Radar ist eine Reihe von wissenschaftlichen Methoden und technischen Mitteln, die verwendet werden, um die Koordinaten und Eigenschaften eines Objekts mittels Radiowellen zu bestimmen. Das zu untersuchende Objekt wird oft als Radarziel (oder einfach als Ziel) bezeichnet.
Radarprinzip
Funkgeräte und -einrichtungen, die zur Erfüllung von Radaraufgaben bestimmt sind, werden als Radarsysteme oder -geräte (Radar oder Radar) bezeichnet. Die Grundlagen des Radars beruhen auf folgenden physikalischen Phänomenen und Eigenschaften:
- Im Ausbreitungsmedium Radiowellen, die auf Objekte mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften treffen, werden sie gestreut. Die vom Ziel reflektierte Welle (oder seine eigene Strahlung) ermöglicht es Radarsystemen, das Ziel zu erkennen und zu identifizieren.
- Bei großen Entfernungen wird angenommen, dass die Ausbreitung von Funkwellen geradlinig ist, mit einer konstanten Geschwindigkeit in einem bekannten Medium. Diese Annahme ermöglicht es, die Entfernung zum Ziel und seine Winkelkoordinaten (mit einem gewissen Fehler) zu messen.
- Basierend auf dem Doppler-Effekt berechnet die Frequenz des empfangenen reflektierten Signals die Radialgeschwindigkeit des Strahlungspunktsbezüglich RLU.
Historischer Hintergrund
Auf die Reflexionsfähigkeit von Radiowellen haben der große Physiker G. Hertz und der russische Elektroingenieur A. S. Popov am Ende des 19. Jahrhunderts. Laut einem Patent aus dem Jahr 1904 wurde das erste Radar vom deutschen Ingenieur K. Hulmeier entwickelt. Das Gerät, das er Telemobiloskop nannte, wurde auf Schiffen eingesetzt, die den Rhein durchpflügten. Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Luftfahrttechnologie erschien der Einsatz von Radar als Element der Luftverteidigung sehr vielversprechend. Die Forschung auf diesem Gebiet wurde von führenden Experten aus vielen Ländern der Welt durchgeführt.
1932 beschrieb Pavel Kondratievich Oshchepkov, ein Forscher am LEFI (Leningrad Electrophysical Institute), in seinen Werken das Grundprinzip des Radars. Er hat in Zusammenarbeit mit den Kollegen B. K. Shembel und V. V. Tsimbalin demonstrierte im Sommer 1934 einen Prototyp einer Radaranlage, die ein Ziel in einer Höhe von 150 m in einer Entfernung von 600 m erkannte.
Radartypen
Die Art der elektromagnetischen Strahlung des Ziels lässt uns von mehreren Arten von Radar sprechen:
- Passives Radar erforscht seine eigene Strahlung (thermisch, elektromagnetisch usw.), die Ziele erzeugt (Raketen, Flugzeuge, Weltraumobjekte).
- Aktiv mit einer aktiven Antwort wird durchgeführt, wenn das Objekt mit einem eigenen Sender ausgestattet ist und mit diesem interagierterfolgt nach dem "Request-Response"-Algorithmus.
- Aktiv mit passiver Reaktion beinh altet die Untersuchung des sekundären (reflektierten) Funksignals. Die Radarstation besteht in diesem Fall aus einem Sender und einem Empfänger.
- Semiaktives Radar ist ein Sonderfall von aktiv, wenn sich der Empfänger der reflektierten Strahlung außerhalb des Radars befindet (z. B. ein Strukturelement einer Zielsuchrakete).
Jede Art hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.
Methoden und Geräte
Alle Radarmittel werden nach der verwendeten Methode in Radare mit kontinuierlicher und gepulster Strahlung unterteilt.
Die ersten enth alten einen Sender und einen Empfänger von Strahlung, die gleichzeitig und kontinuierlich wirken. Nach diesem Prinzip entstanden die ersten Radargeräte. Ein Beispiel für ein solches System ist ein Funkhöhenmesser (ein Flugzeuggerät, das die Entfernung eines Flugzeugs von der Erdoberfläche bestimmt) oder ein allen Autofahrern bekanntes Radar zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs.
