Ραντάρ είναι ένα σύνολο επιστημονικών μεθόδων και τεχνικών μέσων που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των συντεταγμένων και των χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου μέσω ραδιοκυμάτων. Το αντικείμενο υπό έρευνα αναφέρεται συχνά ως στόχος ραντάρ (ή απλώς στόχος).
Αρχή του ραντάρ
Ο εξοπλισμός και οι εγκαταστάσεις ραδιοφώνου που έχουν σχεδιαστεί για την εκτέλεση εργασιών ραντάρ ονομάζονται συστήματα ή συσκευές ραντάρ (ραντάρ ή ραντάρ). Τα βασικά του ραντάρ βασίζονται στα ακόλουθα φυσικά φαινόμενα και ιδιότητες:
- Στο μέσο διάδοσης, ραδιοκύματα, που συναντούν αντικείμενα με διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, είναι διάσπαρτα πάνω τους. Το κύμα που ανακλάται από τον στόχο (ή τη δική του ακτινοβολία) επιτρέπει στα συστήματα ραντάρ να ανιχνεύουν και να αναγνωρίζουν τον στόχο.
- Σε μεγάλες αποστάσεις, η διάδοση των ραδιοκυμάτων θεωρείται ότι είναι ευθύγραμμη, με σταθερή ταχύτητα σε ένα γνωστό μέσο. Αυτή η υπόθεση καθιστά δυνατή τη μέτρηση του εύρους προς τον στόχο και τις γωνιακές συντεταγμένες του (με ένα συγκεκριμένο σφάλμα).
- Με βάση το φαινόμενο Doppler, η συχνότητα του λαμβανόμενου ανακλώμενου σήματος υπολογίζει την ακτινική ταχύτητα του σημείου ακτινοβολίαςσχετικά με το RLU.
Ιστορικό υπόβαθρο
Την ικανότητα των ραδιοκυμάτων να ανακλούν επισήμαναν ο μεγάλος φυσικός G. Hertz και ο Ρώσος ηλεκτρολόγος μηχανικός A. S. Ο Ποπόφ στα τέλη του 19ου αιώνα. Σύμφωνα με μια πατέντα του 1904, το πρώτο ραντάρ δημιουργήθηκε από τον Γερμανό μηχανικό K. Hulmeier. Η συσκευή, την οποία ονόμασε τηλεκινητοσκόπιο, χρησιμοποιήθηκε σε πλοία που όργωναν τον Ρήνο. Σε σχέση με την ανάπτυξη της αεροπορικής τεχνολογίας, η χρήση ραντάρ φαινόταν πολλά υποσχόμενη ως στοιχείο αεράμυνας. Έρευνα σε αυτόν τον τομέα διεξήχθη από κορυφαίους ειδικούς από πολλές χώρες του κόσμου.
Το 1932, ο Pavel Kondratievich Oshchepkov, ερευνητής στο LEFI (Ηλεκτροφυσικό Ινστιτούτο Λένινγκραντ), περιέγραψε τη βασική αρχή του ραντάρ στα έργα του. Αυτός, σε συνεργασία με τους συναδέλφους Β. Κ. Shembel και V. V. Ο Tsimbalin το καλοκαίρι του 1934 παρουσίασε μια πρωτότυπη εγκατάσταση ραντάρ που εντόπισε στόχο σε υψόμετρο 150 m σε απόσταση 600 m.
Τύποι ραντάρ
Η φύση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του στόχου μας επιτρέπει να μιλάμε για διάφορους τύπους ραντάρ:
- Το παθητικό ραντάρ εξερευνά τη δική του ακτινοβολία (θερμική, ηλεκτρομαγνητική κ.λπ.) που δημιουργεί στόχους (πύραυλοι, αεροσκάφη, διαστημικά αντικείμενα).
- Ενεργό με ενεργή απόκριση πραγματοποιείται εάν το αντικείμενο είναι εξοπλισμένο με δικό του πομπό και αλληλεπίδραση με αυτόνεμφανίζεται σύμφωνα με τον αλγόριθμο "αίτημα - απόκριση".
