Radars ir zinātnisku metožu un tehnisko līdzekļu kopums, ko izmanto, lai ar radioviļņu palīdzību noteiktu objekta koordinātas un raksturlielumus. Izmeklējamais objekts bieži tiek saukts par radara mērķi (vai vienkārši mērķi).
Radara princips
Radio iekārtas un iekārtas, kas paredzētas radara uzdevumu veikšanai, tiek sauktas par radaru sistēmām vai ierīcēm (radaru vai radaru). Radara pamati ir balstīti uz šādām fizikālām parādībām un īpašībām:
- Izplatīšanās vidē radioviļņi, kas satiekas ar objektiem ar dažādām elektriskām īpašībām, tiek izkliedēti uz tiem. No mērķa (vai tā paša starojuma) atstarotais vilnis ļauj radaru sistēmām noteikt un identificēt mērķi.
- Tālos attālumos tiek pieņemts, ka radioviļņu izplatīšanās ir taisna ar nemainīgu ātrumu zināmā vidē. Šis pieņēmums ļauj izmērīt diapazonu līdz mērķim un tā leņķiskās koordinātas (ar noteiktu kļūdu).
- Pamatojoties uz Doplera efektu, saņemtā atstarotā signāla frekvence aprēķina starojuma punkta radiālo ātrumupar RLU.
Vēstures fons
Uz radioviļņu atstarošanās spēju norādīja izcilais fiziķis G. Hercs un krievu elektroinženieris A. S. Popovs 19. gadsimta beigās. Saskaņā ar patentu, kas datēts ar 1904. gadu, pirmo radaru izveidoja vācu inženieris K. Hulmeiers. Ierīce, ko viņš nosauca par telemobiloskopu, tika izmantota uz kuģiem, kas arāja Reinu. Saistībā ar aviācijas tehnoloģiju attīstību radara izmantošana izskatījās ļoti daudzsološa kā pretgaisa aizsardzības elements. Pētījumus šajā jomā veica vadošie eksperti no daudzām pasaules valstīm.
1932. gadā LEFI (Ļeņingradas Elektrofizikas institūta) pētnieks Pāvels Kondratjevičs Oščepkovs savos darbos aprakstīja radara darbības pamatprincipu. Viņš sadarbībā ar kolēģiem B. K. Šembels un V. V. Tsimbalins 1934. gada vasarā demonstrēja radara instalācijas prototipu, kas atklāja mērķi 150 m augstumā 600 m attālumā.
Radara veidi
Mērķa elektromagnētiskā starojuma raksturs ļauj runāt par vairākiem radaru veidiem:
- Pasīvais radars pēta savu starojumu (termisko, elektromagnētisko utt.), kas ģenerē mērķus (raķetes, lidaparātus, kosmosa objektus).
- Aktīvs ar aktīvu reakciju tiek veikts, ja objekts ir aprīkots ar savu raidītāju un mijiedarbību ar tonotiek saskaņā ar algoritmu "pieprasījums - atbilde".
- Aktīvs ar pasīvu reakciju ietver sekundārā (atspoguļotā) radiosignāla izpēti. Radara stacija šajā gadījumā sastāv no raidītāja un uztvērēja.
- Pusaktīvais radars ir īpašs aktīvs gadījums, ja atstarotā starojuma uztvērējs atrodas ārpus radara (piemēram, tas ir mērķraķetes konstrukcijas elements).
Katrai sugai ir savas priekšrocības un trūkumi.
Metodes un aprīkojums
Visi radaru līdzekļi atbilstoši izmantotajai metodei ir sadalīti nepārtraukta un impulsa starojuma radaros.
Pirmajos ir starojuma raidītājs un uztvērējs, kas darbojas vienlaicīgi un nepārtraukti. Saskaņā ar šo principu tika izveidotas pirmās radara ierīces. Šādas sistēmas piemērs ir radio altimetrs (lidmašīnas ierīce, kas nosaka gaisa kuģa attālumu no zemes virsmas) vai visiem autobraucējiem zināms radars transportlīdzekļa ātruma noteikšanai.
Impulsa metodē elektromagnētiskā enerģija tiek izstarota īsos impulsos dažu mikrosekunžu laikā. Pēc signāla ģenerēšanas stacija darbojas tikai uztveršanai. Pēc atstaroto radioviļņu uztveršanas un reģistrēšanas radars raida jaunu impulsu un cikli atkārtojas.
Radara darbības režīmi
Ir divi galvenie radara staciju un ierīču darbības režīmi. Pirmais ir kosmosa skenēšana. Tas tiek veikts saskaņā ar stingrusistēma. Ar secīgu pārskatu radara stara kustība var būt apļveida, spirālveida, koniska, sektorāla rakstura. Piemēram, antenas bloks var lēnām griezties pa apli (azimutā), vienlaikus skenējot augstumā (noliecoties uz augšu un uz leju). Izmantojot paralēlo skenēšanu, pārskatīšanu veic radara staru kūlis. Katram ir savs uztvērējs, vienlaikus tiek apstrādātas vairākas informācijas plūsmas.
Izsekošanas režīms nozīmē pastāvīgu antenas virzību uz atlasīto objektu. Lai to pagrieztu, atbilstoši kustīga mērķa trajektorijai tiek izmantotas īpašas automatizētas izsekošanas sistēmas.
Algoritms diapazona un virziena noteikšanai
Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums atmosfērā ir 300 tūkstoši km/s. Tāpēc, zinot laiku, ko raidošais signāls pavada, lai pārvarētu attālumu no stacijas līdz mērķim un atpakaļ, ir viegli aprēķināt objekta attālumu. Lai to izdarītu, nepieciešams precīzi fiksēt impulsa nosūtīšanas laiku un atstarotā signāla saņemšanas brīdi.
