Мы можем наблюдать за разными объектами по всему миру. Точно так же радиолокационное обнаружение и дальность используются для помощи пилотам во время полета в тумане, потому что пилот не может заметить, куда они движутся. Радар, используемый в самолетах, похож на фонарик, который работает с радиоволнами вместо света. Самолет передает мигающий сигнал радара и отслеживает любые признаки этого сигнала от близлежащих объектов. Как только указатели заметны, самолет определяет, что что-то находится поблизости, и использует время, необходимое для достижения указателей, для определения того, насколько далеко он находится. В этой статье обсуждается обзор радара и его работы.

Кто изобрел радар?

Подобно нескольким изобретениям, радиолокационную систему нелегко отдать должное отдельному человеку, потому что она была результатом более ранней работы над свойствами электромагнитный радиация для доступа к многочисленным электронным устройствам. Вопрос, вызывающий наибольшее беспокойство, усложняется прикрытием военной тайны, под которым методы радиолокации изучались в разных странах в первые дни Второй мировой войны.

Автор обзора, наконец, пришел к выводу, что, когда радиолокационная система является явным примером непосредственного создания, заметка Роберта Уотсон-Ватта об обнаружении и определении местоположения самолетов с помощью радио методов была опубликована сразу 50 лет назад. Так что это была самая значительная отдельная публикация в этой области. Британские достижения в борьбе с Британией во многом были связаны с расширением радиолокационной системы, которая включала технический рост с оперативной осуществимостью.

Что такое радиолокационная система?

РАДАР означает Обнаружение радио и система ранжирования. По сути, это электромагнитная система, используемая для определения местоположения и расстояния до объекта от точки, где размещен РАДАР. Он работает, излучая энергию в космос и отслеживая эхо или отраженный сигнал от объектов. Работает в УВЧ и СВЧ диапазоне.

Радар - это электромагнитный датчик, используемый для обнаружения, отслеживания, определения местоположения и идентификации различных объектов, находящихся на определенных расстояниях. Работа радара заключается в том, что он передает электромагнитную энергию в направлении целей для наблюдения за эхом и возвращается от них. Здесь цели - это не что иное, как корабли, самолеты, астрономические тела, автомобильные транспортные средства, космические корабли, дождь, птицы, насекомые и т. Д. Вместо того, чтобы замечать местоположение и скорость цели, она также иногда приобретает их форму и размер.

Основная задача радара по сравнению с инфракрасными и оптическими приборами - обнаружение далеких целей в сложных климатических условиях и точное определение их дальности и дальности. Радар имеет собственный передатчик, который известен как источник освещения для определения цели. Как правило, он работает в микроволновой области электромагнитного спектра, который рассчитывается в герцах при частотах от 400 МГц до 40 ГГц. Основные компоненты, которые используются в радаре

Радиолокационная станция быстро развивалась в течение 1930-40-х годов, чтобы соответствовать требованиям военных. Он по-прежнему широко используется в вооруженных силах, где бы ни был достигнут ряд технологических достижений. Одновременно радар также используется в гражданских приложениях, в частности, для управления воздушным движением, наблюдения за погодой, навигации кораблей, окружающей среды, зондирования из отдаленных районов, наблюдения планет, измерения скорости в промышленных приложениях, космического наблюдения, правоохранительных органов и т. Д.

Принцип работы

В принцип работы радара очень прост, потому что он передает электромагнитную энергию, а также проверяет энергию, возвращаемую к цели. Если возвращенные сигналы снова принимаются в месте их источника, значит на пути передачи находится препятствие. Это принцип работы радара.

Основы радара

Система RADAR обычно состоит из передатчика, который производит электромагнитный сигнал, который излучается в космос антенной. Когда этот сигнал попадает на объект, он отражается или переизлучается во многих направлениях. Этот отраженный или эхо-сигнал принимается антенной радара, которая доставляет его в приемник, где он обрабатывается для определения географической статистики объекта.

Дальность определяется путем расчета времени, за которое сигнал проходит от РАДАРА до цели и обратно. Местоположение цели измеряется под углом от направления максимальной амплитуды эхо-сигнала, на которое указывает антенна. Для измерения дальности и местоположения движущихся объектов используется эффект Доплера.

