voor ontwikkeling
Voor een modern radarstation is het belangrijkste evaluatiecriterium de verhouding tussen efficiëntie en kwaliteit. Efficiëntie verwijst naar de algemene prestatiekenmerken van apparatuur. Het creëren van een perfecte radar is een complexe technische en wetenschappelijke en technische taak, waarvan de implementatie alleen mogelijk is met het gebruik van de nieuwste prestaties op het gebied van elektromechanica en elektronica, informatica en computertechnologie, energie.
Volgens de voorspellingen van experts zullen in de nabije toekomst de belangrijkste functionele eenheden van stations met verschillende niveaus van complexiteit en doel solid-state actieve phased arrays (phased antenne arrays) zijn, die analoge signalen omzetten in digitale signalen. OntwikkelingHet computercomplex zal de besturing en basisfuncties van de radar volledig automatiseren, waardoor de eindgebruiker een uitgebreide analyse van de ontvangen informatie krijgt.
