Kaj je RADAR: Osnove, vrste in aplikacije

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





Po vsem svetu lahko opazujemo različne predmete. Podobno se radarsko radijsko zaznavanje in doseg uporablja za pomoč pilotom med letenjem skozi meglo, ker pilot tega ne more opaziti, kam potujejo. Radar, ki se uporablja v letalih, je podoben svetilki, ki deluje z radijskimi valovi namesto svetlobe. Letalo oddaja utripajoči radarski signal in posluša morebitne znake tega signala iz bližnjih predmetov. Ko so indikacije opažene, letalo ugotovi, da je nekaj blizu, in porabi čas, da indikacije dosežejo, da odkrijejo, kako daleč je. Ta članek obravnava pregled Radarja in njegovega delovanja.

Kdo je izumil radar?

Podobno kot pri več izumih tudi radarskemu sistemu ni enostavno pripisati zasluge posamezniku, ker je bil rezultat prejšnjih del na lastnostih elektromagnetni sevanje za dostopnost številnih elektronskih naprav. Vprašanje, ki je najbolj zaskrbljujoče, je bolj zapleteno zaradi skrivnosti vojaške zasebnosti, v okviru katere so v zgodnjih dneh druge svetovne vojne v različnih državah preučevali tehnike radijske lokacije.




Ta ocenjevalec je končno zaključil, da je opomba Roberta Watson-Watta o odkrivanju in umeščanju letala po radijskih metodah, objavljena takoj pred 50 leti, kadar je radarski sistem očiten primer neposrednega ustvarjanja. To je bila najpomembnejša samotna publikacija na tem področju. Britanski dosežek v boju proti Britaniji je veliko namenil širitvi radarskega sistema, ki je vključeval tehnično rast z operativno izvedljivostjo.

Kaj je radarski sistem?

RADAR pomeni Radio zaznavanje in sistem za doseg. V bistvu gre za elektromagnetni sistem, ki se uporablja za zaznavanje lokacije in oddaljenosti predmeta od točke, kjer je postavljen RADAR. Deluje tako, da v vesolje oddaja energijo in spremlja odmev ali odsevni signal predmetov. Deluje v UHF in mikrovalovnem območju.



Radar je elektromagnetni senzor, ki se uporablja za opazovanje, sledenje, lociranje in prepoznavanje različnih predmetov, ki so na določeni razdalji. Delovanje radarja je, da oddaja elektromagnetno energijo v smeri ciljev, da opazuje odmeve in vrnitve iz njih. Tu cilji niso nič drugega kot ladje, letala, astronomska telesa, avtomobilska vozila, vesoljska plovila, dež, ptice, žuželke itd. Namesto da bi opazil lokacijo in hitrost cilja, včasih dobi tudi njihovo obliko in velikost.

Glavni cilj radarja v primerjavi z infrardečimi in optičnimi zaznavalnimi napravami je odkriti oddaljene cilje v težkih podnebnih razmerah in natančno določiti njihovo razdaljo, domet. Radar ima svoj oddajnik, ki je znan kot vir osvetlitve za postavitev ciljev. Na splošno deluje v mikrovalovnem območju elektromagnetnega spektra, ki se izračuna v hercih, kadar se frekvence razširijo od 400 MHz do 40 GHz. Bistvene komponente, ki se uporabljajo v radarju


Radar se v letih 1930-ih in 40-ih hitro razvija, da bi dosegel vojaške potrebe. Še vedno se pogosto uporablja v oboroženih silah, kjer koli je že dosežen več tehnološkega napredka. Hkrati se radar uporablja tudi v civilnih aplikacijah, zlasti pri nadzoru zračnega prometa, opazovanju vremena, navigaciji ladje, okolju, zaznavanju oddaljenih območij, opazovanju planetov, merjenju hitrosti v industrijski uporabi, nadzoru vesolja, kazenskemu pregonu itd.

