Radar là một tập hợp các phương pháp khoa học và phương tiện kỹ thuật dùng để xác định tọa độ và đặc điểm của vật thể bằng sóng vô tuyến. Đối tượng đang được điều tra thường được gọi là mục tiêu radar (hoặc đơn giản là mục tiêu).
Nguyên lý của radar
Thiết bị và phương tiện vô tuyến được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ của radar được gọi là hệ thống hoặc thiết bị ra đa (ra đa hoặc ra đa). Khái niệm cơ bản của radar dựa trên các hiện tượng và tính chất vật lý sau:
- Trong môi trường lan truyền, sóng vô tuyến, khi gặp các vật có tính chất điện khác nhau, sẽ bị tán xạ trên chúng. Sóng phản xạ từ mục tiêu (hoặc bức xạ của chính nó) cho phép hệ thống radar phát hiện và xác định mục tiêu.
- Ở khoảng cách xa, sự lan truyền của sóng vô tuyến được coi là tuyến tính, với tốc độ không đổi trong một môi trường đã biết. Giả định này giúp bạn có thể đo phạm vi tới mục tiêu và tọa độ góc của nó (với một sai số nhất định).
- Dựa trên hiệu ứng Doppler, tần số của tín hiệu phản xạ nhận được sẽ tính toán vận tốc xuyên tâm của điểm bức xạliên quan đến RLU.
Bối cảnh lịch sử
Khả năng phản xạ của sóng vô tuyến đã được nhà vật lý vĩ đại G. Hertz và kỹ sư điện người Nga A. S. Popov vào cuối thế kỷ 19. Theo bằng sáng chế năm 1904, radar đầu tiên được tạo ra bởi kỹ sư người Đức K. Hulmeier. Thiết bị mà ông gọi là kính viễn vọng, được sử dụng trên các con tàu cày nát sông Rhine. Cùng với sự phát triển của công nghệ hàng không, việc sử dụng radar có vẻ rất hứa hẹn như một yếu tố của phòng không. Nghiên cứu trong lĩnh vực này được thực hiện bởi các chuyên gia hàng đầu đến từ nhiều quốc gia trên thế giới.
Năm 1932, Pavel Kondratievich Oshchepkov, một nhà nghiên cứu tại LEFI (Viện Vật lý Điện Leningrad), đã mô tả nguyên lý cơ bản của radar trong các công trình của mình. Anh ấy, phối hợp với các đồng nghiệp B. K. Shembel và V. V. Tsimbalin vào mùa hè năm 1934 đã trình diễn một nguyên mẫu lắp đặt radar phát hiện mục tiêu ở độ cao 150 m ở khoảng cách 600 m.
Các loại radar
Bản chất của bức xạ điện từ của mục tiêu cho phép chúng ta nói về một số loại radar:
- Radar thụ động khám phá bức xạ của chính nó (nhiệt, điện từ, v.v.) tạo ra mục tiêu (tên lửa, máy bay, vật thể không gian).
- Hoạt động với phản hồi tích cực được thực hiện nếu đối tượng được trang bị thiết bị phát riêng và tương tác với nóxảy ra theo thuật toán "yêu cầu - phản hồi".
- Chủ động với phản hồi thụ động liên quan đến việc nghiên cứu tín hiệu vô tuyến thứ cấp (phản xạ). Trạm radar trong trường hợp này bao gồm một máy phát và một máy thu.
- Radar bán chủ động là một trường hợp hoạt động đặc biệt, trong trường hợp máy thu bức xạ phản xạ được đặt bên ngoài radar (ví dụ, nó là thành phần cấu trúc của tên lửa đang di chuyển).
Mỗi loài đều có ưu và nhược điểm riêng.
Phương pháp và thiết bị
Tất cả các phương tiện radar theo phương pháp được sử dụng được chia thành radar bức xạ xung và liên tục.
Đầu tiên chứa một máy phát và máy thu bức xạ, hoạt động đồng thời và liên tục. Theo nguyên tắc này, các thiết bị radar đầu tiên đã được tạo ra. Ví dụ về hệ thống như vậy là máy đo độ cao vô tuyến (thiết bị máy bay xác định khoảng cách của máy bay từ bề mặt trái đất) hoặc radar mà tất cả người lái xe ô tô biết để xác định tốc độ của xe.
