Wir können verschiedene Objekte auf der ganzen Welt beobachten. In ähnlicher Weise wird eine radarähnliche Funkerkennung und -entfernung verwendet, um die Piloten beim Fliegen durch Nebel zu unterstützen, da der Pilot nicht erkennen kann, wohin sie reisen. Das in den Flugzeugen verwendete Radar ähnelt einem Taschenlampenlicht, das anstelle von Licht mit Radiowellen arbeitet. Das Flugzeug sendet ein blinkendes Radarsignal und wartet auf Hinweise auf dieses Signal von Objekten in der Nähe. Sobald die Anzeigen bemerkt werden, erkennt das Flugzeug, dass sich etwas in der Nähe befindet, und verwendet die Zeit, die die Anzeigen benötigen, um festzustellen, wie weit es entfernt ist. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über Radar und seine Funktionsweise.

Wer hat das Radar erfunden?

Ähnlich wie bei mehreren Erfindungen ist es nicht einfach, dem Radarsystem eine Person zu würdigen, da es das Ergebnis früherer Arbeiten zu den Eigenschaften von war elektromagnetisch Strahlung für die Zugänglichkeit zahlreicher elektronischer Geräte. Die Frage der Hauptsorge wird durch das Versteck der Privatsphäre des Militärs komplizierter, unter dem in den frühen Tagen des Zweiten Weltkriegs Funkortungstechniken in verschiedenen Ländern untersucht wurden.

Dieser Review-Autor kam schließlich zu dem Schluss, dass Robert Watson-Watt's Notiz über die Erkennung und Lokalisierung von Flugzeugen durch Funkmethoden unmittelbar vor 50 Jahren veröffentlicht wurde, wenn das Radarsystem ein klarer Fall direkter Schöpfung ist. Es war also die bedeutendste Einzelpublikation auf diesem Gebiet. Die britischen Erfolge im Kampf gegen Großbritannien haben viel zur Erweiterung eines Radarsystems beigetragen, das technisches Wachstum mit operativer Machbarkeit beinhaltete.

Was ist ein Radarsystem?

RADAR steht für Funkerkennung und Ranging System. Es handelt sich im Grunde genommen um ein elektromagnetisches System, das verwendet wird, um den Ort und die Entfernung eines Objekts von dem Punkt zu erfassen, an dem das RADAR platziert ist. Es strahlt Energie in den Raum ab und überwacht das Echo oder das reflektierte Signal von den Objekten. Es arbeitet im UHF- und Mikrowellenbereich.

Ein Radar ist ein elektromagnetischer Sensor, mit dem verschiedene Objekte in bestimmten Entfernungen erkannt, verfolgt, lokalisiert und identifiziert werden. Die Funktion des Radars besteht darin, dass es elektromagnetische Energie in Richtung der Ziele überträgt, um die Echos zu beobachten und von diesen zurückzukehren. Hier sind die Ziele nichts anderes als Schiffe, Flugzeuge, astronomische Körper, Kraftfahrzeuge, Raumfahrzeuge, Regen, Vögel, Insekten usw. Anstatt den Ort und die Geschwindigkeit des Ziels zu bemerken, erhält es manchmal auch seine Form und Größe.

Das Hauptziel von Radar im Vergleich zu Infrarot- und optischen Erfassungsgeräten besteht darin, weit entfernte Ziele unter schwierigen Klimabedingungen zu entdecken und ihre Entfernung, Reichweite durch Präzision zu bestimmen. Radar verfügt über einen eigenen Sender, der als Beleuchtungsquelle für die Platzierung von Zielen bekannt ist. Im Allgemeinen arbeitet es im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums, das in Hertz berechnet wird, wenn sich die Frequenzen von 400 MHz bis 40 GHz erstrecken. Die wesentlichen Komponenten, die im Radar verwendet werden

Radar entwickelt sich in den Jahren 1930 bis 40 schnell, um den Anforderungen des Militärs gerecht zu werden. Es wird immer noch in großem Umfang von den Streitkräften eingesetzt, wo immer mehrere technologische Fortschritte entstanden sind. Gleichzeitig wird Radar auch in zivilen Anwendungen eingesetzt, insbesondere bei der Steuerung des Flugverkehrs, der Beobachtung des Wetters, der Navigation von Schiffen, der Umwelt, der Erfassung von abgelegenen Gebieten, der Beobachtung von Planeten, der Messung der Geschwindigkeit in industriellen Anwendungen, der Weltraumüberwachung, der Strafverfolgung usw.

Arbeitsprinzip

Das Radar-Arbeitsprinzip ist sehr einfach, da es elektromagnetische Energie überträgt und die Energie untersucht, die zum Ziel zurückgeführt wird. Wenn die zurückgegebenen Signale an der Position ihrer Quelle erneut empfangen werden, befindet sich ein Hindernis auf dem Übertragungsweg. Dies ist das Arbeitsprinzip von Radar.