Načelo dela

The princip delovanja radarja je zelo preprost, saj prenaša elektromagnetno moč in preučuje energijo, vrnjeno nazaj v cilj. Če so vrnjeni signali spet sprejeti na mestu njihovega vira, je ovira na poti prenosa. To je načelo delovanja radarja.

Osnove radarja

Sistem RADAR je na splošno sestavljen iz oddajnika, ki proizvaja elektromagnetni signal, ki ga v vesolje oddaja antena. Ko ta signal zadene predmet, se odbije ali prežarči v več smereh. Ta odbojni ali odmevni signal sprejme radarska antena, ki ga odda sprejemniku, kjer se obdela za določitev geografske statistike predmeta.

Doseg se določi z izračunom časa, ki ga je signal vzel za pot od RADARJA do cilja in nazaj. Lokacija cilja se meri v kotu, od smeri največje amplitudne odmevne signale, na katero kaže antena. Za merjenje dosega in lokacije premikajočih se predmetov se uporablja Dopplerjev učinek.

Bistveni deli tega sistema vključujejo naslednje.

  • Oddajnik: Lahko je ojačevalnik moči, kot je Klystron, potujoča valovna cev, ali oscilator moči, kot je Magnetron. Signal se najprej generira z uporabo generatorja valov, nato pa se ojači v ojačevalniku moči.
  • Valovodi: Valovodi so prenosni vodi za prenos RADAR-signalov.
  • Antena: Uporabljena antena je lahko parabolični reflektor, ravninski nizi ali elektronsko krmiljeni fazni nizi.
  • Obojestranski tiskalnik: Dvostranski sprejemnik omogoča uporabo antene kot oddajnika ali sprejemnika. To je lahko plinasta naprava, ki na vhodu v sprejemnik povzroči kratek stik, ko oddajnik deluje.
  • Sprejemnik: To je lahko superheterodinski sprejemnik ali kateri koli drug sprejemnik, ki je sestavljen iz procesorja za obdelavo signala in njegovo zaznavanje.
  • Odločitev o pragu: Izhod sprejemnika se primerja s pragom za zaznavanje prisotnosti katerega koli predmeta. Če je izhod pod katerim koli pragom, se predpostavlja prisotnost hrupa.

Kako Radar uporablja radio?

Ko je radar postavljen na ladjo ali letalo, zahteva podoben nabor komponent za izdelavo radijskih signalov, njihovo oddajanje v vesolje in njihovo sprejemanje z nečim ter na koncu prikaz informacij, da jih razume. Magnetron je ena vrsta naprave, ki se uporablja za ustvarjanje radijskih signalov, ki se uporabljajo prek radia. Ti signali so podobni svetlobnim, ker potujejo z enako hitrostjo, vendar so z manj frekvencami njihovi signali veliko daljši.

Valovna dolžina svetlobnih signalov je 500 nanometrov, medtem ko se radijski signali, ki jih uporablja radar, običajno gibljejo od centimetrov do metrov. V elektromagnetnem spektru so signali, kot sta radio in svetloba, izdelani s spremenljivo zasnovo magnetne in električne energije v zraku. Magnetron v radarju ustvarja mikrovalove enako kot mikrovalovna pečica. Glavna razlika je v tem, da mora magnetron znotraj radarja oddajati signale več kilometrov in ne le majhne razdalje, zato je močnejši in tudi veliko večji.

Kadar koli se oddajajo radijski signali, potem antena deluje kot oddajnik, ki jih oddaja v zrak. Na splošno je oblika antene upognjena, zato signale v glavnem usmerja v natančen in ozek signal, vendar se radarske antene običajno tudi vrtijo, tako da lahko opazijo dejanja na velikem območju.

Radijski signali potujejo zunaj antene s hitrostjo 300.000 km na sekundo, dokler nekaj ne udarijo in se nekateri vrnejo nazaj v anteno. V radarskem sistemu obstaja bistvena naprava, in sicer duplekser. Ta naprava se uporablja za spreminjanje antene med oddajnikom in sprejemnikom.

