Què és un RADAR: conceptes bàsics, tipus i aplicacions

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Podem observar diferents objectes a tot el món. De la mateixa manera, la detecció i el radiocomunicació de tipus radar s’utilitzen per ajudar els pilots mentre volen a través de la boira perquè el pilot no pot notar allà on viatja. El radar utilitzat en els avions és similar a un fanal que funciona amb ones de ràdio en lloc de la llum. L’avió transmet un senyal de radar parpellejant i escolta qualsevol indicació d’aquest senyal d’objectes propers. Un cop es noten les indicacions, l'avió identifica que hi ha alguna cosa a prop i utilitza el temps que han trigat les indicacions a arribar per descobrir la distància que té. En aquest article es parla d’una visió general del radar i del seu funcionament.

Qui va inventar el radar?

De manera similar a diversos invents, el sistema de radar no és fàcil donar crèdit a una persona perquè va ser el resultat d’un treball anterior sobre les propietats de electromagnètic radiació per a l'accessibilitat de nombrosos dispositius electrònics. La qüestió de preocupació principal és més complicada per l’amagatall de la privadesa militar sota la qual es van examinar les tècniques de localització per ràdio a diferents països durant els primers dies de la Segona Guerra Mundial.




L’escriptor de la revisió finalment va concloure que quan el sistema de radar és un cas clar de creació directa, la nota de Robert Watson-Watt sobre Aircraft’s Detection & Location of by Radio Methods publicada immediatament fa 50 anys. Per tant, va ser la publicació solitària més significativa en aquest camp. Els èxits britànics en la lluita contra Gran Bretanya van destinar molt a l'expansió d'un sistema de radar que incloïa un creixement tècnic amb viabilitat operativa.

Què és un sistema de radar?

RADAR significa Detecció de ràdio i sistema de rang. Bàsicament és un sistema electromagnètic que s’utilitza per detectar la ubicació i la distància d’un objecte des del punt on es col·loca el RADAR. Funciona radiant energia a l’espai i controlant l’eco o el senyal reflectit dels objectes. Funciona a la gamma UHF i microones.



Un radar és un sensor electromagnètic que s’utilitza per notar, rastrejar, localitzar i identificar diferents objectes que es troben a determinades distàncies. El funcionament del radar és que transmet energia electromagnètica en la direcció dels objectius per observar els ecos i tornar-ne. Aquí els objectius no són res més que vaixells, avions, cossos astronòmics, vehicles d’automòbil, naus espacials, pluja, ocells, insectes, etc. En lloc de notar la ubicació i la velocitat de l’objectiu, també obté la seva forma i mida de vegades.

L'objectiu principal del radar en comparació amb els dispositius de detecció òptica i d'infrarojos és descobrir objectius llunyans en condicions climàtiques difícils i determinar la seva distància, abast, mitjançant precisió. El radar té el seu propi transmissor, conegut com a font d’il·luminació per col·locar objectius. En general, funciona a l’àrea de microones de l’espectre electromagnètic que es calcula en hertz quan les freqüències s’estenen de 400 MHz a 40 GHz. Els components essencials que s’utilitzen al radar


El radar experimenta un ràpid desenvolupament durant els anys 1930-40 per assolir els requisits dels militars. Encara s’utilitza àmpliament a través de les forces armades, allà on s’hagin creat diversos avenços tecnològics. Simultàniament, el radar també s’utilitza en aplicacions civils, especialment en el control del trànsit aeri, l’observació del temps, la navegació del vaixell, el medi ambient, la detecció des de zones remotes, l’observació de planetes, la mesura de la velocitat en aplicacions industrials, la vigilància de l’espai, la policia, etc.

Principi de funcionament

El principi de funcionament del radar és molt senzill perquè transmet potència electromagnètica i examina l’energia retornada de nou a l’objectiu. Si els senyals retornats es reben de nou a la posició de la seva font, hi ha un obstacle en la transmissió. Aquest és el principi de funcionament del radar.

Fonaments del radar

El sistema RADAR consisteix generalment en un transmissor que produeix un senyal electromagnètic que és radiat a l'espai per una antena. Quan aquest senyal colpeja un objecte, es reflecteix o es reradia en moltes direccions. Aquest senyal reflectit o de ressò és rebut per l'antena de radar que el lliura al receptor, on es processa per determinar les estadístiques geogràfiques de l'objecte.

L'abast es determina calculant el temps que triga el senyal en viatjar des del RADAR fins a l'objectiu i tornar. La ubicació de l’objectiu es mesura en angle, des de la direcció del senyal de ressò d’amplitud màxima, cap a l’antena. Per mesurar l'abast i la ubicació dels objectes en moviment, s'utilitza l'efecte Doppler.