Beim gepulsten Verfahren wird elektromagnetische Energie in kurzen Impulsen innerhalb weniger Mikrosekunden abgestrahlt. Nach der Erzeugung eines Signals arbeitet die Station nur noch für den Empfang. Nach dem Einfangen und Registrieren der reflektierten Funkwellen sendet das Radar einen neuen Impuls und die Zyklen wiederholen sich.
Radarbetriebsarten
Es gibt zwei Hauptbetriebsarten von Radarstationen und -geräten. Das erste ist das Scannen des Weltraums. Es wird nach einem strengen durchgeführtSystem. Bei einer sequentiellen Überprüfung kann die Bewegung des Radarstrahls kreisförmig, spiralförmig, konisch oder sektoral sein. Beispielsweise kann sich ein Antennenarray langsam im Kreis drehen (im Azimut), während es gleichzeitig in Elevation scannt (nach oben und unten kippt). Beim parallelen Scannen erfolgt die Überprüfung durch einen Strahl von Radarstrahlen. Jeder hat seinen eigenen Empfänger, mehrere Informationsflüsse werden gleichzeitig verarbeitet.
Tracking-Modus impliziert eine konstante Richtwirkung der Antenne auf das ausgewählte Objekt. Um es entsprechend der Flugbahn eines sich bewegenden Ziels zu drehen, werden spezielle automatische Verfolgungssysteme verwendet.
Algorithmus zur Bestimmung der Entfernung und Richtung
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in der Atmosphäre beträgt 300.000 km/s. Wenn man also die Zeit kennt, die das Sendesignal benötigt, um die Entfernung von der Station zum Ziel und zurück zurückzulegen, ist es einfach, die Entfernung des Objekts zu berechnen. Dazu ist es notwendig, den Zeitpunkt des Sendens des Impulses und den Zeitpunkt des Empfangs des reflektierten Signals genau aufzuzeichnen.
Um Informationen über den Standort des Ziels zu erh alten, wird ein stark gerichtetes Radar verwendet. Die Bestimmung des Azimuts und der Elevation (Elevation oder Elevation) eines Objekts erfolgt durch eine Antenne mit schmalem Strahl. Moderne Radargeräte verwenden dafür Phased Antenna Arrays (PAR), die einen schmaleren Strahl einstellen können und sich durch eine hohe Rotationsgeschwindigkeit auszeichnen. Der Vorgang der Raumabtastung wird in der Regel von mindestens zwei Strahlen durchgeführt.
Hauptsystemparameter
VonDie taktischen und technischen Eigenschaften der Ausrüstung hängen weitgehend von der Effizienz und Qualität der Aufgaben ab.
Die taktischen Indikatoren des Radars beinh alten:
- Sichtbereich begrenzt durch den minimalen und maximalen Zielerfassungsbereich, zulässige Azimut- und Elevationswinkel.
- Auflösung in Entfernung, Azimut, Höhe und Geschwindigkeit (die Fähigkeit, die Parameter von Zielen in der Nähe zu bestimmen).
- Messgenauigkeit, die anhand grober, systematischer oder zufälliger Fehler gemessen wird.
- Störfestigkeit und Zuverlässigkeit.
- Der Automatisierungsgrad zum Extrahieren und Verarbeiten des eingehenden Datenstroms.
Bestimmte taktische Eigenschaften werden bei der Konstruktion von Geräten durch bestimmte technische Parameter festgelegt, darunter:
- Trägerfrequenz und Modulation der erzeugten Schwingungen;
- Antennenmuster;
- Leistung von Sende- und Empfangsgeräten;
- Gesamtabmessungen und Gewicht des Systems.
Im Dienst
Radar ist ein universelles Werkzeug, das in Militär, Wissenschaft und Volkswirtschaft weit verbreitet ist. Durch die Entwicklung und Verbesserung technischer Mittel und Messtechniken erweitern sich die Einsatzgebiete stetig.
