Hvad er en RADAR: Grundlæggende, typer og applikationer

Hvad er en RADAR: Grundlæggende, typer og applikationer

Vi kan observere forskellige objekter rundt om i verden. Tilsvarende bruges radarlignende radioregistrering og rækkevidde til at hjælpe piloterne, mens de flyver gennem tåge, fordi piloten ikke kan bemærke, hvor de rejser. Radaren, der bruges i flyene, ligner et fakkellys, der arbejder med radiobølger i stedet for lys. Flyet sender et blinkende radarsignal og lytter efter eventuelle indikationer af signalet fra objekter i nærheden. Når indikationerne først er blevet bemærket, identificerer flyet, at der er noget tæt på, og det bruger den tid, det tager, før indikationerne når ud til at opdage, hvor fjernt det er. Denne artikel diskuterer en oversigt over Radar og dens arbejde.



Hvem opfandt Radar?

Svarende til flere opfindelser er radarsystemet ikke let at give kredit til en person, fordi det var resultatet af tidligere arbejde med egenskaberne af elektromagnetisk stråling for tilgængeligheden af ​​adskillige elektroniske enheder. Spørgsmålet, der er mest bekymret, er mere kompliceret af skjulet af militært privatliv, hvorved radioplaceringsteknikker blev undersøgt i forskellige lande i de tidlige dage af 2. verdenskrig.


Denne reviewforfatter konkluderede endelig, at når radarsystem er et klart tilfælde af direkte oprettelse, blev Robert Watson-Watt's note om Aircraft's Detection & Location of by Radio Methods offentliggjort umiddelbart for 50 år siden. Så det var den mest betydningsfulde ensomme publikation på dette område. Britisk præstation i kampen mod Storbritannien afsatte meget til udvidelsen af ​​et radarsystem, der omfattede teknisk vækst med operationel gennemførlighed.





Hvad er et radarsystem?

RADAR står for Radioregistrering og Ranging System. Det er grundlæggende et elektromagnetisk system, der bruges til at detektere placeringen og afstanden for en genstand fra det punkt, hvor RADAR er placeret. Det virker ved at udstråle energi ud i rummet og overvåge ekkoet eller det reflekterede signal fra objekterne. Det fungerer i UHF og mikrobølgeovn.

En radar er en elektromagnetisk sensor, der bruges til at bemærke, spore, lokalisere og identificere forskellige genstande, der er på bestemte afstande. Arbejdet med radar er, det transmitterer elektromagnetisk energi i retning af mål for at observere ekkoerne og vende tilbage fra dem. Her er målene intet andet end skibe, fly, astronomiske kroppe, biler, rumfartøjer, regn, fugle, insekter osv. I stedet for at bemærke målets placering og hastighed opnår det også deres form og størrelse undertiden.



Hovedformålet med radar sammenlignet med infrarøde og optiske sensorenheder er at opdage fjerne mål under vanskelige klimaforhold og bestemmer deres afstand, rækkevidde gennem præcision. Radar har sin egen sender, der er kendt som en kilde til belysning til placering af mål. Generelt fungerer det i mikrobølgeområdet i det elektromagnetiske spektrum, der beregnes i hertz, når frekvenser strækker sig fra 400 MHz til 40 GHz. De væsentlige komponenter, der bruges i radaren


Radar gennemgår hurtig udvikling i årene 1930-40'erne for at nå militærets krav. Det bruges stadig bredt gennem de væbnede styrker, uanset hvor flere teknologiske fremskridt har skabt. Samtidig bruges radar også i civile applikationer, især til styring af lufttrafik, observation af vejr, navigering af skib, miljø, sensing fra fjerntliggende områder, observation af planetarisk, måling af hastighed i industrielle applikationer, rumovervågning, retshåndhævelse osv.

Arbejdsprincip

Det princippet om radararbejde er meget enkel, fordi den transmitterer elektromagnetisk effekt såvel som undersøger den energi, der returneres tilbage til målet. Hvis de returnerede signaler modtages igen ved kildens position, er der en hindring i transmissionens retning. Dette er funktionsprincippet for radar.

Grundlæggende om Radar

RADAR-systemet består generelt af en sender, der producerer et elektromagnetisk signal, der udstråles i rummet af en antenne. Når dette signal rammer et objekt, reflekteres det eller stråles i mange retninger. Dette reflekterede eller ekkosignal modtages af radarantenne, der leverer det til modtageren, hvor det behandles for at bestemme objektets geografiske statistik.

