Radaras – tai mokslinių metodų ir techninių priemonių rinkinys, naudojamas objekto koordinatėms ir charakteristikoms nustatyti radijo bangomis. Tiriamas objektas dažnai vadinamas radaro taikiniu (arba tiesiog taikiniu).
Radaro principas
Radijo įranga ir įrenginiai, skirti atlikti radaro užduotis, vadinami radarų sistemomis arba įrenginiais (radaru arba radaru). Radaro pagrindai yra pagrįsti šiais fiziniais reiškiniais ir savybėmis:
- Sklidimo terpėje radijo bangos, susitinkančios su skirtingų elektrinių savybių objektus, yra išsklaidytos ant jų. Nuo taikinio atsispindėjusi banga (arba jos pačios spinduliuotė) leidžia radaro sistemoms aptikti ir identifikuoti taikinį.
- Manoma, kad dideliais atstumais radijo bangų sklidimas yra tiesus, esant pastoviam greičiui žinomoje terpėje. Ši prielaida leidžia išmatuoti diapazoną iki taikinio ir jo kampines koordinates (su tam tikra paklaida).
- Remiantis Doplerio efektu, gauto atspindėto signalo dažnis apskaičiuoja spinduliavimo taško radialinį greitįdėl RLU.
Istorijos fonas
Radijo bangų gebėjimą atspindėti atkreipė dėmesį didysis fizikas G. Hertzas ir rusų elektros inžinierius A. S. Popovas XIX amžiaus pabaigoje. Pagal 1904 m. patentą, pirmąjį radarą sukūrė vokiečių inžinierius K. Hulmeieris. Prietaisas, kurį jis pavadino telemobiloskopu, buvo naudojamas laivuose, kurie arė Reiną. Kalbant apie aviacijos technologijų plėtrą, radarų naudojimas atrodė labai perspektyvus kaip oro gynybos elementas. Šios srities tyrimus atliko pirmaujantys ekspertai iš daugelio pasaulio šalių.
1932 m. LEFI (Leningrado elektrofizikos instituto) mokslininkas Pavelas Kondratjevičius Oščepkovas savo darbuose aprašė pagrindinį radaro veikimo principą. Jis, bendradarbiaudamas su kolegomis B. K. Šembelis ir V. V. 1934 m. vasarą Tsimbalinas pademonstravo radaro įrenginio prototipą, kuris aptiko taikinį 150 m aukštyje 600 m atstumu.
Radaro tipai
Taikinio elektromagnetinės spinduliuotės prigimtis leidžia kalbėti apie kelių tipų radarus:
- Pasyvus radaras tyrinėja savo spinduliuotę (šiluminę, elektromagnetinę ir kt.), kuri generuoja taikinius (raketas, orlaivius, kosminius objektus).
- Aktyvus su aktyvia reakcija vykdoma, jei objektas turi savo siųstuvą ir sąveikauja su juoįvyksta pagal „užklausos – atsakymo“algoritmą.
- Aktyvus su pasyviu atsaku apima antrinio (atspindimojo) radijo signalo tyrimą. Šiuo atveju radaro stotis susideda iš siųstuvo ir imtuvo.
- Pusiau aktyvus radaras yra ypatingas aktyvus atvejis, kai atsispindėjusios spinduliuotės imtuvas yra už radaro ribų (pavyzdžiui, tai yra nukreipiančiosios raketos konstrukcinis elementas).
Kiekviena rūšis turi savų privalumų ir trūkumų.
Metodai ir įranga
Visos radaro priemonės pagal naudojamą metodą skirstomos į nuolatinės ir impulsinės spinduliuotės radarus.
Pirmajame yra spinduliuotės siųstuvas ir imtuvas, veikiantys vienu metu ir nuolat. Pagal šį principą buvo sukurti pirmieji radarai. Tokios sistemos pavyzdys yra radijo aukščiamatis (orlaivio įtaisas, nustatantis orlaivio atstumą nuo žemės paviršiaus) arba visiems vairuotojams žinomas radaras, leidžiantis nustatyti transporto priemonės greitį.
Impulsinio metodo metu elektromagnetinė energija išspinduliuojama trumpais impulsais per kelias mikrosekundes. Sukūrus signalą, stotis veikia tik priėmimui. Užfiksavęs ir užregistravęs atsispindėjusias radijo bangas, radaras perduoda naują impulsą ir ciklai kartojasi.
Radaro veikimo režimai
Yra du pagrindiniai radarų stočių ir įrenginių veikimo režimai. Pirmasis yra erdvės skenavimas. Tai atliekama pagal griežtąsistema. Atlikus nuoseklią peržiūrą, radaro pluošto judėjimas gali būti apskrito, spiralinio, kūginio, sektorinio pobūdžio. Pavyzdžiui, antenos matrica gali lėtai suktis apskritimu (azimutu), tuo pat metu skenuodama aukštyje (pakreipdama aukštyn ir žemyn). Lygiagrečiai nuskaitant, peržiūra atliekama radaro spindulių pluoštu. Kiekvienas turi savo imtuvą, vienu metu apdorojami keli informacijos srautai.
Sekimo režimas reiškia, kad antena nuolat nukreipiama į pasirinktą objektą. Jai pasukti, pagal judančio taikinio trajektoriją, naudojamos specialios automatizuotos sekimo sistemos.
Algoritmas, skirtas nustatyti diapazoną ir kryptį
Elektromagnetinių bangų sklidimo atmosferoje greitis yra 300 tūkst. km/s. Todėl žinant laiką, kurį transliavimo signalas praleidžia įveikti atstumą nuo stoties iki taikinio ir atgal, nesunku apskaičiuoti atstumą iki objekto. Tam reikia tiksliai užfiksuoti impulso siuntimo laiką ir atsispindėjusio signalo gavimo momentą.
