Radar

Radar er et område inden for videnskab og teknologi , der kombinerer metoder og midler til lokalisering (detektion og måling af koordinater) og bestemmelse af egenskaberne for forskellige objekter ved hjælp af radiobølger . Et beslægtet og noget overlappende udtryk er radionavigation , men i radionavigation spiller det objekt, hvis koordinater bliver målt, en mere aktiv rolle, oftest er dette bestemmelsen af ens egne koordinater. Radarens vigtigste tekniske anordning er en radarstation (radar, eng. radar ).

Skelne mellem aktiv, semi-aktiv, aktiv med en passiv reaktion og passiv radar. Radarer adskiller sig i rækkevidden af anvendte radiobølger, typen af sonderingssignal, antallet af anvendte kanaler, antallet og typen af målte koordinater og radarens placering.

Klassifikation

Der er to typer radarer:

Passiv radar er baseret på at modtage objektets egen stråling;
Med aktiv radar udsender radaren sit eget lydsignal og modtager det reflekteret fra målet. Afhængigt af parametrene for det modtagne signal bestemmes målets karakteristika.

Aktiv radar er af to typer:

Med et aktivt svar - objektet antages at have en radiosender (transponder), der udsender radiobølger som reaktion på det modtagne signal . Det aktive svar bruges til at identificere objekter ( ven eller fjende ), fjernbetjening samt til at få yderligere information fra dem (f.eks. mængden af brændstof, type objekt osv.);
Med et passivt svar - forespørgselssignalet reflekteres fra objektet og opfattes ved modtagepunktet som et svar.

For at se det omgivende rum bruger radaren forskellige visningsmetoder ved at flytte radarantennens retningsstråle :

cirkulær;
sektor;
helix view ;
konisk;
i en spiral;
"V" anmeldelse;
lineære ( DRLO-fly af typen An-71 og A-50 ( Rusland ) eller amerikanske med Avaks -systemet ).

I overensstemmelse med typen af stråling er radarer opdelt i:

Radar af kontinuerlig stråling;
Puls radarer

Radiothermolocation bruger den iboende stråling af objekter, forårsaget af termisk bevægelse af elektroner. [en]

Sådan virker det

Radar er baseret på følgende fysiske fænomener:

Radiobølger spredes på de elektriske inhomogeniteter, man støder på på deres udbredelsesvej (objekter med andre elektriske egenskaber, der er forskellige fra udbredelsesmediets egenskaber). I dette tilfælde giver den reflekterede bølge, såvel som den faktiske stråling af målet, dig mulighed for at detektere målet.
Ved store afstande fra strålingskilden kan det antages, at radiobølger udbreder sig retlinet og med en konstant hastighed, på grund af hvilken det er muligt at måle målets rækkevidde og vinkelkoordinater (Afvigelser fra disse regler, som kun gælder i den første tilnærmelse, studeres af en særlig gren af radioteknik - Udbredelse af radiobølger . I radar fører disse afvigelser til målefejl).
Frekvensen af det modtagne signal adskiller sig fra frekvensen af de udsendte svingninger, når modtage- og strålingspunkterne flyttes indbyrdes ( Doppler-effekt ), hvilket gør det muligt at måle målets radiale hastigheder i forhold til radaren.
Passiv radar bruger stråling fra elektromagnetiske bølger fra observerede objekter, det kan være termisk stråling , der er iboende i alle objekter, aktiv stråling skabt af objektets tekniske midler eller falsk stråling skabt af objekter med fungerende elektriske enheder.

Grundlæggende radarteknikker

Kontinuerlig bølgeradar

De bruges hovedsageligt til at bestemme den radiale hastighed af et objekt i bevægelse (bruger Doppler-effekten ). Fordelen ved denne type radar er, at den er billig og nem at bruge, men i sådanne radarer er det meget svært at måle afstanden til et objekt. Den mest udbredte fasemetode til måleområde [2] .

Eksempel: den enkleste radar til at bestemme en bils hastighed.

