Wat is een RADAR: basisprincipes, typen en toepassingen

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





We kunnen verschillende objecten over de hele wereld observeren. Evenzo wordt radarachtige radiodetectie en -bereik gebruikt om de piloten te helpen tijdens het vliegen door mist, omdat de piloot niet kan opmerken waar ze naartoe reizen. De radar die in de vliegtuigen wordt gebruikt, is vergelijkbaar met een zaklamp die werkt met radiogolven in plaats van licht. Het vliegtuig zendt een knipperend radarsignaal uit en luistert naar eventuele aanwijzingen van dat signaal van objecten in de buurt. Zodra de indicaties zijn opgemerkt, identificeert het vliegtuig dat iets dichtbij is en gebruikt het de tijd die nodig is om de indicaties te bereiken om te ontdekken hoe ver weg het is. Dit artikel bespreekt een overzicht van Radar en zijn werking.

Wie heeft de radar uitgevonden?

Net als bij verschillende uitvindingen, is het radarsysteem niet gemakkelijk om een ​​individu te erkennen, omdat het het resultaat was van eerder werk aan de eigenschappen van elektromagnetisch straling voor de toegankelijkheid van tal van elektronische apparaten. De belangrijkste zorgvraag wordt gecompliceerder door het verbergen van militaire privacy waaronder radiolocatietechnieken in de vroege dagen van de Tweede Wereldoorlog in verschillende landen werden onderzocht.




Deze recensie-schrijver concludeerde uiteindelijk dat wanneer radarsysteem een ​​duidelijk geval is van directe creatie, Robert Watson-Watts notitie over Aircraft's Detection & Location of by Radio Methods onmiddellijk 50 jaar geleden werd gepubliceerd. Het was dus de belangrijkste eenzame publicatie op dit gebied. De Britse prestatie in de strijd om Groot-Brittannië besteedde veel aan de uitbreiding van een radarsysteem dat technische groei omvatte met operationele haalbaarheid.

Wat is een radarsysteem?

RADAR staat voor Radiodetectie en variërend systeem. Het is in feite een elektromagnetisch systeem dat wordt gebruikt om de locatie en afstand van een object te detecteren vanaf het punt waar de RADAR is geplaatst. Het werkt door energie de ruimte in te stralen en de echo of het gereflecteerde signaal van de objecten te volgen. Het werkt in het UHF- en microgolfbereik.



Een radar is een elektromagnetische sensor die wordt gebruikt om verschillende objecten op bepaalde afstanden op te sporen, te volgen, te lokaliseren en te identificeren. De werking van radar is dat het elektromagnetische energie uitzendt in de richting van doelen om de echo's te observeren en daaruit terugkeert. Hier zijn de doelen niets anders dan schepen, vliegtuigen, astronomische lichamen, automobielen, ruimtevaartuigen, regen, vogels, insecten, enz. In plaats van de locatie en snelheid van het doel op te merken, verkrijgt het soms ook hun vorm en grootte.

Het belangrijkste doel van radar in vergelijking met infrarood- en optische detectieapparatuur is om verre doelen te ontdekken onder moeilijke klimaatomstandigheden en hun afstand en bereik te bepalen met precisie. Radar heeft een eigen zender die bekend staat als verlichtingsbron voor het plaatsen van doelen. Over het algemeen werkt het in het microgolfgebied van het elektromagnetische spectrum dat wordt berekend in hertz wanneer frequenties zich uitstrekken van 400 MHz tot 40 GHz. De essentiële componenten die in de radar worden gebruikt


Radar ondergaat een snelle ontwikkeling in de jaren 1930-40 om aan de eisen van het leger te voldoen. Het wordt nog steeds algemeen gebruikt door de strijdkrachten, overal waar verschillende technologische vooruitgang is geboekt. Tegelijkertijd wordt radar ook gebruikt in civiele toepassingen, met name bij het regelen van het luchtverkeer, het observeren van het weer, de navigatie van het schip, de omgeving, het waarnemen van afgelegen gebieden, het observeren van de planeet, het meten van snelheid in industriële toepassingen, ruimtebewaking, wetshandhaving, enz.