Существенные части этой системы включают следующее.

Передатчик: Это может быть усилитель мощности, такой как клистрон, лампа бегущей волны, или генератор мощности, такой как магнетрон. Сигнал сначала генерируется с помощью генератора сигналов, а затем усиливается в усилителе мощности.
Волноводы: Волноводы - это линии передачи сигналов РАДАРА.
Антенна: Используемая антенна может представлять собой параболический отражатель, плоские решетки или фазированные решетки с электронным управлением.
Дуплексер: Дуплексер позволяет использовать антенну как передатчик или приемник. Это может быть газообразное устройство, которое может вызвать короткое замыкание на входе приемника при работе передатчика.
Приемник: Это может быть супергетеродинный приемник или любой другой приемник, состоящий из процессора для обработки сигнала и его обнаружения.
Пороговое решение: Выходной сигнал приемника сравнивается с порогом обнаружения присутствия любого объекта. Если выходной сигнал ниже любого порога, предполагается наличие шума.

Как радар использует радио?

После того, как радар размещен на корабле или самолете, ему потребуется аналогичный необходимый набор компонентов для генерации радиосигналов, их передачи в космос и их приема каким-либо и, наконец, отображения информации для ее понимания. Магнетрон - это один из видов устройств, используемых для генерации радиосигналов, которые используются через радио. Эти сигналы похожи на световые сигналы, потому что они движутся с одинаковой скоростью, но их сигналы намного длиннее и с меньшими частотами.

Длина волны световых сигналов составляет 500 нанометров, тогда как радиосигналы, используемые радаром, обычно находятся в диапазоне от сантиметров до метров. В электромагнитном спектре и сигналы, такие как радио и свет, создаются с переменным дизайном магнитной и электрической энергии в воздухе. Магнетрон в радаре генерирует микроволны так же, как микроволновая печь. Основное несоответствие заключается в том, что магнетрон в радаре должен передавать сигналы на несколько миль, а не только на небольшие расстояния, поэтому он как более мощный, так и намного больший.

Когда бы ни передавались радиосигналы, тогда антенна функционирует как передатчик, чтобы передать их в эфир. Как правило, форма антенны изогнута, поэтому она в основном фокусирует сигналы в точный и узкий сигнал, однако антенны радаров также обычно вращаются, поэтому они могут замечать действия на огромной площади.

Радиосигналы распространяются за пределы антенны со скоростью 300 000 км в секунду, пока не сталкиваются с чем-то и некоторые из них не возвращаются обратно к антенне. В радарной системе есть важное устройство, а именно дуплексер. Это устройство используется для смены антенны из стороны в сторону между передатчиком и приемником.

Типы радаров

Существуют различные типы радаров, в том числе следующие.

Бистатический радар

Этот тип радарной системы включает в себя Tx-передатчик и Rx-приемник, которые разделены на расстояние, эквивалентное расстоянию до оцениваемого объекта. Передатчик и приемник расположены в аналогичном месте, это называется монашеским радаром, тогда как военная техника очень дальнего действия «земля-воздух» и «воздух-воздух» использует бистатический радар.

Доплеровский радар

Это особый тип радара, который использует эффект Доплера для получения данных о скорости относительно цели на определенном расстоянии. Это может быть получено путем передачи электромагнитных сигналов в направлении объекта, чтобы анализировать, как действие объекта повлияло на частоту возвращаемого сигнала.

Это изменение даст очень точные измерения радиальной составляющей скорости объекта по отношению к радару. Эти радары применяются в различных отраслях, таких как метеорология, авиация, здравоохранение и т. Д.

Моноимпульсный радар

Этот вид радиолокационной системы сравнивает полученный сигнал, используя конкретный радиолокационный импульс рядом с ним, сравнивая сигнал, наблюдаемый во многих направлениях, иначе поляризациях. Наиболее распространенным типом моноимпульсных радаров является радар с коническим сканированием. Этот вид радара оценивает возврат двумя способами, напрямую измеряя положение объекта. Важно отметить, что радары, разработанные в 1960 году, являются моноимпульсными.

