Radar

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Radar je polje nauke i tehnologije koje kombinuje metode i sredstva za lociranje (detektovanje i merenje koordinata) i određivanje svojstava različitih objekata pomoću radio talasa . Usko povezan i donekle preklapajući pojam je radio navigacija , međutim u radio navigaciji aktivniju ulogu ima objekat čije se koordinate mjere, najčešće je to određivanje vlastitih koordinata. Glavna tehnička adaptacija radara - radarska stanica (radar, eng. Radar).

Razlikovati aktivni, poluaktivan, aktivan s pasivnim odzivom i pasivni radar. Radari se razlikuju po opsegu korištenih radio valova, vrsti zvučnog signala, broju korištenih kanala, broju i vrsti mjerenih koordinata i lokaciji radara.

Klasifikacija

Postoje dvije vrste radara:

  • Pasivni radar zasniva se na prijemu vlastitog zračenja objekta;
  • S aktivnim radarom, radar emitira vlastiti zvučni signal i prima ga reflektiranog od cilja. Karakteristike mete se određuju u zavisnosti od parametara primljenog signala.

Aktivni radar je dva tipa:

Aktivni radar sa pasivnim odzivom
  • Sa aktivnim odgovorom - objekat treba da ima radio predajnik (transponder) koji emituje radio talase kao odgovor na primljeni signal . Aktivni odgovor se koristi za identifikaciju objekata ( prijatelj ili neprijatelj ), daljinsko upravljanje , kao i za primanje dodatnih informacija od njih (na primjer, količina goriva, vrsta objekta, itd.);
  • Kod pasivnog odgovora - signal zahtjeva se reflektira od objekta i percipira se na mjestu prijema kao odgovor.

Da bi sagledao okolni prostor, radar koristi različite metode gledanja pomeranjem usmerenog snopa antene radara:

Prema vrsti zračenja, radari se dijele na:

  • Radar kontinuiranog zračenja;
  • Pulsni radar

Radiolokacija koristi intrinzično zračenje objekata uzrokovano toplinskim kretanjem elektrona. [1]

Princip rada

Radar se zasniva na sljedećim fizičkim fenomenima:

  • Radio talasi se raspršuju električnim nehomogenostima koje nailaze na putu njihovog širenja (objekti sa drugim električnim svojstvima koja se razlikuju od svojstava medija za širenje). U ovom slučaju, reflektovani talas, kao i stvarno zračenje mete, omogućavaju detekciju mete.
  • Na velikim udaljenostima od izvora zračenja može se pretpostaviti da se radio-talasi šire pravolinijski i konstantnom brzinom, zbog čega je moguće izmjeriti domet i ugaone koordinate cilja (odstupanja od ovih pravila, koja su važi samo u prvoj aproksimaciji, proučava specijalna grana radiotehnike - Propagacija radio talasa.ova odstupanja dovode do grešaka u merenju).
  • Frekvencija primljenog signala razlikuje se od frekvencije emitiranih oscilacija s međusobnim pomicanjem točaka prijema i zračenja ( Doplerov efekat ), što vam omogućava mjerenje radijalnih brzina cilja u odnosu na radar.
  • Pasivni radar koristi emisiju elektromagnetnih talasa od strane posmatranih objekata, to može biti toplotno zračenje svojstveno svim objektima, aktivno zračenje stvoreno tehničkim sredstvima objekta ili lažno zračenje koje stvaraju bilo koji objekti sa radnim električnim uređajima.

Osnovne metode radara

CW radar

Koristi se prvenstveno za određivanje radijalne brzine pokretnog objekta (koristi Doplerov efekat ). Prednost ovog tipa radara je njegova niska cijena i jednostavnost korištenja, ali u takvom radaru je vrlo teško izmjeriti udaljenost do objekta. Najrasprostranjenija je fazna metoda mjerenja opsega [2] .

Primjer: najjednostavniji radar za određivanje brzine automobila.

Metoda pulsnog radara

Impulsnom metodom radara, odašiljači stvaraju oscilacije u obliku kratkih impulsa, nakon kojih slijede relativno duge pauze. Štaviše, trajanje pauze se bira na osnovu radarskog raspona D max .