Pulsmetode for radar

I pulseret radar genererer sendere svingninger i form af korte impulser efterfulgt af relativt lange pauser. Desuden vælges pausens varighed baseret på rækkevidden af radaren Dmax .

$T>{2D_{{max}} \over c}$

Essensen af metoden er som følger:

Radarens sendeanordning udsender ikke energi kontinuerligt, men i kort tid, strengt periodisk gentagne impulser, i pauserne, mellem hvilke de reflekterede impulser modtages af modtageanordningen på den samme radar. Radarens pulsdrift gør det således muligt i tide at adskille en kraftig sonderingsimpuls udsendt af senderen og et meget mindre kraftigt ekkosignal. Måling af afstanden til målet reduceres til måling af tidsintervallet mellem det øjeblik, pulsen udsendes, og det øjeblik, den modtages, det vil sige den tid, pulsen bevæger sig til målet og tilbage.

Radarrækkevidde

Radarens maksimale rækkevidde afhænger af en række parametre og karakteristika for både stationens antennesystem, effekten af det udsendte signal og følsomheden af systemets modtager. I det generelle tilfælde, uden at tage hensyn til strømtab i atmosfæren, interferens og støj, kan systemets rækkevidde bestemmes som følger:

D_{{max}}={\sqrt[ {4}]{{\frac {P_{n}D_{a}S_{a}\sigma }{\left(4\pi \right)^{2}P_ {{n.min.}}}}}}

hvor:

\;P_{n}

— generatorkraft;

\;D_{a}

er retningsbestemmelsen af antennen;

\;S_{a}

er det effektive område af antennen ;

\;\sigma

— effektivt målspredningsområde ;

\;P_{{n.min}}

er modtagerens minimumsfølsomhed.

Ved tilstedeværelse af støj og interferens reduceres radarens rækkevidde.

Effekter af interferens

Betjening af flere radarer i samme frekvensbånd

I travle områder, hvor der bruges flere radarer på samme tid (for eksempel søhavne), er det sandsynligt, at frekvensbåndene overlapper hinanden. Dette får radaren til at modtage et signal fra en anden radar. Som et resultat vises yderligere punkter på skærmen, slående på grund af deres geometriske korrekthed. Effekten kan fjernes ved at skifte til en anden driftsfrekvens. [3]

Imaginært billede

Når et radiosignal reflekteres fra en massiv genstand, er yderligere udbredelse til mindre objekter mulig, efterfulgt af refleksion og at ramme radaren. Dermed bliver den vej, som signalet har tilbagelagt, længere, og et virtuelt billede af et objekt vises på skærmen, som faktisk er et andet sted. Denne effekt skal tages i betragtning ved tæt på store reflekterende genstande som broer, vandværker og store skibe.

Flere refleksioner

Når du placerer radaren på et stort skib, er effekten af flere signalrefleksioner mulig. Radarsignalet reflekteres fra et nærliggende objekt, kommer dels tilbage til radaren, dels reflekteres fra skibets skrog. Der kan være mange sådanne refleksioner, amplituden falder med hver refleksion, og signalet vil blive opfattet, indtil modtagerens tærskelfølsomhed er nået. På radarskærmen vil du se flere objekter falde hver gang. Afstanden mellem dem er proportional med afstanden fra radaren til objektet.

Effekt af støj

Atmosfærens indflydelse

Atmosfæriske tab er særligt store i centimeter- og millimeterområdet og skyldes regn, sne og tåge, og i millimeterområdet også af ilt og vanddamp. Tilstedeværelsen af atmosfæren fører til en krumning af banen for udbredelsen af radiobølger (fænomenet brydning). Arten af brydning afhænger af ændringen i atmosfærens brydningsindeks med en ændring i højden. På grund af dette er udbredelsesvejen for radiobølger buet mod jordens overflade.

