Какво е РАДАР: Основи, видове и приложения

Какво е РАДАР: Основи, видове и приложения

Можем да наблюдаваме различни обекти по света. По подобен начин радиолокационното радиооткриване и дистанция се използва за подпомагане на пилотите, докато летят през мъгла, тъй като пилотът не може да забележи това, където пътуват. Радарът, използван в самолетите, е подобен на факел, който работи с радиовълни вместо светлина. Самолетът предава мигащ радар и изслушва всички индикации за този сигнал от близки обекти. След като индикациите бъдат забелязани, самолетът идентифицира, че нещо е наблизо и използва времето, необходимо на индикациите, за да открие колко далеч е. Тази статия разглежда общ преглед на радара и неговата работа.



Кой е измислил радар?

Подобно на няколко изобретения, на радарната система не е лесно да се отдаде признание на човек, тъй като това е резултат от по-ранната работа върху свойствата на електромагнитни радиация за достъпност на множество електронни устройства. Въпросът с основна загриженост е по-сложен от скритата военна неприкосновеност, при която техниките за радиолокация са изследвани в различни страни в ранните дни на Втората световна война.


Този рецензент най-накрая стигна до заключението, че когато радарната система е явен случай на директно създаване, бележката на Робърт Уотсън-Уат за откриването и местоположението на самолета от радио методите, публикувана непосредствено преди 50 години. Така че това беше най-значимата самотна публикация в тази област. Британското постижение в битката с Великобритания отдели много за разширяването на радарна система, която включваше технически растеж с оперативна осъществимост.





Какво е радарна система?

RADAR означава Радио откриване и система за обхват. По същество това е електромагнитна система, използвана за откриване на местоположението и разстоянието на даден обект от точката, където е поставен RADAR. Той работи, като излъчва енергия в космоса и наблюдава ехото или отразения сигнал от обектите. Работи в UHF и микровълнова гама.

Радарът е електромагнитен сензор, използван за забелязване, проследяване, локализиране и идентифициране на различни обекти, които са на определени разстояния. Работата на радара е, че той предава електромагнитна енергия по посока на целите, за да наблюдава ехото и връщането от тях. Тук целите не са нищо друго освен кораби, самолети, астрономически тела, автомобилни превозни средства, космически кораби, дъжд, птици, насекоми и др. Вместо да забележи местоположението и скоростта на целта, тя понякога получава и тяхната форма и размер.



Основната цел на радара в сравнение с инфрачервените и оптичните сензорни устройства е да открива далечни цели при трудни климатични условия и чрез прецизност определя тяхното разстояние, обхват. Радарът има собствен предавател, който е известен като източник на осветление за поставяне на цели. Обикновено той работи в микровълновата област на електромагнитния спектър, който се изчислява в херци, когато честотите се разширяват от 400 MHz до 40 GHz. Основните компоненти, които се използват в радара


Радарът претърпява бързо развитие през 1930-те и 40-те години, за да достигне изискванията на военните. Той все още се използва широко чрез въоръжените сили, навсякъде, където са постигнати няколко технологични постижения. Едновременно с това радарът се използва и в цивилни приложения, особено при контролиране на въздушното движение, наблюдение на времето, навигация на кораба, околната среда, засичане от отдалечени райони, наблюдение на планета, измерване на скоростта в промишлени приложения, космическо наблюдение, правоприлагане и др.

Принцип на работа

The принцип на работа на радара е много проста, защото предава електромагнитна мощност, както и изследва енергията, върната обратно към целта. Ако върнатите сигнали се приемат отново в позицията на техния източник, тогава препятствието е в начина на предаване. Това е принципът на работа на радара.

Основи на радара

RADAR системата обикновено се състои от предавател, който произвежда електромагнитен сигнал, който се излъчва в космоса от антена. Когато този сигнал удари обект, той се отразява или излъчва в много посоки. Този отражен или ехо сигнал се приема от радарната антена, която го доставя до приемника, където се обработва за определяне на географската статистика на обекта.

Обхватът се определя чрез изчисляване на времето, необходимо на сигнала за пътуване от РАДАРА до целта и обратно. Местоположението на целта се измерва в ъгъл, от посоката на ехо сигнала с максимална амплитуда, към която сочи антената. За измерване на обхвата и местоположението на движещи се обекти се използва Доплеров ефект.

