Radar Curs

RADARE

• Radarul primar  • Radarul secundar 

• Radarul primar  • Radarul secundar 

Radarul primar 

 Antena radarului iluminează ţinta cu un semnal de frecvenţă foarte înaltă, numit semnal de „sondaj”.  Acest semnal este reflectat de ţintă şi recepţionat de către receptor prin intermediul antenei. Semnalul recepţionat se mai numeşte şi semnal „ecou”.

ăsurarea distanţei cu ajutorul radarului este posi!ilă datorită proprietăţilor ener"iei electroma"netice. 1. Reflexia undelor electroma"netice #oate ţintele produc o refle$ie difuză, adică semnalul este reflectat în toate direcţiile %fenomen numit şi dispersie&. Refle$ia undelor în direcţie opusă celor incidente se numeşte „!ac'scatter” %refle$ie către radar&. (. )ner"ia electroma"netică se deplasează prin aer cu viteză constantă, apro$imativ e"ală cu viteza luminii,  * +, 'ilometri pe secundă, sau  * -/, mile pe secundă, sau  * -/(, mile nautice pe secundă.

+. )ner"ia electroma"netică se deplasează prin spaţiu în linie dreaptă, traiectoria fiind foarte puţin afectată de condiţiile atmosferice şi meteo. 0olosind antene de construcţie specială, această ener"ie poate fi focalizată într1o anumită direcţie dorită. 2n acest fel se poate determina direcţia o!iectelor %în azimut şi elevaţie&.  Aceste principii implementate practic într-un sistem radar asigură descoperirea obiectelor şi determinarea distanţei, azimutului şi înălţimii acestora.

• Distanţa este determinată cunoscând timpul de întârziere al semnalului ecou şi viteza de propagare c0. Distanţa determinată astfel reprezintă distanţa în linie dreaptă dintre radar şi ţintă şi poartă numele de „ distanţă înclinată”. Distanţa reală este distanţa în plan orizontal (la nivelul solului) între poziţia radarului şi proiecţia poziţiei ţintei în acest plan. entru determinarea acestei distanţe tre!uie cunoscută înălţimea ţintei. Deoarece semnalul parcurge drumul între radar şi ţintă de două ori (dus" întors)# timpul de întârziere este împărţit la $ pentru a o!ţine timpul de  propagare de la radar la ţintă. %ezultă astfel următoarea formulă pentru calculul distanţei înclinate& •  R = c0· t unde: c0 ' viteza luminii ' *+ , m-s t  ' timpul de întârziere s/  R ' distanţa înclinată m/ , Distanţa poate fi e0primată în 1ilometri sau în mile nautice.  Deducerea formulei  •  R = c0·t/2

2ăsurând timpul de întârziere al semnalului t # distanţa R se calculează foarte uşor cu a3utorul formulei. 4impul de întârziere reprezintă timpul necesar impulsului de sonda3 să parcurgă distanţa până la ţintă şi înapoi (timpul scurs între transmiterea impulsului în spaţiu şi detecţia refle0iei acestuia de către receptor).

Determinarea direcţiei Determinarea coordonatelor ung5iulare ale unei ţinte este posi!ilă datorită directivităţii antenei. Directivitatea# numită şi câştigul directiv# reprezintă a!ilitatea antenei de a"şi concentra energia radiată doar într"o anumită direcţie. 6 antenă cu o directivitate ridicată se mai numeşte şi antenă directivă. rin măsurarea direcţiei în care este orientată antena la momentul recepţionării unui ecou se pot determina atât azimutul# cât şi ung5iul de înălţare al ţintei (elevaţia). recizia măsurării coordonatelor ung5iulare este determinată de directivitatea antenei# care la rândul ei depinde de dimensiunile antenei. 7istemele radar lucrează în general cu unde de frecvenţă foarte înaltă. rincipalele motive sunt& 8zimutul a!solut (real) al unei ţinte radar este ung5iul dintre direcţia 9ord şi direcţia ţintei. 8cest ung5i este măsurat în plan orizontal şi în direcţia acelor de ceasornic# pornind ca referinţă de la direcţia 9ord (azimut +). (:n cazul radarelor dispuse pe nave sau avioane# azimutul unei ţinte poate fi măsurat având ca referinţă direcţia de deplasare a navei sau avionului; în acest caz poartă numele de azimut relativ).)