Historie

Virkningen af refleksion af radiobølger fra faste legemer blev først opdaget af den tyske fysiker Heinrich Hertz i 1886 [ca. 1] . Brugen af effekten i praksis blev hindret af spredningen af radiobølger: mindre end en milliarddel af dem faldt på placeringsobjektet. Først i 1930'erne , i forbindelse med udviklingen af luftfarten, begyndte de førende lande i verden at undersøge muligheden for at bruge radar til luftforsvarsformål . Ideen om radar var kendt længe før Anden Verdenskrig, og det er svært at nævne den, der først foreslog det. Ifølge tyske historikere var den første person, der (i 1902 ) skabte og med succes testede på skibe, der sejlede på Rhinen , en praktisk fungerende model af det, der nu kaldes en "radarstation" (opfinderen kaldte det "telemobiloskop"), levende og arbejder i Köln den tyske ingeniør Christian Hülsmeyer (stavemåden og udtalen af Hülsm a yer findes også ). I 1904 modtog han et patent på "Metode til signalering af fjerne objekter ved hjælp af elektriske bølger" [4] . Men forskellige lande ærer traditionelt forskellige opfindere af radar. Generelt fandt hendes idé i lang tid (siden opdagelsen af effekten) ikke implementering i praksis. Den første praktiske anvendelse af radar blev implementeret i 1932 i USSR i Rapid-installationen. De første radarstationer i verden, taget i brug og masseproduceret, har været i USSR siden 1939.

Storbritannien

Radarer af Storbritannien fra Anden Verdenskrig . AI Mk. IV radar [5] , Engl. H2S , eng. Monica .

Premierminister Churchills videnskabsrådgiver, professor F. A. Lindemann ( Viscount Lord Cherwell ), kommenterede udviklingen af H2S radarbombersigtet kortfattet: "Det er billigt." I mellemtiden gav H2S den britiske bombeflystyrke ikke kun et syn for lavsigtbarhedsbombning, men også et navigationshjælpemiddel [6] . Installationen af radarsikringer i granater reducerede forbruget af det antal granater, der var nødvendige for at nedskyde et V-1- projektil, med en størrelsesorden , og intensiteten af sådanne razziaer faldt betydeligt. Ved begyndelsen af Anden Verdenskrig blev Chain Home -radarsystemet indsat i Storbritannien . Historien om oprettelsen af radarstationer er vist i den britiske dokumentar The Secret War: "To See A Hundred Miles" .

Se også Radarer fra Anden Verdenskrig

Tyskland

For at beskytte byer mod bombeangreb brugte tyskerne antiluftskytsbatterier styret af kanonstyrede stationer (SON) af typen Würzburg. Allierede efterretningstjenester fastslog, at disse stationers bærefrekvens var 560 megahertz. I sommeren 1943 blev bombeflyene fra US 8th Air Force udstyret med tæppe-type sendere [7] . Senderne udsendte interferens - et spektrum af frekvenser med en gennemsnitlig frekvens på 560 megahertz. I oktober 1943 blev det første resultat opsummeret: to gange færre fly med tæppet blev skudt ned end uden.

Af de tre store nye våben fra Anden Verdenskrig – raketter, radarer og atombomber – havde kun radarteknologi en stor indflydelse på krigens forløb.

- Pensioneret generalløjtnant, ingeniør Erich Schneider. "Resultater af Anden Verdenskrig" St. Petersborg: Polygon; M.: AST, 1998

Under Anden Verdenskrig blev Kammhuber Line -radarsystemet indsat i Tyskland .