Основните части на тази система включват следното.

  • Предавател: Това може да бъде усилвател на мощност като Klystron, пътуваща вълнова тръба или силов осцилатор като Magnetron. Сигналът първо се генерира с помощта на генератор на форма на вълната и след това се усилва в усилвателя на мощността.
  • Вълноводи: Вълноводите са предавателни линии за предаване на РАДАР сигналите.
  • Антена: Използваната антена може да бъде параболичен рефлектор, равнинни решетки или електронно управляеми фазирани решетки.
  • Дуплексър: Дуплексерът позволява антената да се използва като предавател или приемник. Това може да бъде газообразно устройство, което би създало късо съединение на входа на приемника, когато предавателят работи.
  • Приемник: Това може да бъде суперхетеродинен приемник или всеки друг приемник, който се състои от процесор за обработка на сигнала и откриването му.
  • Решение за праг: Изходът на приемника се сравнява с праг за откриване на присъствието на какъвто и да е обект. Ако изходът е под някакъв праг, се приема наличието на шум.

Как Radar използва радио?

След като радарът е поставен на кораб или самолет, той изисква подобен основен набор от компоненти, за да произвежда радиосигнали, да ги предава в космоса и да ги приема от нещо и накрая да показва информацията, за да го разбере. Магнетронът е един вид устройство, използвано за генериране на радиосигнали, които се използват чрез радиото. Тези сигнали са подобни на светлинните, тъй като те се движат със същата скорост, но техните сигнали са много по-дълги с по-малко честоти.

Дължината на вълната на светлинните сигнали е 500 нанометра, докато радиосигналите, използвани от радара, обикновено варират от сантиметри до метри. В електромагнитния спектър, както сигналите като радиото, така и светлината се правят с променлив дизайн на магнитна и електрическа енергия във въздуха. Магнетронът в радара генерира микровълни, същите като микровълновата фурна. Основното несъответствие е, че магнетрона в радара трябва да предава сигналите на няколко мили, а не само на малки разстояния, така че е по-мощен, както и много по-голям.

Винаги, когато радиосигналите са предадени, тогава антената функционира като предавател, за да ги предаде във въздуха. Обикновено формата на антената е огъната, така че тя фокусира главно сигналите в точен и тесен сигнал, но радарните антени също обикновено се въртят, за да могат да забележат действия на огромна площ.

Радиосигналите се движат навън от антената със скорост 300 000 км в секунда, докато ударят нещо и някои от тях се върнат обратно към антената. В радарната система има основно устройство, а именно дуплексер. Това устройство се използва за превключване на антената от страна на страна между предавател и приемник.

Видове радари

Има различни видове радари, които включват следното.

Бистатичен радар

Този тип радарна система включва Tx-предавател и Rx-приемник, който е разделен на разстояние, еквивалентно на разстоянието на оценения обект. Предавателят и приемникът са разположени в подобна позиция, наречена монашески радар, докато военният хардуер с много голям обсег на въздух и въздух във въздуха използва бистатичния радар.

Доплеров радар

Това е специален тип радар, който използва Доплеров ефект за генериране на скорост на данните по отношение на цел на определено разстояние. Това може да бъде получено чрез предаване на електромагнитни сигнали в посока на обект, така че той да анализира как действието на обекта е повлияло на честотата на върнатия сигнал.

Тази промяна ще даде много точни измервания за радиалната компонента на скоростта на обекта в зависимост от радара. Приложенията на тези радари включват различни индустрии като метеорология, авиация, здравеопазване и др.

Моноимпулсен радар

Този вид радарна система сравнява получения сигнал, използвайки определен радарен импулс до него, като контрастира сигнала, както се наблюдава в множество посоки, иначе поляризации. Най-често срещаният тип моноимпулсен радар е коничният сканиращ радар. Този вид радар оценява възвръщаемостта от два начина за директно измерване на позицията на обекта. Важно е да се отбележи, че радарите, които са разработени през 1960 г., са едноимпулсни радари.

Пасивен радар

Този вид радари са предназначени главно да забелязват, както и да следват целите чрез обработка на индикации от осветлението в околността. Тези източници включват комуникационни сигнали, както и търговски предавания. Категоризирането на този радар може да се извърши в същата категория бистатични радари.

