Radar

RADAR

-1-

Radar je sustav koji koristi radio valove da odkrije, odredi udaljenost i brzinu objekata poput zrakoplova, brodova, oblaka.... Odašiljaš odašilje radio valove, koji se odbijaju od mete. Prijamnik detektira odbijene valove. Obično se nalazi na istom mijestu gdje je i odašiljač. Iako je povratni radio signal vrlo malen, on se može pojačati. Zbog toga radar možemo koristiti i za detekciju vrlo malih objekata. Radar ima mnogo primjena. Među njima su i meteorologija, kontrola zračne plovidbe, policijska detekcija prebrze vožnje i vojska. Korištenje radio valova za otkrivanje „prisutnosti udanjenih metalnih objekata preko radio valova (the presence of distant metallic objects via radio waves)” prvi je implementirao Christian H. Ismeyer 1904. On je demonstrirao izvedivost detekcije brodova u gustoj magli. Primio je patent za radar Reichspatent Nr. 165546.

-2-

PRINCIPI Pregled Radarski sustav emitira moćne radio valove i prisluškuje njihovu jeku. Analizom reflektiranog signala, reflektor može biti lociran, a ponekad i identificiran. Iako radio valovi lako mogu biti generirani pri bilo kojoj željenoj snazi, amplituda vraćenog signala je uobičajeno vrlo mala. Međutim, radio signali se lako detektiraju i pojačavaju puno puta. Zbog toga se radar* koristi za detekciju objekata toliko malih da se za detekciju ne bi mogli koristiti svjetlošću ili zvukom. Radio valovi mogu prolaziti kroz objekte (npr. oblake, maglu, dim...) mnogo lakše od svijetlosti, omogućujući detekciju meta, čak i ako ni jedno drugo sredstvo za detekciju nije dostupno.

-3-

RADAR

REFLEKSIJA

META

Elektromagnetski valovi se reflektiraju (rasipaju) od bilo koje veće promjene u dielektričnim i diomagnetskim konstantama. To znači da će čvrsti objekt u zraku ili vakuumu, ili bilo koja druga značajna promjena u gustoći atoma koji okružuju objekt odbiti radio val. To je posebno naglašeno na elektro-vodljivim materijalima, kao što su metali i ugljična vlakna, što radar čini posebno korisnim za detekciju zrakoplova i brodova. Radioupijajući materijali, koji sadrže otporne, a ponekad i magnetske materijale se koristi na vojnim vozilima za redukciju radarskog odraza. To je radio ekvivalent za bojanje nečega u crno. Radio valovi se rasipaju na mnogo različitih načina, ovisno o valnoj dužini radio vala i obliku mete. Ako je valna dužina mnogo manja od mete, val će se odbiti na vrlo sličan način na koji se svijetlost odbija od zrcala. Ako je valna dužina mnogo veća od mete, mata je polarizirana (pozitivni i negativni naboji su razdvojeni), kao dipolna antena. -4-

Ovo je objašnjeno Rayleighovim rasipanjem, efektom koji stvara plavo nebo i crvene zalaze sunca. Kada su dvije valne ljestvice usporedive, može doći do rezonancije. Rani radari su koristili vrlo velike valne dužine koje su bile veće od meta, pa su primali nejasne signale. Sadašnji radari koriste vrlo male valne dužine (nekoliko centimetara), pa mogu otriti objekte veličine kriške kruha. Kratki radio valovi se reflektiraju od oblina i kuteva, na vrlo sličan način kao odbljesak od zakrivljenog komada stakla. Najreflektivnije mete za kratke valove su oni sa kutem od 90° među površinama. Struktura koja se sastoji od tri ravne površine koje se sastaju u jednom kutu će uvjek reflektirati signal direktno natrag u prijamnik. Ti tzv. „kutni reflektori“ se koriste kao radar-reflektori za označavanje teško detektabilnih objekata. Često se nalaze na brodovima kako bi se povečala šansa da ih se pronađe u slučaju nezgode. Zbog sličnih razloga, objekti koji izbjegavaju radio-detekciju će posložiti svoje kuteve na takav način da se eliminiraju unutrašnji kutevi i smanji radarski odraz. To je dovelo do pojave „čudnih“ nevidljivih zrakoplova, poput B-2 bombardera. Te mjere ipak ne eliminiraju refeksiju u potpunosti zbog difrakcije, posebno pri većim valnim dužinama. Žice ili papirići elekro-vodljivog materiala pola valne dužine radara, kao npr. chaff su vrlo reflektivni, ali ne vraćaju rasutu energiju natrag prema izvoru. Mjera u kojoj neki objekt odbija ili rasipa radio-valove zove se radarski presjek (radar cross section). -5-

Radarska jednadžba Količina snage Pr vraćene na prijamnik izražena je jednadžbom:

Gdje su: Pr - snaga odašiljača Gt - dobitak na odašiljačkoj anteni Ar - efektivna površina antene Σ - radarski presjek F - faktor širenja Rt - udaljenost od odašiljača do mete Rr - udaljenost od mete do prijamnika

U najčešćem slučaju gdje se odašiljač i prijamnik nalaze na istom mjestu, Rt = Rr i izraz Rt2 Rr2 mogu biti zamjenjeni sa R4 , gdje je R domet. To daje:

-6-

Ovo pokazuje da primljena snaga pada kao domet na četvrtu, što znači da je reflektirana snaga od vrlo udaljenih meta vrlo, vrlo mala. Gornja jednadžba (F=1) je pojednostavljena jednadžba za vakuum bez smetnji. Faktor širenja uračunava efekte višefaznost i zasjenjivanje i ovisi o okolišu. U stvarnoj situaciji „pathloss“ efekti bi se također trebali uzeti u obzir. Ostali napredak u matematičkoj obradi redarskog signala uključuje i vremensko-frekvencijsku analizu (Weyl Heisenberg), kao i „chirplet transform“ koji koristi činjenicu da se radarski signal vraća od pomičnoh meta vrlo „cvrkutavo“ (chirp). To znaći da mijenja frekvenciju po funkciji vremena, kao što to, sa zvukom radi ptica ili šišmiš.

-7-

Obrada radarskog signala Mjerenje udaljenosti Vrijeme prijenosa

Najlakši način za mjerenje udaljenosti objekata je odašiljanjem kratkog radio pulsa, i onda procjenom vremena koje je proteklo od odašiljanja signala do njegovog ponovnog primitka. Udaljenost je polovica produkta vremena koje je protaklo (polovica, zato što signal prvo putuje do mete, a onda do prijemnika) i brzine signala. -8-

Frekvencijski pojasevi Tradicionalna imena za pojaseve potjeću iz kodnih imena koja su se koristila u Drugom svijetskom ratu. Ti su se nazivi održali sve do danas, u 21. stoljeću. Većina država ima propise koji određuju koji pojasevi pripadaju vojsci, a koji su za civilnu upotrebu Simbol opsega

Frekvencijsko područje

VHF

od 30 do 300 MHz

UHF

od 300 do 1000 MHz

-9-

Dopuštene frekvecije za I regiju po CCIRu

od 420 do 450 MHz od 890 do 942 MHz

 Naslov  Uvod  Principi  Radarska jednadžba  Obrada radarskog signala  Frekvencijski pojasevi

29. listopad 2007

- 10 -