USSR

I Sovjetunionen førte erkendelsen af behovet for midler til at detektere fly, fri for manglerne ved lyd og optisk observation, til udviklingen af forskning inden for radar. Ideen foreslået af den unge artillerist P.K. Oshchepkov blev godkendt af overkommandoen: Folkets forsvarskommissær for USSR K.E. Voroshilov og hans stedfortræder - M.N. Tukhachevsky . [otte]

I 1932, på grundlag af Leningrad Institute of Physics and Technology , blev Leningrad Electrophysical Institute (LEFI) oprettet under ledelse af A. A. Chernyshev , hvor der blev udført forskning og udvikling af radar. I 1935 blev LEFI opløst, og på grundlag heraf blev det "lukkede" institut NII-9 organiseret med et forsvarstema, som omfattede radar. M. A. Bonch-Bruevich blev dens videnskabelige leder . Arbejdet med radar blev også startet på UFTI i Kharkov. Ved krigens begyndelse havde videnskabsmænd og ingeniører fra LEFI, NII-9 og andre organisationer skabt eksperimentelle jordbaserede radarstationer [9] .

Den 3. januar 1934 blev der med succes udført et eksperiment i USSR for at opdage et fly ved hjælp af en radarmetode. Et fly, der fløj i 150 meters højde, blev opdaget i en afstand af 600 meter fra radarinstallationen. Eksperimentet blev organiseret af repræsentanter for Leningrad Institute of Electrical Engineering og Central Radio Laboratory . I 1934 skrev Marshal Tukhachevsky i et brev til USSR's regering: "Eksperimenter med at detektere fly ved hjælp af en elektromagnetisk stråle bekræftede rigtigheden af det underliggende princip." Den første eksperimentelle installation "Rapid" blev testet samme år [10] . Senderen blev installeret på taget af hus nr. 14 på Krasnokazarmennaya Street, Moskva, modtageren - i området af landsbyen Novogireevo ; M. N. Tukhachevsky, N. N. Nagorny , M. V. Shuleikin var til stede . Udstyret blev demonstreret af P.K. Oshchepkov. I 1936 opdagede den sovjetiske centimetriske radarstation "Burya" flyet fra en afstand af 10 kilometer [10] [11] . De første radarer i USSR, vedtaget af Den Røde Hær og masseproduceret, var: RUS-1 - fra 1939 og RUS-2 - fra 1940.

Den 4. juli 1943, i overensstemmelse med GKO -dekret nr. 3686ss "På radar", blev GKO-rådet for radar dannet . Dens initiativtagere var militæringeniør M. M. Lobanov og videnskabsmand A. I. Berg .

USA

I USA var radarens pionerer John Marchetti

Se også Pioneers

Radioastronomis historie

Relationer til andre videnskabelige grene

Hovedfaktoren, der begrænser de tekniske egenskaber af lokalisatorerne, er den lave effekt af det modtagne signal. I dette tilfælde falder effekten af det modtagne signal som den fjerde potens af området (det vil sige, for at øge rækkevidden af lokatoren med 10 gange, er det nødvendigt at øge sendereffekten med 10.000 gange). På denne vej nåede vi naturligvis hurtigt grænser, som var langt fra nemme at overkomme. Allerede i begyndelsen af udviklingen blev det indset, at det ikke er kraften i det modtagne signal, der betyder noget, men dets synlighed på baggrund af modtagerstøj. Modtagerstøjreduktion var også begrænset af den naturlige støj fra modtagerelementerne, såsom termisk støj. Dette dødvande blev overvundet på vejen til at komplicere metoderne til at behandle det modtagne signal og som et resultat komplicere formen af de påførte signaler. Udviklingen af radar som en videnskabelig gren af viden gik hånd i hånd med udviklingen af kybernetik og informationsteori , og særlige undersøgelser ville være nødvendige for at afgøre præcis, hvor de første resultater blev opnået. Det skal bemærkes fremkomsten af signalbegrebet , som tillod os at abstrahere fra specifikke fysiske processer i modtageren, såsom spænding og strøm, og gjorde det muligt at løse problemerne som et matematisk problem med at finde de bedste funktionelle transformationer af tidsfunktioner.