Norint gauti informaciją apie taikinio vietą, naudojamas labai kryptingas radaras. Objekto azimutas ir pakilimas (aukštis arba pakilimas) nustatomas siauro spindulio antena. Šiuolaikiniuose radaruose tam naudojamos fazinės antenos matricos (PAR), galinčios nustatyti siauresnį spindulį ir pasižyminčios dideliu sukimosi greičiu. Paprastai erdvės nuskaitymo procesą atlieka mažiausiai du spinduliai.
Pagrindiniai sistemos parametrai
Nuotaktinės ir techninės įrangos charakteristikos labai priklauso nuo užduočių efektyvumo ir kokybės.
Radaro taktiniai rodikliai:
- Žiūrėjimo sritis, kurią riboja minimalus ir didžiausias taikinio aptikimo diapazonas, leistini azimuto ir aukščio kampai.
- Atstumo, azimuto, aukščio ir greičio skiriamoji geba (galimybė nustatyti netoliese esančių taikinių parametrus).
- Matavimo tikslumas, kuris matuojamas didelių, sisteminių arba atsitiktinių paklaidų buvimu.
- Atsparumas triukšmui ir patikimumas.
- Gaunamo duomenų srauto ištraukimo ir apdorojimo automatizavimo laipsnis.
Nurodytos taktinės charakteristikos nustatomos projektuojant įrenginius pagal tam tikrus techninius parametrus, įskaitant:
- nešlio dažnis ir generuojamų virpesių moduliavimas;
- antenos raštai;
- siuntimo ir priėmimo įrenginių galia;
- Bendri sistemos matmenys ir svoris.
Budinti
Radaras yra universalus įrankis, plačiai naudojamas kariuomenėje, moksle ir šalies ekonomikoje. Tobulėjant ir tobulinant technines priemones bei matavimo technologijas, naudojimo sritys nuolat plečiasi.
Radaro naudojimas karinėje pramonėje leidžia išspręsti svarbias kosmoso peržiūros ir valdymo, oro, žemės ir vandens mobiliųjų taikinių aptikimo užduotis. Beradarai, neįmanoma įsivaizduoti įrangos, skirtos informacinei navigacijos sistemų ir ginklų valdymo sistemų palaikymui.
Karinis radaras yra pagrindinė strateginės perspėjimo apie raketą sistemos ir integruotos priešraketinės gynybos sudedamoji dalis.
Radijo astronomija
Nuo žemės paviršiaus siunčiamos radijo bangos taip pat atsispindi nuo objektų artimoje ir tolimoje erdvėje, taip pat nuo arti Žemės esančių taikinių. Daugelio kosminių objektų nepavyko iki galo ištirti tik naudojant optinius prietaisus, o tik radarų metodų panaudojimas astronomijoje leido gauti turtingos informacijos apie jų prigimtį ir sandarą. Pasyvųjį radarą Mėnulio tyrinėjimui pirmą kartą panaudojo Amerikos ir Vengrijos astronomai 1946 m. Maždaug tuo pačiu metu netyčia buvo priimti radijo signalai iš kosmoso.
Šiuolaikiniuose radijo teleskopuose priėmimo antena yra didelio įgaubto sferinio dubenėlio formos (kaip optinio reflektoriaus veidrodis). Kuo didesnis jos skersmuo, tuo silpnesnį signalą antena galės priimti. Dažnai radijo teleskopai veikia kompleksiškai, derindami ne tik įrenginius, esančius arti vienas kito, bet ir esančius skirtinguose žemynuose. Tarp svarbiausių šiuolaikinės radijo astronomijos uždavinių yra pulsarų ir galaktikų su aktyviais branduoliais tyrimas, tarpžvaigždinės terpės tyrimas.
Civiliniam naudojimui
Žemės ir miškų ūkyje, radaraiprietaisai yra būtini norint gauti informaciją apie augalų masių pasiskirstymą ir tankį, tirti dirvožemio struktūrą, parametrus ir tipus, laiku aptikti gaisrus. Geografijoje ir geologijoje radaras naudojamas topografiniams ir geomorfologiniams darbams atlikti, uolienų sandarai ir sudėčiai nustatyti, naudingųjų iškasenų telkinių paieškai. Hidrologijoje ir okeanografijoje radarų metodai naudojami pagrindinių šalies vandens kelių, sniego ir ledo dangos būklei stebėti bei pakrantės žemėlapiui sudaryti.
Radaras yra nepakeičiamas meteorologų pagalbininkas. Radaras gali nesunkiai sužinoti atmosferos būseną dešimčių kilometrų atstumu, o išanalizavus gautus duomenis, prognozuojama oro sąlygų pasikeitimas tam tikroje vietovėje.
Plėtros perspektyvos
Šiuolaikinei radiolokacinei stočiai pagrindinis vertinimo kriterijus yra efektyvumo ir kokybės santykis. Efektyvumas reiškia bendras įrangos veikimo charakteristikas. Sukurti tobulą radarą – sudėtinga inžinerinė ir mokslinė bei techninė užduotis, kurią įgyvendinti įmanoma tik naudojant naujausius elektromechanikos ir elektronikos, informatikos ir kompiuterinių technologijų, energetikos pasiekimus.
Ekspertų prognozėmis, artimiausiu metu pagrindiniai įvairaus sudėtingumo ir paskirties stočių funkciniai vienetai bus kietojo kūno aktyvieji faziniai matricos (fazinės antenos matricos), konvertuojančios analoginius signalus į skaitmeninius.. VystymasKompiuterių kompleksas visiškai automatizuos radaro valdymą ir pagrindines funkcijas, o galutiniam vartotojui suteiks išsamią gautos informacijos analizę.