Werkend principe

De radar werkingsprincipe is heel eenvoudig omdat het elektromagnetische kracht uitzendt en de energie die naar het doel wordt teruggevoerd, onderzoekt. Als de teruggestuurde signalen weer worden ontvangen op de positie van hun bron, dan zit er een obstakel in de overdracht. Dit is het werkingsprincipe van radar.

Fundamentals of Radar

Het RADAR-systeem bestaat doorgaans uit een zender die een elektromagnetisch signaal afgeeft dat door een antenne de ruimte in wordt uitgestraald. Wanneer dit signaal een object raakt, wordt het in vele richtingen gereflecteerd of opnieuw uitgezonden. Dit gereflecteerde of echosignaal wordt ontvangen door de radarantenne die het aan de ontvanger levert, waar het wordt verwerkt om de geografische statistieken van het object te bepalen.

Het bereik wordt bepaald door de tijd te berekenen die het signaal nodig heeft om van de RADAR naar het doel en terug te reizen. De locatie van het doel wordt gemeten in de hoek, vanaf de richting van het echosignaal met maximale amplitude waarnaar de antenne wijst. Om het bereik en de locatie van bewegende objecten te meten, wordt het Doppler-effect gebruikt.

De essentiële onderdelen van dit systeem zijn de volgende.

  • Een zender: Het kan een eindversterker zijn zoals een Klystron, Travelling Wave Tube of een Power Oscillator zoals een Magnetron. Het signaal wordt eerst gegenereerd met behulp van een golfvormgenerator en vervolgens versterkt in de vermogensversterker.
  • Golfgeleiders: De golfgeleiders zijn transmissielijnen voor het verzenden van de RADAR-signalen.
  • Antenne: De gebruikte antenne kan een parabolische reflector zijn, vlakke arrays of elektronisch gestuurde phased arrays.
  • Duplexer: Met een duplexer kan de antenne als zender of ontvanger worden gebruikt. Het kan een gasvormig apparaat zijn dat kortsluiting veroorzaakt aan de ingang van de ontvanger wanneer de zender werkt.
  • Ontvanger: Het kan een superheterodyne ontvanger zijn of een andere ontvanger die uit een processor bestaat om het signaal te verwerken en te detecteren.
  • Drempelbesluit: De output van de ontvanger wordt vergeleken met een drempelwaarde om de aanwezigheid van een object te detecteren. Als de output onder een drempelwaarde ligt, wordt aangenomen dat er ruis is.

Hoe gebruikt Radar radio?

Als de radar eenmaal op een schip of vliegtuig is geplaatst, heeft hij een vergelijkbare essentiële set componenten nodig om radiosignalen te produceren, deze de ruimte in te zenden en door iets te ontvangen, en ten slotte de informatie weer te geven om het te begrijpen. Een magnetron is een soort apparaat dat wordt gebruikt om radiosignalen op te wekken die via radio worden gebruikt. Deze signalen zijn vergelijkbaar met lichtsignalen omdat ze met dezelfde snelheid reizen, maar hun signalen zijn veel langer met minder frequenties.

De golflengte van de lichtsignalen is 500 nanometer, terwijl de radiosignalen die door radar worden gebruikt normaal gesproken variëren van centimeters tot meters. In een elektromagnetisch spectrum worden zowel de signalen zoals radio als licht gemaakt met variabele ontwerpen van magnetische en elektrische energie door de lucht. De magnetron in radar genereert dezelfde microgolven als een magnetron. Het grootste verschil is dat de magnetron in de radar de signalen enkele kilometers moet verzenden, in plaats van alleen kleine afstanden, dus hij is zowel krachtiger als veel groter.

Telkens wanneer de radiosignalen zijn uitgezonden, functioneert een antenne als een zender om ze de lucht in te zenden. Over het algemeen is de antennevorm gebogen, zodat het voornamelijk de signalen concentreert in een exact en smal signaal, maar radarantennes draaien normaal gesproken ook zodat ze acties over een enorm gebied kunnen opmerken.

De radiosignalen reizen met een snelheid van 300.000 km per seconde van de antenne naar buiten totdat ze iets raken en sommigen keren terug naar de antenne. In een radarsysteem is er een essentieel apparaat, namelijk een duplexer. Dit apparaat wordt gebruikt om de antenne heen en weer te laten wisselen tussen een zender en een ontvanger.

