Радар
-
История радара
- Радар использует радиоволны для определения расстояния, направления и скорости объектов.
- Первые эксперименты с радаром начались в конце XIX века.
- В 1904 году Кристиан Хюльсмайер получил патент на радарную систему.
- В 1915 году Роберт Уотсон-Уотт использовал радио для предупреждения о грозах.
-
Развитие радара до Второй мировой войны
- В 1920-х годах исследователи в Великобритании, Франции, Германии и других странах независимо разрабатывали радары.
- В 1934 году во Франции начались исследования магнетрона.
- В СССР в 1939 году были выпущены первые радары массового производства.
-
Развитие радаров во время Второй мировой войны
- В 1935 году Роберт М. Пейдж продемонстрировал импульсный радар.
- В 1936 году Уотсон-Уотт возглавил исследовательскую станцию Бодси.
- В 1939 году в Великобритании была установлена система «Чейн Хоум».
-
Современные применения радаров
- Радары используются в управлении воздушным и наземным движением, противовоздушной обороне, морских радарах и других областях.
- Современные радары используют цифровую обработку сигналов и машинное обучение.
- Ожидается, что радары помогут автоматизированным платформам предотвращать инциденты.
-
История радаров
- В 1936 году введены в эксплуатацию первые пять систем Chain Home (CH) в Великобритании.
- CH использовал радиопеленгаторы Watson-Watt для определения направления эхо-сигнала.
- Во время Второй мировой войны Великобритания поделилась технологией с США.
-
Развитие радаров
- В 1940 году журнал Popular Science показал пример радиолокационного устройства.
- В 1941 году Уотсон-Уотт консультировал по вопросам противовоздушной обороны в США.
- В 1943 году Пейдж усовершенствовал радар, применив моноимпульсную технологию.
-
Применение радаров
- Радары используются в авиации, на море, в метеорологии, геологии, полиции и автомобильной промышленности.
- В авиации радары предупреждают о препятствиях и дают точные показания высоты.
- В море радары измеряют пеленг и расстояние до судов.
- В метеорологии радары используются для наблюдения за осадками и ветром.
- В геологии радары определяют состав земной коры.
- В полиции радары контролируют скорость транспортных средств.
- В автомобильной промышленности радары используются для адаптивного круиз-контроля и экстренного торможения.
-
Принципы работы радаров
- Радарная система имеет передатчик, излучающий радиоволны, и приемник, улавливающий отраженные сигналы.
- Радиоволны отражаются от электропроводящих материалов, таких как металлы и морская вода.
- Погодные явления, такие как туман и дождь, не мешают работе радаров.
- Радиопоглощающие материалы используются для уменьшения отражения от радаров.
-
Уравнение дальности действия радара
- Мощность Pr, поступающая на приемную антенну, определяется уравнением, включающим мощность передатчика.
-
Основные понятия радара
- Gt = коэффициент усиления передающей антенны
- Ar = эффективная апертура приемной антенны
- Gr = коэффициент усиления приемной антенны
- σ = радиолокационное поперечное сечение цели
- F = коэффициент распространения паттерна
- Rt = расстояние от передатчика до цели
- Rr = расстояние от цели до приемника
-
Влияние дальности действия
- Принимаемая мощность снижается при достижении четвертой степени дальности
- Дополнительная фильтрация и интегрирование импульсов изменяют уравнение радара
-
Эффект Доплера
- Сдвиг частоты вызван движением цели
- Доплеровский сдвиг зависит от конфигурации радара
- Активный радар передает сигнал, пассивный зависит от объекта
-
Поляризация
- Электрическое поле перпендикулярно направлению распространения
- Поляризация управляет эффектами радара
- Используются горизонтальная, вертикальная, линейная и круговая поляризация
-
Ограничивающие факторы
- Траектория и дальность действия луча
- Прямая видимость и максимальный однозначный диапазон
- Чувствительность радара и мощность обратного сигнала
-
Шум
- Шум сигнала ограничивает дальность действия
- Минимальный уровень шума и отношение сигнал/шум
- Дробовой шум и мерцающий шум
- Тепловой шум и его влияние на радар
-
Вмешательство и помехи
- Радиолокационные системы должны преодолевать нежелательные сигналы
- SNR определяет способность системы распознавать цели
- Помехи включают искусственные объекты и средства радиолокационного противодействия
-
Источники радиолокационных помех
- Природные объекты: земля, море, осадки, град, пыльные бури, животные, турбулентность, метеорные следы
- Атмосферные явления: возмущения в ионосфере, геомагнитные бури, космическая погода
- Волновод радара между приемопередатчиком и антенной
-
Методы устранения помех
- Настройка времени между импульсом и включением каскада приемника
- Индикация движущейся цели и доплеровская обработка
- Импульсно-доплеровский радар
- Постоянная частота ложных срабатываний
-
Многолучевые помехи
- Отражение от земли, атмосферные каналы, ионосферное отражение
- Система подавления колебаний на местности
- Создание наземной карты местности
-
Глушение радиолокационных помех
- Преднамеренное и непреднамеренное глушение
- Активный источник помех, маскирующий цели
- Методы защиты: уменьшение телесного угла, скачкообразная перестройка частоты, поляризация
-
Измерение расстояния
- Время полета: передача импульса и измерение времени отражения
- Частотная модуляция: изменение частоты сигнала с течением времени
- Преимущества частотной модуляции: высокая точность, работа на низких частотах
-
Сдвиг частоты и расстояние
- Сдвиг частоты увеличивается с увеличением временной задержки
- Расстояние может быть отображено на приборе или доступно с помощью транспондера
- Обработка сигнала аналогична доплеровскому радару
-
Методы обработки сигналов