Området bestemmes ved at beregne den tid, det tager af signalet at rejse fra RADAR til målet og tilbage. Målets placering måles i vinkel fra retningen af ​​det maksimale ekkosignal, som antennen peger på. Doppler-effekten bruges til at måle rækkevidden og placeringen af ​​objekter i bevægelse.

De væsentlige dele af dette system inkluderer følgende.

  • En sender: Det kan være en effektforstærker som en Klystron, Travelling Wave Tube eller en poweroscillator som en Magnetron. Signalet genereres først ved hjælp af en bølgeformgenerator og forstærkes derefter i effektforstærkeren.
  • Bølgeledere: Bølgeledere er transmissionslinjer til transmission af RADAR-signaler.
  • Antenne: Den anvendte antenne kan være en parabolisk reflektor, plane arrays eller elektronisk styrede fasede arrays.
  • Duplexer: En duplexer gør det muligt at bruge antennen som sender eller modtager. Det kan være en gasformig enhed, der producerer en kortslutning ved indgangen til modtageren, når senderen arbejder.
  • Modtager: Det kan være en superheterodynemodtager eller en hvilken som helst anden modtager, der består af en processor til at behandle signalet og detektere det.
  • Tærskelbeslutning: Outputtet fra modtageren sammenlignes med en tærskel for at detektere tilstedeværelsen af ​​ethvert objekt. Hvis output er under en tærskel, antages tilstedeværelsen af ​​støj.

Hvordan bruger Radar radio?

Når radaren er placeret på et skib eller fly, kræver det et lignende væsentligt sæt komponenter for at producere radiosignaler, transmittere dem til rummet og modtage dem med noget og til sidst vise informationen for at forstå det. En magnetron er en slags enhed, der bruges til at generere radiosignaler, der bruges via radio. Disse signaler ligner lyssignaler, fordi de bevæger sig med samme hastighed, men deres signaler er meget længere med færre frekvenser.

Lyssignalernes bølgelængde er 500 nanometer, mens radiosignalerne, der anvendes af radar, normalt spænder fra centimeter til meter. I et elektromagnetisk spektrum er både signalerne som radio og lys lavet med variabelt design af magnetisk og elektrisk energi i hele luften. Magnetronen i radaren genererer mikrobølger det samme som en mikrobølgeovn. Den væsentligste forskel er, at magnetronen inden for radar skal transmittere signalerne adskillige miles i stedet for kun små afstande, så den er mere kraftig såvel som meget større.

Hver gang radiosignalerne er blevet transmitteret, fungerer en antenne som en sender til at transmittere dem i luften. Generelt er antenneformen bøjet, så den fokuserer hovedsageligt signalerne til et nøjagtigt og smalt signal, men radarantenner drejer normalt også, så de kan bemærke handlinger over et stort område.

Radiosignalerne bevæger sig udefra fra antennen med 300.000 km i sekundet, indtil de rammer noget, og nogle af dem vender tilbage til antennen. I et radarsystem er der en vigtig enhed, nemlig en duplexer. Denne enhed bruges til at få antennen til at skifte fra side til side imellem en sender og en modtager.

Typer af radar

Der er forskellige typer radarer, der inkluderer følgende.

Bistatisk radar

Denne type radarsystem inkluderer en Tx-sender og en Rx-modtager, der er delt gennem en afstand, der svarer til afstanden for det estimerede objekt. Senderen og modtageren er placeret i en lignende position kaldes en monastisk radar, mens den meget lange rækkevidde til luft og luft til luft militær hardware bruger den bistatiske radar.

Doppler Radar

Det er en speciel type radar, der bruger Doppler-effekten til at generere datahastighed vedrørende et mål i en bestemt afstand. Dette kan opnås ved at sende elektromagnetiske signaler i retning af et objekt, så det analyserer, hvordan objektets handling har påvirket det returnerede signalets frekvens.

Denne ændring giver meget præcise målinger for den radiale komponent af et objekts hastighed i forhold til radaren. Anvendelsen af ​​disse radarer involverer forskellige industrier som meteorologi, luftfart, sundhedspleje osv.

Monopulse Radar

Denne type radarsystem sammenligner det opnåede signal ved hjælp af en bestemt radarimpuls ved siden af ​​det ved at kontrastere signalet som observeret i adskillige retninger, ellers polarisationer. Den hyppigste type monopulseradar er den koniske scanningsradar. Denne form for radar evaluerer tilbagevenden fra to måder til direkte at måle objektets position. Det er vigtigt at bemærke, at de radarer, der er udviklet i 1960, er monopolseradarer.