entru ca determinarea azimutului să fie precisă# este necesară cunoaşterea cu e0actitate a direcţiei  9ord. :n cazul radarelor mai vec5i# aceast lucru  presupune operaţiuni suplimentare# necesitând folosirea unei !usole sau anumite calcule trigonometrice. 7istemele radar moderne determină această direcţie în mod automat# folosind pentru aceasta şi sistemul ng5iul de înălţare (de elevaţie) reprezintă ung5iul dintre direcţia spre ţintă în plan vertical şi planul orizontal. 8cest ung5i este notat de o!icei cu litera greacă epsilon (?). >ng5iul de înălţare ia valori pozitive deasupra orizontului (planului orizontal în care se află radarul)# respectiv negative su! orizont.

•

%ezoluţia sau capacitatea de separare a unui radar reprezintă posi!ilitatea acestuia de a distinge separat două ţinte aflate foarte aproape una de cealaltă (în distanţă sau în azimut). %adarele pentru conducerea focului# care necesită o precizie ridicată# tre!uie să poată să distingă separat ţinte care se află la câţiva metri una faţă de alta. %adarele de supraveg5ere sunt mai puţin precise şi pot distinge separat ţinte care se află la sute de metri sau c5iar 1ilometri unele de altele. =apacitatea de separare este de două tipuri& capacitate de separare în distanţă şi capacitate de separare ung5iulară (de o!icei în azimut). • %ezoluţia în distanţă reprezintă capacitatea unui sistem radar de a o!serva separat două ţinte aflate pe aceeaşi direcţie faţă de radar# dar la distanţe diferite (rezoluţia în distanţă este practic distanţa minimă între ţinte la care ele mai sunt o!servate separat). @aloarea rezoluţiei în distanţă depinde de durata impulsului de sonda3# tipul şi dimensiunile ţintelor# precum şi de performanţele receptorului şi indicatorului. arametrul ce influenţează cel mai mult rezoluţia în distanţă este durata impulsului. >n sistem radar  !ine proiectat ar tre!ui să poată distinge separat două ţinte aflate la o distanţă corespunzătoare unei 3umătăţi din durata impulsului (toţi ceilalţi factori sunt aleşi astfel încât să asigure o eficienţă ma0imă).

 Precizia se referă în general la determinarea coordonatelor ţintelor. recizia reprezintă

*. $. .

gradul de corespondenţă dintre poziţia şi-sau viteza ţintei măsurată sau estimată de către radar la un moment dat şi poziţia şi-sau viteza reală a ţintei la acel moment dat. recizia unui sistem de radionavigaţie este reprezentată# la modul general# ca o măsurare statistică a erorilor sistemului şi poate fi& revizi!ilă& precizia poziţiei în raport cu coordonatele geografice sau geodezice. %epeta!ilă& precizia cu care un utilizator poate reveni într"o poziţie ale cărei coordonate au fost determinate anterior# folosind acelaşi sistem cu care au fost determinate coordonatele respective. %elativă& precizia cu care un utilizator poate determina o poziţie în raport cu alta (negli3ând toate erorile posi!ile).