Les parts essencials d’aquest sistema inclouen les següents.

  • Un transmissor: Pot ser un amplificador de potència com un Klystron, un Traveling Wave Tube o un oscil·lador de potència com un Magnetron. El senyal es genera primer mitjançant un generador de formes d’ona i després s’amplifica a l’amplificador de potència.
  • Guies d'ona: Les guies d’ones són línies de transmissió per a la transmissió dels senyals RADAR.
  • Antena: L'antena utilitzada pot ser un reflector parabòlic, matrius plans o matrius per fases dirigits electrònicament.
  • Dúplex: Un duplexer permet utilitzar l’antena com a transmissor o receptor. Pot ser un dispositiu gasós que produeixi un curtcircuit a l'entrada del receptor quan el transmissor funcioni.
  • Receptor: Pot ser un receptor superheterodí o qualsevol altre receptor que consisteixi en un processador per processar el senyal i detectar-lo.
  • Decisió de llindar: La sortida del receptor es compara amb un llindar per detectar la presència de qualsevol objecte. Si la sortida és inferior a qualsevol llindar, se suposa la presència de soroll.

Com utilitza Radar la ràdio?

Una vegada que el radar es col·loca en un vaixell o avió, requereix un conjunt essencial similar de components per produir senyals de ràdio, transmetre'ls a l'espai i rebre'ls per alguna cosa i, finalment, mostrar la informació per entendre-ho. El magnetró és un tipus de dispositiu que s’utilitza per generar senyals de ràdio que s’utilitzen a través de la ràdio. Aquests senyals són similars als senyals de llum perquè viatgen a la mateixa velocitat, però els seus senyals són molt més llargs amb menys freqüències.

La longitud d'ona dels senyals lluminosos és de 500 nanòmetres, mentre que els senyals de ràdio que utilitza el radar normalment oscil·len entre centímetres i metres. En un espectre electromagnètic, tant els senyals com la ràdio i la llum es fabriquen amb dissenys variables d’energia magnètica i elèctrica a tot l’aire. El magnetron del radar genera el mateix microones que un forn de microones. La principal disparitat és que el magnetró del radar ha de transmetre els senyals diverses milles, en lloc de distàncies petites, de manera que és més potent i molt més gran.

Sempre que s’han transmès els senyals de ràdio, una antena funciona com a transmissor per transmetre’ls a l’aire. En general, la forma de l'antena està doblegada, de manera que centra principalment els senyals en un senyal exacte i estret, tot i que les antenes de radar també giren normalment perquè puguin notar accions en una àrea enorme.

Els senyals de ràdio viatgen fora de l’antena amb una velocitat de 300.000 km per segon fins que toquen alguna cosa i alguns tornen a l’antena. En un sistema de radar, hi ha un dispositiu essencial, és a dir, un dúplex. Aquest dispositiu s'utilitza per fer que l'antena canviï de costat a costat entre un transmissor i un receptor.

Tipus de radar

Hi ha diferents tipus de radars que inclouen els següents.

Radar bistàtic

Aquest tipus de sistema de radar inclou un transmissor Tx i un receptor Rx que es divideixen a través d’una distància que equival a la distància de l’objecte estimat. El transmissor i el receptor es troben en una posició similar, s’anomena radar monàstic, mentre que la superfície de molt llarg abast i el maquinari militar aire-aire utilitza el radar bistàtic.

Radar Doppler

És un tipus especial de radar que utilitza l’efecte Doppler per generar velocitat de dades respecte a un objectiu a una distància concreta. Això es pot obtenir transmetent senyals electromagnètics en la direcció d’un objecte de manera que analitzi com l’acció de l’objecte ha afectat la freqüència del senyal retornat.

Aquest canvi donarà mesures molt precises per al component radial de la velocitat d’un objecte dins de la relació cap al radar. Les aplicacions d’aquests radars impliquen diferents indústries com la meteorologia, l’aviació, la sanitat, etc.

Radar monopulsat

Aquest tipus de sistema de radar compara el senyal obtingut mitjançant un pols de radar concret al costat, contrastant el senyal tal com s’observa en nombroses direccions en cas contrari de polaritzacions. El tipus més freqüent de radar monopulsat és el radar d’exploració cònic. Aquest tipus de radar avalua el retorn de dues maneres de mesurar la posició de l'objecte directament. És important assenyalar que els radars que es van desenvolupar l'any 1960 són radars monopulsats.

Radar passiu

Aquest tipus de radar està dissenyat principalment per observar i seguir els objectius mitjançant el processament d’indicacions d’il·luminació a l’entorn. Aquestes fonts inclouen senyals de comunicació i transmissions comercials. La classificació d’aquest radar es pot fer en la mateixa categoria de radar bistàtic.