Suština metode je sljedeća:

Radarski predajnik emituje energiju ne kontinuirano, već kratko vrijeme, striktno periodično ponavljajuće impulse, u pauzama između kojih reflektirane impulse prima prijemni uređaj istog radara. Dakle, pulsni rad radara omogućava vremensko odvajanje snažnog sondirajućeg impulsa koji emituje predajnik i mnogo manje moćnog eho signala. Mjerenje dometa do cilja svodi se na mjerenje vremenskog intervala između trenutka emitovanja impulsa i trenutka kada je primljen, odnosno vremena kada impuls putuje do cilja i nazad.

Domet radara

Maksimalni domet radara zavisi od niza parametara i karakteristika kao što su antenski sistem stanice, snaga emitovanog signala i osetljivost prijemnika sistema. U opštem slučaju, bez uzimanja u obzir gubitka snage u atmosferi, smetnji i buke, opseg sistema se može odrediti na sledeći način:

,

gdje:

- snaga generatora;
- antena usmjerenosti ;
- efektivna antenska površina ;
- efektivno područje disperzije mete;
- minimalna osjetljivost prijemnika.

U prisustvu šuma i smetnji, domet radara se smanjuje.

Uticaj smetnji

Rad nekoliko radara u istom frekvencijskom opsegu

U prometnim područjima, gdje se istovremeno koristi više radara (na primjer, morske luke), rasponi frekvencija će se vjerovatno poklapati. Ovo uzrokuje da signal radara prima drugi radar. Kao rezultat, na ekranu se pojavljuju dodatne tačke koje su upečatljive zbog svoje geometrijske ispravnosti. Efekat se može ukloniti prelaskom na drugu radnu frekvenciju. [3]

Slika duha

Kada se radio signal reflektuje od masivnog objekta, moguće je dalje širenje na manje objekte, praćeno refleksijom i udaranjem u radar. Tako se putanja kojom je signal prešao postaje duža i na ekranu se pojavljuje virtuelna slika objekta, koji se zapravo nalazi na drugom mestu. Ovaj efekat se mora uzeti u obzir kada se nalazi blizu velikih reflektujućih objekata kao što su mostovi, hidraulične konstrukcije i veliki brodovi.

Višestruka refleksija

Prilikom postavljanja radara na veliki brod moguć je efekat višestrukih refleksija signala. Radarski signal se odbija od obližnjeg objekta, dijelom se vraća u radar, a dijelom se reflektira od brodskog trupa. Takvih refleksija može biti mnogo, amplituda se smanjuje sa svakim odrazom i signal će se percipirati sve dok se ne dostigne prag osjetljivosti prijemnika. Radarski ekran će prikazati nekoliko objekata koji se smanjuju svaki put. Udaljenost između njih proporcionalna je udaljenosti od radara do objekta.

Utjecaj buke

Uticaj atmosfere

Atmosferski gubici su posebno veliki u centimetarskim i milimetarskim talasnim dužinama i uzrokovani su kišom, snijegom i maglom, a u milimetarskom opsegu talasnih dužina i kiseonikom i vodenom parom. Prisustvo atmosfere dovodi do zakrivljenosti putanje prostiranja radio talasa (fenomen refrakcije). Priroda refrakcije ovisi o promjeni indeksa prelamanja atmosfere s promjenom visine. Zbog toga je putanja širenja radio talasa zakrivljena prema površini zemlje.

istorija

Efekat refleksije radio talasa od čvrstih tela prvi je otkrio nemački fizičar Heinrich Hertz 1886. godine [cca. 1] . Korištenje efekta u praksi otežano je rasipanjem radio valova: manje od jedne milijarde palo je na objekt lokacije. Tek 1930-ih , u vezi s razvojem avijacije, vodeće zemlje svijeta počele su istraživati ​​mogućnost korištenja radara u svrhe protuzračne odbrane . Ideja radara bila je poznata mnogo prije Drugog svjetskog rata i teško je navesti ko ju je prvi izrazio. Prema njemačkim istoričarima, prvi koji je ( 1902. ) stvorio i uspješno testirao na brodovima koji plove duž Rajne , praktično funkcionalan model onoga što se danas naziva "radarska stanica" (pronalazač ju je nazvao "telemobiloskop"), bio je i radio u Kelnu, njemački inženjer Christian Hülsmeyer (nalazi se i pravopis i izgovor Hülsme a yer). Godine 1904. dobio je patent za "Metodu signalizacije udaljenih objekata pomoću električnih talasa" [4] . Ali u različitim zemljama tradicionalno se poštuju različiti izumitelji radara. Općenito, njegova ideja dugo vremena (od otkrića efekta) nije bila utjelovljena u praksi. Prva praktična primjena radara ostvarena je 1932. godine u SSSR-u u instalaciji Rapid. Prvi radari na svijetu, pušteni u upotrebu i masovno proizvedeni, bili su u SSSR-u od 1939. godine.