0recvenţa de repetiţie a impulsurilor 0R reprezintă numărul impulsurilor emise de radar în unitatea de timp %secundă&. %2n en"leză4 5R0 1 Pulse Repetition Fre6uenc7&. Sistemul radar emite în spaţiu un impuls de sondaj %modulat pe frecvenţa de emisie&, apoi recepţionează eventualele refle$ii ale acestui impuls de la ţinte p8nă la emisia următorului impuls de sondaj. 9ntervalul de timp între începutul unui impuls de sondaj şi  începutul următorului impuls poartă denumirea de perioadă de repetiţie a impulsurilor, notată TR . %2n en"leză4 5R# * 5ulse Repetition #ime&. 2ntr1o perioadă de repetiţie radarul va emite un timp e"al cu durata impulsului şi va recepţiona în rest. 5erioada de repetiţie este e"ală cu inversul frecvenţei de repetiţie a impulsurilor4 TR = 1/FR 0recvenţa de repetiţie a unui radar determină a!ilitatea acestuia de a măsura distanţa ţintelor fără e$istenţa am!i"uităţilor, precum şi durata unui interval de prelucrare coerentă .

• #impul necesar caracteristicii de directivitate să treacă peste ţintă se numeşte timp de iradiere sau de iluminare. #impul de iradiere depinde în principal, conform formulei4

 9umărul de impulsuri reflectate de o ţintă (5its per scan) m reprezintă numărul de impulsuri ecou recepţionate de la o singură ţintă pentru o singură perioadă e0plorare a spaţiului de către antenă. De e0emplu# pentru un radar de supraveg5ere cu o!servare circulară# acesta este numărul de impulsuri recepţionate de la o ţintă la fiecare rotaţie a antenei. 9umărul de impulsuri recepţionate poate fi calculat după următoarea formulă&

•

Anstalaţiile din compunerea unui radar tre!uie să lucreze împreună şi într"un mod !ine coordonat în timp. Din acest motiv este nevoie de un anumit număr de impulsuri de sincronizare şi de control# acestea determinând care circuit tre!uie să lucreze şi la ce moment anume în fiecare perioadă de repetiţie. %adarele analogice mai vec5i foloseau impulsuri de sincronizare foarte scurte# numite şi impulsuri de pornire sau de punere în funcţiune. Ble erau generate de circuite cu tu!uri electronice# de o!icei oscilatoare şi generatoare auto!locate. %adarele moderne coerente folosesc mai multe tipuri de impulsuri dreptung5iulare scurte pentru comanda şi sincronizarea diferitelor instalaţii. 4otul pleacă de la un oscilator  pilot# de o!icei de *++ 2Cz# care asigură referinţa de fază  pentru semnalele de emisie şi de recepţie (coerenţa). 8cest oscilator este de regulă un oscilator cu cuarţ# prevăzut uneori cu un reostat pentru o mai !ună sta!ilitate a frecvenţei şi a fazei. 6scilatorul pilot poate fi sincronizat cu o sursă de timp >4= (=oordinated >niversal 4ime) asigurată de un receptor GPS.

Ecuaţia radiolocaţiei 

)cuaţia radiolocaţiei permite determinarea distanţei ma$ime de descoperire %distanţei de acţiune& a unui radar în funcţie de alţi parametri, cum ar fi puterea la emisie etc. :u ajutorul acestei ecuaţii pot fi apreciate performanţele sistemului radar.

;acă ener"ia de înaltă frecvenţă este emisă în spaţiu de către o antenă nedirectivă %radiator izotrop&, ea se propa"ă uniform în toate direcţiile. Suprafeţele cu aceeaşi densitate de putere vor avea forma unei sfere cu centrul în antenă % A= 4 π R² &. 5e măsură ce ne îndepărtăm de antenă, raza sferei creşte şi implicit creşte şi suprafaţa acesteia. Aceasta  înseamnă că densitatea de putere a undei electroma"netice pe o direcţie dată scade pe măsura creşterii distanţei faţă de antenă.

olosind o antenă directivă# energia de înaltă frecvenţă nu va mai fi radiată în toate direcţiile# ci doar pe o anumită direcţie; puterea radiată pe această direcţie va fi mai mare decât în cazul antenei omnidirecţionale. =reşterea puterii radiate pe o anumită direcţie caracterizează directivitatea unei antene şi se numeşte câştigul antenei. 8stfel# pentru o antenă directivă densitatea de putere în punctul unde se află ţinta va fi& Sg = Su · G 

g  < densitatea de putere directivă =>? u < densitatea de putere omnidirecţională ! < c8şti"ul antenei