Instrumentació Radar

Aquests radars estan dissenyats per provar avions, míssils, coets, etc. Donen informació diferent, inclosa l’espai, la posició i el temps, tant en l’anàlisi del post-processament com en temps real.

Radars meteorològics

S'utilitzen per detectar la direcció i el temps mitjançant l'ús de senyals de ràdio mitjançant polarització circular o horitzontal. L’elecció de freqüència del radar meteorològic depèn principalment d’un compromís de rendiment entre l’atenuació i la refecció de les precipitacions com a resultat del vapor d’aigua atmosfèric. Alguns tipus de radars estan dissenyats principalment per emprar canvis Doppler per calcular la velocitat del vent, així com la polarització dual per reconèixer els tipus de precipitacions.

Mapatge de radars

Aquests radars s’utilitzen principalment per examinar una àrea geogràfica extensa per a les aplicacions de la detecció remota i la geografia. Com a resultat del radar d'obertura sintètica, aquests es restringeixen a objectius força estacionaris. Hi ha alguns sistemes de radar particulars que s’utilitzen per detectar humans després de parets que són més diferents en comparació amb els que es troben als materials de construcció.

Radars de navegació

En general, són els mateixos que els radars de cerca, però estan disponibles amb petites longituds d'ona que són capaces de replicar-se des del terra i des de les pedres. S’utilitzen habitualment en vaixells comercials i avions de llarga distància. Hi ha diferents radars de navegació com els radars marins que es col·loquen habitualment en vaixells per evitar col·lisions i fins a propòsits de navegació.

RADAR pulsat

El RADAR impulsat envia impulsos d'alta potència i alta freqüència cap a l'objecte objectiu. Després espera el senyal de ressò de l'objecte abans que s'enviï un altre pols. El rang i la resolució del RADAR depenen de la freqüència de repetició del pols. Utilitza el mètode de desplaçament Doppler.

El principi de RADAR que detecta objectes en moviment mitjançant el desplaçament Doppler funciona en el fet que els senyals d’eco d’objectes estacionaris es troben en la mateixa fase i, per tant, es cancel·len, mentre que els senyals d’eco d’objectes en moviment tindran alguns canvis en la fase. Aquests radars es classifiquen en dos tipus.

Doppler de polsos

Transmet una freqüència de repetició d’impulsos elevada per evitar ambigüitats Doppler. El senyal transmès i el senyal d'eco rebut es barregen en un detector per obtenir el desplaçament Doppler i el senyal de diferència es filtra mitjançant un filtre Doppler on es rebutgen els senyals de soroll no desitjats.

Diagrama de blocs del RADAR de Doppler Polsat

Diagrama de blocs del RADAR de Doppler Polsat

Indicador d’objectiu en moviment

Transmet una freqüència de repetició de pols baixa per evitar ambigüitats de rang. En un sistema MTI RADAR, els senyals de ressò rebuts de l'objecte es dirigeixen cap al mesclador, on es barregen amb el senyal d'un oscil·lador local estable (STALO) per produir el senyal IF.

Aquest senyal IF s’amplifica i es dóna al detector de fase on es compara la seva fase amb la fase del senyal de l’oscil·lador coherent (COHO) i es produeix el senyal de diferència. El senyal coherent té la mateixa fase que el senyal del transmissor. El senyal coherent i el senyal STALO es barregen i es donen a l'amplificador de potència que s'encén i apaga mitjançant el modulador d'impulsos.

Radar MTI

Radar MTI

Onada contínua

L’ona contínua RADAR no mesura l’abast de l’objectiu, sinó la velocitat de canvi d’abast mesurant el desplaçament Doppler del senyal de retorn. En un CW RADAR s’emet radiació electromagnètica en lloc de polsos. S'utilitza bàsicament per mesura de la velocitat .

El senyal RF i el senyal IF es barregen a l’etapa del mesclador per generar la freqüència de l’oscil·lador local. A continuació, es transmet el senyal RF i el senyal rebut per l'antena RADAR consisteix en la freqüència RF més la freqüència de desplaçament Doppler. El senyal rebut es barreja amb la freqüència de l’oscil·lador local a la segona etapa de barreja per generar el senyal de freqüència IF.

Aquest senyal s’amplifica i es dóna a la tercera etapa de barreja on es barreja amb el senyal IF per obtenir el senyal amb freqüència Doppler. Aquesta freqüència Doppler o desplaçament Doppler dóna la velocitat de canvi del rang de l'objectiu i, per tant, es mesura la velocitat de l'objectiu.

