Radar: definicija, delovanje, zgodovina in uporabe

Radar je naprava, ki uporablja radijske valove za eholokacijo, da najde predmete, kot so letala, ladje in dež.

Osnovni deli radarja so:

• Oddajnik ustvarja radijske valove.
• Antena usmerja radijske valove.
• Sprejemnik meri valove, ki jih predmet odbije nazaj.

S tem lahko radar določi lokacijo predmeta. Radar se uporablja na različne načine. Z njim lahko izmerimo hitrost in število avtomobilov na cesti, količino vode v zraku in številne druge stvari.

Kako deluje radar

Radar odda kratek impulz ali neprekinjen signal radijskih valov. Ko ti valovi naletijo na predmet, se del energije odbije nazaj proti radarskemu sprejemniku. Z merjenjem časa, ki mine med oddajo impulza in sprejemom odboja, radar izračuna razdaljo do predmeta (razdalja = hitrost svetlobe × čas / 2). Usmerjenost antene določi smer (azimut) cilja. Če sistem uporablja Dopplerjev učinek, lahko iz spremembe frekvence odboja izmeri tudi hitrosti cilja glede na radar.

Pri sodobnih radarjih igrajo pomembno vlogo digitalna obdelava signalov in algoritmi, ki ločijo realne odmeve od motenj (clutter) ter izboljšajo ločljivost in zaznavanje šibkih ciljev.

Glavni dodatni sestavni deli

• Duplexer — stikalo, ki omogoči, da ena antena izmenično oddaja in sprejema brez poškodb sprejemnika.
• Modulator — nadzoruje obliko oddanih impulzov ali frekvenčnih sprememb (npr. chirp signali).
• Signalni procesor — digitalno obdeluje sprejete signale, izvaja filtriranje, integracijo impulzov, Dopplerjevo obdelavo in oblikovanje slike ali izpisov.
• Prikazovalnik — radarne informacije prikaže operaterju v obliki zaslona, nadzornega vmesnika ali v podatkovnem izhodu za avtomatizirane sisteme.

Doppler in natančnost

Dopplerjev radar izmerja spremembo frekvence odbitega signala, ki jo povzroči gibanje cilja. To omogoča natančno določanje radialne hitrosti (komponenta hitrosti proti ali od radarskega vira) — uporabno pri merjenju hitrosti vozil, vetra in premikajočih se letal.

Natančnost radarskega merjenja je odvisna od dopolnjenih dejavnikov: širine pasu signala (širji pulza), valovne dolžine (višje frekvence običajno dajo boljšo ločljivost), usmerjenosti antene (ozka žariščna širina daje boljšo kotno ločljivost) ter moči oddajnika in občutljivosti sprejemnika.

Radarski izrek (na kratko)

Občutljivost in domet radarja opisuje radarski izrek, ki pove, kako se moč odboja cilja spreminja z razdaljo, oddajno močjo, antenno dobitnostjo, učinkovitostjo sprejemnika in radarskim presekom cilja (RCS). V praksi to pomeni, da majhni ali slabo odbojni cilji potrebujejo večjo moč oziroma bližjo razdaljo, da jih lahko zaznamo.

Zgodovina

Radar je leta 1904 prvič uporabil Christian Hülsmeyer. Za radar je dobil patent (Reichspatent št. 165546). Radar je bil ključnega pomena v bitki za Veliko Britanijo in drugih delih druge svetovne vojne. Države osi med vojno niso uspele slediti britanski in ameriški radarski tehnologiji.

Beseda RADAR je nastala leta 1942 kot kratica za Radio Detection and Ranging. Ta kratica je nadomestila britansko kratico RDF (Radio Direction Finding). Mnogi ljudje zdaj to besedo razumejo kot navadno besedo in ne več kot kratico.