- Η ενεργή με παθητική απόκριση περιλαμβάνει τη μελέτη του δευτερεύοντος (ανακλώμενου) ραδιοφωνικού σήματος. Ο σταθμός ραντάρ σε αυτή την περίπτωση αποτελείται από έναν πομπό και έναν δέκτη.
- Ημιενεργό ραντάρ είναι μια ειδική περίπτωση ενεργού, στην περίπτωση που ο δέκτης της ανακλώμενης ακτινοβολίας βρίσκεται έξω από το ραντάρ (για παράδειγμα, είναι δομικό στοιχείο ενός πυραύλου που γυρίζει).
Κάθε είδος έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Μέθοδοι και εξοπλισμός
Όλα τα μέσα ραντάρ σύμφωνα με τη μέθοδο που χρησιμοποιείται χωρίζονται σε ραντάρ συνεχούς και παλμικής ακτινοβολίας.
Το πρώτο περιέχει έναν πομπό και έναν δέκτη ακτινοβολίας, που δρουν ταυτόχρονα και συνεχώς. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, δημιουργήθηκαν οι πρώτες συσκευές ραντάρ. Ένα παράδειγμα τέτοιου συστήματος είναι ένα ραδιοϋψόμετρο (μια συσκευή αεροσκάφους που καθορίζει την απόσταση ενός αεροσκάφους από την επιφάνεια της γης) ή ένα ραντάρ που είναι γνωστό σε όλους τους αυτοκινητιστές για τον προσδιορισμό της ταχύτητας ενός οχήματος.
Στην παλμική μέθοδο, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια εκπέμπεται σε σύντομους παλμούς μέσα σε λίγα μικροδευτερόλεπτα. Μετά τη δημιουργία σήματος, ο σταθμός λειτουργεί μόνο για λήψη. Αφού καταγράψει και καταγράψει τα ανακλώμενα ραδιοκύματα, το ραντάρ εκπέμπει έναν νέο παλμό και οι κύκλοι επαναλαμβάνονται.
Τρόποι λειτουργίας ραντάρ
Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι λειτουργίας των σταθμών και συσκευών ραντάρ. Το πρώτο είναι η σάρωση χώρου. Διενεργείται σύμφωνα με μια αυστηρήΣύστημα. Με μια διαδοχική ανασκόπηση, η κίνηση της δέσμης ραντάρ μπορεί να είναι κυκλική, σπειροειδής, κωνική, τομεακής φύσης. Για παράδειγμα, μια διάταξη κεραίας μπορεί να περιστρέφεται αργά σε κύκλο (σε αζιμούθιο) ενώ ταυτόχρονα σαρώνει σε ανύψωση (γείρει προς τα πάνω και προς τα κάτω). Με παράλληλη σάρωση, η ανασκόπηση πραγματοποιείται από μια δέσμη ακτίνων ραντάρ. Το καθένα έχει τον δικό του δέκτη, πολλές ροές πληροφοριών υποβάλλονται σε επεξεργασία ταυτόχρονα.
Η λειτουργία παρακολούθησης υποδηλώνει μια σταθερή κατευθυντικότητα της κεραίας προς το επιλεγμένο αντικείμενο. Για την περιστροφή του, σύμφωνα με την τροχιά ενός κινούμενου στόχου, χρησιμοποιούνται ειδικά αυτοματοποιημένα συστήματα παρακολούθησης.
Αλγόριθμος για τον προσδιορισμό του εύρους και της κατεύθυνσης
Η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην ατμόσφαιρα είναι 300 χιλιάδες km/s. Επομένως, γνωρίζοντας τον χρόνο που αφιερώνει το σήμα εκπομπής για να καλύψει την απόσταση από το σταθμό στον στόχο και πίσω, είναι εύκολο να υπολογίσουμε την απόσταση του αντικειμένου. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να καταγράψετε με ακρίβεια τον χρόνο αποστολής του παλμού και τη στιγμή λήψης του ανακλώμενου σήματος.