Et af de første værker på dette område var V. A. Kotelnikovs arbejde med optimal signalmodtagelse , det vil sige den bedste signalbehandlingsmetode med hensyn til støj. Som et resultat blev det bevist, at modtagekvaliteten ikke afhænger af signaleffekten , men af dens energi , det vil sige produktet af effekt og tid, og det blev således muligt at øge rækkevidden ved at øge varigheden af signalerne , i grænsen op til kontinuerlig stråling. Et væsentligt skridt fremad var den klare anvendelse i teknologien af metoderne til statistisk beslutningsteori ( Neumann-Pearson-kriteriet ) og accepten af, at en brugbar enhed kan fungere med en vis grad af sandsynlighed. For at et radarsignal med lang varighed kunne måle rækkevidde og hastighed med høj nøjagtighed, var komplekse signaler påkrævet , i modsætning til simple radarimpulser, der ændrer enhver karakteristik under genereringsprocessen. Så. chirp - signaler ændrer oscillationsfrekvensen i løbet af en puls, faseskift-nøglesignaler ændrer fasen af signalet trinvist, normalt med 180 grader. Ved oprettelse af komplekse signaler blev konceptet med signalusikkerhedsfunktionen formuleret , som viser sammenhængen mellem nøjagtigheden af afstand og hastighedsmålinger. Behovet for at forbedre nøjagtigheden af måleparametre stimulerede udviklingen af forskellige metoder til filtrering af måleresultater , for eksempel optimale ikke-lineære filtreringsmetoder, som var en generalisering af Kalman-filteret til ikke-lineære problemer. Som et resultat af alle disse udviklinger tog teoretisk radar form som en uafhængig, meget matematisk gren af viden, hvor formaliserede syntesemetoder spiller en væsentlig rolle , det vil sige, at design udføres til en vis grad "på spidsen af pennen ."

Nøglefaktorer

Hovedpunkterne i konfrontationen med luftfarten var:

Brugen af passiv maskeringsinterferens til at skjule fly og helikoptere i form af foliestykker sprøjtet i luften, som reflekterer radiobølger. Svaret på dette var introduktionen af bevægelige måludvælgelsessystemer i radarer , som baseret på Doppler-effekten adskiller fly i bevægelse fra en relativt stationær folie.
Udviklingen af teknologier til at bygge fly og skibe, der reducerer kraften af de signaler, der reflekteres tilbage til radaren, kaldet Stealth . Til dette bruges specielle absorberende belægninger og en speciel form, der reflekterer den indfaldende radiobølge ikke tilbage, men i den anden retning.

Bedømmelser

Beundret af succeserne med sovjetisk videnskab og teknologi inden for radar, sagde lederen af den sovjetiske regering N. S. Khrushchev , at:

"Fra nu af er vi, sovjetiske folk, i stand til at ramme en myg i rummet."

Se også

Noter

Kommentarer

↑ Sovjetisk propaganda tilskrev opdagelsen af radarprincippet, såvel som opfindelsen af radio, til A. S. Popov , en lærer i fysik ved officerskurser i Kronstadt . Popov gennemførte virkelig eksperimenter inden for radiobølgeudbredelse, og uafhængigt af Hertz (men 11 år senere end ham - først i 1897 ) opdagede han virkningen på radiokommunikation af et tredje skib, der passerede mellem skibe, der opretholder radiokontakt. I sin rapport pegede Popov på den teoretiske mulighed for at bruge effekten til at opdage fjerne objekter. Efterfølgende udførte han ikke noget arbejde i denne retning (Kostenko, AA, AI Nosich og IA Tishchenko, "Radar Prehistory, Soviet Side," Proc. af IEEE APS International Symposium 2001, bind 4. s. 44, 2003) . Se også Rusland - elefanternes fødested .