Trong phương pháp xung, năng lượng điện từ được phát ra dưới dạng xung ngắn trong vòng vài micro giây. Sau khi phát tín hiệu, trạm chỉ hoạt động để thu tín hiệu. Sau khi bắt và đăng ký các sóng vô tuyến phản xạ, radar truyền một xung mới và các chu kỳ lặp lại.
Chế độ hoạt động của radar
Có hai chế độ hoạt động chính của các trạm và thiết bị radar. Đầu tiên là quét không gian. Nó được thực hiện theo một nghiêm ngặthệ thống. Với việc xem xét tuần tự, chuyển động của chùm tia radar có thể là hình tròn, xoắn ốc, hình nón, theo ngành về bản chất. Ví dụ, một mảng ăng-ten có thể quay từ từ theo hình tròn (theo góc phương vị) trong khi quét đồng thời theo độ cao (nghiêng lên và xuống). Với việc quét song song, việc rà soát được thực hiện bằng một chùm tia radar. Mỗi bên có bộ thu riêng, một số luồng thông tin đang được xử lý cùng một lúc.
Chế độ theo dõi ngụ ý định hướng không đổi của ăng-ten tới đối tượng đã chọn. Để biến nó, theo quỹ đạo của mục tiêu đang di chuyển, các hệ thống theo dõi tự động đặc biệt được sử dụng.
Thuật toán xác định phạm vi và hướng
Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong khí quyển là 300 nghìn km / s. Do đó, biết được thời gian của tín hiệu phát sóng để bao phủ khoảng cách từ trạm đến mục tiêu và trở lại, ta sẽ dễ dàng tính được khoảng cách của đối tượng. Để làm được điều này, cần phải ghi lại chính xác thời điểm phát xung và thời điểm nhận được tín hiệu phản xạ.
Để có được thông tin về vị trí của mục tiêu, radar định hướng cao được sử dụng. Việc xác định phương vị và độ cao (độ cao hoặc độ cao) của một đối tượng được thực hiện bởi một ăng ten có chùm tia hẹp. Các radar hiện đại sử dụng mảng ăng-ten theo từng giai đoạn (PAR) cho việc này, có khả năng thiết lập chùm tia hẹp hơn và được đặc trưng bởi tốc độ quay cao. Theo quy định, quá trình quét không gian được thực hiện bởi ít nhất hai chùm tia.
Thông số hệ thống chính
Từcác đặc tính kỹ chiến thuật của thiết bị phần lớn phụ thuộc vào hiệu quả và chất lượng của các nhiệm vụ.
Các chỉ số chiến thuật của radar bao gồm:
- Khu vực xem được giới hạn bởi phạm vi phát hiện mục tiêu tối thiểu và tối đa, góc phương vị và độ cao cho phép.
- Độ phân giải trong phạm vi, góc phương vị, độ cao và tốc độ (khả năng xác định các thông số của mục tiêu lân cận).
- Độ chính xác của phép đo, được đo bằng sự hiện diện của các lỗi tổng thể, hệ thống hoặc ngẫu nhiên.
- Khả năng chống ồn và độ tin cậy.
- Mức độ tự động hóa để trích xuất và xử lý luồng dữ liệu đến.
Các đặc tính kỹ thuật cụ thể được trình bày khi thiết kế thiết bị thông qua các thông số kỹ thuật nhất định, bao gồm:
- tần số sóng mang và điều chế dao động được tạo ra;
- mẫu ăng-ten;
- sức mạnh của thiết bị truyền và nhận;
- Kích thước tổng thể và trọng lượng của hệ thống.
Đang trực
Radar là một công cụ phổ quát được sử dụng rộng rãi trong quân sự, khoa học và nền kinh tế quốc dân. Các lĩnh vực sử dụng đang ngày càng mở rộng do sự phát triển và cải tiến của các phương tiện kỹ thuật và công nghệ đo lường.