ujedinjeno kraljevstvo

Britanski radari iz Drugog svjetskog rata inž. AI Mk. IV radar [5] , inž. H2S , eng. "Monika" .

Savjetnik premijera Churchilla za nauku, profesor FA Lindemann ( Vikont Lord Cherwell ( . Eng )), kratko je prokomentirao razvoj radarskog nišana za bombardiranje H2S: "Jeftino je." U međuvremenu, H2S je dao britanskim bombarderskim snagama ne samo nišan za bombardovanje u ograničenoj vidljivosti, već i pomoć u navigaciji [6] . Ugradnja radarskih upaljača u projektile smanjila je za red veličine potrošnju potrebnog broja projektila za obaranje jednog projektila V-1 , a intenzitet takvih napada značajno je smanjen. Do početka Drugog svjetskog rata, radarski sistem Chain Home je raspoređen u Velikoj Britaniji. Istorija stvaranja radarskih stanica prikazana je u britanskom dokumentarcu Tajni rat: "Da vidim sto milja" .

Vidi. Takođe Radari Drugi svjetski rat ( eng. )

Njemačka

Da bi zaštitili gradove od bombardovanja, Nemci su koristili protivavionske baterije koje su kontrolisale nišanske stanice tipa Würzburg. Savezničke obavještajne službe su utvrdile da je frekvencija nosioca ovih stanica 560 megaherca. U ljeto 1943. bombarderi 8. zračne snage SAD-a su opremljeni predajnicima tipa Carpet [7] . Predajnici su emitovali smetnje – spektar frekvencija na prosečnoj frekvenciji od 560 megaherca. U oktobru 1943. sumiran je prvi rezultat: broj aviona s Karpetom oborenim dva puta manji nego bez njega.

Od tri glavna nova oružja Drugog svjetskog rata - rakete, radarske instalacije i atomske bombe - samo je radarska tehnologija imala veliki utjecaj na tok rata.

- General-pukovnik u penziji, inženjer Erich Schneider. "Rezultati Drugog svetskog rata" SPb .: Poligon; M.: AST, 1998

Tokom Drugog svjetskog rata, radarski sistem Kammhuber Line bio je raspoređen u Njemačkoj.


SSSR

U Sovjetskom Savezu, svijest o potrebi za opremom za otkrivanje avijacije, bez nedostataka zvučnog i optičkog osmatranja, dovela je do razvoja istraživanja u oblasti radara. Ideja, koju je predložio mladi artiljerac P.K. Oshchepkov, dobila je odobrenje visoke komande: narodnog komesara odbrane SSSR-a K.E. Vorošilova i njegovog zamjenika M.N. Tuhačevskog .

Godine 1932, na bazi Lenjingradskog fizičko- tehnološkog instituta , stvoren je Lenjingradski elektrofizički institut (LEFI) pod vodstvom A. A. Černiševa , u kojem su obavljeni istraživački i razvojni radovi na radaru. Godine 1935. LEFI je raspušten, a na njegovoj osnovi je organizovan "zatvoreni" institut NII-9 sa odbrambenom temom, uključujući radar. M. A. Bonch-Bruevich postao je njen naučni nadzornik. Rad na radaru je takođe započeo u UPTI u Harkovu. Do početka rata, naporima naučnika i inženjera LEFI, NII-9 i drugih organizacija, stvorene su eksperimentalne zemaljske radarske stanice [8] .

