Radar -Radar

ALTAIR olarak bilinen uzun menzilli bir radar anteni, Kwajalein Mercan Adası'ndaki Ronald Reagan Test Sitesinde ABM testiyle bağlantılı olarak uzay nesnelerini algılamak ve izlemek için kullanılır.
Uzay nesnelerini ve balistik füzeleri izlemek için kullanılan uzun menzilli radar anteni .
İsrail askeri radarı, hava trafik kontrolü için kullanılan radar türünün tipik bir örneğidir.  Anten, sabit bir hızda dönerek, tüm irtifalardaki uçakları algılamak için dar bir dikey yelpaze şeklindeki ışınla yerel hava sahasını süpürür.
Uçakların tespiti için kullanılan tipte radar. Sabit bir şekilde dönerek hava sahasını dar bir ışınla süpürür.

Radar ( radyo algılama ve menzil ), nesnelerin siteye göre mesafesini (mesafesini), açısını ve radyal hızını belirlemek için radyo dalgalarını kullanan bir algılama sistemidir . Uçakları , gemileri , uzay araçlarını , güdümlü füzeleri , motorlu araçları , hava oluşumlarını ve araziyi tespit etmek için kullanılabilir . Bir radar sistemi , radyo veya mikrodalgalar alanında elektromanyetik dalgalar üreten bir vericiden , verici bir antenden oluşur., bir alıcı anten (genellikle aynı anten iletmek ve almak için kullanılır) ve nesnelerin özelliklerini belirlemek için bir alıcı ve işlemci . Vericiden gelen radyo dalgaları (darbeli veya sürekli) nesnelerden yansır ve alıcıya geri dönerek nesnelerin konumları ve hızları hakkında bilgi verir.

Radar, II. Dünya Savaşı öncesi ve sırasında birçok ülke tarafından askeri kullanım için gizlice geliştirildi . Önemli bir gelişme, Birleşik Krallık'taki , metre altı çözünürlüğe sahip nispeten küçük sistemlerin oluşturulmasına izin veren boşluklu magnetrondu . RADAR terimi 1940 yılında Amerika Birleşik Devletleri Donanması tarafından "radyo algılama ve menzil" için bir kısaltma olarak icat edildi. Radar terimi o zamandan beri İngilizce ve diğer dillere ortak bir isim olarak girdi ve tüm büyük harf kullanımını kaybetti . 1954-55'teki Yatesbury Eğitim Kampı'ndaki RAF radar kursları sırasında "radyo azimut yönü ve menzili " önerildi. Radarın modern kullanımları, hava ve kara trafik kontrolü, radar astronomi , hava savunma sistemleri , füze savunma sistemleri , önemli noktaları ve diğer gemileri bulmak için deniz radarları , uçak çarpışma önleme sistemleri, okyanus gözetleme sistemleri, dış uzay dahil olmak üzere oldukça çeşitlidir. gözetleme ve buluşma sistemleri, meteorolojik yağış izleme, altimetri ve uçuş kontrol sistemleri , güdümlü füze hedef tespit sistemleri, kendi kendine giden arabalar ve jeolojik gözlemler için yere nüfuz eden radar . Yüksek teknoloji radar sistemleri, dijital sinyal işleme , makine öğrenimi ile ilişkilidir ve çok yüksek gürültü seviyelerinden faydalı bilgiler çıkarma yeteneğine sahiptir .

Radara benzer diğer sistemler elektromanyetik spektrumun diğer kısımlarını kullanır . Bir örnek, radyo dalgalarından ziyade ağırlıklı olarak lazerlerden gelen kızılötesi ışığı kullanan lidar'dır . Sürücüsüz araçların ortaya çıkmasıyla birlikte radarın, otomatikleştirilmiş platformun çevresini izlemesine yardımcı olması ve böylece istenmeyen olayları önlemesi bekleniyor.

Tarih

İlk deneyler

1886 gibi erken bir tarihte Alman fizikçi Heinrich Hertz , radyo dalgalarının katı nesnelerden yansıyabileceğini gösterdi. 1895 yılında, Kronstadt'taki Rus İmparatorluk Donanması okulunda fizik öğretmeni olan Alexander Popov , uzaktaki yıldırım çarpmalarını tespit etmek için uyumlu bir tüp kullanan bir cihaz geliştirdi . Ertesi yıl, bir kıvılcım aralığı vericisi ekledi . 1897'de, Baltık Denizi'ndeki iki gemi arasında iletişim kurmak için bu ekipmanı test ederken, üçüncü bir geminin geçişinden kaynaklanan bir parazit vuruşunu not etti . Popov raporunda bu fenomenin nesneleri tespit etmek için kullanılabileceğini yazdı, ancak bu gözlemle başka bir şey yapmadı.

Alman mucit Christian Hülsmeyer , "uzaktaki metalik nesnelerin varlığını" tespit etmek için radyo dalgalarını kullanan ilk kişiydi. 1904'te yoğun siste bir gemiyi tespit etmenin fizibilitesini gösterdi, ancak vericiden uzaklığını değil. Nisan 1904'te algılama cihazı için bir patent aldı ve daha sonra gemiye olan mesafeyi tahmin etmek için ilgili bir değişiklik için bir patent aldı. Ayrıca 23 Eylül 1904'te telemobiloskop adını verdiği tam bir radar sistemi için bir İngiliz patenti aldı . 50 cm dalga boyunda çalıştı ve darbeli radar sinyali bir kıvılcım aralığı aracılığıyla oluşturuldu. Sistemi zaten parabolik reflektörlü horn antenin klasik anten kurulumunu kullandı ve Köln ve Rotterdam limanlarında yapılan pratik testlerde Alman askeri yetkililerine sunuldu ancak reddedildi.

1915'te Robert Watson-Watt , havacılara önceden uyarı sağlamak için radyo teknolojisini kullandı ve 1920'lerde, Birleşik Krallık araştırma kuruluşunun, iyonosferin sondalanması ve uzun mesafelerde yıldırımın tespiti de dahil olmak üzere radyo tekniklerini kullanarak birçok ilerleme kaydetmesine öncülük etti. . Yıldırım deneyleri sayesinde Watson-Watt , araştırmasını kısa dalga iletimine çevirmeden önce radyo yön bulmanın kullanımı konusunda uzman oldu. Bu tür çalışmalar için uygun bir alıcıya ihtiyaç duyarak, "yeni çocuk" Arnold Frederic Wilkins'e mevcut kısa dalga birimlerinin kapsamlı bir incelemesini yapmasını söyledi. Wilkins, bir Genel Postane modelini, uçağın havaieri uçtuğunda, kılavuzunun "solma" etkisi (o sırada parazit için ortak terim) tanımını kaydettikten sonra seçecekti.

1922'de Atlantik'in karşısında, Potomac Nehri'nin karşı taraflarına bir verici ve alıcı yerleştirdikten sonra , ABD Donanması araştırmacıları A. Hoyt Taylor ve Leo C. Young , ışın yolundan geçen gemilerin alınan sinyalin sönüp sönmesine neden olduğunu keşfettiler. Taylor, bu fenomenin düşük görüşteki gemilerin varlığını tespit etmek için kullanılabileceğini öne süren bir rapor sundu, ancak Donanma çalışmaya hemen devam etmedi. Sekiz yıl sonra, Deniz Araştırma Laboratuvarı'ndan (NRL) Lawrence A. Hyland , geçen uçaklardan kaynaklanan benzer solma etkilerini gözlemledi; Bu vahiy, bir patent başvurusunun yanı sıra, Taylor ve Young'ın o sırada dayandığı NRL'de yer alacak hareketli hedeflerden gelen radyo-yankı sinyalleri üzerinde daha yoğun araştırmalar için bir öneriye yol açtı.

Benzer şekilde, İngiltere'de, LS Alder, 1928'de Deniz radarı için gizli bir geçici patent aldı. WAS Butement ve PE Pollard, 50 cm'de (600 MHz) çalışan ve başarılı laboratuvar sonuçları veren darbeli modülasyon kullanan bir devre tahtası test ünitesi geliştirdi. Ocak 1931'de, Kraliyet Mühendisleri tarafından tutulan Buluşlar Kitabına cihaz hakkında bir yazı girildi . Bu, kıyı savunmasında kullanılan ve Chain Home'a ​​Chain Home (düşük) olarak dahil edilen teknolojinin Büyük Britanya'daki ilk resmi kaydıdır .

İkinci Dünya Savaşı'ndan hemen önce

Deneysel radar anteni, ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı , Anacostia, DC, 1930'ların sonlarından (fotoğraf 1945'te çekildi).

İkinci Dünya Savaşı'ndan önce Birleşik Krallık, Fransa , Almanya , İtalya , Japonya , Hollanda, Sovyetler Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki araştırmacılar, bağımsız ve büyük bir gizlilik içinde, radarın modern versiyonuna yol açan teknolojiler geliştirdiler. Avustralya, Kanada, Yeni Zelanda ve Güney Afrika, savaş öncesi Büyük Britanya'nın radar gelişimini izledi ve Macaristan , radar teknolojisini savaş sırasında üretti.

1934'te Fransa'da, Maurice Ponte'nin başkanlığını Henri Gutton, Sylvain Berline ve M. Hugon ile birlikte yürüttüğü Compagnie Générale de Télégraphie Sans Fil'in (CSF) araştırma kolu, split-anode magnetron üzerinde sistematik çalışmaların ardından, bir engel tespit sistemi geliştirmeye başladı. 1935'te okyanus gemisi Normandie'ye kurulan radyo cihazı .

Aynı dönemde, Sovyet askeri mühendisi PK Oshchepkov , Leningrad Elektroteknik Enstitüsü ile işbirliği içinde, bir alıcının 3 km içindeki bir uçağı tespit edebilen RAPID adlı deneysel bir cihaz üretti. Sovyetler, ilk seri üretim radarları RUS-1 ve RUS-2 Redut'u 1939'da üretti, ancak Oshchepkov'un tutuklanması ve ardından verilen gulag cezasının ardından daha fazla gelişme yavaşladı. Toplamda, savaş sırasında sadece 607 Redut istasyonu üretildi. İlk Rus hava radarı Gneiss-2 , Haziran 1943'te Pe-2 pike bombardıman uçaklarında hizmete girdi . 1944'ün sonuna kadar 230'dan fazla Gneiss-2 istasyonu üretildi. Bununla birlikte, Fransız ve Sovyet sistemleri, modern radar sistemleri ile nihai olarak eşanlamlı olan tam performansı sağlamayan sürekli dalga operasyonuna sahipti.