Soorten radar

Er zijn verschillende soorten radars, waaronder de volgende.

Bistatische radar

Dit type radarsysteem bevat een Tx-zender en een Rx-ontvanger die is verdeeld over een afstand die gelijk is aan de afstand van het geschatte object. De zender en de ontvanger bevinden zich op een vergelijkbare positie en wordt een monastieke radar genoemd, terwijl de militaire hardware van grond tot lucht en van lucht tot lucht op zeer lange afstand de bistatische radar gebruikt.

Doppler Radar

Het is een speciaal type radar dat het Doppler-effect gebruikt om datasnelheid te genereren met betrekking tot een doelwit op een bepaalde afstand. Dit kan worden verkregen door elektromagnetische signalen in de richting van een object te verzenden, zodat het analyseert hoe de actie van het object de frequentie van het geretourneerde signaal heeft beïnvloed.

Deze verandering geeft zeer nauwkeurige metingen voor de radiale component van de snelheid van een object ten opzichte van de radar. Bij de toepassingen van deze radars zijn verschillende industrieën betrokken, zoals meteorologie, luchtvaart, gezondheidszorg, enz.

Monopulse Radar

Dit soort radarsysteem vergelijkt het verkregen signaal met behulp van een bepaalde radarpuls ernaast door het signaal te contrasteren zoals waargenomen in verschillende richtingen, anders polarisaties. Het meest voorkomende type monopulsradar is de conische scanradar. Dit soort radar evalueert het rendement op twee manieren om de positie van het object rechtstreeks te meten. Het is belangrijk op te merken dat de radars die in het jaar 1960 zijn ontwikkeld, monopulsradars zijn.

Passieve radar

Dit soort radar is voornamelijk ontworpen om de doelen op te merken en te volgen door het verwerken van indicaties van verlichting in de omgeving. Deze bronnen omvatten zowel communicatiesignalen als commerciële uitzendingen. De categorisatie van deze radar kan worden gedaan in dezelfde categorie van bistatische radar.

Instrumentatie Radar

Deze radars zijn ontworpen voor het testen van vliegtuigen, raketten, raketten, enz. Ze geven verschillende informatie, inclusief ruimte, positie en tijd, zowel bij de analyse van nabewerking als in real-time.

Weerradars

Deze worden gebruikt om de richting en het weer te detecteren met behulp van radiosignalen door middel van circulaire of horizontale polarisatie. De frequentiekeuze van weerradars hangt voornamelijk af van een compromis in de prestaties van zowel verzwakking als neerslagreflectie als resultaat van atmosferische waterstoom. Sommige soorten radars zijn voornamelijk ontworpen om Dopplerverschuivingen te gebruiken om de windsnelheid te berekenen, evenals dubbele polarisatie om de soorten regen te herkennen.

Radar in kaart brengen

Deze radars worden voornamelijk gebruikt om een ​​groot geografisch gebied te onderzoeken op de toepassingen van teledetectie en geografie. Als gevolg van de synthetische apertuurradar zijn deze beperkt tot vrij stationaire doelen. Er zijn enkele specifieke radarsystemen die worden gebruikt om mensen na muren te detecteren die meer verschillen van die in bouwmaterialen.

Navigatieradars

Over het algemeen zijn deze hetzelfde voor zoekradars, maar ze zijn beschikbaar met kleine golflengten die kunnen repliceren vanaf de grond en vanaf stenen. Deze worden vaak gebruikt op commerciële schepen en vliegtuigen voor lange afstanden. Er zijn verschillende navigatieradars, zoals scheepsradars, die gewoonlijk op schepen worden geplaatst om een ​​aanvaring te voorkomen, evenals navigatiedoeleinden.

Gepulseerde RADAR

Gepulseerde RADAR zendt hoog vermogen en hoogfrequente pulsen naar het doelobject. Het wacht dan op het echosignaal van het object voordat een nieuwe puls wordt verzonden. Het bereik en de resolutie van de RADAR zijn afhankelijk van de pulsherhalingsfrequentie. Het maakt gebruik van de Doppler-verschuivingsmethode.

