- Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії Радіолокаційна станція (РЛС) або Рада р (radar від Radio...
- частотні діапазони
Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії
Радіолокаційна станція (РЛС) або Рада р (radar від Radio Detection and Ranging - радіовиявлення і дальнометрія) - система для виявлення повітряних об'єктів, а також для визначення їх дальності і геометричних параметрів. Використовує метод, заснований на випромінюванні радіохвиль і реєстрації їх відображень від об'єктів. Передавач випромінює радіохвилі, які відображаються метою, і виявляються приймачем .. Хоча відбитий радіосигнал зазвичай трохи слабкіше, радіосигнали можуть бути легко посилені, так радар може виявити об'єкти на таких відстанях, де інша апаратура безсила. Наприклад звук або видиме світло, були б занадто слабкі для виявлення мети. Радар використовується в багатьох сферах, наприклад метеорології, авіації, в охоронній і військовій сферах.
Використання радіохвиль для виявлення "присутність віддалених металевих об'єктів" почало здійснюватися з 1904 Крістіаном Хёльсмейером, який продемонстрував здійсненність ідеї виявлення присутності судів в густому тумані і отримав патент для радара № 165546. Також одна з перших робочих моделей радара була виконана в лабораторії угорським вченим Золтаном Бєєм в 1936р.
Термін РАДАР вживався до 1941, як акронім для радіолокації і ранжирування. Цей акронім Американського походження замінив раніше використовується Британське скорочення RDF (Радіо Пошук Напрямів). Починаючи з того часу термін радар увійшов в англійську мову як стандартне слово.
Класифікація:
- РЛС виявлення,
- РЛС управління і стеження,
- панорамні РЛС,
- РЛС бокового огляду,
- Метеорологічні РЛС.
Радар в основному служить для виявлення цілей, висвітлюючи їх електромагнітної хвилею і потім приймаючи відображення (відлуння) цієї хвилі від мети. Оскільки електромагнітні хвилі рухаються з постійною швидкістю (світла), численні методи можуть використовуватися, щоб таким чином визначати відстань до цілі. Радар завжди має три основні компоненти: передавач, антену і приймач. Передавач це джерело електромагнітного сигналу високої потужності, він може представляти із себе пульсуючий генератор (зазвичай Магнетрон) або MOPA (Master Oscillator Power Amplifier), який використовує найчастіше (TWT = Travelling Wave Tubes). Радари які використовують Магнетрон НЕ когерентні або псевдо-когерентні, тоді як радари, які використовують TWT когерентні. Хвилі, які він виробляє, повинні бути сфокусовані в промінь і спрямовані в певний напрям, це - одна з функцій антени. Луч тоді поширюється через простір, зустрічає мета, і частина потужності в промені відбивається назад в напрямку випромінює антени радара. Оскільки хвиля послаблюється з покритим відстанню (зворотний квадратний закон), і мета відображає тільки маленьку частку хвилі, що приходить, відображення (відлуння) буде дуже слабке коли воно приходить назад в радарну антену.
Ось, де антена входить в гру знову, фокусуючи, і концентруючи слабке віддзеркалення на вході чутливого приймача. Отриманий сигнал відображення потім маніпулюється безліччю хитрих способів, посилюється істотно і в найпростішому випадку, подається на променеву трубку (екран), яка показує зображення, синхронізоване з рухом антени.
Уважний читач зверне увагу на те, що такий радар передає і одночасно приймає через одну антену, насправді це рідко робиться, оскільки потужний сигнал, який просочується від передавального передавача в приймач засліпив б приймач для слабкого луни, яке він слухає.
Потужність сигналу Pr повертається до одержує антени представлено радарних вирівнюванням:
де
- P t - потужність сигналу передавача
- Gt = посилення передавальної антени
- Ar = ефективна апертура (область) отримує антени
- σ = радарний поперечний розріз, або коефіцієнт розсіювання цілі
- F = параметр середовища поширення сигналу
- R t = відстань від передавача до мети
- R r = відстань від мети до приймача.
У загальному випадку, де передавач і приймач мають одне місцезнаходження, R t = R r і твелічіна R t 2 R r 2 може бути замінений R 4, де R - це дальність.
Потужність сигналу передавача
Цей вислів показує, що енергетичні втрати сигналу відповідають відстані до цілі в четвертого ступеня. Отже відбитий сигнал від сильно віддалених об'єктів є дуже мала величина.
Вирівнювання з F = 1 - спрощення для вакууму без перешкод У реальній ситуації, перешкоди потрібно також враховувати.
У переданому сигналі, електричне поле перпендикулярно по напрямку поширення, і цей напрям електричного поля є хвилі поляризації. Радари використовують горизонтальну, вертикальну, і кругову поляризація, щоб виявити різні види відбитих сигналів. Наприклад, кругова поляризація використовується, щоб мінімізувати втручання, викликане дощем. Лінійна поляризація зазвичай використовується для виявлення металевих поверхонь, і допомагає пошуковому радару нехтувати дощем. Випадкова поляризація використовується зазвичай при визначенні типу поверхні, як наприклад скеля або грунт, і використовується в навігаційних радарах.