Tam radar darbeli bir sistem olarak gelişti ve bu tür ilk temel cihaz Aralık 1934'te Donanma Araştırma Laboratuvarı'nda çalışan Amerikalı Robert M. Page tarafından gösterildi . Ertesi yıl, Birleşik Devletler Ordusu geceleri kıyı batarya projektörlerini hedeflemek için ilkel bir yüzeyden yüzeye radarı başarıyla test etti . Bu tasarımı, Mayıs 1935'te Rudolf Kühnhold ve Almanya'daki GEMA  [ de ] firması ve ardından Haziran 1935'te Büyük Britanya'da Robert Watson-Watt liderliğindeki bir Hava Bakanlığı ekibi tarafından gösterilen bir darbeli sistem izledi.

Robert Watson-Watt ve ekibi tarafından inşa edilen ilk uygulanabilir ünite

1935'te Watson-Watt'tan bir Alman radyo tabanlı ölüm ışını hakkındaki son raporları değerlendirmesi istendi ve talebi Wilkins'e devretti. Wilkins, sistemin temelde imkansız olduğunu gösteren bir dizi hesaplama yaptı. Watson-Watt daha sonra böyle bir sistemin ne yapabileceğini sorduğunda, Wilkins, uçakların radyo parazitine neden olduğu hakkındaki önceki raporu hatırladı. Bu vahiy , 26 Şubat 1935'te, kaynak olarak güçlü bir BBC kısa dalga vericisi ve bir bombacı sitenin etrafında uçarken bir alanda GPO alıcı kurulumunu kullanan Daventry Deneyi'ne yol açtı. Uçak açıkça tespit edildiğinde, Hava Tedarik ve Araştırma Üyesi Hugh Dowding , sistemlerinin potansiyelinden çok etkilendi ve daha fazla operasyonel geliştirme için derhal fon sağlandı. Watson-Watt'ın ekibi, cihazın patentini GB593017'de aldı.

Great Baddow, Essex, Birleşik Krallık'ta bir Chain Home kulesi
Robert Watson-Watt ve Arnold Wilkins anısına anıt plaket

Radarın gelişimi, 1 Eylül 1936'da Watson-Watt'ın , Suffolk, Felixstowe yakınlarındaki Bawdsey Malikanesi'nde bulunan, İngiliz Hava Bakanlığı'na bağlı yeni bir kuruluş olan Bawdsey Araştırma İstasyonu'nun müfettişi olduğu zaman büyük ölçüde genişledi. Oradaki çalışmalar , 1939'da II. Dünya Savaşı'nın patlak vermesine yakın zamanda İngiltere'nin Doğu ve Güney kıyılarında " Chain Home " adı verilen uçak algılama ve izleme istasyonlarının tasarımı ve kurulumuyla sonuçlandı. Hava Kuvvetleri Britanya Savaşı'nı kazandı ; onsuz, Büyük Britanya'nın sahip olmadığı önemli sayıda savaş uçağı, hızlı bir şekilde yanıt verebilmek için her zaman havada olmak zorunda kalacaktı. Alman uçaklarının tespiti yalnızca yerdeki kişilerin gözlemlerine dayansaydı, Büyük Britanya Britanya Savaşı'nı kaybedebilirdi. Radar , düşman uçaklarının raporlarını toplamak ve yanıtı koordine etmek için " Dowding sisteminin " bir parçasını oluşturdu .

Gerekli tüm finansman ve geliştirme desteği göz önüne alındığında, ekip 1935'te çalışan radar sistemleri üretti ve konuşlandırmaya başladı. 1936'da, ilk beş Chain Home (CH) sistemi faaliyete geçti ve 1940'ta Kuzey İrlanda da dahil olmak üzere tüm Birleşik Krallık'a yayıldı. Dönemin standartlarına göre bile CH ham idi; Hedeflenen bir antenden yayın yapmak ve almak yerine, CH, önündeki tüm alanı projektörle aydınlatan bir sinyal yayınladı ve ardından geri dönen ekoların yönünü belirlemek için Watson-Watt'ın kendi radyo yön bulucularından birini kullandı. Bu gerçek, CH vericilerinin rakip sistemlerden çok daha güçlü olması ve daha iyi antenlere sahip olması gerektiği anlamına geliyordu, ancak mevcut teknolojileri kullanarak hızlı bir şekilde tanıtılmasına izin verdi.

İkinci Dünya Savaşı sırasında

Önemli bir gelişme, Birleşik Krallık'taki, metre altı çözünürlüğe sahip nispeten küçük sistemlerin oluşturulmasına izin veren boşluklu magnetrondu . İngiltere, 1940 Tizard Misyonu sırasında teknolojiyi ABD ile paylaştı .

Nisan 1940'ta Popular Science , hava savunması üzerine bir makalede Watson-Watt patentini kullanan bir radar ünitesi örneğini gösterdi. Ayrıca 1941 sonlarında Popular Mechanics'in bir makalesinde ABD'li bir bilim adamının İngiliz doğu kıyısındaki İngiliz erken uyarı sistemi hakkında spekülasyonlar yaptığı ve ne olduğuna ve nasıl çalıştığına yaklaştığı bir makale vardı. Watson-Watt, 1941'de Japonya'nın Pearl Harbor saldırısından sonra hava savunması konusunda tavsiyelerde bulunmak üzere ABD'ye gönderildi . Alfred Lee Loomis , 1941-45 yıllarında mikrodalga radar teknolojisini geliştiren Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts'te gizli MIT Radyasyon Laboratuvarı'nı organize etti . Daha sonra, 1943'te Page , çoğu radar uygulamasında uzun yıllardır kullanılan monopulse tekniği ile radarı büyük ölçüde geliştirdi.

Savaş, daha iyi çözünürlük, daha fazla taşınabilirlik ve RAF'ın Pathfinder'ı tarafından kullanılan Oboe gibi tamamlayıcı navigasyon sistemleri de dahil olmak üzere radar için daha fazla özellik bulmak için araştırmaları hızlandırdı .

Uygulamalar

Ticari deniz radar anteni. Dönen anten dikey bir yelpaze şeklinde ışın yayar.

Radar tarafından sağlanan bilgiler, nesnenin radar tarayıcısından kerteriz ve menzilini (ve dolayısıyla konumunu) içerir. Bu nedenle, bu tür konumlandırma ihtiyacının çok önemli olduğu birçok farklı alanda kullanılır. Radarın ilk kullanımı askeri amaçlar içindi: hava, kara ve deniz hedeflerini tespit etmek. Bu, sivil alanda uçak, gemi ve otomobil uygulamalarına dönüştü.

Havacılıkta , uçaklar , yollarındaki veya yaklaşan uçakları veya diğer engelleri uyaran, hava durumu bilgilerini gösteren ve doğru irtifa okumaları veren radar cihazlarıyla donatılabilir. Uçağa takılan ilk ticari cihaz, bazı United Air Lines uçaklarında 1938 Bell Lab birimiydi. Uçak, radar destekli yer kontrollü yaklaşma sistemleriyle donatılmış havalimanlarına siste inebilir; bu sistemlerde, uçağın konumunun hassas yaklaşma radar ekranlarında operatörler tarafından gözlemlenmesi, böylece pilota radyo iniş talimatları verilmesi ve uçağın belirli bir yaklaşma yolunda tutulması sağlanır. pist. Askeri savaş uçakları, düşman uçaklarını tespit etmek ve hedeflemek için genellikle havadan havaya hedefleme radarları ile donatılmıştır. Ek olarak, daha büyük özel askeri uçaklar, geniş bir bölge üzerindeki hava trafiğini gözlemlemek ve savaş uçaklarını hedeflere yönlendirmek için güçlü hava radarları taşır.

Deniz radarları , diğer gemilerle çarpışmayı önlemek için gemilerin kerterizini ve mesafesini ölçmek, gezinmek ve kıyı menzili veya adalar, şamandıralar ve fenerler gibi diğer sabit referanslar içindeyken denizdeki konumlarını sabitlemek için kullanılır. Limanda veya limanda, yoğun sulardaki gemi hareketlerini izlemek ve düzenlemek için gemi trafik hizmeti radar sistemleri kullanılır.

Meteorologlar yağış ve rüzgarı izlemek için radar kullanırlar . Kısa vadeli hava tahmini ve gök gürültülü fırtınalar , hortumlar , kış fırtınaları , yağış türleri vb. gibi şiddetli hava durumunu izlemek için birincil araç haline geldi. Jeologlar , Yerkabuğunun bileşimini haritalamak için özel yere nüfuz eden radarlar kullanırlar . Polis güçleri , yollardaki araç hızlarını izlemek için radar silahları kullanıyor. İnsan hareketini algılamak için daha küçük radar sistemleri kullanılır . Örnekler, uyku izleme için solunum düzeni algılama ve bilgisayar etkileşimi için el ve parmak hareketi algılamadır . Otomatik kapı açma, ışık aktivasyonu ve hırsız algılama da yaygındır.

Prensipler

radar sinyali

13 Barker Kodunu gösteren 3D Doppler radar spektrumu

Bir radar sistemi, önceden belirlenmiş yönlerde radar sinyalleri olarak bilinen radyo dalgalarını yayan bir vericiye sahiptir. Bu sinyaller bir nesneyle temas ettiğinde , bazıları emilecek ve hedefe nüfuz edecek olsa da, genellikle birçok yöne yansır veya saçılırlar . Radar sinyalleri, çoğu metal, deniz suyu ve ıslak zemin gibi önemli elektrik iletkenliğine sahip malzemeler tarafından özellikle iyi yansıtılır . Bu, belirli durumlarda radar altimetrelerinin kullanımını mümkün kılar. Radar alıcısına geri yansıyan radar sinyalleri, radar algılamanın çalışmasını sağlayan arzu edilen sinyallerdir. Nesne vericiye doğru veya vericiden uzaklaşıyorsa, Doppler etkisi nedeniyle radyo dalgalarının frekansında hafif bir değişiklik olacaktır .

Radar alıcıları, her zaman olmasa da genellikle verici ile aynı konumdadır. Alıcı anten tarafından yakalanan yansıyan radar sinyalleri genellikle çok zayıftır. Elektronik yükselteçlerle güçlendirilebilirler . Yararlı radar sinyallerini kurtarmak için daha karmaşık sinyal işleme yöntemleri de kullanılır.

Radyo dalgalarının geçtikleri ortam tarafından zayıf absorpsiyonu, radar setlerinin nesneleri nispeten uzun mesafelerde ( görünür ışık , kızılötesi ışık ve morötesi ışık gibi diğer elektromanyetik dalga boylarının çok fazla zayıflatıldığı aralıklarda) algılamasını sağlayan şeydir. Sis, bulutlar, yağmur, yağan kar ve sulu kar gibi görünür ışığı engelleyen hava olayları genellikle radyo dalgalarına karşı şeffaftır. Su buharı, yağmur damlaları veya atmosferik gazlar (özellikle oksijen) tarafından emilen veya saçılan belirli radyo frekanslarından, tespit edilmeleri amaçlanan durumlar dışında, radarlar tasarlanırken kaçınılır.