Για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τη θέση του στόχου, χρησιμοποιείται ραντάρ υψηλής κατεύθυνσης. Ο προσδιορισμός του αζιμουθίου και της ανύψωσης (ανύψωση ή ανύψωση) ενός αντικειμένου γίνεται από μια κεραία με στενή δέσμη. Τα σύγχρονα ραντάρ χρησιμοποιούν συστοιχίες κεραιών φάσης (PAR) για αυτό, ικανές να ρυθμίσουν μια στενότερη δέσμη και χαρακτηρίζονται από υψηλή ταχύτητα περιστροφής. Κατά κανόνα, η διαδικασία σάρωσης χώρου εκτελείται από τουλάχιστον δύο δέσμες.
Κύριες παράμετροι συστήματος
Απότα τακτικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του εξοπλισμού εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αποτελεσματικότητα και την ποιότητα των εργασιών.
Οι τακτικοί δείκτες του ραντάρ περιλαμβάνουν:
- Προβολή περιοχής περιορισμένης από το ελάχιστο και μέγιστο εύρος ανίχνευσης στόχου, επιτρεπόμενες γωνίες αζιμουθίου και ανύψωσης.
- Ανάλυση σε εμβέλεια, αζιμούθιο, υψόμετρο και ταχύτητα (η ικανότητα προσδιορισμού των παραμέτρων των κοντινών στόχων).
- Ακρίβεια μέτρησης, η οποία μετριέται με την παρουσία χονδρών, συστηματικών ή τυχαίων σφαλμάτων.
- Ανοσία θορύβου και αξιοπιστία.
- Ο βαθμός αυτοματοποίησης για την εξαγωγή και την επεξεργασία της εισερχόμενης ροής δεδομένων.
Συγκεκριμένα τακτικά χαρακτηριστικά καθορίζονται κατά το σχεδιασμό συσκευών μέσω ορισμένων τεχνικών παραμέτρων, όπως:
- συχνότητα φορέα και διαμόρφωση των παραγόμενων ταλαντώσεων;
- μοτίβα κεραίας;
- ισχύς συσκευών μετάδοσης και λήψης;
- Συνολικές διαστάσεις και βάρος του συστήματος.
Εφημερία
Το ραντάρ είναι ένα παγκόσμιο εργαλείο που χρησιμοποιείται ευρέως στον στρατό, την επιστήμη και την εθνική οικονομία. Οι τομείς χρήσης επεκτείνονται σταθερά λόγω της ανάπτυξης και βελτίωσης τεχνικών μέσων και τεχνολογιών μέτρησης.
Η χρήση ραντάρ στη στρατιωτική βιομηχανία μάς επιτρέπει να επιλύουμε τα σημαντικά καθήκοντα της αναθεώρησης και του ελέγχου του διαστήματος, την ανίχνευση κινητών στόχων αέρα, εδάφους και νερού. Χωρίςραντάρ, είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς εξοπλισμό που χρησιμεύει για υποστήριξη πληροφοριών συστημάτων πλοήγησης και συστημάτων ελέγχου πυροβόλων.
Το στρατιωτικό ραντάρ είναι το βασικό συστατικό του στρατηγικού συστήματος προειδοποίησης πυραύλων και της ολοκληρωμένης πυραυλικής άμυνας.
Ραδιοαστρονομία
Αποστέλλονται από την επιφάνεια της γης, τα ραδιοκύματα αντανακλώνται επίσης από αντικείμενα στο κοντινό και μακρινό διάστημα, καθώς και από στόχους κοντά στη Γη. Πολλά διαστημικά αντικείμενα δεν μπορούσαν να διερευνηθούν πλήρως μόνο με τη χρήση οπτικών οργάνων και μόνο η χρήση μεθόδων ραντάρ στην αστρονομία κατέστησε δυνατή την απόκτηση πλούσιων πληροφοριών για τη φύση και τη δομή τους. Το παθητικό ραντάρ για εξερεύνηση της Σελήνης χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από Αμερικανούς και Ούγγρους αστρονόμους το 1946. Περίπου την ίδια περίοδο, ελήφθησαν επίσης κατά λάθος ραδιοφωνικά σήματα από το διάστημα.