Het principe van RADAR dat bewegende objecten detecteert met behulp van de Doppler-verschuiving, werkt op het feit dat echosignalen van stationaire objecten in dezelfde fase zijn en dus worden geannuleerd, terwijl echosignalen van bewegende objecten enkele fase-veranderingen ondergaan. Deze radars zijn ingedeeld in twee typen.

Pulse-Doppler

Het zendt een hoge pulsherhalingsfrequentie uit om Doppler-ambiguïteiten te voorkomen. Het verzonden signaal en het ontvangen echosignaal worden gemengd in een detector om de Doppler-verschuiving te krijgen en het verschilsignaal wordt gefilterd met behulp van een Doppler-filter waar de ongewenste ruissignalen worden afgewezen.

Blokschema van Pulsed Doppler RADAR

Blokschema van Pulsed Doppler RADAR

Indicator voor bewegend doel

Het zendt een lage pulsherhalingsfrequentie uit om onduidelijkheden in het bereik te voorkomen. In een MTI RADAR-systeem worden de ontvangen echosignalen van het object naar de mixer gestuurd, waar ze worden gemengd met het signaal van een stabiele lokale oscillator (STALO) om het IF-signaal te produceren.

Dit IF-signaal wordt versterkt en vervolgens doorgegeven aan de fasedetector waar de fase wordt vergeleken met de fase van het signaal van de Coherent Oscillator (COHO) en het verschilsignaal wordt geproduceerd. Het coherente signaal heeft dezelfde fase als het zendersignaal. Het coherente signaal en het STALO-signaal worden gemengd en doorgegeven aan de vermogensversterker die wordt in- en uitgeschakeld met behulp van de pulsmodulator.

MTI Radar

MTI Radar

Aanhoudende golf

De continue golf RADAR meet niet het bereik van het doel, maar eerder de snelheid van verandering van bereik door de Dopplerverschuiving van het retoursignaal te meten. In een CW RADAR wordt elektromagnetische straling uitgezonden in plaats van pulsen. Het wordt in principe gebruikt voor snelheidsmeting

Het RF-signaal en het IF-signaal worden gemengd in de mengtrap om de lokale oscillatorfrequentie te genereren. Het RF-signaal wordt dan verzonden signaal en het ontvangen signaal door de RADAR-antenne bestaat uit de RF-frequentie plus de Doppler-verschuivingsfrequentie. Het ontvangen signaal wordt gemengd met de lokale oscillatorfrequentie in de tweede mengtrap om het IF-frequentiesignaal te genereren.

Dit signaal wordt versterkt en doorgegeven aan de derde mengtrap waar het wordt gemengd met het IF-signaal om het signaal met Doppler-frequentie te krijgen. Deze Doppler-frequentie of Dopplerverschuiving geeft de snelheid waarmee het bereik van het doelwit verandert, en dus wordt de snelheid van het doelwit gemeten.

Blokschema met CW RADAR

Blokschema met CW RADAR

Vergelijking radarbereik

Er zijn verschillende soorten versies beschikbaar voor de radarbereikvergelijkingen. Hier is de volgende vergelijking een van de fundamentele typen voor een alleen antennesysteem. Wanneer wordt aangenomen dat het object zich in het midden van het antennesignaal bevindt, kan het hoogste radardetectiebereik worden geschreven als

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = zendvermogen

‘Pmin’ = Minimum detecteerbaar signaal

‘Λ’ = Golflengte verzenden

‘Σ’ = Dwarsdoorsnede van de doelradar

‘Fo’ = frequentie in Hz

‘G’ = versterking van een antenne

‘C’ = Lichtsnelheid

In de bovenstaande vergelijking zijn de variabelen stabiel en vertrouwen ze op radar, afgezien van het doel, zoals RCS. De volgorde van het zendvermogen is 1 mW (0 dBm) en de versterking van de antenne is ongeveer 100 (20 dB) voor een ERP (efficiënt uitgestraald vermogen) van 20 dBm (100 mW). De volgorde van de minst opvallende signalen zijn picowatts en de RCS voor een voertuig kan 100 vierkante meter zijn.