Vrste radarjev

Obstajajo različne vrste radarjev, ki vključujejo naslednje.

Bistatični radar

Ta vrsta radarskega sistema vključuje oddajnik Tx in sprejemnik Rx, ki sta razdeljena na razdaljo, ki je enaka razdalji ocenjenega predmeta. Oddajnik in sprejemnik se nahajata na podobnem položaju, ki se imenuje monastični radar, medtem ko vojaška strojna oprema za zrakoplove in zrak v zrak na velike razdalje uporablja bistatični radar.

Dopplerjev radar

To je posebna vrsta radarja, ki uporablja Dopplerjev učinek za generiranje podatkovne hitrosti glede cilja na določeni razdalji. To lahko dosežemo s prenosom elektromagnetnih signalov v smeri predmeta, tako da analizira, kako je delovanje predmeta vplivalo na frekvenco vrnjenega signala.

Ta sprememba bo dala zelo natančne meritve radialne komponente hitrosti predmeta v razmerju do radarja. Uporaba teh radarjev vključuje različne panoge, kot so meteorologija, letalstvo, zdravstvo itd.

Monopulsni radar

Tovrstni radarski sistem primerja dobljeni signal z uporabo določenega radarskega impulza poleg njega s kontrastom signala, kot ga opazimo v številnih smereh, sicer polarizacijskih. Najpogostejši tip monopulznega radarja je stožčasti radar za skeniranje. Ta vrsta radarja ovrednoti donos na dva načina za neposredno merjenje položaja predmeta. Pomembno je omeniti, da so radarji, razviti v letu 1960, enoimpulsni radarji.

Pasivni radar

Ta vrsta radarja je v glavnem namenjena opazovanju in spremljanju ciljev s pomočjo obdelave indikacij osvetlitve v okolici. Ti viri vključujejo komunikacijske signale in komercialne oddaje. Kategorizacijo tega radarja lahko izvedemo v isti kategoriji bistatičnega radarja.

Instrumentacijski radar

Ti radarji so namenjeni preizkušanju letal, raket, raket itd. Pri analizi naknadne obdelave in v realnem času dajejo različne informacije, vključno s prostorom, položajem in časom.

Vremenski radarji

Uporabljajo se za zaznavanje smeri in vremena z uporabo radijskih signalov s krožno ali vodoravno polarizacijo. Izbira frekvence vremenskega radarja je v glavnem odvisna od ogrožanja učinkovitosti dušenja in odbijanja padavin kot posledice vodne pare v ozračju. Nekatere vrste radarjev so v glavnem zasnovane za uporabo Dopplerjevih premikov za izračun hitrosti vetra in dvojno polarizacijo za prepoznavanje vrst padavin.

Kartiranje radarja

Ti radarji se v glavnem uporabljajo za preučevanje velikega geografskega območja za aplikacije daljinskega zaznavanja in geografije. Zaradi radarja s sintetično odprtino so ti omejeni na povsem mirujoče cilje. Obstaja nekaj posebnih radarskih sistemov, ki se uporabljajo za zaznavanje ljudi po zidovih, ki se razlikujejo od tistih v gradbenem materialu.

Navigacijski radarji

Na splošno so to enaki za iskanje radarjev, vendar so na voljo z majhnimi valovnimi dolžinami, ki se lahko razmnožujejo s tal in kamnov. Ti se pogosto uporabljajo na komercialnih ladjah, pa tudi na letalih na dolge razdalje. Obstajajo različni navigacijski radarji, kot so morski radarji, ki so običajno nameščeni na ladjah, da bi se izognili trčenju in tudi navigacijskim namenom.