Реальні радари супроводу побудовані як імпульсні радари. Імпульсний радар передає короткий імпульс тривалістю приблизно мікросекунда (мкс), після чого він слухає відлуння, в той час як імпульс відбивається.
Вимірювання відстані
Найлегший шлях виміряти відстань до об'єкта це передача короткий імпульсів радіосигналу, а потім оцінити час відображення (повернення) сигналу. Відстань пропорційно половині часу проходження сигналу (оскільки сигналу доведеться дійти до мети а потім назад до приймача) і швидкість сигналу. 
г де c є швидкість світла у вакуумі, і τ є повне час проходження сигналу. Для радара, швидкість сигналу є швидкість світла. Точне вимірювання відстані було вельми скрутним до введення електроніки високої продуктивності, які володіють точністю до часток відсотка.
Приймач не може виявити сигнал відображення в той час як сигнал посилається. Це означає, що радар має чіткий мінімум дальності, який є довжиною імпульсу, помноженого на швидкість світла, поділеної на два. Для того, щоб виявити ближчі цілі, радар повинен використовувати більш коротку довжину імпульсу.
Подібний ефект накладає також певну максимальну дальність. Якщо відбитий від цілі сигнал приходить в той час, коли наступний імпульс посилається, то приймач не може визначити різницю. Для того, щоб максимізувати дальність, необхідно використовувати більш довгі тимчасові паузи між імпульсами.
Ці два ефекти прагнуть перебувати в рівності один з одним, і не легко комбінувати як хорошу мінімальну дальність, так і хорошу максимальну дальність в єдиному радарі. Це, тому що короткий імпульс, потрібний для передачі мінімальної дальності, має менший запас енергії повернення, і мета важче виявити. Це могло б бути усунуто використовуючи більший пульс, але це скоротило б максимальну дальність виявлення. Таким чином, кожен радар використовує специфічний тип сигналу. Радари великої дальності прагнуть використовувати довгий імпульс з довгими затримками між ними, а радари малої дальності використовують більш короткі імпульси з меншими інтервалами між ними.
Оскільки імпульс йде далеко від радара з постійною швидкістю, час, що минув з моменту посилали імпульсу до часу, коли отримано відлуння, є мірою відстані до цілі. Наступний імпульс можна послати тільки через деякий час, а саме після того як імпульс прийде назад, це залежить від дальності виявлення радара (величини потужності передавача, посилення антени і чутливості приймача). Якби імпульс посилали раніше, то відлуння попереднього імпульсу від віддаленої мети могло б бути переплутано з луною другого імпульсу від близької мети. Проміжок часу між імпульсами називають інтервалом повторення імпульсу (Pulse Repetition Interval PRI), його зворотна величина - важливий параметр, який називають частотою повторення імпульсу (Pulse Repetition Frequency PRF). Радари низької частоти далекого огляду, мають PRF зазвичай в кілька сотень імпульсів в секунду (або Герц [Гц]). Частота повторення імпульсу є відмітною деталлю, яка видає ідентичність і операційний спосіб радара будь-якого прослуховувалися RWR приймача.
Такий загальний імпульсний радар типовий для ранніх систем і працює тільки, коли мета знаходиться в ясній повітряному просторі, а не на землі, наприклад.
Якщо такий радар дивиться на мету (літак), що летить, наприклад, на тлі великого пагорба, відображення від пагорба буде набагато сильнішим, ніж відображення від літака, і мета буде затінена. Термін, який використовується для назви цього небажаного відображення - перешкоди. Само собою зрозуміло, перешкоди були причиною великих проблем для ранніх радарних проектувальників, і тільки за минулі два десятиліття цю проблему вдалося вирішити. Бортові імпульсні радари особливо уразливі для перешкод, які найбільш ефективно приховують низько летять мети. Ці радари застосовуються тільки проти цілей на тій же самій або на більш високій висоті.
Методи для того, щоб усунути перешкоди використовують так чи інакше, ефект Доплера (частота хвилі, відбитої від наближається об'єкта збільшується, а від року, що минає об'єкта зменшується). Найпростіший радар, який може виявити ціль при наявності перешкод - (Moving Target Indicator MTI) імпульсний радар, який порівнює відображення більш ніж від двох або більше інтервалів повторення імпульсу. Будь-яка мета, яка, рухається щодо радара, виробляє зміна в параметрі сигналу (стадія в послідовному MTI), тоді як перешкоди залишаються незмінними. Усунення перешкод відбувається шляхом, віднімання відображень з двох послідовних інтервалів. На практиці усунення перешкод може бути здійснено в спеціальних пристроях (delay line cancellers or analogue bucket brigade chips) або алгоритмами в програмному забезпеченні.
MTI працюють з постійною частотою повторення імпульсів мають фундаментальну слабкість, вони є «сліпими» до цілей зі специфічними круговими швидкостями (які виробляють зміни фаз точно в 360 градусів) і такі цілі не відображаються. Невидима швидкість залежить від частоти, на якій радар працює і від частоти повторення імпульсів. Сучасні MTI передають багаторазовий різноманітний PRF сигнал - такий, що невидимі швидкості в кожній частоті повторення імпульсів охоплені іншим PRF.