Vrste radarjev

Radarje ločimo po načinu delovanja, namenu in frekvenčnem pasu. Nekatere pogoste kategorizacije:

• Impulsni radar — oddaja kratke impulze in meri čas odboja; uporaben za določanje razdalj na velikih razdaljah.
• Neprekinjeni val (CW) in frekvenčno modulirani CW (FMCW) — primerni za merjenje hitrosti in pri aplikacijah, kjer je potreben stalen signal (npr. avtomobilski radarski senzorji).
• Dopplerjev radar — za merjenje hitrosti gibajočih se objektov.
• Phased-array (fazno upane) radar — usmerjanje žarka brez premikanja antene, hitro sledenje več ciljem.
• Sintetična aperturna radar (SAR) — uporablja premik antene (npr. na satelitu ali letalu) za ustvarjanje visokoresolucijskih posnetkov površja.

Uporabe

Radar ima zelo širok nabor praktičnih uporab:

• Letevstvo in nadzor zračnega prometa: zaznavanje in sledenje letal, primerni sistemi so primarni in sekundarni radarski sistemi.
• Pomorstvo: izogibanje trkom, navigacija v megli in na noč, iskanje in reševanje.
• Vreme in meteorologija: meteorološki radarji merijo padavine, vetrove (Doppler) in omogočajo napovedovanje neviht; obstajajo tudi polarimetrični radarji za določanje vrste padavin.
• Promet: merjenje hitrosti vozil (radarske merilne naprave), štetje prometa in sistemi nadzora cest.
• Vojaške uporabe: spremljanje zračnega in pomorskega prostora, nadzor balističnih cilj̨ev, radarsko vodenje orožja in protiletalski sistemi.
• Vesolje: spremljanje satelitov, opazovanje vesoljskih ostankov in planetarno radarsko raziskovanje (npr. opazovanje površja planetov in lun).
• Avtomobilska industrija: adaptivni tempomati, sistem za zaviranje v sili in pomoč pri parkiranju z uporabo kratkosežnih radarjev.
• SAR in daljinsko zaznavanje: topografsko kartiranje, spremljanje sprememb površja, arheološke in geomorfološke raziskave.
• Geofizika in gradbeništvo: zemeljsko-prodirni radar (ground-penetrating radar) za iskanje podzemnih struktur, cevi in plasti tal.

Omejitve in motnje

Radar deluje odlično v mnogih okoliščinah, vendar ima tudi omejitve: močan padavinski signal lahko zmanjša domet (attenuacija pri višjih frekvencah), zemeljski in morski clutter lahko skrije slabe cilje, elektromagnetne motnje in zasičenje spektra otežujejo zaznavanje, tehnologije za zmanjševanje radarnega preseka (stealth) pa zmanjšajo odbojnost nekaterih vojaških ciljev.

FAA in radarji v civilnem zračnem prometu

Zvezna uprava za letalstvo (FAA) uporablja več vrst radarjev:

• Primary Surveillance Radar (PSR) — osnovni radar, ki zaznava prisotnost objekta po odboju radijskih valov.
• Secondary Surveillance Radar (SSR) — komplementarni sistem, ki z uporabo transponderjev na letalih pridobi identifikacijo in višino.
• Terminal Radar — radarji za nadzor v bližini letališč in v terminalnih območjih z intenzivnim prometom.
• Airport Surface Detection Equipment (ASDE) — za spremljanje gibanja letal in vozil na površju letališča.
• Weather radars (npr. TDWR) — specializirani meteorološki radarji za zaznavanje močnejših vremenskih pojavov, ki bi ogrozili pristajanje in vzletanje.

Radar je torej vsestranska tehnologija, ki je skozi stoletje postala ključna pri varnosti, raziskavah in vsakodnevnih aplikacijah — od nadzora zračnega prometa in vremenskih napovedi do samovozečih vozil in astronomije.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je radar?

V: Kateri so osnovni deli radarja?

V: Kako radar meri razdaljo?

V: Za kaj je bil radar prvič uporabljen?

V: Kako je radar postal priljubljen med drugo svetovno vojno?

V: Kaj pomeni kratica RADAR?

V: Katere vrste radarjev uporablja FAA?

Išči po črki