Пассивный радар

Этот вид радара в основном предназначен для того, чтобы замечать, а также следить за целями, обрабатывая показания от освещения в окружающей среде. Эти источники включают сигналы связи, а также коммерческие передачи. Отнесение этого радара к той же категории, что и бистатический радар.

Инструментальный радар

Эти радары предназначены для испытаний самолетов, ракет, ракет и т. Д. Они предоставляют различную информацию, включая пространство, положение и время, как при анализе постобработки, так и в режиме реального времени.

Метеорологические радары

Они используются для определения направления и погоды с помощью радиосигналов с круговой или горизонтальной поляризацией. Выбор частоты метеорологического радара в основном зависит от компромисса в характеристиках затухания, а также от отражения атмосферных осадков водяным паром. Некоторые типы радаров в основном предназначены для использования доплеровского сдвига для расчета скорости ветра, а также для двойной поляризации для распознавания типов осадков.

Картографический радар

Эти радары в основном используются для исследования большой географической территории с целью применения дистанционного зондирования и географии. В результате использования радара с синтезированной апертурой они ограничены достаточно стационарными целями. Есть некоторые особые радарные системы, используемые для обнаружения людей за стенами, которые более отличаются от тех, что используются в строительных материалах.

Навигационные радары

Как правило, это то же самое, что и поисковые радары, но они доступны с небольшими длинами волн, которые способны воспроизводиться с земли и с камней. Они обычно используются на коммерческих судах, а также на самолетах дальнего следования. Существуют различные навигационные радары, такие как морские радары, которые обычно устанавливаются на судах, чтобы избежать столкновения, а также в навигационных целях.

Импульсный радар

Импульсный радар посылает на целевой объект мощные и высокочастотные импульсы. Затем он ожидает эхо-сигнала от объекта, прежде чем будет отправлен другой импульс. Диапазон и разрешение РАДАРА зависят от частоты следования импульсов. Он использует метод доплеровского сдвига.

Принцип обнаружения движущихся объектов радаром с использованием доплеровского сдвига основан на том факте, что эхо-сигналы от неподвижных объектов находятся в одной фазе и, следовательно, отменяются, в то время как эхо-сигналы от движущихся объектов будут иметь некоторые изменения по фазе. Эти радары подразделяются на два типа.

Импульсный допплер

Он передает импульсы с высокой частотой повторения, чтобы избежать доплеровской неоднозначности. Переданный сигнал и полученный эхо-сигнал смешиваются в детекторе для получения доплеровского сдвига, а разностный сигнал фильтруется с использованием доплеровского фильтра, в котором нежелательные шумовые сигналы отклоняются.

Блок-схема импульсного доплеровского радара

Индикатор подвижной цели

Он передает низкую частоту повторения импульсов, чтобы избежать неоднозначности диапазона. В системе MTI RADAR принятые эхо-сигналы от объекта направляются в смеситель, где они смешиваются с сигналом стабильного гетеродина (STALO) для получения сигнала ПЧ.

Этот сигнал ПЧ усиливается, а затем подается на фазовый детектор, где его фаза сравнивается с фазой сигнала от когерентного генератора (COHO), и создается разностный сигнал. Когерентный сигнал имеет ту же фазу, что и сигнал передатчика. Когерентный сигнал и сигнал STALO смешиваются и передаются на усилитель мощности, который включается и выключается с помощью импульсного модулятора.

МТИ Радар

Непрерывная волна

РАДАР непрерывного действия измеряет не дальность до цели, а скорее скорость изменения дальности, измеряя доплеровский сдвиг отраженного сигнала. В РАДАРЕ непрерывного действия вместо импульсов излучается электромагнитное излучение. Он в основном используется для измерение скорости .

ВЧ-сигнал и сигнал ПЧ смешиваются в каскаде смесителя для генерации частоты гетеродина. RF-сигнал затем передается сигналом, и принимаемый антенной RADAR сигнал состоит из RF-частоты плюс частота доплеровского сдвига. Принятый сигнал смешивается с частотой гетеродина на втором каскаде смешивания для генерации сигнала частоты ПЧ.

Этот сигнал усиливается и передается на третью ступень смешения, где он смешивается с сигналом ПЧ для получения сигнала с доплеровской частотой. Эта доплеровская частота или доплеровский сдвиг дает скорость изменения дальности до цели и, таким образом, измеряется скорость цели.