Aydınlatma

Radar, Güneş veya Ay'dan gelen ışıktan veya kızılötesi radyasyon (ısı) gibi hedef nesnelerin kendileri tarafından yayılan elektromanyetik dalgalardan ziyade kendi iletimlerine dayanır. Yapay radyo dalgalarını nesnelere yönlendirme işlemine aydınlatma denir , ancak radyo dalgaları optik kameraların yanı sıra insan gözüyle görülmez.

Refleks

Parlaklık, bu 1960 hava durumu radar görüntüsünde ( Abby Kasırgası'nın ) olduğu gibi yansımayı gösterebilir . Radarın frekansı, darbe formu, polarizasyonu, sinyal işleme ve anten neyi gözlemleyebileceğini belirler.

Bir malzemeden geçen elektromanyetik dalgalar , birinciden farklı bir dielektrik sabiti veya diyamanyetik sabiti olan başka bir malzemeyle karşılaşırsa , dalgalar malzemeler arasındaki sınırdan yansıyacak veya saçılacaktır. Bu, havadaki veya vakumdaki katı bir nesnenin veya nesne ile onu çevreleyen şey arasındaki atom yoğunluğundaki önemli bir değişikliğin, genellikle yüzeyinden radar (radyo) dalgaları saçacağı anlamına gelir. Bu, özellikle metal ve karbon fiber gibi elektriksel olarak iletken malzemeler için geçerlidir ve radarı uçak ve gemilerin tespiti için çok uygun hale getirir. Radar yansımasını azaltmak için askeri araçlarda dirençli ve bazen manyetik maddeler içeren radar emici malzeme kullanılır . Bu, bir şeyi gece gözle görülemeyecek şekilde koyu renge boyamanın radyodaki karşılığıdır.

Radar dalgaları, radyo dalgasının boyutuna (dalga boyu) ve hedefin şekline bağlı olarak çeşitli şekillerde dağılır. Dalga boyu hedefin boyutundan çok daha kısaysa, dalga ışığın bir ayna tarafından yansıtılmasına benzer bir şekilde yansır . Dalga boyu hedefin boyutundan çok daha uzunsa, zayıf yansıma nedeniyle hedef görünmeyebilir. Düşük frekanslı radar teknolojisi, hedeflerin tespiti için rezonanslara bağlıdır, ancak tanımlanmasına değil. Bu, Dünya'nın mavi gökyüzünü ve kırmızı gün batımlarını yaratan bir etki olan Rayleigh saçılması ile tanımlanır. İki uzunluk ölçeği karşılaştırılabilir olduğunda, rezonanslar olabilir . İlk radarlar, hedeflerden daha büyük olan ve bu nedenle belirsiz bir sinyal alan çok uzun dalga boyları kullanırken, birçok modern sistem, bir somun ekmek kadar küçük nesneleri görüntüleyebilen daha kısa dalga boyları (birkaç santimetre veya daha az) kullanır.

Kısa radyo dalgaları, yuvarlak bir cam parçasından gelen parıltıya benzer şekilde eğrilerden ve köşelerden yansır. Kısa dalga boyları için en yansıtıcı hedefler, yansıtıcı yüzeyler arasında 90° açıya sahiptir . Köşe yansıtıcı , bir küpün iç köşesi gibi birleşen üç düz yüzeyden oluşur. Yapı, açıklığına giren dalgaları doğrudan kaynağa geri yansıtacaktır. Genellikle algılanması zor olan nesnelerin algılanmasını kolaylaştırmak için radar reflektörleri olarak kullanılırlar. Örneğin, teknelerdeki köşe reflektörleri, çarpışmayı önlemek veya bir kurtarma sırasında onları daha algılanabilir hale getirir. Benzer nedenlerle, tespitten kaçınması amaçlanan nesnelerin, olası algılama yönlerine dik iç köşeleri veya yüzeyleri ve kenarları olmayacaktır, bu da "garip" görünen hayalet uçaklara yol açar . Bu önlemler , özellikle daha uzun dalga boylarında kırınım nedeniyle yansımayı tamamen ortadan kaldırmaz . Yarım dalga boyundaki uzun teller veya saman gibi iletken malzeme şeritleri çok yansıtıcıdır, ancak saçılan enerjiyi kaynağa geri yönlendirmez. Bir nesnenin radyo dalgalarını yansıtma veya dağıtma derecesine radar kesiti denir .

Radar menzil denklemi

Alıcı antene dönen güç P r , denklem ile verilir:

nerede

  • P t = verici gücü
  • G t = verici antenin kazancı
  • A r = alıcı antenin etkin açıklığı (alanı); bu da şu şekilde ifade edilebilir , nerede
  • = iletilen dalga boyu
  • G r = alıcı anten kazancı
  • σ = hedefin radar kesiti veya saçılma katsayısı
  • F = model yayılma faktörü
  • R t = vericiden hedefe olan mesafe
  • R r = hedeften alıcıya olan mesafe.

Verici ve alıcının aynı yerde olduğu yaygın durumda, R t = R r ve R t ² R r ² terimi R 4 ile değiştirilebilir , burada R aralıktır. Bu şunları sağlar:

Bu, alınan gücün menzilin dördüncü gücü olarak azaldığını gösterir, bu da uzak hedeflerden alınan gücün nispeten çok küçük olduğu anlamına gelir.

Ek filtreleme ve darbe entegrasyonu , algılama aralığını artırmak ve iletim gücünü azaltmak için kullanılabilen darbeli Doppler radar performansı için radar denklemini biraz değiştirir .

Yukarıdaki F = 1 denklemi, parazitsiz bir boşlukta iletim için bir basitleştirmedir. Yayılma faktörü, çok yol ve gölgelemenin etkilerini açıklar ve ortamın ayrıntılarına bağlıdır. Gerçek dünya durumunda, yol kaybı etkileri de dikkate alınır.

Doppler etkisi

Kaynağın hareketinden kaynaklanan dalga boyu değişimi .

Frekans kayması, reflektör ve radar arasındaki dalga boylarının sayısını değiştiren hareketten kaynaklanır. Bu, algılama sürecini nasıl etkilediğine bağlı olarak radar performansını düşürebilir veya iyileştirebilir. Örnek olarak, hareketli hedef göstergesi , performansı düşüren belirli radyal hızlarda sinyal iptali üretmek için Doppler ile etkileşime girebilir.

Deniz tabanlı radar sistemleri, yarı aktif radar hedef arama , aktif radar hedef arama , hava durumu radarı , askeri uçak ve radar astronomi , performansı artırmak için Doppler etkisine güvenir. Bu, algılama işlemi sırasında hedef hız hakkında bilgi üretir. Bu aynı zamanda, yakınlarda çok daha büyük yavaş hareket eden nesneleri içeren bir ortamda küçük nesnelerin algılanmasını sağlar.

Doppler kayması, radar konfigürasyonunun aktif veya pasif olmasına bağlıdır. Aktif radar, alıcıya geri yansıyan bir sinyal iletir. Pasif radar, alıcıya bir sinyal gönderen nesneye bağlıdır.

Aktif radar için Doppler frekans kayması aşağıdaki gibidir; burada Doppler frekansı, iletim frekansı, radyal hız ve ışık hızıdır:

.

Pasif radar, elektronik karşı önlemlere ve radyo astronomisine aşağıdaki şekilde uygulanabilir:

.

Sadece hızın radyal bileşeni önemlidir. Reflektör, radar ışınına dik açıda hareket ettiğinde, bağıl hızı yoktur. Radar ışınına paralel hareket eden araçlar ve hava durumu, maksimum Doppler frekans kaymasını üretir.

İletim frekansı ( ) darbeli bir darbe tekrarlama frekansı kullanılarak darbeli olduğunda , ortaya çıkan frekans spektrumu, aşağıdaki ve üstündeki harmonik frekansları içerecektir . Sonuç olarak, Doppler frekansı kayması Nyquist frekansı olarak adlandırılanın yarısından azsa, Doppler ölçümü sadece belirsiz değildir, çünkü döndürülen frekans aksi takdirde harmonik frekansın üstünde veya altında kaymasından ayırt edilemez, bu nedenle aşağıdakileri gerektirir:

Veya şununla değiştirirken :

Örnek olarak, 2 kHz darbe hızına ve 1 GHz iletim frekansına sahip bir Doppler hava radarı, hava hızını en fazla 150 m/s'ye (340 mph) kadar güvenilir bir şekilde ölçebilir, bu nedenle 1.000 m hareket eden uçağın radyal hızını güvenilir bir şekilde belirleyemez. /s (2.200 mil).

polarizasyon

Tüm elektromanyetik radyasyonda , elektrik alanı yayılma yönüne diktir ve elektrik alan yönü dalganın polarizasyonudur . İletilen bir radar sinyali için, polarizasyon farklı etkiler verecek şekilde kontrol edilebilir. Radarlar, farklı yansıma türlerini algılamak için yatay, dikey, doğrusal ve dairesel polarizasyon kullanır. Örneğin, yağmurun neden olduğu paraziti en aza indirmek için dairesel polarizasyon kullanılır. Doğrusal polarizasyon dönüşleri genellikle metal yüzeyleri gösterir. Rastgele polarizasyon dönüşleri genellikle kayalar veya toprak gibi fraktal bir yüzeyi gösterir ve navigasyon radarları tarafından kullanılır.

Kısıtlayıcı faktörler

Işın yolu ve aralığı

Yerden yankı yükseklikleri Nerede :   r : radar hedefi mesafesi ke : 4/3 ae : Yer yarıçapı θe : radar ufkunun üzerindeki yükseklik açısı ha : besleme borusunun yerden yüksekliği






Bir radar ışını vakumda doğrusal bir yol izler, ancak atmosferde radar ufku olarak adlandırılan kırılma indisindeki değişiklik nedeniyle biraz eğri bir yol izler . Işın yere paralel olarak yayıldığında bile , Dünya'nın eğriliği ufkun altına düştüğü için ışın yerden yükselir . Ayrıca, sinyal, ışının geçtiği ortam tarafından zayıflatılır ve ışın dağılır.

Geleneksel radarın maksimum menzili bir dizi faktörle sınırlanabilir:

  • Yerden yüksekliğe bağlı olan görüş hattı. Doğrudan bir görüş hattı olmadan, ışının yolu engellenir.
  • Darbe tekrarlama frekansı tarafından belirlenen maksimum belirsiz olmayan aralık . Belirsiz olmayan maksimum aralık, bir sonraki darbe gönderilmeden önce darbenin gidebileceği ve geri dönebileceği mesafedir.
  • Radar duyarlılığı ve radar denkleminde hesaplanan dönüş sinyalinin gücü. Bu bileşen, çevresel koşullar ve hedefin boyutu (veya radar kesiti) gibi faktörleri içerir.