Lai iegūtu informāciju par mērķa atrašanās vietu, tiek izmantots ļoti virziena radars. Objekta azimuta un pacēluma (paaugstinājuma vai pacēluma) noteikšanu veic antena ar šauru staru. Mūsdienu radari šim nolūkam izmanto fāzētus antenu blokus (PAR), kas spēj iestatīt šaurāku staru kūli un ko raksturo liels griešanās ātrums. Parasti telpas skenēšanas procesu veic vismaz divi stari.
Galvenie sistēmas parametri
Noekipējuma taktiskie un tehniskie parametri lielā mērā ir atkarīgi no uzdevumu efektivitātes un kvalitātes.
Radara taktiskie rādītāji ietver:
- Skata apgabalu ierobežo minimālais un maksimālais mērķa noteikšanas diapazons, pieļaujamie azimuta un pacēluma leņķi.
- Izšķirtspēja diapazonā, azimutā, pacēlumā un ātrumā (spēja noteikt tuvumā esošo mērķu parametrus).
- Mērījumu precizitāte, ko mēra pēc rupju, sistemātisku vai nejaušu kļūdu klātbūtnes.
- Trokšņu noturība un uzticamība.
- Automatizācijas pakāpe ienākošās datu straumes iegūšanai un apstrādei.
Noteiktas taktiskās īpašības tiek noteiktas, projektējot ierīces, izmantojot noteiktus tehniskos parametrus, tostarp:
- nesēja frekvence un radīto svārstību modulācija;
- antenas raksti;
- raidīšanas un uztveršanas ierīču jauda;
- Sistēmas kopējie izmēri un svars.
Dežūras
Radars ir universāls rīks, ko plaši izmanto militārajā, zinātnē un tautsaimniecībā. Lietošanas jomas nepārtraukti paplašinās, pateicoties tehnisko līdzekļu un mērīšanas tehnoloģiju attīstībai un pilnveidošanai.
Radara izmantošana militārajā rūpniecībā ļauj atrisināt svarīgos uzdevumus – kosmosa pārskatīšanu un kontroli, gaisa, zemes un ūdens mobilo mērķu noteikšanu. Bezradarus, nav iespējams iedomāties aprīkojumu, kas kalpo navigācijas sistēmu un apšaudes vadības sistēmu informatīvajam atbalstam.
Militārais radars ir stratēģiskās raķešu brīdināšanas sistēmas un integrētās pretraķešu aizsardzības galvenā sastāvdaļa.
Radioastronomija
Radioviļņi, kas tiek sūtīti no zemes virsmas, tiek atstaroti arī no objektiem tuvākā un tālā kosmosā, kā arī no Zemei tuviem mērķiem. Daudzus kosmosa objektus nevarēja pilnībā izpētīt tikai ar optisko instrumentu palīdzību, un tikai radara metožu izmantošana astronomijā ļāva iegūt bagātīgu informāciju par to būtību un uzbūvi. Pasīvo radaru Mēness izpētei pirmo reizi izmantoja amerikāņu un ungāru astronomi 1946. gadā. Aptuveni tajā pašā laikā nejauši tika uztverti arī radio signāli no kosmosa.
Mūsdienu radioteleskopos uztvērējai antenai ir liela ieliekta sfēriska bļoda forma (kā optiskā reflektora spogulis). Jo lielāks ir tās diametrs, jo vājāku signālu varēs uztvert antena. Bieži vien radioteleskopi darbojas sarežģīti, apvienojot ne tikai ierīces, kas atrodas tuvu viena otrai, bet arī atrodas dažādos kontinentos. Viens no svarīgākajiem mūsdienu radioastronomijas uzdevumiem ir pulsāru un galaktiku ar aktīviem kodoliem izpēte, starpzvaigžņu vides izpēte.
Civilajai lietošanai
Lauksaimniecībā un mežsaimniecībā, radarsierīces ir neaizstājamas informācijas iegūšanai par augu masu izplatību un blīvumu, augsnes struktūras, parametru un veidu izpētei un ugunsgrēku savlaicīgai atklāšanai. Ģeogrāfijā un ģeoloģijā radaru izmanto topogrāfisko un ģeomorfoloģisko darbu veikšanai, iežu struktūras un sastāva noteikšanai, derīgo izrakteņu atradņu meklēšanai. Hidroloģijā un okeanogrāfijā radara metodes izmanto, lai uzraudzītu valsts galveno ūdensceļu stāvokli, sniega un ledus segas stāvokli un kartētu piekrasti.
Radars ir neaizstājams meteorologu palīgs. Radars var viegli noskaidrot atmosfēras stāvokli desmitiem kilometru attālumā, un, analizējot iegūtos datus, tiek veidota prognoze par laika apstākļu izmaiņām konkrētajā apgabalā.
Attīstības perspektīvas
Mūsdienīgai radiolokācijas stacijai galvenais vērtēšanas kritērijs ir efektivitātes un kvalitātes attiecība. Efektivitāte attiecas uz vispārinātiem aprīkojuma darbības raksturlielumiem. Perfekta radara izveide ir sarežģīts inženiertehnisks un zinātniski tehnisks uzdevums, kura realizācija iespējama tikai izmantojot jaunākos sasniegumus elektromehānikā un elektronikā, informātikā un datortehnoloģijā, enerģētikā.
Pēc ekspertu prognozēm tuvākajā nākotnē dažādas sarežģītības un mērķa staciju galvenās funkcionālās vienības būs cietvielu aktīvie fāzu bloki (phased antenu bloki), kas pārvērš analogos signālus ciparu formātos.. AttīstībaDatoru komplekss pilnībā automatizēs radara vadību un pamatfunkcijas, nodrošinot gala lietotājam visaptverošu saņemtās informācijas analīzi.