Блок-схема, показывающая CW RADAR

Уравнение дальности действия радара

Для уравнений дальности радара доступны разные версии. Здесь следующее уравнение является одним из основных типов для единственной антенной системы. Если предполагается, что объект находится в середине сигнала антенны, то максимальная дальность обнаружения радара может быть записана как

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

«Pt» = мощность передачи

«Pmin» = минимальный обнаруживаемый сигнал

‘Λ’ = длина волны передачи

“фильтр высоких частот RC цепи ”

‘Σ’ = Поперечное сечение радара цели

‘Fo’ = Частота в Гц

‘G’ = усиление антенны

‘C’ = Скорость света

В приведенном выше уравнении переменные стабильны, а также зависят от радара отдельно от цели, например RCS. Порядок мощности передачи будет составлять 1 мВт (0 дБмВт), а коэффициент усиления антенны приблизительно 100 (20 дБ) для ERP (эффективной излучаемой мощности) 20 дБмВт (100 мВт). Порядок наименее заметных сигналов - пиковатт, а RCS для транспортного средства может составлять 100 квадратных метров.

Итак, входными данными будет точность уравнения дальности радара. Pmin (минимально заметный сигнал) в основном зависит от полосы пропускания приемника (B), F (коэффициента шума), T (температуры) и необходимого отношения сигнал / шум (отношение сигнал / шум).

Приемник с узкой полосой пропускания будет более отзывчивым по сравнению с приемником с широкой полосой пропускания. Коэффициент шума можно определить, поскольку это расчет того, сколько шума приемник может внести в сигнал. Когда коэффициент шума меньше, то шум будет меньше, чем жертвует устройство. Повышение температуры влияет на чувствительность приемника за счет увеличения входного шума.

Pmin = k T B F (S / N) мин

Из приведенного выше уравнения

«Pmin» - наименее обнаруживаемый сигнал

«K» - постоянная Больцмана, например 1,38 x 10-23 (Ватт * сек / ° Кельвина).

«Т» - это температура (° Кельвина)

«B» - полоса пропускания приемника (Гц)

«F» - коэффициент шума (дБ), коэффициент шума (соотношение)

(S / N) min = Наименьшее соотношение S / N

Доступная мощность теплового шума i / p может быть пропорциональна kTB, где «k» - постоянная Больцмана, «T» - температура, а «B» - ширина полосы шума приемника в герцах.

Т = 62,33 ° F или 290 ° К

B = 1 Гц

kTB = -174 дБм / Гц

Вышеупомянутое уравнение дальности действия радара может быть записано для принимаемой мощности как диапазон функции для предоставленной мощности передачи, усиления антенны, RCS и длины волны.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Из приведенного выше уравнения

«Prec» - полученная мощность

«Pt» - мощность передачи

‘Fo’ - частота передачи

‘Λ’ - длина волны передачи

«G» - коэффициент усиления антенны.

‘Σ’ - поперечное сечение радара

«R» - это диапазон

‘C’ - скорость света

Приложения

В применения радара включая следующее.

Военное применение

Он имеет 3 основных применения в армии:

В противовоздушной обороне он используется для обнаружения целей, распознавания целей и управления оружием (наведения оружия на отслеживаемые цели).
В ракетном комплексе для наведения оружия.
Выявление локаций противника на карте.

Управления воздушным движением

Он имеет 3 основных приложения в управлении воздушным движением:

Для управления воздушным движением возле аэропортов. RADAR Air Surveillance используется для обнаружения и отображения местоположения самолета в терминалах аэропорта.
Для направления самолета на посадку в плохую погоду с помощью РАДАРА точного захода на посадку.
Для сканирования поверхности аэропорта на предмет местоположения самолетов и наземных транспортных средств.

Дистанционное зондирование

Его можно использовать для наблюдения за положением планет и наблюдения за морским льдом, чтобы обеспечить плавный путь для судов.

“xm-l t6 светодиодный ”

Управление наземным движением

Его также может использовать дорожная полиция для определения скорости транспортного средства, контроля движения транспортных средств, предупреждая о присутствии других транспортных средств или любых других препятствиях позади них.

Космос

Имеет 3 основных приложения