Passiv radar

Denne form for radar er hovedsageligt designet til at bemærke såvel som følge målene gennem bearbejdningsindikationer fra belysning i omgivelserne. Disse kilder omfatter kommunikationssignaler såvel som kommercielle udsendelser. Kategoriseringen af ​​denne radar kan udføres i samme kategori bistatisk radar.

Instrumentationsradar

Disse radarer er designet til at teste fly, missiler, raketter osv. De giver forskellige oplysninger inklusive rum, position og tid både i analysen af ​​efterbehandling og realtid.

Vejrradarer

Disse bruges til at registrere retning og vejr ved hjælp af radiosignaler gennem cirkulær eller vandret polarisering. Frekvensvalget af vejrradar afhænger hovedsageligt af et kompromis mellem ydeevnen blandt dæmpning såvel som nedbørsrefektion som et resultat af atmosfærisk vanddamp. Nogle typer radarer er hovedsageligt designet til at anvende Doppler-skift til beregning af vindhastighed samt dobbeltpolarisering for at genkende typerne af nedbør.

Kortlægning af radar

Disse radarer bruges hovedsageligt til at undersøge et stort geografisk område til anvendelser af teledetektion og geografi. Som et resultat af syntetisk blænderadar er disse begrænset til ganske stationære mål. Der er nogle specielle radarsystemer, der bruges til at opdage mennesker efter vægge, der er mere forskellige sammenlignet med dem, der findes inden for byggematerialer.

Navigationsradarer

Generelt er disse de samme for at søge radarer, men de fås med små bølgelængder, der er i stand til at replikere fra jorden og fra sten. Disse bruges almindeligvis på kommercielle skibe såvel som langdistanceflyvemaskiner. Der er forskellige navigationsradarer som marine radarer, der ofte placeres på skibe for at undgå en kollision såvel som navigationsformål.

Pulserende RADAR

Pulsed RADAR sender høj effekt og højfrekvente impulser mod målobjektet. Derefter venter det på ekkosignalet fra objektet, før en anden puls sendes. RADAR's rækkevidde og opløsning afhænger af pulsrepetitionsfrekvensen. Det bruger Doppler shift-metoden.

Princippet om RADAR-detektering af bevægelige objekter ved hjælp af Doppler-skift fungerer på det faktum, at ekkosignaler fra stationære objekter er i samme fase og dermed bliver annulleret, mens ekkosignaler fra objekter i bevægelse vil have nogle ændringer i fase. Disse radarer er klassificeret i to typer.

Pulse-doppler

Det transmitterer høj puls gentagelsesfrekvens for at undgå doppler tvetydigheder. Det transmitterede signal og det modtagne ekkosignal blandes i en detektor for at få dopplerforskydningen, og differenssignalet filtreres ved hjælp af et dopplerfilter, hvor de uønskede støjsignaler afvises.

Blokdiagram over pulserende doppler RADAR

Blokdiagram over pulserende doppler RADAR

Flytende målindikator

Det transmitterer lav puls gentagelsesfrekvens for at undgå uklarheder i området. I et MTI RADAR-system er de modtagne ekkosignaler fra objektet rettet mod mixeren, hvor de blandes med signalet fra en stabil lokaloscillator (STALO) for at producere IF-signalet.

Dette IF-signal forstærkes og derefter gives til fasedetektoren, hvor dens fase sammenlignes med fasen af ​​signalet fra den kohærente oscillator (COHO), og differenssignalet produceres. Det sammenhængende signal har den samme fase som sendersignalet. Det sammenhængende signal og STALO-signalet blandes og gives til effektforstærkeren, der tændes og slukkes ved hjælp af pulsmodulatoren.

MTI Radar

MTI Radar

Kontinuerlig bølge

Den kontinuerlige bølge RADAR måler ikke målets rækkevidde, men snarere hastigheden for ændring af rækkevidde ved at måle dopplerforskydningen af ​​retursignalet. I en CW RADAR udsendes elektromagnetisk stråling i stedet for impulser. Det bruges dybest set til hastighedsmåling .

RF-signalet og IF-signalet blandes i mixertrinnet for at generere den lokale oscillatorfrekvens. RF-signalet sendes derefter signal, og det modtagne signal fra RADAR-antennen består af RF-frekvensen plus Doppler-skiftfrekvens. Det modtagne signal blandes med den lokale oscillatorfrekvens i det andet blandingstrin for at generere IF-frekvenssignalet.

Dette signal forstærkes og gives til det tredje blandingstrin, hvor det blandes med IF-signalet for at få signalet med dopplerfrekvens. Denne dopplerfrekvens eller dopplerforskydning giver hastigheden for ændring af målets rækkevidde, og målets hastighed måles således.

