Радар (радиолокация) — определение и принцип на действие

Научете как работи радарът: принцип на радиолокация, компоненти, измерване на разстояние и скорост — от въздушен и морски мониторинг до метеорология и пътна сигурност.

Принцип на действие

Основната идея зад радара е проста: предавателят изпраща електромагнитни вълни (радиовълни), тези вълни се отразяват от обекти в пространството и част от отразената енергия се връща към приемника. Чрез измерване на времето между изпращането и получаването на импулса (времето t) и познаване на скоростта на светлината c, разстоянието до обекта се изчислява чрез формулата: разстояние = c × t / 2 (дели се на 2, защото вълната измине пътя до обекта и обратно).

За определяне на скоростта на движещ се обект се използва ефектът на Доплер — малка промяна във честотата на върнатия сигнал, пропорционална на компонентата на скоростта на обекта по посока към или далеч от радара. Анализирането на фазата и честотата на приетите сигнали чрез цифрова обработка дава точни стойности на скоростта и положението.

Видове радари

• Импулсни радари — изпращат кратки, мощни импулси и измерват време на връщане; подходящи за определяне на разстояния и откриване на далечни обекти.
• Непрекъснато-вълнови (CW) радари — излъчват непрекъснат сигнал; могат да измерват скорост чрез Доплер, но сами по себе си не дават пряко разстояние без модулация.
• Доплерови радари — специализирани за измерване на скорост (например полицейски радар за скорост или метеорологични доплерови радари за движение на валежите).
• Радар с фазово-управлявана антенна решетка (phased array) — може да насочва лъча бързо електронно, без механично въртене; широко използван в военната и авиационната техника.
• Пасивни и вторични радари — вторичният радар (SSR) взаимодейства с транспондери на самолети за идентификация; пасивните системи използват отражения от външни предаватели.
• Метеорологични радари — специални за откриване и измерване на валежи, облаци и вятърни полета; често използват доплерова обработка и поляризация.

Основни характеристики и термини

• Обхват (range) — максималното разстояние, на което радарът може да открие обект при дадена мощност и условия.
• Разделителна способност — способността да се различат два близки обекта по разстояние (дължина на импулса и честота) или по ъгъл (широчина на диаграмата на излъчване).
• Енергиен баланс и уравнение на радара — получената мощност зависи от предавателната мощност, усилване на антената, разстоянието (обикновено с фактор 1/R^4 при класически импулсен радар) и ефективната площ на отразяващия обект (radar cross section).
• Шум и смущения — атмосферни условия, терен, морска повърхност, градски отражения (clutter) и електромагнитни смущения могат да затруднят откриването.

Приложения на радара

• Авиация: контрол на въздушния трафик, предупреждение за сблъсък, навигация и метеорологично наблюдение в полетите.
• Морски приложения: навигация, избягване на препятствия, контрол на пристанища и наблюдение на морски трафик.
• Метеорология: наблюдение на валежи, торнадо и вятърни полета; метеорологичните доплерови радари са ключови за прогнози и предупреждения.
• Транспорт и безопасност: измерване на скоростта на автомобили, автоматизирано наблюдение на пътища и системи за управление на трафика.
• Военни и отбранителни системи: ранно предупреждение, управление на огъня, разузнаване и проследяване на цели.
• Научни изследвания и астрономия: радарно картографиране на планети и Луната, изследвания на атмосферни явления и наблюдение на космически обекти.
• Автономни системи и автомобилна индустрия: краткодалечни радари за адаптивен круиз контрол, асистенти при паркиране и безопасност.

Ограничения и противодействие

Радарите имат и ограничения. Материали и форма, които намаляват отразяването (известни като стелт технологии), могат да затруднят детекцията. Атмосферни явления (плътен дъжд, сняг, мъгла) и земни отражения намаляват ефективността. Освен това, наличието на силни източници на шум или електромагнитни смущения може да доведе до фалшиви сигнали.

Кратка история и развитие

Както е посочено по-горе, радарът е използван от Кристиан Хюлсмайер през 1904 г., който получава патент (Reichspatent Nr. 165546). Сериозно развитие на радарните технологии настъпва през 1930-те и 1940-те години — въвеждането на мощни източници на микровълни (напр. магнетрон), подобрени антени и електронна обработка правят радарите много по-ефективни. Във Втората световна война радарът играе решаваща роля, например в битката за Великобритания. След войната дигиталната обработка, полупроводниковите технологии и фазово-управляваните антенни системи разширяват възможностите и приложенията на радарите.

Безопасност и регулации

Електромагнитното излъчване на радарите подлежи на регулация, за да се избегнат смущения с други радиосистеми и да се гарантира безопасност за хората и оборудването. В гражданската авиация и други отрасли организации като Федералната авиационна администрация (FAA) дефинират стандарти и изисквания за използване и поддръжка на радарни системи.

Заключение

Радарът е универсална технология за наблюдение, навигация и измерване, която се основава на простото, но мощно принципно действие на излъчване, отражение и приемане на електромагнитни вълни. С усъвършенстването на източниците, антените и цифровата обработка радари намират приложение във все повече области на науката, индустрията и ежедневието.

Въпроси и отговори

В: Какво е радар?

В: Кои са основните части на радара?

В: Как радарът измерва разстоянието?

Въпрос: За какво е използван радарът за първи път?

В: Как радарът става популярен по време на Втората световна война?

В: Какво означава RADAR?

В: Какви видове радари използва FAA?

Търсене по буква