3. januara 1934. u SSSR-u je uspješno izveden eksperiment za otkrivanje aviona radarskom metodom. Avion, koji je leteo na visini od 150 metara, otkriven je na udaljenosti od 600 metara od radarske instalacije. Eksperiment su organizovali predstavnici Lenjingradskog instituta za elektrotehniku ​​i Centralne radio laboratorije . Godine 1934. maršal Tuhačevski je napisao u pismu vladi SSSR-a: "Eksperimenti u otkrivanju aviona pomoću elektromagnetnog snopa potvrdili su ispravnost osnovnog principa." Iste godine testirana je prva eksperimentalna instalacija "Rapid" [9] . Predajnik je postavljen na krovu kuće br. 14 u ulici Krasnokazarmennaya u Moskvi, prijemnik je postavljen na području naselja Novogireevo ; Prisutni su bili MN Tuhačevski, NN Nagorni , MV Šulejkin . Opremu je demonstrirao P.K.Oshchepkov. Godine 1936. sovjetski centimetarski radar "Tempest" uočio je avion sa udaljenosti od 10 kilometara [9] [10] . Prvi radari u SSSR-u, usvojeni od strane Crvene armije i masovno proizvedeni, bili su: RUS-1 - od 1939. i RUS-2 - od 1940. godine.

Dana 4. jula 1943. godine, u skladu sa dekretom Državnog komiteta odbrane Ukrajine br. 3686ss "O radaru", formirano je Vijeće za radar pri Državnom komitetu za odbranu . Pokrenuli su ga vojni inženjer M. M. Lobanov i naučnik A. I. Berg .

SAD

В США одним из пионеров радиолокации был Джон Марчетти ( англ. ) .

См. также Пионеры радиолокации ( англ. ) .

История радиоастрономии

Связь с другими отраслями науки

Основным фактором, ограничивающим технические характеристики локаторов, является малая мощность принимаемого сигнала. При этом мощность принимаемого сигнала убывает как четвёртая степень дальности (то есть, чтобы увеличить дальность действия локатора в 10 раз нужно увеличить мощность передатчика в 10000 раз). Естественно, на этом пути быстро пришли к пределам, преодолеть которые было далеко не просто. Уже в самом начале развития был осознан тот факт, что имеет значение не сама мощность принимаемого сигнала, а его заметность на фоне шумов приёмника. Снижение шумов приёмника также было ограничено естественными шумами элементов приёмника, например тепловыми. Данный тупик был преодолён на пути усложнения методов обработки принятого сигнала и связанного с этим усложнения формы применяемых сигналов. Развитие радиолокации как научной отрасли знаний шло одновременно с развитием кибернетики и теории информации , и потребовались бы специальные исследования, чтобы решить, где именно были получены первые результаты. Следует отметить появление понятия сигнала , который позволил отвлечься от конкретных физических процессов в приёмнике, таких как напряжение и ток, и позволил решать стоящие проблемы как математическую задачу о поиске наилучших функциональных преобразованиях функций времени.

Одной из первых работ в этой области была работа В. А. Котельникова об оптимальном приёме сигнала , то есть наилучшем в условии шумов методе обработки сигнала. В результате было доказано, что качество приёма зависит не от мощности сигнала, а от его энергии , то есть произведения мощности на время, таким образом, появилась доказанная возможность увеличения дальности действия за счёт увеличения длительности сигналов, в пределе до непрерывного излучения. Значительным шагом вперед стало отчётливое применение в технике методов статистической теории решений ( критерий Неймана-Пирсона ) и принятие того факта, что исправное устройство может работать с определённой долей вероятности. Для того, чтобы радиолокационный сигнал при большой длительности позволял измерять дальность и скорость с высокой точностью, потребовались сложные сигналы , в отличие от простых радиолокационных импульсов, изменяющие какие-либо характеристики в процессе генерации. Так. сигналы с линейной частотной модуляцией изменяют частоту колебаний в течение одного импульса, сигналы с фазовой манипуляцией скачкообразно изменяют фазу сигнала, обычно на 180 градусов. При создании сложных сигналов было сформулировано понятие функции неопределённости сигнала , показывающей связь точности измерений дальности и скорости. Необходимость повышения точности измерения параметров стимулировало развитие различных методов фильтрации результатов измерений , например, методов оптимальной нелинейной фильтрации, которые явились обобщением фильтра Калмана на нелинейные задачи. В итоге всех этих разработок теоретическая радиолокация оформилась как самостоятельная сильно математизированная отрасль знаний, в которой значительную роль имеют формализованные методы синтеза , то есть проектирование ведётся в известной мере «на кончике пера».