Στα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια, η κεραία λήψης έχει το σχήμα ενός μεγάλου κοίλου σφαιρικού μπολ (όπως ο καθρέφτης ενός οπτικού ανακλαστήρα). Όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρός της, τόσο πιο αδύναμο είναι το σήμα που θα μπορεί να λάβει η κεραία. Συχνά, τα ραδιοτηλεσκόπια λειτουργούν με πολύπλοκο τρόπο, συνδυάζοντας όχι μόνο συσκευές που βρίσκονται κοντά η μία στην άλλη, αλλά και σε διαφορετικές ηπείρους. Ανάμεσα στα πιο σημαντικά καθήκοντα της σύγχρονης ραδιοαστρονομίας είναι η μελέτη πάλσαρ και γαλαξιών με ενεργούς πυρήνες, η μελέτη του διαστρικού μέσου.
Πολιτική χρήση
Στη γεωργία και τη δασοκομία, ραντάρΟι συσκευές είναι απαραίτητες για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με την κατανομή και την πυκνότητα των φυτικών μαζών, τη μελέτη της δομής, των παραμέτρων και των τύπων των εδαφών και την έγκαιρη ανίχνευση πυρκαγιών. Στη γεωγραφία και τη γεωλογία, το ραντάρ χρησιμοποιείται για την εκτέλεση τοπογραφικών και γεωμορφολογικών εργασιών, τον προσδιορισμό της δομής και της σύνθεσης των πετρωμάτων και την αναζήτηση κοιτασμάτων ορυκτών. Στην υδρολογία και την ωκεανογραφία, χρησιμοποιούνται μέθοδοι ραντάρ για την παρακολούθηση της κατάστασης των κύριων πλωτών οδών της χώρας, την κάλυψη του χιονιού και του πάγου και τη χαρτογράφηση της ακτογραμμής.
Το Radar είναι ένας απαραίτητος βοηθός για τους μετεωρολόγους. Το ραντάρ μπορεί εύκολα να ανακαλύψει την κατάσταση της ατμόσφαιρας σε απόσταση δεκάδων χιλιομέτρων και αναλύοντας τα δεδομένα που λαμβάνονται, γίνεται μια πρόβλεψη για τις αλλαγές των καιρικών συνθηκών σε μια συγκεκριμένη περιοχή.
Προοπτικές για ανάπτυξη
Για έναν σύγχρονο σταθμό ραντάρ, το κύριο κριτήριο αξιολόγησης είναι η αναλογία απόδοσης και ποιότητας. Η αποδοτικότητα αναφέρεται στα γενικευμένα χαρακτηριστικά απόδοσης του εξοπλισμού. Η δημιουργία ενός τέλειου ραντάρ είναι μια πολύπλοκη μηχανική και επιστημονική και τεχνική εργασία, η υλοποίηση της οποίας είναι δυνατή μόνο με τη χρήση των τελευταίων επιτευγμάτων στην ηλεκτρομηχανική και την ηλεκτρονική, την πληροφορική και την τεχνολογία υπολογιστών, την ενέργεια.
Σύμφωνα με προβλέψεις ειδικών, στο εγγύς μέλλον, οι κύριες λειτουργικές μονάδες σταθμών διαφόρων επιπέδων πολυπλοκότητας και σκοπού θα είναι συστοιχίες ενεργών φάσεων στερεάς κατάστασης (φασικές συστοιχίες κεραίας), οι οποίες μετατρέπουν τα αναλογικά σήματα σε ψηφιακά. ΑνάπτυξηΤο συγκρότημα υπολογιστών θα αυτοματοποιήσει πλήρως τον έλεγχο και τις βασικές λειτουργίες του ραντάρ, παρέχοντας στον τελικό χρήστη μια ολοκληρωμένη ανάλυση των πληροφοριών που έλαβε.