Радар за измерване

Тези радари са предназначени за тестване на самолети, ракети, ракети и др. Те дават различна информация, включително пространство, местоположение и време, както при анализа на последващата обработка, така и в реално време.

Метеорологични радари

Те се използват за откриване на посоката и времето чрез използване на радиосигнали чрез кръгова или хоризонтална поляризация. Изборът на честота на метеорологичния радар зависи главно от компромиса с производителността сред затихването, както и отразяването на валежите като резултат от атмосферната водна пара. Някои видове радари са проектирани главно за използване на доплерови отмествания за изчисляване на скоростта на вятъра, както и двойна поляризация за разпознаване на видовете валежи.

Картографски радар

Тези радари се използват главно за изследване на голяма географска област за приложенията на дистанционното наблюдение и географията. В резултат на радара със синтетична апертура те са ограничени до доста неподвижни цели. Има някои специфични радарни системи, използвани за откриване на хора след стени, които са по-различни в сравнение с тези, открити в строителните материали.

Навигационни радари

Като цяло, те са едни и същи за търсене на радари, но се предлагат с малки дължини на вълната, които могат да се възпроизвеждат от земята и от камъни. Те обикновено се използват на търговски кораби, както и на самолети за дълги разстояния. Има различни навигационни радари като морски радари, които се поставят често на кораби, за да се избегне сблъсък, както и за навигационни цели.

Импулсен РАДАР

Pulsed RADAR изпраща импулси с висока мощност и висока честота към целевия обект. След това изчаква ехо сигнала от обекта, преди да бъде изпратен друг импулс. Обхватът и разделителната способност на RADAR зависят от честотата на повторение на импулсите. Той използва метода на Доплер смяна.

Принципът на RADAR за откриване на движещи се обекти с помощта на Доплерова смяна работи върху факта, че ехо сигналите от неподвижни обекти са в една и съща фаза и следователно се анулират, докато ехо сигналите от движещи се обекти ще имат някои промени във фазата. Тези радари са класифицирани в два типа.

Пулс-доплер

Той предава висока честота на повторение на импулса, за да се избегнат доплерови неясноти. Предаваният сигнал и полученият ехо сигнал се смесват в детектор, за да се получи доплерово изместване, а различният сигнал се филтрира с помощта на доплер филтър, където нежеланите шумови сигнали се отхвърлят.

Блок диаграма на импулсен доплер РЛС

Блок диаграма на импулсен доплер РЛС

Индикатор за движеща се цел

Той предава ниска честота на повторение на импулса, за да се избегнат неясноти в обхвата. В MTI RADAR система получените ехо сигнали от обекта са насочени към смесителя, където се смесват със сигнала от стабилен локален осцилатор (STALO), за да се получи IF сигнал.

Този IF сигнал се усилва и след това се подава към фазовия детектор, където неговата фаза се сравнява с фазата на сигнала от кохерентния осцилатор (COHO) и се получава сигнал за разлика. Кохерентният сигнал има същата фаза като сигнала на предавателя. Кохерентният сигнал и STALO сигналът се смесват и подават към усилвателя на мощността, който се включва и изключва с помощта на импулсен модулатор.

MTI Радар

MTI Радар

Непрекъсната вълна

Непрекъснатата вълна RADAR не измерва обхвата на целта, а по-скоро скоростта на промяна на обхвата чрез измерване на доплеровото изместване на обратния сигнал. В CW RADAR вместо импулси се излъчва електромагнитно излъчване. Основно се използва за измерване на скоростта .

RF сигналът и IF сигналът се смесват в етапа на миксера, за да генерират честотата на локалния осцилатор. След това RF сигналът се предава, а полученият сигнал от антената RADAR се състои от RF честотата плюс честотата на доплеровото преместване. Полученият сигнал се смесва с честотата на локалния осцилатор във втория етап на смесване, за да се генерира честотният сигнал IF.

Този сигнал се усилва и се подава към третия етап на смес, където се смесва с IF сигнала, за да се получи сигналът с доплерова честота. Тази доплерова честота или доплерово изместване дава скоростта на промяна на обхвата на целта и по този начин се измерва скоростта на целта.