Основные факторы

Основными моментами в противостоянии с авиацией были:

  • Применение для скрытия самолётов и вертолётов пассивных маскирующих помех в виде распыляемых в воздухе кусочков фольги, отражающей радиоволны. Ответом на это было внедрение в радиолокаторах систем селекции движущихся целей , которая на основе доплеровского эффекта отличает движущиеся самолёты от сравнительно неподвижной фольги.
  • Развитие технологий построения самолётов и кораблей, уменьшающих мощность отражённого назад к радиолокатору сигналов, получивших название Стелс . Для этого служат и специальные поглощающие покрытия, и специальная форма, отражающая падающую радиоволну не назад, а в другом направлении.

Оценки

Восхищённый успехами советской науки и техники в области радиолокации, глава советского правительства Н. С. Хрущёв сказал, что:

«Отныне мы — советские люди — способны в космосе попадать в комара.»

См. также

Примечания

Комментарии
  1. Советская пропаганда приписывала открытие принципа радиолокации, также как и изобретение радио, А. С. Попову — преподавателю физики офицерских курсов в Кронштадте . Попов действительно проводил эксперименты в области распространения радиоволн и независимо от Герца (но на 11 лет позже его — только в 1897 году ) обнаружил эффект влияния на радиосвязь проходившего между поддерживающими радиоконтакт судами третьего судна. В своем отчёте Попов указал на теоретическую возможность использования эффекта для обнаружения удалённых объектов. В дальнейшем никаких работ в этом направлении он не вел (Kostenko, AA, AI Nosich, and IA Tishchenko, "Radar Prehistory, Soviet Side, " Proc. of IEEE APS International Symposium 2001, vol.4. p. 44, 2003). См. также Россия — родина слонов .
Источники
  1. Коростелев А. А., Клюев Н. Ф, Мельник Ю. А. Теоретические основы радиолокации. — М., Советское радио, 1978. — с. 529-566
  2. Солощев O. Н., Слюсар В.И., Твердохлебов В. В. Фазовый метод измерения дальности на основе теории многоканального анализа.// Артиллерийское и стрелковое вооружение. – 2007. - № 2(23).- C. 29 – 32. [1]
  3. Радиолокация | Радиолокационная станция . seacomm.ru. Дата обращения: 3 октября 2018.
  4. Ханке Х. ЛЮДИ, корабли, океаны (пер. с нем.). — Ленинград : Судостроение, 1976. — С. 227—228.
  5. Радары Великобритании .
  6. Сюрпризы и разочарования большой войны .
  7. Allied Scientists Won Radar War .
  8. Ленинградский электрофизический институт
  9. 1 2 Поляков В. Т. «Посвящение в радиоэлектронику», М., РиС, ISBN 5-256-00077-2
  10. Испытания в Евпатории, группа Б. К. Шембеля

Литература

  • Erickson, John; «Radiolocation and the air defense problem: The design and development of Soviet Radar 1934-40», Social Studies of Science , vol. 2, pp. 241—263, 1972
  • Ширман Я. Д., Голиков В. Н., Бусыгин И. Н., Костин Г. А. Теоретические основы радиолокации / Ширман Я. Д.. — М. : Советское радио, 1970. — 559 с.
  • Справочник по радиолокации / Сколник М.И.. — М. , 2014. — 1352 с. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
  • Справочник по радиолокации / Сколник М.И.. — М. , 2014. — 1352 с. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
  • Бакут П. А., Большаков И. А., Герасимов Б. М., Курикша А. А., Репин В. Г., Тартаковский Г. П., Широков В. В. Вопросы статистической теории радиолокации. — М. : Советское радио, 1963. — 423 с.
  • Сиверс А. П., Суслов Н. А., Метельский В. И. Основы радиолокации. — Л. : СудпромГиз, 1959. — 350 с. — (Учебное пособие для радиотехнических специальностей высших учебных заведений). — 25 500 экз.
  • Коростелев А. А., Клюев Н. Ф., Мельник Ю. А. Теоретические основы радиолокации. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М. : Советское радио, 1978. — 608 с. — (Учебное пособие для студентов радиотехнических специальностей высших учебных заведений). — 18 000 экз.

Ссылки