5entru a determina puterea reflectată spre radar, tre!uie să cunoaştem suprafaţa efectivă de refle$ie a ţintei " . @aloarea acesteia depinde de mai mulţi factori. 2n primul r8nd ea depinde de suprafaţa reală a ţintei. Astfel, ţintele cu o suprafaţă mare vor reflecta mai multă putere dec8t cele cu o suprafaţă mică. n Bum!o Bet va avea o suprafaţă efectivă de refle$ie mai mare dec8t un avion de a"rement. 2n afară de dimensiunile ţintei, suprafaţa efectivă de refle$ie mai depinde de forma ţintei, de compoziţia suprafeţei şi de materialele din care este realizată. Revenind la formulă, puterea reflectată Pr  către radar depinde de densitatea de putere Su , de c8şti"ul antenei G , şi de suprafaţa efectivă de refle$ie a ţintei σ :

densitatea de putere a energiei reflectate la intrarea antenei radarului Se este dată de formula&

Puterea de intrare în receptor P E   depinde

de densitatea de putere a ener"iei reflectate în punctul de recepţie şi de suprafaţa efectivă a antenei %apertura& A# . P E  = Se · AW 

 AW  = A · Ka

utem calcula astfel puterea recepţionată (la intrarea în receptor) P & E

ână acum am considerat punctele de emisie şi de recepţie diferite (la distanţe diferite  R1 şi R2). 2area ma3oritate a radarelor au emiţătorul şi receptorul dispuse în acelaşi loc şi conectate la aceeaşi antenă de emisie E recepţie. 8stfel# cele două distanţe R (ţintă " antenă) şi R  (antenă " ţintă) sunt aceleaşi# rezultând formula& 2

1

 2n determinarea acestei ecuaţii au fost luaţi în calcul toţi parametrii ce influenţează propa"area undelor electroma"netice %în condiţiile ideale sta!ilite&.  2nainte de a aplica în practică această ecuaţie, mai sunt necesare c8teva precizări suplimentare. 5entru un anumit sistem radar, majoritatea parametrilor din ecuaţie %$s, !, %& pot fi consideraţi constanţi, ei variind în limite foarte mici.

Fa nivelul interogatorului de la sol %adarul secundar este sincronizat cu cel  primar (prin impulsuri de sincronizare)#  pentru corelarea informaţiilor (ploturilor) detectate de cele două radare. Codificatorul  generează semnalul (impulsurile) de interogare în funcţie de modul de interogare selectat de operator Emiţătorul  modulează aceste impulsuri cu frecvenţa purtătoare % folosită la interogare. Deoarece frecvenţa de interogare este diferită de cea de răspuns# comutatorul de antenă poate lipsi (în realitate# comutatorul de antenă este  prezent# îndeplinind şi alte funcţii suplimentare). Antena este montată împreună cu cea a radarului primar# rotindu" se sincron cu aceasta şi cu desfăşurarea de pe indicator. Fa nivelul transponderului de la !ordul avionului& Receptorul  amplifică şi demodulează impulsurile de interogare. Decodificatorul  sta!ileşte modul de interogare şi comandă codificatorul să pregătească răspunsul corespunzător. Codificatorul formează semnalul de răspuns. Emiţătorul amplifică impulsurile de răspuns şi le modulează cu frecvenţa purtătoare de răspuns.