Gürültü

Sinyal gürültüsü, tüm elektronik bileşenler tarafından üretilen sinyaldeki rastgele varyasyonların dahili bir kaynağıdır.

Yansıyan sinyaller mesafe arttıkça hızla azalır, bu nedenle gürültü bir radar menzili sınırlaması getirir. Gürültü tabanı ve sinyal-gürültü oranı , menzil performansını etkileyen iki farklı performans ölçüsüdür. Çok uzaktaki reflektörler, gürültü tabanını geçemeyecek kadar az sinyal üretir ve tespit edilemez. Algılama , gürültü tabanını en azından sinyal-gürültü oranı kadar aşan bir sinyal gerektirir .

Gürültü tipik olarak, radar alıcısında alınan istenen yankı sinyalinin üzerine bindirilmiş rastgele varyasyonlar olarak görünür. İstenen sinyalin gücü ne kadar düşükse, onu gürültüden ayırt etmek o kadar zor olur. Gürültü rakamı , bir alıcı tarafından ideal bir alıcıya kıyasla üretilen gürültünün bir ölçüsüdür ve bunun en aza indirilmesi gerekir.

Atış gürültüsü , tüm dedektörlerde meydana gelen bir süreksizlik boyunca geçiş halindeki elektronlar tarafından üretilir. Atış gürültüsü çoğu alıcıda baskın kaynaktır. Heterodin amplifikasyonu kullanılarak azaltılan amplifikasyon cihazlarından elektron geçişinin neden olduğu kırpışma gürültüsü de olacaktır . Heterodin işlemenin bir başka nedeni, sabit kesirli bant genişliği için anlık bant genişliğinin frekansta doğrusal olarak artmasıdır. Bu, gelişmiş menzil çözünürlüğüne izin verir. Heterodin (aşağı dönüştürme) radar sistemlerinin dikkate değer bir istisnası, ultra geniş bantlı radardır. Burada, UWB iletişimlerine benzer şekilde tek bir döngü veya geçici dalga kullanılır, bkz . UWB kanallarının listesi .

Gürültü ayrıca dış kaynaklar, en önemlisi de ilgilenilen hedefi çevreleyen arka planın doğal termal radyasyonu tarafından üretilir. Modern radar sistemlerinde, iç gürültü tipik olarak dış gürültüye eşit veya ondan daha düşüktür. Bir istisna, radarın yukarıya doğru, sahnenin çok "soğuk" olduğu ve çok az termal gürültü ürettiği açık gökyüzüne yönelik olmasıdır . Termal gürültü k B TB ile verilir ; burada T sıcaklık, B bant genişliğidir (son eşleştirilmiş filtre) ve k B Boltzmann sabitidir . Bir radarda bu ilişkinin çekici bir sezgisel yorumu vardır. Eşleştirilmiş filtreleme, bir hedeften alınan tüm enerjinin tek bir kutuya sıkıştırılmasına izin verir (aralık, Doppler, yükseklik veya azimut kutusu olabilir). Yüzeyde, o zaman sabit bir zaman aralığı içinde mükemmel, hatasız, tespitin elde edilebileceği görülüyor. Bu, tüm enerjiyi sonsuz küçük bir zaman dilimine sıkıştırarak yapılır. Bu yaklaşımı gerçek dünyada sınırlayan şey, zamanın keyfi olarak bölünebilirken akımın bölünememesidir. Elektrik enerjisinin kuantumu bir elektrondur ve bu yüzden yapılabilecek en iyi şey, tüm enerjiyi tek bir elektrona süzgeçten geçirmektir. Elektron belirli bir sıcaklıkta hareket ettiğinden ( Planck spektrumu ) bu gürültü kaynağı daha fazla aşınamaz. Sonuç olarak, tüm makro ölçekli varlıklar gibi radar da kuantum teorisinden derinden etkilenir.

Gürültü rastgeledir ve hedef sinyaller değildir. Sinyal işleme, iki strateji kullanarak gürültü tabanını azaltmak için bu fenomenden yararlanabilir. Hareketli hedef göstergesi ile kullanılan sinyal entegrasyonu türü, her aşama için gürültüyü iyileştirebilir . Sinyal ayrıca, darbe-Doppler sinyal işleme için birden fazla filtre arasında bölünebilir , bu da gürültü tabanını filtre sayısı kadar azaltır. Bu iyileştirmeler tutarlılığa bağlıdır .

Parazit yapmak

Radar sistemleri, ilgilenilen hedeflere odaklanabilmek için istenmeyen sinyallerin üstesinden gelmelidir. Bu istenmeyen sinyaller, hem pasif hem de aktif olan dahili ve harici kaynaklardan kaynaklanabilir. Radar sisteminin bu istenmeyen sinyallerin üstesinden gelme yeteneği, sinyal-gürültü oranını (SNR) tanımlar. SNR, istenen sinyal içindeki sinyal gücünün gürültü gücüne oranı olarak tanımlanır; istenen bir hedef sinyalin seviyesini arka plan gürültüsünün seviyesiyle karşılaştırır (atmosferik gürültü ve alıcı içinde üretilen gürültü). Bir sistemin SNR'si ne kadar yüksekse, gerçek hedefleri gürültü sinyallerinden ayırt etmede o kadar iyidir.

Dağınıklık

Dağınıklık, radar operatörlerinin ilgisini çekmeyen hedeflerden dönen radyo frekansı (RF) yankılarını ifade eder. Bu tür hedefler arasında yer, deniz gibi doğal nesneler ve meteorolojik amaçlarla görevlendirilmediğinde yağış (yağmur, kar veya dolu gibi), kum fırtınaları , hayvanlar (özellikle kuşlar), atmosferik türbülans ve diğer atmosferik etkiler bulunur. iyonosfer yansımaları, meteor izleri ve dolu artışı . Binalar gibi insan yapımı nesnelerden ve kasıtlı olarak saman gibi radar karşı önlemleri ile dağınıklık da geri döndürülebilir .

Radar alıcı-vericisi ile anten arasındaki uzun radar dalga kılavuzu da bazı karışıklıklara neden olabilir . Dönen bir antene sahip tipik bir plan konum göstergesi (PPI) radarında, alıcı dalga kılavuzundaki toz parçacıklarından ve yanlış yönlendirilmiş RF'den gelen yankılara yanıt verdiğinden, bu genellikle ekranın ortasında bir "güneş" veya "güneş patlaması" olarak görülecektir. . Vericinin bir darbe gönderdiği zaman ile alıcı aşamasının etkinleştirildiği zaman arasındaki zamanlamayı ayarlamak, genellikle güneş ışığını aralığın doğruluğunu etkilemeden azaltır, çünkü çoğu güneş ışığı, antenden ayrılmadan önce yansıyan dağınık bir iletim darbesinden kaynaklanır. Dağınıklık, yalnızca radar tarafından gönderilen radar sinyallerine yanıt olarak ortaya çıktığı için pasif bir parazit kaynağı olarak kabul edilir.

Dağınıklık birkaç şekilde algılanır ve etkisiz hale getirilir. Dağınıklık, radar taramaları arasında statik görünme eğilimindedir; sonraki tarama ekolarında, istenen hedefler hareket ediyor gibi görünecek ve tüm sabit ekolar ortadan kaldırılabilecektir. Deniz dağınıklığı yatay polarizasyon kullanılarak azaltılabilirken, yağmur dairesel polarizasyonla azaltılabilir (meteorolojik radarlar ters etkiyi ister ve bu nedenle yağışı tespit etmek için doğrusal polarizasyon kullanır). Diğer yöntemler, sinyal-karışıklık oranını artırmaya çalışır.

Dağınıklık rüzgarla hareket eder veya sabittir. Dağınık bir ortamda ölçümü veya performansı iyileştirmeye yönelik iki yaygın strateji şunlardır:

  • Ardışık darbeleri entegre eden hareketli hedef göstergesi
  • Dağınıklığı istenen sinyallerden ayırmak için filtreler kullanan Doppler işleme

En etkili dağınıklığı azaltma tekniği darbe Doppler radarıdır . Doppler, bir frekans spektrumu kullanarak uçak ve uzay aracından gelen dağınıklığı ayırır , böylece bireysel sinyaller, hız farkları kullanılarak aynı hacimde bulunan çoklu reflektörlerden ayrılabilir. Bu tutarlı bir verici gerektirir. Başka bir teknik , yavaş hareket eden nesnelerden gelen sinyalleri azaltmak için faz kullanarak alınan sinyali iki ardışık darbeden çıkaran hareketli bir hedef göstergesi kullanır. Bu, zaman alanlı darbe genlikli radar gibi tutarlı bir vericiden yoksun sistemler için uyarlanabilir .

Otomatik kazanç kontrolünün (AGC) bir biçimi olan sabit yanlış alarm oranı , ilgilenilen hedeflerden gelen yankılardan çok daha fazla dağınıklık dönüşlerine dayanan bir yöntemdir. Alıcının kazancı, sabit bir genel görünür dağınıklık seviyesini korumak için otomatik olarak ayarlanır. Bu, çevredeki daha güçlü dağınıklık tarafından maskelenen hedefleri tespit etmeye yardımcı olmasa da, güçlü hedef kaynaklarını ayırt etmeye yardımcı olur. Geçmişte, radar AGC elektronik olarak kontrol ediliyordu ve tüm radar alıcısının kazancını etkiliyordu. Radarlar geliştikçe, AGC bilgisayar-yazılım kontrollü hale geldi ve belirli algılama hücrelerinde daha fazla ayrıntıyla kazanımı etkiledi.

Bir hedeften gelen radar çok yollu yankıları hayaletlerin görünmesine neden olur

Dağınıklık ayrıca zemin yansıması, atmosferik kanal oluşumu veya iyonosferik yansıma / kırılma (örneğin anormal yayılma ) nedeniyle geçerli hedeflerden gelen çok yollu ekolardan da kaynaklanabilir . Bu dağınıklık türü, diğer normal (nokta) ilgilenilen hedefler gibi hareket ediyor ve davranıyor gibi göründüğü için özellikle can sıkıcıdır. Tipik bir senaryoda, bir uçak yankısı aşağıdaki yerden yansıtılır ve alıcıya doğru olanın altında özdeş bir hedef olarak görünür. Radar, hedefleri birleştirmeye, hedefi yanlış yükseklikte bildirmeye veya jitter veya fiziksel imkansızlık temelinde ortadan kaldırmaya çalışabilir . Arazi sıçrama sıkışması, radar sinyalini güçlendirerek ve aşağı doğru yönlendirerek bu tepkiden yararlanır. Bu sorunların üstesinden, radarın çevresinin bir yer haritası dahil edilerek ve yerin altından veya belirli bir yüksekliğin üzerinde ortaya çıkan tüm ekolar ortadan kaldırılarak gelinebilir. Alçak irtifada kullanılan yükseklik algoritması değiştirilerek monopulse iyileştirilebilir. Daha yeni hava trafik kontrol radar ekipmanında, mevcut darbe dönüşlerini bitişik olanlarla karşılaştırarak ve aynı zamanda dönüş olasılıklarını hesaplayarak yanlış hedefleri belirlemek için algoritmalar kullanılır.