- Наземный радар использует маломощные FM-сигналы
- Множественные отражения анализируются для создания синтетического изображения
- Используются эффекты доплера для обнаружения медленно движущихся объектов
-
Сжатие импульсов
- Метод синхронизации импульсов имеет компромисс между точностью и энергией
- Методы непрерывных волн требуют меньшей пиковой мощности, но требуют двух антенн
- Современные радары используют более длинные импульсы с модуляцией по частоте
-
Измерение скорости
- Скорость определяется изменением расстояния до объекта во времени
- Эффект Доплера позволяет определить относительную скорость цели
- Непрерывный радар используется для определения радиальной составляющей скорости
-
Импульсно-доплеровская обработка сигналов
- Включает частотную фильтрацию и детектирование
- Используется в метеорологических радарах для измерения скорости ветра и осадков
- Применяется в военных радарах для отслеживания воздушных судов
-
Уменьшение влияния помех
- Методы обработки сигналов включают индикацию движущихся целей и импульсно-доплеровскую обработку
- Постоянная частота ложных срабатываний и цифровая обработка модели местности
-
Выделение графиков и дорожек
- Алгоритмы отслеживания прогнозируют будущее положение объектов
- Данные о местоположении накапливаются радарными датчиками
- Используются алгоритмы ближайшего соседа, вероятностная ассоциация данных и отслеживание нескольких гипотез
-
Инженерное искусство
- Компоненты радара включают передатчик, волновод, дуплексер, приемник и дисплейный процессор
- Электронная секция управляет всеми устройствами и антенной
- Конструкция антенны включает всенаправленные и направленные антенны
-
Установка антенны
- Максимальная отдача при установке антенны под прямым углом к цели
- Минимальная отдача при установке антенны прямо на цель
- Оператор определяет направление на цель по дисплеям
-
Ограничения широковещательной передачи
- Широковещательная передача во всех направлениях
- Недостаточная мощность на цель
- Необходимость направленной передающей антенны
-
Параболические отражатели
- Современные системы используют параболические отражатели
- Симметричные параболические антенны создают узкий луч
- Испорченные параболические антенны создают узкий луч в одном измерении
-
Типы сканирования
- Первичное сканирование: круговое, секторное
- Вторичное сканирование: коническое, однонаправленное секторное
- Сканирование по методу Палмера: комбинация первичного и вторичного
-
Щелевой волновод
- Механически перемещается для сканирования
- Подходит для систем сканирования поверхности без слежения
- Используется на судах, в аэропортах и портах
-
Фазированная антенная решетка
- Состоит из однотипных антенных элементов
- Элементы создают фазовый градиент
- Используется в противоракетной обороне и метеорологии
-
Диапазоны частот
- Размер антенн соответствует длине волны
- Более короткие длины волн приводят к меньшему размеру антенн
- Электроника для коротких волн сложнее и дороже
-
Модуляторы
- Высоковольтный переключатель для генераторов мощности
- Гибридные смесители для когерентной формы сигнала
-
Охлаждающая жидкость
- Когерентные микроволновые усилители требуют жидкого хладагента
- Деионизированная вода используется в большинстве наземных систем
-
Пожар на самолете военно-морского флота
- В 1978 году на самолете военно-морского флота произошел пожар из-за возгорания силикатного эфира.
- Кооланол, используемый в самолете, является дорогостоящим и токсичным веществом.
-
Программа «Предотвращение загрязнения»
- Военно-морской флот США ввел программу «Предотвращение загрязнения» (P2) для уменьшения объема и токсичности отходов.
- Из-за этого Coolanol используется реже.
-
Определение радара
- Радар определяется статьей 1.100 Регламента радиосвязи Международного союза электросвязи.
- Радар — это система радиоопределения, основанная на сравнении опорных сигналов с радиосигналами, отраженными или повторно переданными из определяемого местоположения.
-
Типы радаров
- Радары бывают различных конфигураций: излучатель, приемник, антенна, длина волны, стратегии сканирования и т.д.
- Примеры типов радаров: бистатический радар, радар непрерывного действия, доплеровский радар, Fm-cw радар, моноимпульсный радар, пассивный радар, радар с плоской антенной решеткой, импульсно-доплеровский радар, радар с искусственно уменьшенной апертурой, загоризонтный радар с радиочастотным передатчиком.
-
Технические детали радара
- Радиолокационная вышка, радио, трубка бегущей волны, акустическое расположение, лидар, ЛОРАН, гидролокатор.
- Примеры радаров: цепной дом и цепной дом с низким уровнем, Вюрцбургский радар, радар в Хоэнтвиле, радар H2S, радар SCR-270.
-
Библиография и рекомендации
- Барретт, Дик, «Все, что вы когда-либо хотели знать о британском радаре противовоздушной обороны».
- Будери, «История телефона: история радара».
- Радар Ekco WW2 Shadow Factory, заархивированный 12 декабря 2005 года на сайте Wayback Machine.
- Холлманн, Мартин, «Генеалогическое древо радара».
- Пенли, Билл и Джонатан Пенли, «Ранняя история радиолокации — введение».
- Руководство по радарной навигации и маневрированию Pub 1310.
- Уэсли Стаут, 1946 г. «Радар – великий детектив».
- Сордс, Шон С., «Техническая история зарождения радаров».
-
Общие и технические книги
- Берч, Дэвид Ф., «Радар для моряков».
- Кайзер, Джеральд, глава 10 в «Понятном руководстве по вейвлетам».
- Молодая жена, Эйлин, «Война одной женщины».
- Книги в банках из-под конфет.
-
Видеокурсы и глоссарии
- Видеокурс Массачусетского технологического института: Введение в радиолокационные системы.
- Набор обучающих видеороликов для сотрудников органов управления воздушным движением.
- Глоссарий радиолокационной терминологии.