Impulzni RADAR

Pulzni RADAR pošilja impulze visoke moči in visoke frekvence proti ciljnemu objektu. Nato počaka na odmevni signal predmeta, preden se pošlje nov impulz. Doseg in ločljivost RADARJA sta odvisna od frekvence ponavljanja impulzov. Uporablja metodo Dopplerjevega premika.

Načelo RADAR zaznavanja premikajočih se predmetov z uporabo Dopplerjevega premika temelji na dejstvu, da so odmevni signali mirujočih predmetov v isti fazi in se zato prekinejo, medtem ko bodo odmevni signali premikajočih se objektov v fazi nekoliko spremenjeni. Ti radarji so razvrščeni v dve vrsti.

Pulzno-doplerski

Prenaša visoko frekvenco ponavljanja impulzov, da se izogne ​​Dopplerjevim dvoumnostim. Oddani signal in prejeti odmevni signal se zmešata v detektorju, da dobimo Dopplerjev premik, signal razlike pa filtriramo z Dopplerjevim filtrom, kjer neželene signale hrupa zavrnemo.

Blokovni diagram impulznega doplerskega radarja

Blokovni diagram impulznega doplerskega radarja

Kazalnik premikajočega se cilja

Prenaša nizko frekvenco ponavljanja impulzov, da se izogne ​​nejasnostim v območju. V sistemu MTI RADAR so prejeti odmevni signali od predmeta usmerjeni proti mešalniku, kjer se zmešajo s signalom stabilnega lokalnega oscilatorja (STALO), da se ustvari signal IF.

Ta signal IF se ojača in nato preda faznemu detektorju, kjer se njegova faza primerja s fazo signala iz koherentnega oscilatorja (COHO) in nastane signal razlike. Koherentni signal ima enako fazo kot signal oddajnika. Koherentni signal in signal STALO se zmešata in oddata ojačevalniku moči, ki se vklopi in izklopi z impulznim modulatorjem.

MTI radar

MTI radar

Neprekinjen val

Neprekinjeni val RADAR ne meri dosega cilja, temveč hitrost spremembe obsega z merjenjem Dopplerjevega premika povratnega signala. V CW RADARJU namesto impulzov oddajamo elektromagnetno sevanje. V bistvu se uporablja za merjenje hitrosti .

RF signal in signal IF se mešata v stopnji mešalnika, da ustvarita frekvenco lokalnega oscilatorja. Nato se RF signal pošlje, sprejemni signal s strani RADAR antene pa je sestavljen iz RF frekvence in Dopplerjeve frekvence premika. Prejeti signal se v drugi stopnji mešanice pomeša s frekvenco lokalnega oscilatorja, da se generira frekvenčni signal IF.

Ta signal se ojača in odda v tretjo stopnjo mešanice, kjer se zmeša z IF signalom, da dobi signal z Dopplerjevo frekvenco. Ta Dopplerjeva frekvenca ali Dopplerjev premik daje hitrost spremembe obsega cilja in tako se meri hitrost cilja.

Blok diagram prikazuje CW RADAR

Blok diagram prikazuje CW RADAR

Enačba radarskega dosega

Za enačbe radarskega dosega so na voljo različne vrste različic. Tu je naslednja enačba ena temeljnih vrst za edini antenski sistem. Če se domneva, da je predmet na sredini antenskega signala, lahko najvišje območje radarskega zaznavanja zapišemo kot

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = oddajanje moči

‘Pmin’ = najmanjši zaznavni signal

‘Λ’ = valovna dolžina oddajanja

‘Σ’ = prerez ciljnega radarja

„Fo“ = frekvenca v Hz

„G“ = ojačanje antene

‘C’ = svetlobna hitrost

V zgornji enačbi so spremenljivke stabilne, poleg tega pa se zanašajo tudi na radar, razen cilja, kot je RCS. Vrstni red oddane moči bo 1 mW (0 dBm) in ojačanje antene približno 100 (20 dB) za ERP (učinkovita sevana moč) 20 dBm (100 mW). Vrstni red najmanj opaznih signalov so pikovati in RCS za vozilo je lahko 100 kvadratnih metrov.