Блокова диаграма, показваща CW RADAR

Блокова диаграма, показваща CW RADAR

Уравнение на обхвата на радара

Налични са различни видове версии за уравненията за обхвата на радара. Тук следващото уравнение е един от основните типове за единствена антенна система. Когато се приема, че обектът е в средата на антенния сигнал, тогава най-високият обхват на откриване на радара може да бъде записан като

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = Предава мощност

‘Pmin’ = Минимален откриваем сигнал

‘Λ’ = Дължина на вълната на предаване

‘Σ’ = напречно сечение на целевия радар

‘Fo’ = Честота в Hz

‘G’ = усилване на антена

‘C’ = светлинна скорост

В горното уравнение променливите са стабилни, както и разчитат на радара, освен целта като RCS. Редът на мощността на предаване ще бъде 1 mW (0 dBm) и усилването на антената приблизително 100 (20 dB) за ERP (ефективна излъчена мощност) от 20 dBm (100 mW). Редът на най-малко забележимите сигнали е пиковати, а RCS за превозно средство може да бъде 100 квадратни метра.

И така, точността на уравнението на обхвата на радара ще бъде входните данни. Pmin (минимален забележим сигнал) зависи главно от честотната лента на приемника (B), F (цифра на шума), T (температура) и необходимото съотношение S / N (съотношение сигнал / шум).

Приемник с тясна честотна лента ще бъде по-отзивчив в сравнение с широк BW приемник. Цифрата на шума може да бъде определена, тъй като е изчисление на това колко шум може да допринесе приемникът към сигнал. Когато цифрата на шума е по-малка, тогава шумът ще бъде по-малък от дареното от устройството устройство. Когато температурата се повиши, това ще повлияе на чувствителността на приемника чрез нарастващ входен шум.

Pmin = k T B F (S / N) мин

От горното уравнение,

‘Pmin’ е най-малко забележимият сигнал

„K“ е константата на Болцман като 1,38 x 10-23 (Watt * sec / ° Kelvin)

„T“ е температура (° Келвин)

„B“ е честотната лента на приемника (Hz)

„F“ е цифрата на шума (dB), коефициент на шум (съотношение)

(S / N) min = най-малко съотношение S / N

Наличната мощност на топлинен шум i / p може да бъде пропорционална на kTB, където „k“ е константата на Болцман, „T“ е температурата, а „B“ е честотната лента на шума на приемника в херци.

T = 62,33 ° F или 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

Горното уравнение за обхвата на радара може да бъде написано за получена мощност като диапазон от функции за предоставена мощност на предаване, усилване на антената, RCS и дължина на вълната.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

От горното уравнение,

‘Prec’ е получената мощност

‘Pt’ е мощността на предаване

‘Fo’ е честотата на предаване

‘Λ’ е дължината на вълната на предаване

„G“ е усилването на антената

‘Σ’ е напречното сечение на радара

„R“ е обхватът

‘C’ е скоростта на светлината

Приложения

The приложения на радар включват следното.

Военни приложения

Той има 3 основни приложения във военните:

  • В противовъздушната отбрана се използва за откриване на цели, разпознаване на цели и контрол на оръжието (насочване на оръжието към проследяваните цели).
  • В ракетна система за насочване на оръжието.
  • Идентифициране на вражески местоположения на картата.

Контрол над въздушния трафик

Той има 3 основни приложения в управлението на въздушното движение:

  • За контрол на въздушния трафик в близост до летища. RADAR за въздушно наблюдение се използва за откриване и показване на позицията на самолета в терминалите на летището.
  • За насочване на самолета към кацане при лошо време, използвайки РАДАР с прецизен подход.
  • За сканиране на повърхността на летището за позиции на самолети и наземни превозни средства

Дистанционно наблюдение

Може да се използва за наблюдение на или наблюдение на планетни позиции и наблюдение на морския лед, за да се осигури безпроблемен маршрут за корабите.

Наземен контрол на трафика

Може да се използва и от пътната полиция за определяне на скоростта на превозното средство, контролиране на движението на превозните средства, като дава предупреждения за наличието на други превозни средства или други препятствия зад тях.

Космос

Той има 3 основни приложения

  • За насочване на космическото превозно средство за безопасно кацане на Луната
  • За наблюдение на планетарните системи
  • За откриване и проследяване на сателити
  • За наблюдение на метеорите

И така, сега дадох основно разбиране на RADAR , какво ще кажете за проектиране на прост проект, включващ RADAR?

Снимки Кредити