Việc sử dụng radar trong ngành quân sự cho phép chúng ta giải quyết các nhiệm vụ quan trọng là rà soát và kiểm soát không gian, phát hiện các mục tiêu di động trên không, trên mặt đất và trên mặt nước. Không córadar, không thể tưởng tượng được thiết bị phục vụ cho việc hỗ trợ thông tin của hệ thống định vị và hệ thống điều khiển súng đạn.
Radar quân sự là thành phần cốt lõi của hệ thống cảnh báo tên lửa chiến lược và phòng thủ tên lửa tích hợp.
Đài thiên văn
Được gửi từ bề mặt trái đất, sóng vô tuyến cũng được phản xạ từ các vật thể trong không gian gần và xa, cũng như từ các mục tiêu gần Trái đất. Nhiều vật thể không gian không thể được điều tra đầy đủ nếu chỉ sử dụng các thiết bị quang học, và chỉ việc sử dụng các phương pháp radar trong thiên văn học mới có thể thu được nhiều thông tin phong phú về bản chất và cấu trúc của chúng. Radar thụ động để thăm dò Mặt Trăng lần đầu tiên được các nhà thiên văn học người Mỹ và Hungary sử dụng vào năm 1946. Cùng lúc đó, các tín hiệu vô tuyến từ ngoài không gian cũng vô tình nhận được.
Trong các kính thiên văn vô tuyến hiện đại, ăng ten thu sóng có hình dạng một cái bát lớn hình cầu lõm (giống như gương phản xạ quang học). Đường kính của nó càng lớn thì tín hiệu ăng-ten càng yếu. Thông thường, kính thiên văn vô tuyến hoạt động theo một cách thức phức tạp, không chỉ kết hợp các thiết bị đặt gần nhau mà còn nằm trên các lục địa khác nhau. Trong số các nhiệm vụ quan trọng nhất của thiên văn học vô tuyến hiện đại là nghiên cứu các sao xung và thiên hà có hạt nhân hoạt động, nghiên cứu môi trường giữa các vì sao.
Dân dụng
Trong nông nghiệp và lâm nghiệp, radarthiết bị không thể thiếu để thu thập thông tin về sự phân bố và mật độ của các khối thực vật, nghiên cứu cấu trúc, thông số và loại đất, phát hiện kịp thời đám cháy. Trong địa lý và địa chất, radar được sử dụng để thực hiện công việc địa hình và địa mạo, xác định cấu trúc và thành phần của đá, và tìm kiếm các mỏ khoáng sản. Trong thủy văn và hải dương học, các phương pháp radar được sử dụng để theo dõi tình trạng của các tuyến đường thủy chính của đất nước, lớp phủ băng tuyết và lập bản đồ đường bờ biển.
Radar là trợ thủ đắc lực không thể thiếu của các nhà khí tượng. Radar có thể dễ dàng tìm ra trạng thái của bầu khí quyển ở khoảng cách hàng chục km và bằng cách phân tích dữ liệu thu được, một dự báo được đưa ra về những thay đổi của điều kiện thời tiết ở một khu vực cụ thể.
Triển vọng phát triển
Đối với một trạm radar hiện đại, tiêu chí đánh giá chính là tỷ lệ giữa hiệu quả và chất lượng. Hiệu quả đề cập đến các đặc tính hiệu suất chung của thiết bị. Tạo ra một radar hoàn hảo là một nhiệm vụ kỹ thuật và khoa học kỹ thuật phức tạp, việc thực hiện nó chỉ có thể thực hiện được khi sử dụng những thành tựu mới nhất về cơ điện và điện tử, tin học và công nghệ máy tính, năng lượng.
Theo dự báo của các chuyên gia, trong tương lai gần, đơn vị chức năng chính của các trạm có mức độ phức tạp và mục đích khác nhau sẽ là mảng pha hoạt động thể rắn (mảng anten pha), giúp chuyển đổi tín hiệu tương tự thành kỹ thuật số. Sự phát triểnTổ hợp máy tính sẽ tự động hóa hoàn toàn việc điều khiển và các chức năng cơ bản của radar, cung cấp cho người dùng cuối phân tích toàn diện về thông tin nhận được.