Sıkışma

Radar karıştırma, radar dışındaki kaynaklardan gelen, radarın frekansında ileten ve böylece ilgilenilen hedefleri maskeleyen radyo frekansı sinyallerini ifade eder. Karıştırma, elektronik harp taktiğinde olduğu gibi kasıtlı olabilir veya dost kuvvetlerin aynı frekans aralığını kullanarak yayın yapan ekipmanı çalıştırırken olduğu gibi kasıtsız olabilir. Karıştırma, radarın dışındaki ve genel olarak radar sinyalleriyle ilgisi olmayan öğeler tarafından başlatıldığından, aktif bir parazit kaynağı olarak kabul edilir.

Karıştırma sinyalinin yalnızca bir yönde (karıştırıcıdan radar alıcısına) gitmesi gerektiğinden, radar yankıları iki yönde hareket ettiğinden (radar-hedef-radar) ve bu nedenle geri döndüklerinde güçleri önemli ölçüde azaldığından, karıştırma radar için sorunludur. ters kare yasasına göre radar alıcısına . Karıştırıcılar, bu nedenle, sıkışan radarlarından çok daha az güçlü olabilirler ve yine de bozucudan radara kadar görüş hattı boyunca hedefleri etkili bir şekilde maskeleyebilirler ( ana lob sıkışması ). Karıştırıcılar, radar alıcısının yan lobları aracılığıyla diğer görüş hatları boyunca radarları etkilemenin ek bir etkisine sahiptir ( yan lob sıkışması ).

Ana lob sıkışması genellikle yalnızca ana lob katı açısı daraltılarak azaltılabilir ve radarla aynı frekans ve polarizasyonu kullanan bir karıştırıcı ile doğrudan karşı karşıya kalındığında tamamen ortadan kaldırılamaz. Radar anten tasarımında alıcı yan lobları azaltarak ve ana lob olmayan sinyalleri algılamak ve dikkate almamak için çok yönlü bir anten kullanarak yan lob sıkışmasının üstesinden gelinebilir. Diğer parazit önleme teknikleri , frekans atlama ve polarizasyondur .

Radar sinyal işleme

Mesafe ölçümü

Transit zamanı

Darbe radarı: Radar darbesinin hedefe ulaşması ve geri dönmesi için gidiş-dönüş süresi ölçülür. Mesafe bu zamanla orantılıdır.

Mesafe ölçümü elde etmenin bir yolu, uçuş süresine dayanmaktadır : kısa bir radyo sinyali darbesi (elektromanyetik radyasyon) iletin ve yansımanın geri dönmesi için geçen süreyi ölçün. Mesafe, sinyal hızı ile çarpılan gidiş-dönüş süresinin yarısıdır. Yarım faktörü, sinyalin nesneye gidip tekrar geri gitmesi gerektiği gerçeğinden gelir. Radyo dalgaları ışık hızında hareket ettiğinden , doğru mesafe ölçümü yüksek hızlı elektronikler gerektirir. Çoğu durumda, alıcı, sinyal iletilirken dönüşü algılamaz. Bir dupleksleyicinin kullanılmasıyla, radar önceden belirlenmiş bir oranda iletme ve alma arasında geçiş yapar. Benzer bir etki de maksimum menzili dayatır. Menzili en üst düzeye çıkarmak için, darbe tekrarlama süresi veya bunun karşılıklı darbe tekrarlama frekansı olarak adlandırılan darbeler arasında daha uzun süreler kullanılmalıdır.

Bu iki etki birbiriyle çelişme eğilimindedir ve hem iyi kısa menzili hem de iyi uzun menzili tek bir radarda birleştirmek kolay değildir. Bunun nedeni, iyi bir minimum menzilli yayın için gereken kısa darbelerin daha az toplam enerjiye sahip olması ve bu da geri dönüşleri çok daha küçük ve hedefin tespit edilmesini zorlaştırmasıdır. Bu, daha fazla darbe kullanılarak dengelenebilir, ancak bu maksimum menzili kısaltır. Böylece her radar belirli bir sinyal tipi kullanır. Uzun menzilli radarlar, aralarında uzun gecikmeler olan uzun darbeler kullanma eğilimindedir ve kısa menzilli radarlar, aralarında daha kısa süre olan daha küçük darbeler kullanır. Elektronikler geliştikçe, birçok radar artık darbe tekrarlama frekanslarını değiştirebilir, böylece menzillerini değiştirebilir. En yeni radarlar, bir hücre boyunca, biri kısa menzil için (yaklaşık 10 km (6,2 mil)) ve daha uzun menziller için ayrı bir sinyal (yaklaşık 100 km (62 mil)) olmak üzere iki darbe ateşler.

Mesafe, zamanın bir fonksiyonu olarak da ölçülebilir. Radar mili , bir radar darbesinin bir deniz mili seyahat etmesi , bir hedefi yansıtması ve radar antenine dönmesi için geçen süredir. Bir deniz mili 1.852 m olarak tanımlandığı için bu mesafeyi ışık hızına (299.792.458 m/sn) bölüp sonucu 2 ile çarparsak 12.36 μs sürelik bir sonuç veririz.

Frekans modülasyonu

Sürekli dalga (CW) radarı. Frekans modülasyonunun kullanılması, aralığın çıkarılmasına izin verir.

Mesafe ölçüm radarının başka bir şekli de frekans modülasyonuna dayalıdır. Bu sistemlerde iletilen sinyalin frekansı zamanla değişmektedir. Sinyalin hedefe gidip gelmesi sonlu bir zaman aldığından, alınan sinyal, yansıyan sinyal radara geri döndüğünde vericinin yayınladığı frekanstan farklı bir frekanstır. İki sinyalin frekansını karşılaştırarak fark kolayca ölçülebilir. Bu, 1940'ların elektroniklerinde bile çok yüksek doğrulukla kolayca gerçekleştirilebilir. Diğer bir avantaj, radarın nispeten düşük frekanslarda etkin bir şekilde çalışabilmesidir. Bu, yüksek frekanslı sinyal üretiminin zor veya pahalı olduğu bu türün erken gelişiminde önemliydi.

Bu teknik sürekli dalga radarında kullanılabilir ve genellikle uçak radar altimetrelerinde bulunur . Bu sistemlerde bir "taşıyıcı" radar sinyali, ses frekanslarında tipik olarak bir sinüs dalgası veya testere dişi modeli ile yukarı ve aşağı değişen, tahmin edilebilir bir şekilde frekans modülasyonuna tabi tutulur. Sinyal daha sonra bir antenden gönderilir ve tipik olarak uçağın alt kısmında bulunan bir başka antende alınır ve sinyal , geri dönen sinyalden ve sesin bir kısmından bir ses frekans tonu üreten basit bir vuruş frekansı modülatörü kullanılarak sürekli olarak karşılaştırılabilir. iletilen sinyal.

Alma sinyaline dayanan modülasyon indeksi , radar ve reflektör arasındaki zaman gecikmesi ile orantılıdır. Frekans kayması, daha fazla zaman gecikmesiyle daha da büyür. Frekans kayması kat edilen mesafe ile doğru orantılıdır. Bu mesafe bir enstrümanda görüntülenebilir ve ayrıca transponder aracılığıyla da mevcut olabilir . Bu sinyal işleme, hız tespit eden Doppler radarında kullanılana benzer. Bu yaklaşımı kullanan örnek sistemler AZUSA , MISTRAM ve UDOP'tur .

Karasal radar, daha geniş bir frekans aralığını kapsayan düşük güçlü FM sinyallerini kullanır. Çoklu yansımalar, bilgisayarlı sentetik bir görüntü oluşturan çoklu geçişlerle desen değişiklikleri için matematiksel olarak analiz edilir. Yavaş hareket eden nesnelerin algılanmasını sağlayan ve aynı zamanda su kütlelerinin yüzeylerindeki "gürültüyü" büyük ölçüde ortadan kaldıran Doppler efektleri kullanılır.

Darbe sıkıştırma

Yukarıda özetlenen iki tekniğin her ikisinin de dezavantajları vardır. Darbe zamanlama tekniği, enerji ve dolayısıyla yön aralığı doğrudan ilişkiliyken, mesafe ölçümünün doğruluğu darbenin uzunluğu ile ters orantılı olduğu için içsel bir ödünleşime sahiptir. Doğruluğu korurken daha uzun menzil için artan güç, 1960'ların erken uyarı radarları genellikle onlarca megawatt'ta çalışan son derece yüksek tepe gücü gerektirir. Sürekli dalga yöntemleri bu enerjiyi zamana yayar ve bu nedenle darbe tekniklerine kıyasla çok daha düşük tepe gücü gerektirir, ancak gönderilen ve alınan sinyallerin aynı anda çalışmasına izin veren, genellikle iki ayrı anten gerektiren bazı yöntemler gerektirir.

1960'larda yeni elektroniğin piyasaya sürülmesi, iki tekniğin birleştirilmesine izin verdi. Frekans modülasyonlu daha uzun bir darbe ile başlar. Yayın enerjisinin zamana yayılması, tipik olarak onlarca kilovat düzeyindeki modern örneklerle daha düşük tepe enerjilerinin kullanılabileceği anlamına gelir. Alım sırasında sinyal, farklı frekansları farklı zamanlarda geciktiren bir sisteme gönderilir. Ortaya çıkan çıktı, alınan enerjiyi çok daha yüksek bir enerji zirvesine sıkıştırırken ve böylece sinyal-gürültü oranını azaltırken, doğru mesafe ölçümü için uygun olan çok daha kısa bir darbedir. Teknik, modern büyük radarlarda büyük ölçüde evrenseldir.

Hız ölçümü

Hız , bir cisme olan mesafedeki zamana göre değişikliktir. Bu nedenle, mesafeyi ölçmek için mevcut sistem, hedefin en son nerede olduğunu görmek için bir hafıza kapasitesi ile birleştiğinde hızı ölçmek için yeterlidir. Bir zamanlar bellek, bir kullanıcının radar ekranında yağlı kalemle işaretler yapmasından ve ardından bir sürgülü hesap cetveli kullanarak hızı hesaplamasından oluşuyordu . Modern radar sistemleri, bilgisayarları kullanarak eşdeğer işlemi daha hızlı ve daha doğru bir şekilde gerçekleştirir.