Torej, vhodni podatki bodo natančnost enačbe radarskega dosega. Pmin (najmanjši opazen signal) je v glavnem odvisen od pasovne širine sprejemnika (B), F (slika šuma), T (temperatura) in potrebno razmerje S / N (razmerje signal / šum).

Sprejemnik z ozko pasovno širino bo bolj odziven v primerjavi s širokim sprejemnikom BW. Številko hrupa lahko določimo, saj gre za izračun, koliko hrupa lahko prispeva sprejemnik k signalu. Ko je številka hrupa manjša, bo hrupa manj, ko naprava prispeva. Ko se temperatura poveča, bo to vplivalo na občutljivost sprejemnika zaradi naraščajočega vhodnega šuma.

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

Iz zgornje enačbe,

'Pmin' je najmanj zaznaven signal

'K' je Boltzmannova konstanta, na primer 1,38 x 10-23 (W * sek / ° Kelvina)

„T“ je temperatura (° Kelvina)

„B“ je pasovna širina sprejemnika (Hz)

„F“ je vrednost hrupa (dB), faktor hrupa (razmerje)

(S / N) min = Najmanjše razmerje S / N

Na voljo moč toplotnega hrupa i / p, ki je na voljo, je lahko sorazmerna s kTB, kjer koli je 'k' Boltzmannova konstanta, 'T' je temperatura in 'B' je pasovna širina sprejemnega šuma v hercih.

T = 62,33 ° F ali 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

Zgornjo enačbo radarskega območja lahko zapišemo za sprejeto moč, kot je obseg funkcij za zagotovljeno moč oddajanja, ojačanje antene, RCS in valovno dolžino.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Iz zgornje enačbe,

„Prec“ je sprejeta moč

'Pt' je prenosna moč

„Fo“ je oddajna frekvenca

„Λ“ je valovna dolžina oddajanja

„G“ je ojačanje antene

„Σ“ je prerez radarja

„R“ je obseg

„C“ je svetlobna hitrost

Aplikacije

The aplikacije radarja vključujejo naslednje.

Vojaške aplikacije

V vojski ima 3 glavne aplikacije:

  • V zračni obrambi se uporablja za odkrivanje ciljev, prepoznavanje ciljev in nadzor nad orožjem (usmerjanje orožja k sledenim ciljem).
  • V raketnem sistemu za vodenje orožja.
  • Prepoznavanje sovražnih lokacij na zemljevidu.

Kontrola zračnega prometa

Ima 3 glavne aplikacije za nadzor zračnega prometa:

  • Za nadzor zračnega prometa v bližini letališč. RADAR za nadzor zraka se uporablja za zaznavanje in prikaz položaja letala na letaliških terminalih.
  • Za vodenje letala, da pristane ob slabem vremenu, uporabite RADAR z natančnim priletom.
  • Za skeniranje letališke površine glede položaja letal in tal

Daljinsko zaznavanje

Uporablja se lahko za opazovanje ali opazovanje položajev planetov in spremljanje morskega ledu, da se zagotovi lahka pot ladij.

Nadzor nad zemeljskim prometom

Uporablja ga lahko tudi prometna policija za določanje hitrosti vozila, nadzor gibanja vozil z opozorili o prisotnosti drugih vozil ali drugih ovirah za njimi.

Vesolje

Ima 3 glavne aplikacije

  • Za vodenje vesoljskega vozila za varen pristanek na Luni
  • Opazovati planetarne sisteme
  • Za odkrivanje in sledenje satelitov
  • Za spremljanje meteorjev

Torej, zdaj sem dal osnovno razumevanje RADARJA , kaj pa oblikovanje preprostega projekta, ki vključuje RADAR?

Foto krediti