Dus de nauwkeurigheid van de vergelijking van het radarbereik zijn de invoergegevens. Pmin (minimaal merkbaar signaal) hangt voornamelijk af van de bandbreedte van de ontvanger (B), F (ruisgetal), T (temperatuur) en noodzakelijke S / R-verhouding (signaal-ruisverhouding).

Een ontvanger met een smalle bandbreedte reageert sneller in vergelijking met een brede BW-ontvanger. Het ruisgetal kan worden gedefinieerd omdat het een berekening is van hoeveel ruis de ontvanger kan bijdragen aan een signaal. Als het ruisgetal kleiner is, zal het geluid minder zijn dat het apparaat doneert. Wanneer de temperatuur stijgt, heeft dit invloed op de gevoeligheid van de ontvanger door stijgende ingangsruis.

Pmin = k T B F (S / N) min

Uit de bovenstaande vergelijking,

‘Pmin’ is het minst detecteerbare signaal

‘K’ is de constante van Boltzmann, zoals 1,38 x 10-23 (Watt * sec / ° Kelvin)

‘T’ is een temperatuur (° Kelvin)

‘B’ is de bandbreedte van een ontvanger (Hz)

'F' is het ruisgetal (dB), ruisfactor (ratio)

(S / N) min = minste S / N-verhouding

Het beschikbare thermische ruisvermogen van de i / p kan proportioneel zijn met de kTB waar ‘k’ de constante van Boltzmann is, ‘T’ de temperatuur is en ‘B’ de bandbreedte van de ontvangstruis in hertz.

T = 62,33 ° F of 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

De bovenstaande vergelijking van het radarbereik kan worden geschreven voor ontvangen vermogen, zoals een reeks functies voor een geleverd zendvermogen, antenneversterking, RCS en golflengte.

Prec = Pt λ2G2σ / (4π) 3R4max = Pt C2G2σ / (4π) 3R4fo2

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Uit de bovenstaande vergelijking,

‘Prec’ is het ontvangen vermogen

‘Pt’ is het zendvermogen

‘Fo’ is de uitzendfrequentie

‘Λ’ is de golflengte van de uitzending

‘G’ is de winst van een antenne

‘Σ’ is de doorsnede van radar

‘R’ is het bereik

‘C’ is de snelheid van het licht

Toepassingen

De toepassingen van radar omvatten de volgende.

Militaire toepassingen

Het heeft 3 belangrijke toepassingen in het leger:

  • In luchtverdediging wordt het gebruikt voor doeldetectie, doelherkenning en wapencontrole (het wapen richten op de gevolgde doelen).
  • In een raketsysteem om het wapen te leiden.
  • Identificatie van vijandelijke locaties op de kaart.

Luchtverkeersleiding

Het heeft 3 belangrijke toepassingen in luchtverkeersleiding:

  • Om het luchtverkeer in de buurt van luchthavens te regelen. De Air Surveillance RADAR wordt gebruikt om de positie van het vliegtuig in de luchthaventerminals te detecteren en weer te geven.
  • Om het vliegtuig te helpen landen bij slecht weer met behulp van Precision Approach RADAR.
  • Om het luchthavenoppervlak te scannen op posities van vliegtuigen en grondvoertuigen

Remote Sensing

Het kan worden gebruikt voor het observeren of observeren van planetaire posities en het monitoren van zee-ijs om een ​​vlotte route voor schepen te garanderen.

Verkeersleiding op de grond

Het kan ook door de verkeerspolitie worden gebruikt om de snelheid van het voertuig te bepalen, de beweging van voertuigen te controleren door waarschuwingen te geven over de aanwezigheid van andere voertuigen of andere obstakels achter hen.

Ruimte

Het heeft 3 belangrijke toepassingen

  • Om het ruimtevoertuig te begeleiden voor een veilige landing op de maan
  • Om de planetaire systemen te observeren
  • Om satellieten te detecteren en te volgen
  • Om de meteoren te volgen

Dus nu heb ik een basis gegeven begrip van RADAR , hoe zit het met het ontwerpen van een eenvoudig project met RADAR?

Fotocredits