Vericinin çıkışı tutarlıysa (faz senkronize), neredeyse anında hız ölçümleri yapmak için kullanılabilecek başka bir etki vardır (hafıza gerekmez), Doppler etkisi olarak bilinir . Modern radar sistemlerinin çoğu bu prensibi Doppler radar ve darbe-Doppler radar sistemlerinde ( hava durumu radarı , askeri radar) kullanır. Doppler etkisi, hedefin yalnızca radardan hedefe olan görüş hattı boyunca göreli hızını belirleyebilir. Hedef hızının görüş hattına dik olan herhangi bir bileşeni tek başına Doppler etkisi kullanılarak belirlenemez, ancak hedefin zaman içindeki azimutunu izleyerek belirlenebilir .

Sürekli dalga radarı (CW radar) olarak bilinen darbesiz bir Doppler radarı, bilinen bir frekansta çok saf bir sinyal göndererek mümkündür. CW radarı, bir hedefin hızının radyal bileşenini belirlemek için idealdir. CW radarı, genellikle, menzilin önemli olmadığı durumlarda araç hızını hızlı ve doğru bir şekilde ölçmek için trafik yaptırımları tarafından kullanılır.

Darbeli bir radar kullanırken, ardışık dönüşlerin fazları arasındaki değişim, hedefin darbeler arasında hareket ettiği mesafeyi verir ve böylece hızı hesaplanabilir. Radar sinyal işlemedeki diğer matematiksel gelişmeler arasında zaman-frekans analizi (Weyl Heisenberg veya dalgacık ) ve hareketli hedeflerden ("chirp") geri dönüşlerin frekansının değişimini kullanan chirplet dönüşümü yer alır.

Darbe-Doppler sinyal işleme

Darbe-Doppler sinyal işleme. Aralık Örneği ekseni, her iletim darbesi arasında alınan ayrı örnekleri temsil eder. Aralık Aralığı ekseni, örneklerin alındığı her ardışık iletim darbesi aralığını temsil eder. Hızlı Fourier Dönüşümü işlemi, zaman alanı örneklerini frekans alanı spektrumlarına dönüştürür. Buna bazen çivi yatağı denir .

Darbe-Doppler sinyal işleme, algılama sürecinde frekans filtrelemeyi içerir. Her iletim darbesi arasındaki boşluk, menzil hücrelerine veya menzil kapılarına bölünür. Her hücre, farklı frekansları gösteren ekranı üretmek için bir spektrum analizörü tarafından kullanılan sürece çok benzer şekilde bağımsız olarak filtrelenir . Her farklı mesafe farklı bir spektrum üretir. Bu spektrumlar algılama işlemini gerçekleştirmek için kullanılır. Bu, hava, arazi ve elektronik karşı önlemleri içeren düşmanca ortamlarda kabul edilebilir bir performans elde etmek için gereklidir.

Birincil amaç, birden fazla mesafeden yansıyan toplam sinyalin hem genliğini hem de frekansını ölçmektir. Bu, her bir farklı hava hacmindeki radyal rüzgar hızını ve yağış oranını ölçmek için hava durumu radarı ile birlikte kullanılır. Bu, gerçek zamanlı bir elektronik hava durumu haritası üretmek için bilgi işlem sistemleriyle bağlantılıdır. Uçak güvenliği, yaralanmaları ve kazaları önlemek için kullanılan doğru hava durumu radar bilgilerine sürekli erişime bağlıdır. Hava durumu radarı düşük bir PRF kullanır . Tutarlılık gereksinimleri, askeri sistemler için olanlar kadar katı değildir çünkü bireysel sinyallerin normalde ayrılması gerekmemektedir. Daha az karmaşık filtreleme gereklidir ve hava araçlarını izlemeye yönelik askeri radarlara kıyasla hava durumu radarında normalde menzil belirsizliği işlemeye gerek yoktur.

Alternatif amaç, askeri hava muharebesinde beka kabiliyetini geliştirmek için gerekli olan " aşağıya bakma/aşağıya vurma " yeteneğidir. Pulse-Doppler ayrıca personel ve araçları savunmak için gereken yer tabanlı gözetleme radarı için de kullanılır. Pulse-Doppler sinyal işleme, uçak pilotları, gemi personeli, piyade ve topçuların yakınında daha az radyasyon kullanarak maksimum algılama mesafesini artırır. Araziden, sudan ve hava koşullarından gelen yansımalar, uçak ve füzelerden çok daha büyük sinyaller üretir; bu, hızlı hareket eden araçların, bir saldırı aracı yok etmek için çok yakın olana kadar tespit edilmekten kaçınmak için dünyanın en iyi uçuş tekniklerini ve gizli teknolojiyi kullanarak gizlenmesine olanak tanır. Pulse-Doppler sinyal işleme, bu tür zayıflıkları güvenli bir şekilde ortadan kaldıran daha karmaşık elektronik filtreleme içerir. Bu, geniş bir dinamik aralığa sahip faz uyumlu donanım ile orta darbe tekrarlama frekansının kullanılmasını gerektirir. Askeri uygulamalar, menzilin doğrudan belirlenmesini önleyen orta PRF gerektirir ve yansıyan tüm sinyallerin gerçek menzilini belirlemek için menzil belirsizliği çözümleme işlemi gereklidir. Radyal hareket, radar karıştırma sinyalleri tarafından üretilemeyen bir kilit sinyali üretmek için genellikle Doppler frekansı ile bağlantılıdır. Pulse-Doppler sinyal işleme, tehdit tanımlaması için kullanılabilecek sesli sinyaller de üretir.

Girişim etkilerinin azaltılması

Radar parazit etkilerini azaltmak için radar sistemlerinde sinyal işleme kullanılır . Sinyal işleme teknikleri arasında hareketli hedef gösterimi , Darbe-Doppler sinyal işleme , hareketli hedef algılama işlemcileri, ikincil gözetleme radar hedefleriyle korelasyon , uzay-zaman uyarlamalı işleme ve izleme öncesi tespit yer alır . Dağınık ortamlarda sabit yanlış alarm oranı ve dijital arazi modeli işleme de kullanılır.

Arsa ve iz çıkarma

Bir İz algoritması, bir radar performans geliştirme stratejisidir. İzleme algoritmaları, sensör sistemleri tarafından raporlanan bireysel konumların geçmişine dayalı olarak birden fazla hareketli nesnenin gelecekteki konumunu tahmin etme yeteneği sağlar.

Tarihsel bilgiler toplanır ve hava trafik kontrolü, tehdit tahmini, muharebe sistemi doktrini, silah nişan alma ve füze güdümünde kullanılmak üzere gelecekteki konumu tahmin etmek için kullanılır. Konum verileri, radar sensörleri tarafından birkaç dakika içinde toplanır.

Dört yaygın iz algoritması vardır.

Uçaktan gelen radar video geri dönüşleri, sahte ve enterferans yapan sinyallerin atıldığı bir çizim çıkarma işlemine tabi tutulabilir. Bir plan çıkarıcı olarak bilinen bir cihaz aracılığıyla bir dizi hedef dönüş izlenebilir.

İlgili olmayan gerçek zamanlı dönüşler, görüntülenen bilgilerden kaldırılabilir ve tek bir grafik görüntülenebilir. Bazı radar sistemlerinde veya alternatif olarak radarın bağlı olduğu komuta ve kontrol sisteminde, bireysel hedeflere ait çizim sırasını ilişkilendirmek ve hedeflerin istikametlerini ve hızlarını tahmin etmek için bir radar izleyici kullanılır.

Mühendislik

Radar bileşenleri

Bir radarın bileşenleri şunlardır:

  • Klystron veya magnetron gibi bir osilatör ile radyo sinyali üreten ve süresini bir modülatör ile kontrol eden bir verici .
  • Verici ve anteni birbirine bağlayan bir dalga kılavuzu .
  • Anten her iki durumda da kullanıldığında sinyal için anten ile verici veya alıcı arasında bir anahtar görevi gören bir dupleksleyici .
  • Bir alıcı . İstenen alınan sinyalin (bir darbe) şeklini bilerek, uygun bir filtre kullanılarak optimal bir alıcı tasarlanabilir .
  • İnsan tarafından okunabilen çıkış aygıtları için sinyaller üreten bir görüntü işlemcisi .
  • Yazılım tarafından sipariş edilen radar taramasını gerçekleştirmek için tüm bu cihazları ve anteni kontrol eden elektronik bir bölüm.
  • Son kullanıcı cihazlarına ve ekranlarına bir bağlantı.

Anten tasarımı

AS-3263/SPS-49(V) anteni (ABD Donanması)

Tek bir antenden yayınlanan radyo sinyalleri her yöne yayılacağı gibi, aynı şekilde tek bir anten de sinyalleri her yönden eşit olarak alacaktır. Bu, radarı hedef nesnenin nerede olduğuna karar verme sorunuyla baş başa bırakır.

İlk sistemler , çeşitli yönlere yönlendirilmiş yönlü alıcı antenleri olan çok yönlü yayın antenlerini kullanma eğilimindeydi . Örneğin, devreye alınacak ilk sistem olan Chain Home, alım için her biri farklı bir ekranda olmak üzere dik açılarda iki düz anten kullandı. Maksimum dönüş, hedefe dik açı yapan bir antenle ve doğrudan ona (uç açık) işaret eden antenle minimum olarak tespit edilecektir. Operatör, anteni döndürerek bir hedefin yönünü belirleyebilir, böylece bir ekran maksimum gösterirken diğeri minimum gösterir. Bu tür bir çözümle ilgili ciddi bir sınırlama, yayının her yöne gönderilmesidir, bu nedenle incelenen yöndeki enerji miktarı iletilen miktarın küçük bir parçasıdır . "Hedef" üzerinde makul miktarda güç elde etmek için, verici anten de yönlü olmalıdır.

parabolik reflektör

gözetleme radar anteni

Daha modern sistemler, tipik olarak alıcı ile aynı çanağı kullanan sıkı bir yayın ışını oluşturmak için yönlendirilebilir bir parabolik "çanak" kullanır. Bu tür sistemler, otomatik yönlendirmeye veya radar kilidine izin vermek için genellikle iki radar frekansını aynı antende birleştirir .