Blokdiagram, der viser CW RADAR

Blokdiagram, der viser CW RADAR

Radar Range ligning

Der findes forskellige typer versioner til ligninger for radarområdet. Her er følgende ligning en af ​​de grundlæggende typer for et eneste antennesystem. Når objektet antages at være midt i antennesignalet, kan det højeste radardetekteringsområde skrives som

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = Transmissionseffekt

‘Pmin’ = Minimum detekterbart signal

‘Λ’ = Send bølgelængde

‘Σ’ = Tværsnit af målradaren

‘Fo’ = Frekvens i Hz

‘G’ = Forøgelse af en antenne

‘C’ = Lyshastighed

I ovenstående ligning er variablerne stabile såvel som afhængige af radar bortset fra målet som RCS. Rækkefølgen af ​​sendeeffekt vil være 1 mW (0 dBm) og forstærkningen af ​​antennen ca. 100 (20 dB) for en ERP (effektiv udstrålet effekt) på 20 dBm (100 mW). Rækkefølgen af ​​mindst synlige signaler er picowatt, og RCS for et køretøj kan være 100 kvadratmeter.

Så nøjagtigheden af ​​radarområdet ligning er inputdataene. Pmin (minimalt synligt signal) afhænger hovedsageligt af modtagerens båndbredde (B), F (støjtal), T (temperatur) og nødvendigt S / N-forhold (signal-støj-forhold).

En modtager med smal båndbredde vil være mere lydhør sammenlignet med en bred BW-modtager. Støjtal kan defineres, da det er en beregning af, hvor meget støj modtageren kan bidrage til et signal. Når støjtalet er mindre, vil støjen være mindre, som enheden donerer. Når temperaturen stiger, vil det påvirke modtagerens følsomhed gennem stigende indgangsstøj.

Pmin = k T B F (S / N) min

Fra ovenstående ligning,

'Pmin' er det mindst detekterbare signal

'K' er Boltzmanns konstant som 1,38 x 10-23 (Watt * sek / ° Kelvin)

'T' er en temperatur (° Kelvin)

'B' er en båndbredde på en modtager (Hz)

'F' er støjfiguren (dB), støjfaktor (forhold)

(S / N) min = Mindste S / N-forhold

Den tilgængelige i / p termiske støjeffekt kan være proportional med kTB, uanset hvor 'k' er Boltzmanns konstant, 'T' er temperatur og 'B' er båndbredden for modtagerstøj i hertz.

T = 290 ° K eller 62,33 ° F

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

Ovenstående radarområde ligning kan skrives for modtaget effekt som et funktionsområde for en leveret sendekraft, antenneforstærkning, RCS og bølgelængde.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Fra ovenstående ligning,

'Prec' er den modtagne effekt

'Pt' er sendeeffekten

'Fo' er sendefrekvensen

'Λ' er transmitteringsbølgelængden

'G' er forstærkningen af ​​en antenne

'Σ' er radarets tværsnit

'R' er området

'C' er lysets hastighed

Ansøgninger

Det anvendelser af radar inkluderer følgende.

Militære applikationer

Det har 3 store applikationer i militæret:

  • I luftforsvar bruges det til måldetektion, målgenkendelse og våbenkontrol (dirigere våbenet til de sporede mål).
  • I et missilsystem til styring af våbenet.
  • Identificering af fjendens placeringer på kortet.

Luft trafik kontrol

Den har 3 hovedapplikationer inden for lufttrafikstyring:

  • At kontrollere lufttrafik nær lufthavne. Air Surveillance RADAR bruges til at opdage og vise flyets position i lufthavnsterminalerne.
  • For at guide flyet til at lande i dårligt vejr ved hjælp af Precision Approach RADAR.
  • At scanne lufthavnens overflade for fly- og jordbilspositioner

Fjernregistrering

Det kan bruges til at observere, om eller observere planetpositioner og overvåge havis for at sikre en jævn rute for skibe.

Jordtrafik kontrol

Det kan også bruges af trafikpolitiet til at bestemme køretøjets hastighed, kontrollere køretøjers bevægelse ved at give advarsler om tilstedeværelsen af ​​andre køretøjer eller andre forhindringer bag dem.

Plads

Det har 3 store applikationer

  • At guide rumfartøjet til en sikker landing på månen
  • At observere planetariske systemer
  • At registrere og spore satellitter
  • At overvåge meteorerne

Så nu har jeg givet en grundlæggende forståelse af RADAR , hvad med at designe et simpelt projekt, der involverer RADAR?

Fotokreditter