Альтернативне сімейство пристроїв, для того, щоб мати справу з перешкодами підпадає під позначення Pulse Doppler Radar. PD радари використовують істотно більш складну обробку, ніж MTI. У PD радарі відображення, що містять цілі і перешкоди подаються в банк Доплер фільтрів, кожен з яких налаштований на певну частоту (-Doppler-швидкість). Цим способом мети з даними швидкостями реєструються як похідні від даних фільтрів, що може бути здійснено в спеціальних пристроях або програмному забезпеченні. У цій загальній формі, PD радар не може обчислити відстань до цілі. Подальші маніпуляції зводяться до визначення відстані. Це зазвичай робиться, розподілом інтервалу повторення імпульсів на відрізки, які називають відрізками дальності. Це процес називають визначенням дальності і він закінчується набором похідних фільтра, що вказують швидкість будь-яких цілей, виявлених в тому відрізку дальності. Оскільки типовий Pulse Doppler radar працює в середніх частотах PRF (зазвичай тисячі Герц), вищезгаданий метод стає неоднозначним при різних відстанях, і багаторазові різноманітні PRF використовуються разом з певною складною обробкою обчислень.
Важлива якість PD радара це його когеренція. Це означає, що послані сигнали і відображення повинні мати певну фазову залежність. Тільки в цьому випадку радар може розпізнати, що сигнал змінив свою частоту.
PD радари зазвичай вважаються краще MTI для виявлення низько летять цілей у множинних перешкодах землі, це - краща техніка, яка використовується в сучасному винищувачі, для повітряного перехоплення / управління вогнем, приклади того AN / APG-63, 65, 66, 67 і 70 радари. В сучасних PD радарі більшість обробки виконується окремим цифровим комп'ютером, який називається Digital Signal Processor, зазвичай використовуючи потужний алгоритм названий, Fast Fourier Transform, щоб перетворювати переведений в цифрову форму потік зразків відбитків в іншу форму, більш зручну для використання іншими алгоритмами. Цифрові обробники сигналів дуже гнучкі і використовуються алгоритми можуть швидко замінюватися іншими, замінюючи тільки чіпи пам'яті (ROM), таким чином, швидко протидіючи техніки виявлення противника якщо необхідно.
частотні діапазони
Традиційні позначення частотних діапазонів склалися на Заході в ході В торою світової війни. В даний час вони закріплені в США стандартом IEEE, а також міжнародним стандартом ITU. У Росії використовуються власні позначення діапазонів радіохвиль, що не мають такої детальної градації, як наведена нижче.
Частотні діапазони РЛС
Діапазон
частоти
Довжина хвилі
Примітки
HF
3 - 30 МГц
10 - 100 м
Радари берегової охорони, «загорізонтниє» РЛС; (англ. high frequency)
P
<300 МГц
> 1 м
'P' від англ. previous, використовувався в перших радарах
VHF
50 - 330 МГц
0,9 - 6 м
Виявлення на великих дальностях, дослідження землі; (англ. very high frequency)
UHF
300 - 1000 MHz
0.3-1 m
Виявлення на великих дальностях (наприклад, артилерійського обстрілу), дослідження поверхні землі, лісів; (англ. ultra high frequency)
L
1 - 2 ГГц
15 - 30 см
спостереження і контроль за повітряним рухом; (Англ.
Long)
S
2 - 4 ГГц
7,5 - 15 см
управління повітряним рухом, метеорологія, морські радари; (англ. Short)
C
4 - 8 ГГц
3,75 - 7,5 см
метеорологія, проміжний діапазон між X і S; (англ. Compromise)
X
8 - 12 ГГц
2,5 - 3,75 см
наведення ракет, морські радари, погода, картографування середнього дозволу; в США діапазон 10,525ГГц ± 25МГц використовується в РЛС аеропортів.
Ku
12 - 18 ГГц
1,67 - 2,5 см
картографування з високою роздільною здатністю, супутникова альтиметр; (англ. under K )
K
18 - 27 ГГц
1,11 - 1,67 см
ньому. kurz, тобто 'короткий'; використання обмежене через сильне поглинання водяною парою, тому використовуються діапазони Ku і Ka. Діапазон K використовується для виявлення хмар, в поліцейських дорожніх радарах (24,150 ± 0,100 ГГц).
Ka
27 - 40 ГГц
0,75 - 1,11 см
Картографування, управління повітряним рухом на коротких дистанціях, спеціальні радари, керуючі дорожніми фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц); (англ. above K )
mm
40 - 300 ГГц
1 - 7,5 мм
міліметрові хвилі, діляться на два наступних діапазону
V
40 - 75 ГГц
4,0 - 7,5 мм
W
75 - 110 ГГц
2,7 - 4,0 мм
сенсори в експериментальних автоматичних транспортних засобах, високоточні дослідження погодних явищ