Parabolik yansıtıcılar ya simetrik paraboller ya da bozuk paraboller olabilir: Simetrik parabolik antenler hem X hem de Y boyutlarında dar bir "kalem" ışını üretir ve sonuç olarak daha yüksek bir kazanca sahiptir. NEXRAD Pulse-Doppler hava radarı, atmosferin ayrıntılı hacimsel taramalarını gerçekleştirmek için simetrik bir anten kullanır. Bozulmuş parabolik antenler, bir boyutta dar bir ışın ve diğerinde nispeten geniş bir ışın üretir. Bu özellik, geniş bir açı aralığında hedef tespiti, üç boyutlu hedef konumundan daha önemliyse kullanışlıdır. Çoğu 2D gözetleme radarı, dar bir azimut huzme genişliğine ve geniş dikey huzme genişliğine sahip bozuk bir parabolik anten kullanır. Bu ışın konfigürasyonu, radar operatörünün belirli bir azimutta ancak belirsiz bir yükseklikte bir uçağı tespit etmesine izin verir. Tersine, sözde "başını sallayan" yükseklik bulma radarları, belirli bir yükseklikte ancak düşük azimut hassasiyetiyle bir uçağı tespit etmek için dar dikey huzme genişliğine ve geniş azimut huzme genişliğine sahip bir çanak kullanır.

Tarama türleri

  • Birincil Tarama: Bir tarama ışını üretmek için ana anten anteninin hareket ettirildiği bir tarama tekniği, örnekler arasında dairesel tarama, sektör taraması vb.
  • İkincil Tarama: Bir tarama ışını üretmek için anten beslemesinin hareket ettirildiği bir tarama tekniği, örnekler arasında konik tarama, tek yönlü sektör taraması, lob değiştirme vb.
  • Palmer Scan: Ana anteni ve beslemesini hareket ettirerek bir tarama ışını üreten bir tarama tekniği. Palmer Taraması, Birincil Tarama ve İkincil Taramanın birleşimidir.
  • Konik tarama : Radar ışını, hedefe doğrultulmuş olan "boresight" ekseni etrafında küçük bir daire içinde döndürülür.

oluklu dalga kılavuzu

Oluklu dalga kılavuzu anteni

Parabolik reflektöre benzer şekilde uygulanan yarıklı dalga kılavuzu, taramak için mekanik olarak hareket ettirilir ve özellikle dikey modelin sabit kalabileceği izleme yapmayan yüzey tarama sistemleri için uygundur. Düşük maliyeti ve daha az rüzgara maruz kalması nedeniyle, gemi güvertesi, havaalanı yüzeyi ve liman gözetleme radarları artık bu yaklaşımı parabolik bir antene tercih ediyor.

aşamalı dizi

Aşamalı dizi : Gökyüzünü taramak için tüm radar antenlerinin dönmesi gerekmez.

Bir faz dizili radarda başka bir yönlendirme yöntemi kullanılır .

Faz dizilimli antenler, antenler veya yarıklı dalga kılavuzu sıraları gibi eşit aralıklarla yerleştirilmiş benzer anten elemanlarından oluşur. Her anten elemanı veya anten elemanları grubu, dizi boyunca bir faz gradyanı üreten ayrı bir faz kayması içerir. Örneğin, dizi yüzü boyunca her dalga boyu için 5 derecelik bir faz kayması üreten dizi elemanları, dizi yüzüne dik olan merkez çizgisinden 5 derece uzağa işaretlenmiş bir ışın üretecektir. Bu ışın boyunca hareket eden sinyaller güçlendirilecektir. Bu ışından sapan sinyaller iptal edilecektir. Takviye miktarı anten kazancıdır . İptal miktarı yan lob supresyonudur.

Aşamalı dizi radarlar, II. Dünya Savaşı'ndaki radarın ilk yıllarından beri ( Mammut radarı ) kullanılmaktadır, ancak elektronik cihaz sınırlamaları düşük performansa neden olmuştur. Aşamalı dizi radarlar başlangıçta füze savunması için kullanıldı (örneğin bkz . Koruma Programı ). Onlar gemi kaynaklı Aegis Savaş Sisteminin ve Patriot Füze Sisteminin kalbidir . Çok sayıda dizi elemanına sahip olmakla ilişkili büyük yedeklilik, ayrı faz elemanları arızalandığında meydana gelen kademeli performans düşüşü pahasına güvenilirliği artırır. Daha az ölçüde, hava gözetiminde Phased array radarlar kullanılmıştır . 2017 itibariyle NOAA, meteorolojik çalışmalar ve uçuş izleme için 10 yıl içinde Amerika Birleşik Devletleri'nde ulusal bir Çok İşlevli Aşamalı dizi radar ağı uygulamayı planlıyor.

Füzeler, piyade destek araçları, gemiler ve uçaklar gibi belirli şekillere uyacak şekilde aşamalı dizi antenler oluşturulabilir.

Elektronik fiyatları düştükçe, aşamalı dizi radarlar daha yaygın hale geldi. Hemen hemen tüm modern askeri radar sistemleri, küçük ek maliyetin hareketli parçası olmayan bir sistemin geliştirilmiş güvenilirliği ile dengelendiği aşamalı dizilere dayanmaktadır. Geleneksel hareketli anten tasarımları, hava trafiği gözetimi ve benzeri sistemler gibi maliyetin önemli bir faktör olduğu rollerde hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aşamalı dizi radarlar, birden fazla hedefi takip edebildikleri için uçaklarda kullanım için değerlidir. Aşamalı dizi radar kullanan ilk uçak B-1B Lancer idi . Faz dizili radar kullanan ilk savaş uçağı Mikoyan MiG-31 oldu . MiG-31M'nin SBI-16 Zaslon Pasif elektronik olarak taranan dizi radarı, AN/APG-77 Active elektronik olarak taranan dizi Lockheed Martin F-22 Raptor'da tanıtılana kadar dünyanın en güçlü savaş radarı olarak kabul edildi .

Fazlı dizi interferometrisi veya açıklık sentezi teknikleri, tek bir etkili açıklığa aşamalı olarak dönüştürülen bir dizi ayrı çanak kullanan, radyo astronomide yaygın olarak kullanılmasına rağmen, radar uygulamaları için tipik değildir . İnceltilmiş dizi laneti nedeniyle , bu tür çoklu açıklık dizileri, vericilerde kullanıldığında, hedefe iletilen toplam gücü azaltma pahasına dar ışınlarla sonuçlanır. Prensipte, bu tür teknikler uzamsal çözünürlüğü artırabilir, ancak daha düşük güç, bunun genellikle etkili olmadığı anlamına gelir.

Tek bir hareketli kaynaktan hareket verilerinin sonradan işlenmesiyle açıklık sentezi , uzay ve hava radar sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır .

Frekans aralıkları

Antenler genellikle, normal olarak bir büyüklük sırası dahilinde, çalışma frekansının dalga boyuna benzer şekilde boyutlandırılmalıdır . Bu, daha küçük antenlerle sonuçlanacağı için daha kısa dalga boylarını kullanmak için güçlü bir teşvik sağlar. Daha kısa dalga boyları, kırınım nedeniyle daha yüksek çözünürlükle sonuçlanır, yani çoğu radarda görülen şekilli reflektör, istenen herhangi bir ışın genişliği için daha küçük yapılabilir.

Daha küçük dalga boylarına geçişe karşı çıkmak, bir dizi pratik sorundur. Birincisi, yüksek güçlü çok kısa dalga boyları üretmek için gereken elektronikler, genellikle daha uzun dalga boyları için gereken elektroniklerden daha karmaşık ve pahalıydı ya da hiç yoktu. Diğer bir konu da, radar denkleminin etkin açıklık rakamının, belirli herhangi bir anten (veya reflektör) boyutu için daha uzun dalga boylarında daha verimli olacağı anlamına gelmesidir. Ek olarak, daha kısa dalga boyları, havadaki moleküller veya yağmur damlaları ile etkileşime girerek sinyali dağıtabilir. Çok uzun dalga boyları, onları ufuk ötesi radarlar için uygun kılan ek kırınım etkilerine de sahiptir . Bu nedenle çok çeşitli dalga boyları farklı rollerde kullanılmaktadır.

Geleneksel grup isimleri, II. Dünya Savaşı sırasında kod adları olarak ortaya çıktı ve hala dünya çapında askeri ve havacılıkta kullanılıyor. Amerika Birleşik Devletleri'nde Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü tarafından ve uluslararası olarak Uluslararası Telekomünikasyon Birliği tarafından kabul edilmiştir . Çoğu ülkede, her bir bandın hangi bölümlerinin sivil veya askeri kullanım için uygun olduğunu kontrol etmek için ek düzenlemeler vardır.

Radyo spektrumunun yayıncılık ve elektronik karşı önlem endüstrileri gibi diğer kullanıcıları, geleneksel askeri tanımlamaları kendi sistemleriyle değiştirmiştir.