Esquema de blocs que mostra CW RADAR

Esquema de blocs que mostra CW RADAR

Equació de rang radar

Hi ha diferents tipus de versions disponibles per a les equacions de rang de radar. Aquí, la següent equació és un dels tipus fonamentals per a un sistema d'antena únic. Quan es suposa que l'objecte es troba al mig del senyal de l'antena, es pot escriure el rang de detecció de radar més alt

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

'Pt' = transmetre el poder

'Pmin' = senyal mínim detectable

‘Λ’ = Transmet la longitud d’ona

‘Σ’ = Secció transversal del radar objectiu

‘Fo’ = Freqüència en Hz

‘G’ = Guany d’una antena

'C' = velocitat de la llum

En l'equació anterior, les variables són estables i es basen en el radar, a part de l'objectiu, com RCS. L’ordre de la potència de transmissió serà d’1 mW (0 dBm) i el guany de l’antena aproximadament 100 (20 dB) per a un ERP (potència radiada eficient) de 20 dBm (100 mW). L’ordre dels senyals menys notables són els picowatts i el RCS d’un vehicle pot ser de 100 metres quadrats.

Per tant, l’exactitud de l’equació del rang del radar seran les dades d’entrada. Pmin (senyal mínim notable) depèn principalment de l’amplada de banda del receptor (B), F (xifra de soroll), T (temperatura) i de la relació S / N necessària (relació senyal-soroll).

Un receptor amb ample de banda estret serà més sensible en comparació amb un receptor BW ampli. La xifra de soroll es pot definir, ja que és un càlcul de la quantitat de soroll que pot contribuir el receptor cap a un senyal. Quan la xifra de soroll és menor, el soroll serà menor que el dispositiu dona. Quan la temperatura augmenta, afectarà la sensibilitat del receptor mitjançant un augment del soroll d’entrada.

Pmin = k T B F (S / N) mín

A partir de l’equació anterior,

'Pmin' és el senyal menys detectable

'K' és la constant de Boltzmann, com ara 1,38 x 10-23 (Watt * s / ° Kelvin)

'T' és una temperatura (° Kelvin)

'B' és l'amplada de banda d'un receptor (Hz)

'F' és la figura de soroll (dB), factor de soroll (relació)

(S / N) min = proporció S / N mínima

La potència de soroll tèrmic i / p disponible pot ser proporcional a la kTB allà on ‘k’ és la constant de Boltzmann, ‘T’ és la temperatura i ‘B’ és l’amplada de banda del soroll del receptor en hertz.

T = 290 ° K o 62,33 ° F

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

L'equació de rang de radar anterior es pot escriure per a la potència rebuda, com ara un rang de funcions per a una potència de transmissió proporcionada, guany d'antena, RCS i longitud d'ona.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

A partir de l’equació anterior,

‘Prec’ és el poder rebut

'Pt' és la potència de transmissió

'Fo' és la freqüència de transmissió

'Λ' és la longitud d'ona de transmissió

‘G’ és el guany d’una antena

‘Σ’ és la secció transversal del radar

'R' és l'abast

‘C’ és la velocitat de la llum

Aplicacions

El aplicacions del radar inclou el següent.

Aplicacions militars

Té tres aplicacions principals en el camp militar:

  • En defensa aèria, s’utilitza per a la detecció d’objectius, el reconeixement d’objectius i el control d’armes (dirigint l’arma cap als objectius rastrejats).
  • En un sistema de míssils per guiar l'arma.
  • Identificació de les ubicacions enemigues al mapa.

Control del trànsit aeri

Té tres aplicacions principals en el control del trànsit aeri:

  • Controlar el trànsit aeri a prop dels aeroports. El RADAR de vigilància aèria s’utilitza per detectar i mostrar la posició de l’avió a les terminals de l’aeroport.
  • Per guiar l'avió a aterrar amb mal temps mitjançant Precision Approach RADAR.
  • Escanejar la superfície de l’aeroport per buscar posicions d’avions i vehicles terrestres

Teledetecció

Es pot utilitzar per observar o observar posicions planetàries i controlar el gel marí per garantir una ruta suau per als vaixells.

Control del trànsit terrestre

També pot ser utilitzat per la policia de trànsit per determinar la velocitat del vehicle, controlant el moviment dels vehicles mitjançant avisos sobre la presència d'altres vehicles o qualsevol altre obstacle darrere d'ells.

Espai

Té 3 aplicacions principals

  • Guiar el vehicle espacial per aterrar amb seguretat a la lluna
  • Observar els sistemes planetaris
  • Per detectar i rastrejar satèl·lits
  • Per controlar els meteors

Per tant, ara he donat un element bàsic comprensió de RADAR , Què hi ha de dissenyar un projecte senzill que impliqui RADAR?

Crèdits fotogràfics