7pectrul electromagnetic cuprinde frecvenţe de până la *+  Cz. Bl este împărţit în mai multe domenii de frecvenţă numite !enzi# în funcţie de aplicaţiile specifice fiecărui domeniu. :mpărţirea spectrului electromagnetic în !enzi de frecvenţă este realizată de diferite organizaţii internaţionale. :n prezent e0istă mai multe standarde în uz# în funcţie de organizaţiile emitente. =ele mai utilizate sunt cele sta!ilite de ABBB# A4> şi 9846. :n figura este prezentat un e0emplu de împărţire pe !enzi de frecvenţă& $G

 Benzile A şi B (enzile !" şi #!"$

8ceste !enzi cu frecvenţe su! ++ 2Cz au o tradiţie îndelungată. %adarele utilizate în al doilea răz!oi mondial lucrau pe frecvenţe din aceste !enzi. :n  prezent pe aceste frecvenţe lucrează radarele de avertizare timpurie şi radarele  peste orizont 64C (6ver 45e Corizon). olosind aceste frecvenţe se o!ţin mai uşor emiţătoare cu putere foarte mare. :n  plus# atenuarea atmosferică este mai mică în aceste !enzi. e de altă parte# precizia este limitată# deoarece frecvenţele 3oase necesită antene de dimensiuni foarte mari  pentru a o!ţine precizii şi rezoluţii foarte  !une în coordonate ung5iulare. 8ceste  !enzi de frecvenţă sunt utilizate pe scară largă de diferitele aplicaţii de comunicaţii# astfel că frecvenţele disponi!ile pentru radiolocaţie sunt reduse. olosirea acestor !enzi cunoaşte în  prezent o revenire în domeniul militar# deoarece sunt sla! influenţate de te5nicile „stealt5” („invizi!ilitate” radar).

 Banda % (anda &!"$

:n această !andă de frecvenţă (++ 2Cz la * n e0emplu de astfel de sistem este 2B8D7 (2edium B0tended 8ir Defense 7Hstem). >ndele electromagnetice cu astfel de frecvenţe sunt sla! atenuate de atmosferă. De asemenea# sunt folosite într"o serie de radare meteo# cum ar fi cele de detecţie a vântului# undele cu frecvenţe din această !andă fiind puţin afectate de nori şi precipitaţii.  9oile radare de !andă foarte largă >IJ (>ltraIideJand) folosesc tot domeniul de frecvenţe cuprins în !enzile de la 8 la =. %adarele >IJ emit impulsuri de putere foarte mică simultan pe toate frecvenţele din gamă. Ble sunt utilizate pentru e0aminarea materialelor sau ca radare de penetrare a solului G 1 distanţa de descoperire ma$imă4 (+'mG 1 înălţimea ma$imă de descoperire4 (JmG 1 lăţimea dia"ramei de directivitate în plan orizontal 1 /M1 MG 1 "ama frecvenţelor de lucru4 metricăG 1 posi!ilitaţi de protecţie la !ruiaj pasiv, !ruiaj activ de z"omot şi !ruiaj activ asincronG 1 posi!ilităţi de protecţie  împotriva racDetelor antiradar.

%adarul "P este destinat pentru cercetarea spaţiului aerian şi pentru supraveg5ere aeriană. %adarul a fost produs de fosta >%77 în te5nologie cu tu!uri electronice şi asigură descoperirea şi urmărirea mi3loacelor aeriene de atac# precum şi datele !idimensionale despre acestea (azimut şi distanţă). 4ransmiterea datelor radar la utilizatori# pentru diri3area avioanelor proprii la interceptare şi indicarea ţintelor la sistemele de rac5ete sol"aer# se realizează în sistem clasic (prin voce). %adarul "P a intrat în dotarea orţelor 8eriene în anul *NPL. Date tehnice

1 radiotelemetru activ în impulsG 1 !anda de lucru4 NS” %centrimetrică&G 1 H canale de emisie 3 recepţie&G 1 putere de emisie în impuls4 IL>G 1 distanţa ma$imă de descoperire4 -'mG 1 înălţimea ma$imă de descoperire4 +mG 1 lăţimea dia"ramei de directivitate în plan orizontal 1 -MG 1 posi!ilităţi de protecţie la !ruiaj pasiv şi activ asincronG 1 posi!ilităţi de protecţie împotriva racDetelor antiradar.