Radar frekans bantları
Grup adı Frekans aralığı Dalga boyu aralığı Notlar
HF 3-30 MHz 10-100 m Kıyı radar sistemleri, ufuk üstü (OTH) radarlar; 'yüksek frekans'
VHF 30–300 MHz 1-10 m Çok uzun menzilli, yere nüfuz eden; 'çok yüksek frekans'. Erken radar sistemleri genellikle VHF'de çalıştırılırdı, çünkü uygun elektronikler zaten radyo yayını için geliştirilmişti. Bugün bu bant çok sıkışık ve parazit nedeniyle artık radar için uygun değil.
P < 300 MHz > 1 m 'Önceki' için 'P', eski radar sistemlerine geriye dönük olarak uygulanır; esasen HF + VHF. Bitki örtüsüne iyi nüfuz etmesi nedeniyle genellikle uzaktan algılama için kullanılır.
UHF 300–1000 MHz 0,3–1 m Çok uzun menzilli (örneğin balistik füze erken uyarısı ), yere nüfuz eden, yapraklara nüfuz eden; 'ultra yüksek frekans'. Çok yüksek enerji seviyelerinde verimli bir şekilde üretilir ve alınır ve ayrıca nükleer karartmanın etkilerini azaltır , bu da onları füze algılama rolünde faydalı kılar.
L 1-2 GHz 15-30 cm Uzun menzilli hava trafik kontrolü ve gözetimi ; 'Uzun' için 'L'. İyi alım niteliklerini makul çözünürlükle birleştirdikleri için uzun menzilli erken uyarı radarları için yaygın olarak kullanılır .
S 2–4 GHz 7,5–15 cm Orta menzilli gözetleme, Terminal hava trafik kontrolü, uzun menzilli hava durumu, deniz radarı; 'Sentimetric' için 'S', İkinci Dünya Savaşı sırasındaki kod adı. L'den daha az verimlidir, ancak daha yüksek çözünürlük sunar, bu da onları özellikle uzun menzilli yer kontrollü durdurma görevleri için uygun kılar.
C 4-8 GHz 3,75–7,5 cm Uydu transponderleri; X ve S bantları arasında bir uzlaşma (dolayısıyla 'C'); hava; uzun menzilli izleme
X 8–12 GHz 2,5-3,75 cm Füze rehberliği, deniz radarı , hava durumu, orta çözünürlüklü haritalama ve yer gözetimi; Amerika Birleşik Devletleri'nde havaalanı radarı için 10.525 GHz ±25 MHz dar aralığı kullanılır ; kısa mesafe izleme İkinci Dünya Savaşı sırasında frekans bir sır olduğu için X bandı olarak adlandırıldı. Şiddetli yağmur sırasında yağmur damlalarının kırınımı, algılama rolündeki menzili sınırlar ve bunu yalnızca kısa menzilli roller veya kasıtlı olarak yağmuru algılayanlar için uygun hale getirir.
K 18–24 GHz 1,11–1,67 cm Almanca 'kısa' anlamına gelen kurz'dan . 22 GHz'de su buharı tarafından absorpsiyon nedeniyle sınırlı kullanım , bu nedenle gözetim için her iki tarafta da K u ve K a kullanılır. K-bandı meteorologlar tarafından bulutları tespit etmek için ve polis tarafından hız yapan sürücüleri tespit etmek için kullanılır. K-bandı radar tabancaları 24.150 ± 0.100 GHz'de çalışır.
sen _ 12–18 GHz 1,67–2,5 cm Yüksek çözünürlüklü, uydu transponderleri için de kullanılır, K bandı altında frekans (dolayısıyla 'u')
ka _ 24-40 GHz 0,75–1,11 cm Haritalama, kısa menzil, havaalanı gözetimi; K bandının hemen üzerindeki frekans (dolayısıyla 'a') Kırmızı ışıkta geçen arabaların plakalarının fotoğraflarını çeken kameraları tetiklemek için kullanılan fotoğraf radarı 34.300 ± 0.100 GHz'de çalışır.
mm 40–300 GHz 1,0–7,5  mm Milimetre bandı , aşağıdaki gibi alt bölümlere ayrılmıştır. Havadaki oksijen, diğer frekanslardaki diğer moleküller gibi 60 GHz civarında son derece etkili bir zayıflatıcıdır ve 94 GHz'de sözde yayılma penceresine yol açar. Bu pencerede bile, 22.2 GHz'de su nedeniyle zayıflama daha yüksektir. Bu, bu frekansları genellikle yalnızca helikopterler için güç hattından kaçınma sistemleri veya zayıflamanın sorun olmadığı uzayda kullanım gibi kısa menzilli oldukça spesifik radarlar için yararlı kılar . Bu bantlara farklı gruplar tarafından birden fazla harf atanır. Bunlar, test ekipmanı yapan şu anda feshedilmiş bir şirket olan Baytron'dan.
V 40–75 GHz 4.0–7.5 mm 60 GHz'de rezonansa giren atmosferik oksijen tarafından çok güçlü bir şekilde emilir.
W 75–110 GHz 2,7–4,0 mm Deneysel otonom araçlar, yüksek çözünürlüklü meteorolojik gözlem ve görüntüleme için görsel bir sensör olarak kullanılır.

modülatörler

Modülatörler , RF darbesinin dalga biçimini sağlamak için hareket eder. İki farklı radar modülatör tasarımı vardır:

  • Tutarlı olmayan anahtarlı güç osilatörleri için yüksek voltaj anahtarı Bu modülatörler, bir yüksek voltaj kaynağından oluşturulmuş bir yüksek voltajlı puls üretecinden, bir puls oluşturan ağdan ve bir tiratron gibi bir yüksek voltaj anahtarından oluşur . DC'yi (genellikle darbeli) mikrodalgalara dönüştüren özel bir vakum tüpü türü olan magnetron gibi beslemek için kısa güç darbeleri üretirler . Bu teknoloji darbeli güç olarak bilinir . Bu şekilde, iletilen RF radyasyon darbesi belirli ve genellikle çok kısa bir süre boyunca tutulur.
  • Karmaşık ama uyumlu bir dalga formu için bir dalga formu üreteci ve bir uyarıcı tarafından beslenen hibrit karıştırıcılar . Bu dalga biçimi, düşük güç/düşük voltaj giriş sinyalleriyle oluşturulabilir. Bu durumda radar vericisi bir güç yükseltici, örneğin bir klistron veya bir katı hal vericisi olmalıdır. Bu şekilde, iletilen darbe darbe içi modülasyonludur ve radar alıcısı darbe sıkıştırma tekniklerini kullanmalıdır.

Soğutucu

Hareketli dalga tüpleri ve klistronlar gibi 1.000 watt'ın üzerinde mikrodalga çıkışı üzerinde çalışan uyumlu mikrodalga yükselticiler , sıvı soğutucu gerektirir. Elektron ışını, plazma üretmek için yeterli ısı üretebilen mikrodalga çıkışından 5 ila 10 kat daha fazla güç içermelidir. Bu plazma toplayıcıdan katoda doğru akar. Elektron demetini yönlendiren aynı manyetik odaklama, plazmayı elektron demetinin yoluna girmeye zorlar, ancak ters yönde akar. Bu, Doppler performansını düşüren FM modülasyonunu tanıtır. Bunu önlemek için minimum basınç ve akış hızına sahip sıvı soğutucu gereklidir ve normal olarak Doppler işlemeyi kullanan çoğu yüksek güçlü yüzey radar sistemlerinde deiyonize su kullanılır.

Coolanol ( silikat ester ) 1970'lerde çeşitli askeri radarlarda kullanıldı. Bununla birlikte, higroskopiktir , hidrolize ve son derece yanıcı alkol oluşumuna yol açar . 1978'de bir ABD Donanması uçağının kaybı, bir silikat ester yangınına bağlandı. Coolanol ayrıca pahalı ve zehirlidir. ABD Donanması, atık, hava emisyonları ve atık deşarjların hacmini ve toksisitesini ortadan kaldırmak veya azaltmak için Kirlilik Önleme (P2) adlı bir program başlattı . Bu nedenle, Coolanol bugün daha az kullanılmaktadır.

Yönetmelikler

Radar (ayrıca: RADAR ), Uluslararası Telekomünikasyon Birliği'nin (ITU) ITU Radyo Düzenlemelerinin (RR) 1.100. maddesinde şu şekilde tanımlanmaktadır :

Referans sinyallerinin, belirlenecek konumdan yansıyan veya yeniden iletilen radyo sinyalleriyle karşılaştırılmasına dayanan bir radyobelirleme sistemi . Her radyobelirleme sistemi , sürekli veya geçici olarak çalıştığı radyokomünikasyon hizmeti tarafından sınıflandırılacaktır . Tipik radar kullanımları birincil radar ve ikincil radardır , bunlar radyolokasyon hizmetinde veya radyolokasyon-uydu hizmetinde çalışabilir .

Yapılandırmalar

Radar, verici, alıcı, anten, dalga boyu, tarama stratejileri vb. gibi çeşitli konfigürasyonlarda gelir.

Ayrıca bakınız

Tanımlar
Başvuru
Donanım
Benzer algılama ve aralıklandırma yöntemleri
Tarihsel radarlar

Notlar ve referanslar

bibliyografya

Referanslar

Genel

  • Reg Batt (1991). Radar ordusu: hava dalgalarının savaşını kazanmak . ISBN'si 978-0-7090-4508-3.
  • EG Bowen (1 Ocak 1998). Radar Günleri . Taylor ve Francis. ISBN'si 978-0-7503-0586-0.
  • Michael Bragg (1 Mayıs 2002). RDF1: Radyo Yöntemleri 1935–1945 ile Uçağın Konumu . Twayne Yayıncılar. ISBN'si 978-0-9531544-0-1.
  • Louis Brown (1999). İkinci Dünya Savaşı'nın radar tarihi: teknik ve askeri zorunluluklar . Taylor ve Francis. ISBN'si 978-0-7503-0659-1.
  • Robert Buderi (1996). Dünyayı değiştiren buluş: küçük bir radar öncüsü İkinci Dünya Savaşı'nı nasıl kazandı ve teknolojik bir devrim başlattı . ISBN'si 978-0-684-81021-8.
  • Burch, David F., Denizciler İçin Radar , McGraw Hill, 2005, ISBN  978-0-07-139867-1 .
  • Ian Goult (2011). Gizli Konum: Radarın Doğuşuna ve Savaş Sonrası Etkisine Tanık . Tarih Basın. ISBN'si 978-0-7524-5776-5.
  • Peter S. Hall (Mart 1991). Radar . Potomac Kitapları A.Ş. ISBN 978-0-08-037711-7.
  • Derek Howse; Deniz Radar Güven (Şubat 1993). Denizde radar: 2. Dünya Savaşı'nda Kraliyet Donanması . Deniz Enstitüsü Basın. ISBN'si 978-1-55750-704-4.
  • RV Jones (Ağustos 1998). En Gizli Savaş . Wordsworth Editions Ltd. ISBN 978-1-85326-699-7.
  • Kaiser, Gerald, Bölüm 10, "Dalgacıklara Dostça Rehber", Birkhauser, Boston, 1994.
  • Colin Latham; Anne Stobbs (Ocak 1997). Radar: Bir Savaş Zamanı Mucizesi . Sutton Pub Ltd. ISBN 978-0-7509-1643-1.
  • François Le Chevalier (2002). Radar ve sonar sinyal işleme ilkeleri . Artech Evi Yayıncıları. ISBN'si 978-1-58053-338-6.
  • David Pritchard (Ağustos 1989). Radar savaşı: Almanya'nın öncü başarısı 1904-45 . Harpercollinler. ISBN'si 978-1-85260-246-8.
  • Merrill Ivan Skolnik (1 Aralık 1980). Radar sistemlerine giriş . ISBN'si 978-0-07-066572-9.
  • Merrill Ivan Skolnik (1990). Radar el kitabı . McGraw-Hill Profesyonel. ISBN'si 978-0-07-057913-2.
  • George W. Stimson (1998). Hava radarına giriş . Bilim Teknoloji Yayıncılık. ISBN'si 978-1-891121-01-2.
  • Younghusband, Eileen., Sıradan Bir Hayat Değil. Değişen Zamanlar Hayatıma Tarihsel Olayları Nasıl Getirdi , Cardiff Center for Lifelong Learning, Cardiff, 2009., ISBN  978-0-9561156-9-0 (Sayfa 36-67, İkinci Dünya Savaşı'nda bir WAAF radar çizicisinin deneyimlerini içerir.)
  • Genç koca, Eileen. Bir Kadının Savaşı . Cardiff. şeker kavanozu kitapları. 2011. ISBN  978-0-9566826-2-8
  • David Zimmerman (Şubat 2001). İngiltere'nin kalkanı: radar ve Luftwaffe'nin yenilgisi . Sutton Pub Ltd. ISBN 978-0-7509-1799-5.

Teknik okuma

Dış bağlantılar