Kilder

↑ Korostelev A. A., Klyuev N. F., Melnik Yu. A. Teoretisk grundlag for radar. - M., sovjetisk radio, 1978. - s. 529-566
↑ Soloshchev O. N., Slyusar V. I., Tverdokhlebov V. V. Fasemetode til at måle rækkevidde baseret på teorien om multikanalanalyse.// Artilleri og håndvåben. - 2007. - Nr. 2 (23). - C. 29 - 32. [1] Arkivkopi dateret 25. januar 2020 på Wayback Machine
↑ Radar | Radar station . seacomm.ru. Hentet 3. oktober 2018. Arkiveret fra originalen 3. oktober 2018. (ubestemt)
↑ Hanke H. MENNESKER, skibe, oceaner (oversat fra tysk). - Leningrad: Skibsbygning, 1976. - S. 227-228.
↑ UK Radars Arkiveret 5. november 2015 på Wayback Machine .
↑ The Surprises and Disappointments of the Great War Arkiveret 13. april 2016 på Wayback Machine .
↑ Allierede videnskabsmænd vandt radarkrigen arkiveret 23. december 2016 på Wayback Machine .
↑ Lobanov M. M. Om spørgsmålet om fremkomsten og udviklingen af indenlandsk radar. // Militærhistorisk blad . - 1962. - Nr. 8. - S.13-29.
↑ Leningrad Elektrofysisk Institut . Hentet 11. maj 2014. Arkiveret fra originalen 13. februar 2013. (ubestemt)
↑ 1 2 Polyakov V. T. “Initiation into radio electronics”, M., RiS, ISBN 5-256-00077-2
↑ Tests i Evpatoria, gruppe af B.K. Shembel

Litteratur

Erickson, John; "Radiolocation and the air defense problem: Design and development of Soviet Radar 1934-40", Social Studies of Science , vol. 2, s. 241-263, 1972
Shirman Ya. D., Golikov V. N., Busygin I. N., Kostin G. A. Teoretisk grundlag for radar / Shirman Ya. D. - M. : Sovjetisk radio, 1970. - 559 s.
Håndbog i radar / Skolnik M.I. - M. , 2014. - 1352 s. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
Håndbog i radar / Skolnik M.I. - M. , 2014. - 1352 s. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
Bakut P. A., Bolshakov I. A., Gerasimov B. M., Kuriksha A. A., Repin V. G., Tartakovskiy G. P., Shirokov V. V. Spørgsmål om den statistiske teori om radar. - M . : Sovjetisk radio, 1963. - 423 s.
Store sovjetiske encyklopædi // Udg. A. M. Prokhorova. I 30 bind 3. udg. — M.: Sov. encyklopædi, 1969-78. T. 21, 1975. 640 sider [www.bse.sci-lib.com/article094941.html Artikel "Radar"]
Central Radio Laboratory i Leningrad // Red. I. V. Breneva. - M.: Sovjetisk radio, 1973.
Militærhistorisk museum for artilleri, ingeniører og signalkorps . Samling af dokumenter fra generalløjtnant M. M. Lobanov om historien om udviklingen af radarteknologi. F. 52R op. nr. 13
Lobanov M. M. Fra radarens fortid: Et kort essay. - M .: Militært Forlag , 1969. - 212 s. - 6500 eksemplarer.
Begyndelsen af sovjetisk radar. - M .: Sovjetisk radio, 1975. 288 s.
Lobanov M. M. Vi er militæringeniører. - M .: Militært Forlag , 1977. - 223 s.
Lobanov MM Udvikling af den sovjetiske radarteknologi . - M .: Military Publishing House , 1982. - 240 s. — 22.000 eksemplarer.
Sivers A.P., Suslov N.A., Metelsky V.I. Fundamentals of radar. - L . : SudpromGiz, 1959. - 350 s. - (Lærebog for radiotekniske specialer ved videregående uddannelsesinstitutioner). — 25.500 eksemplarer.
Korostelev A. A., Klyuev N. F., Melnik Yu. A. Teoretisk grundlag for radar. - 2. udg., revideret. og yderligere .. - M . : Sovjetisk radio, 1978. - 608 s. - (Lærebog for studerende i radiotekniske specialiteter fra videregående uddannelsesinstitutioner). - 18.000 eksemplarer.

Links

Indsamling af online artikler på radar

Ordbøger og encyklopædier	Stor russer jorden rundt
I bibliografiske kataloger	NKC : ph124989