Back to the topics list

радар

Розуміння радара для навігації

Радар , що означає радіовиявлення та визначення дальності , — це система виявлення, яка використовує радіохвилі для визначення дальності, кута або швидкості об’єктів. Він може знаходити такі об’єкти, як літаки, кораблі, космічні кораблі, керовані ракети, автомобілі, погодні утворення та місцевість. Радарна система посилає радіосигнал у формі хвилі; потім ця хвиля вдаряється об об’єкт і повертається назад, дозволяючи радарній системі обчислити відстань до об’єкта на основі часу, який знадобився для повернення сигналу.

Історія та розвиток

Поняття радара існує з 19 століття, коли Генріх Герц продемонстрував, що радіохвилі можуть відбиватися від металевих предметів. Однак радар, яким ми його знаємо сьогодні, був розроблений у 1930-1940-х роках, головним чином для військового використання під час Другої світової війни. З тих пір він перетворився на важливий інструмент для навігації як у військовій, так і в цивільній сферах.

Як працює радар

Щоб зрозуміти, як працюють радіолокаційні системи, важливо зрозуміти основи електромагнітних хвиль. Коли радар передає сигнал, він випромінює електромагнітні хвилі, які поширюються в повітрі зі швидкістю світла, що становить приблизно \(3.00 \times 10^8\) метрів за секунду. Рівняння для обчислення відстані ( \(D\) ) до об’єкта, коли відомий час ( \(T\) ), потрібний для повернення радіолокаційного сигналу, визначається за формулою:

де \(c\) — швидкість світла. Поділ на 2 необхідний, тому що сигнал поширюється до об’єкта і назад, подвоюючи відстань.

Типи РЛС

Існує кілька типів радіолокаційних систем, кожна з яких призначена для певних цілей:

• Імпульсний радар: передає потужний імпульс, а потім прослуховує відлуння. Час затримки між передачею та прийомом луни визначає дальність цілі.
• Безперервний радар: безперервно передає та приймає. Він в основному використовується для вимірювання швидкості за допомогою ефекту Доплера.
• Первинний радар: покладається виключно на відбиті сигнали від об’єктів.
• Вторинний радар: використовує транспондери на кораблях або літаках. Він передає сигнал, отриманий транспондером, який відповідає іншим сигналом, що надає додаткову інформацію, наприклад висоту або ідентифікацію.

Радар у навігації

Радар незамінний у навігації кораблів і літаків. Це допомагає уникати зіткнень, орієнтуватися в погану погоду та проводити пошуково-рятувальні операції.

• Морська навігація: радар допомагає кораблям виявляти інші судна, особливо в тумані чи вночі. Він також використовується для визначення відстані до берегової лінії або навігаційних буїв.
• Аеронавігація: Управління повітряним рухом використовує радар для спостереження за положенням літака в небі, сприяючи безпечному зльоту, посадці та підтримці належної відстані між літаками.

Доплерівський радар та його застосування

Ефект Доплера, названий на честь австрійського фізика Крістіана Доплера, — це зміна частоти або довжини хвилі відносно спостерігача, що рухається відносно джерела хвилі. У радіолокаційній техніці ефект Доплера використовується для вимірювання швидкості виявлених об'єктів. Доплерівський радар може визначати швидкість рухомого об’єкта, спостерігаючи за зміною частоти поверненого радіолокаційного сигналу. Це особливо корисно для прогнозування погоди для вимірювання швидкості та напрямку вітру.

Обмеження радара

Незважаючи на свою ефективність, радіолокаційні системи мають обмеження:

• Відбиття та дифракція: об’єкти неправильної форми або невеликого розміру можуть відбивати радіолокаційні хвилі від приймача, ускладнюючи виявлення. Крім того, радіолокаційні хвилі можуть дифрагувати або огинатися навколо об’єктів, що призводить до неточностей.
• Перешкоди: радіолокаційні системи можуть страждати від перешкод від інших радарних систем, відомих як перешкоди, або від природних явищ, як-от сильний дощ або сніг.
• Діапазон і роздільна здатність: відстань, на якій радар може точно виявляти об’єкти, обмежена. Подібним чином здатність радара розрізняти об’єкти, розташовані близько один до одного, відома як його роздільна здатність, також може бути обмежена.

Досягнення в радіолокаційних технологіях

Щоб подолати ці обмеження, радіолокаційна технологія досягла значних успіхів:

• Радар із фазованою решіткою: використовує антенну решітку, керовану комп’ютерними системами, щоб швидко керувати променем радара, не переміщуючи самі антени. Це підвищує швидкість і точність виявлення та супроводу цілей.
• Радар із синтетичною апертурою (SAR): використовує рух антени радара над цільовою областю для забезпечення кращої просторової роздільної здатності, ніж звичайні радари зі скануванням променя. SAR особливо корисний для спостереження Землі з космосу.
• Цифровий радар: містить цифрову обробку для покращення обробки сигналів і зменшення перешкод, що забезпечує чіткіші результати та надійнішу роботу.

Програми за межами навігації

Хоча навігація залишається основною програмою для радіолокаційних систем, їх використання поширюється на різні сфери:

• Моніторинг погоди: доплерівський радар має вирішальне значення для відстеження та прогнозування погодних умов, включаючи шторми, урагани та торнадо, шляхом моніторингу швидкості вітру та опадів.
• Військове застосування: окрім допомоги в навігації, радар використовується для спостереження, відстеження цілей, наведення ракет і розвідки.
• Дослідження космосу: радіолокаційні методи використовуються для картографування поверхні планет і супутників, а також для відстеження й аналізу астероїдів і комет.

Висновок

Радарна технологія відіграє вирішальну роль у сучасних навігаційних системах як для цивільних, так і для військових цілей. Випромінюючи радіохвилі та аналізуючи відлуння, радарні системи можуть виявляти та відстежувати об’єкти на великих відстанях. Незважаючи на обмеження, постійний прогрес радіолокаційної технології продовжує покращувати її точність, роздільну здатність і надійність. Як універсальний інструмент, застосування радара охоплює від забезпечення безпечних морських і повітряних подорожей до покращення прогнозування погоди та сприяння дослідженню космосу. Розуміння принципів, що лежать в основі радара та його різноманітних застосувань, дозволяє нам оцінити його вплив на безпеку, наукові дослідження та щоденну роботу в різних секторах.