Der Einsatz von Radar in der Militärindustrie ermöglicht es uns, die wichtigen Aufgaben der Überprüfung und Kontrolle des Weltraums sowie der Erkennung von Luft-, Boden- und Wassermobilzielen zu lösen. OhneRadargeräten ist eine Ausrüstung zur Informationsunterstützung von Navigationssystemen und Feuerleitsystemen nicht mehr vorstellbar.
Militärradar ist die Kernkomponente des strategischen Raketenwarnsystems und der integrierten Raketenabwehr.
Radioastronomie
Von der Erdoberfläche gesendete Funkwellen werden auch von Objekten im nahen und fernen Weltraum sowie von erdnahen Zielen reflektiert. Viele Weltraumobjekte konnten nur mit optischen Instrumenten nicht vollständig untersucht werden, und erst der Einsatz von Radarmethoden in der Astronomie ermöglichte es, reichh altige Informationen über ihre Beschaffenheit und Struktur zu erh alten. Passivradar für die Monderkundung wurde erstmals 1946 von amerikanischen und ungarischen Astronomen eingesetzt. Etwa zur gleichen Zeit wurden versehentlich auch Funksignale aus dem Weltraum empfangen.
In modernen Radioteleskopen hat die Empfangsantenne die Form einer großen konkaven Kugelschale (wie der Spiegel eines optischen Reflektors). Je größer ihr Durchmesser, desto schwächer ist das Signal, das die Antenne empfangen kann. Radioteleskope arbeiten oft auf komplexe Weise und kombinieren nicht nur Geräte, die nahe beieinander stehen, sondern auch auf verschiedenen Kontinenten. Zu den wichtigsten Aufgaben der modernen Radioastronomie gehört die Erforschung von Pulsaren und Galaxien mit aktiven Kernen, die Erforschung des interstellaren Mediums.
Zivile Nutzung
In der Land- und Forstwirtschaft RadarGeräte sind unverzichtbar, um Informationen über die Verteilung und Dichte von Pflanzenmassen zu erh alten, die Struktur, Parameter und Arten von Böden zu untersuchen und Brände rechtzeitig zu erkennen. In der Geographie und Geologie wird Radar verwendet, um topographische und geomorphologische Arbeiten durchzuführen, die Struktur und Zusammensetzung von Gesteinen zu bestimmen und nach Mineralvorkommen zu suchen. In der Hydrologie und Ozeanographie werden Radarmethoden eingesetzt, um den Zustand der Hauptwasserstraßen des Landes, die Schnee- und Eisbedeckung zu überwachen und die Küstenlinie zu kartieren.
Radar ist ein unverzichtbarer Helfer für Meteorologen. Das Radar kann den Zustand der Atmosphäre in einer Entfernung von mehreren zehn Kilometern leicht ermitteln, und durch die Analyse der erh altenen Daten wird eine Vorhersage über Änderungen der Wetterbedingungen in einem bestimmten Gebiet erstellt.
Entwicklungsperspektiven
Für eine moderne Radarstation ist das Hauptbewertungskriterium das Verhältnis von Effizienz und Qualität. Effizienz bezieht sich auf die allgemeinen Leistungsmerkmale von Geräten. Das Erstellen eines perfekten Radars ist eine komplexe ingenieurwissenschaftliche und technisch-wissenschaftliche Aufgabe, deren Umsetzung nur unter Verwendung der neuesten Errungenschaften in Elektromechanik und Elektronik, Informatik und Computertechnologie, Energie möglich ist.
Nach Prognosen von Experten werden in naher Zukunft die Hauptfunktionseinheiten von Stationen unterschiedlicher Komplexität und Zweckbestimmung aktive Phased-Arrays (Phased Antenna Arrays) sein, die analoge Signale in digitale umwandeln. EntwicklungDer Computerkomplex wird die Steuerung und die Grundfunktionen des Radars vollständig automatisieren und dem Endbenutzer eine umfassende Analyse der empfangenen Informationen liefern.