Grundlagen des Radars

Das RADAR-System besteht im Allgemeinen aus einem Sender, der ein elektromagnetisches Signal erzeugt, das von einer Antenne in den Weltraum abgestrahlt wird. Wenn dieses Signal auf ein Objekt trifft, wird es in viele Richtungen reflektiert oder neu abgestrahlt. Dieses reflektierte oder Echosignal wird von der Radarantenne empfangen, die es an den Empfänger liefert, wo es verarbeitet wird, um die geografische Statistik des Objekts zu bestimmen.

Die Reichweite wird bestimmt, indem die Zeit berechnet wird, die das Signal benötigt, um vom RADAR zum Ziel und zurück zu gelangen. Der Standort des Ziels wird im Winkel von der Richtung des Echosignals mit maximaler Amplitude gemessen, auf die die Antenne zeigt. Um die Reichweite und Position sich bewegender Objekte zu messen, wird der Doppler-Effekt verwendet.

Die wesentlichen Teile dieses Systems umfassen Folgendes.

Ein Sender: Es kann ein Leistungsverstärker wie ein Klystron, eine Wanderwellenröhre oder ein Leistungsoszillator wie ein Magnetron sein. Das Signal wird zuerst mit einem Wellenformgenerator erzeugt und dann im Leistungsverstärker verstärkt.
Wellenleiter: Die Wellenleiter sind Übertragungsleitungen zur Übertragung der RADAR-Signale.
Antenne: Die verwendete Antenne kann ein Parabolreflektor, planare Arrays oder elektronisch gesteuerte phasengesteuerte Arrays sein.
Duplexer: Ein Duplexer ermöglicht die Verwendung der Antenne als Sender oder Empfänger. Es kann sich um ein gasförmiges Gerät handeln, das am Eingang des Empfängers einen Kurzschluss erzeugt, wenn der Sender arbeitet.
Empfänger: Es kann sich um einen Überlagerungsempfänger oder einen anderen Empfänger handeln, der aus einem Prozessor besteht, um das Signal zu verarbeiten und zu erfassen.
Schwellenentscheidung: Die Ausgabe des Empfängers wird mit einem Schwellenwert verglichen, um das Vorhandensein eines Objekts zu erfassen. Wenn der Ausgang unter einem Schwellenwert liegt, wird das Vorhandensein von Rauschen angenommen.

Wie nutzt Radar Radio?

Sobald das Radar auf einem Schiff oder Flugzeug platziert ist, benötigt es einen ähnlichen wesentlichen Satz von Komponenten, um Funksignale zu erzeugen, sie in den Weltraum zu senden und von etwas zu empfangen und schließlich die Informationen anzuzeigen, um sie zu verstehen. Ein Magnetron ist eine Art von Gerät, mit dem Funksignale erzeugt werden, die über Funk verwendet werden. Diese Signale ähneln Lichtsignalen, da sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegen, ihre Signale jedoch mit weniger Frequenzen viel länger sind.

Die Wellenlänge der Lichtsignale beträgt 500 Nanometer, während die vom Radar verwendeten Funksignale normalerweise von Zentimetern bis Metern reichen. In einem elektromagnetischen Spektrum werden sowohl Signale wie Radio als auch Licht mit variabler Auslegung magnetischer und elektrischer Energie in der gesamten Luft erzeugt. Das Magnetron im Radar erzeugt Mikrowellen wie ein Mikrowellenherd. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Magnetron im Radar die Signale mehrere Meilen und nicht nur kleine Entfernungen übertragen muss, sodass es sowohl leistungsfähiger als auch viel größer ist.

Immer wenn die Funksignale gesendet wurden, fungiert eine Antenne als Sender, um sie in die Luft zu übertragen. Im Allgemeinen ist die Antennenform gebogen, so dass die Signale hauptsächlich in ein genaues und schmales Signal fokussiert werden. Radarantennen drehen sich jedoch normalerweise auch, damit sie Aktionen über einen großen Bereich hinweg wahrnehmen können.

Die Funksignale wandern mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km / s von der Antenne nach draußen, bis sie auf etwas treffen und einige von ihnen zur Antenne zurückkehren. In einem Radarsystem gibt es ein wesentliches Gerät, nämlich einen Duplexer. Dieses Gerät wird verwendet, um die Antenne zwischen einem Sender und einem Empfänger von einer Seite zur anderen zu wechseln.

Arten von Radar

Es gibt verschiedene Arten von Radargeräten, darunter die folgenden.

Bistatisches Radar

Diese Art von Radarsystem umfasst einen Tx-Sender und einen Rx-Empfänger, die durch eine Entfernung unterteilt sind, die der Entfernung des geschätzten Objekts entspricht. Der Sender und der Empfänger befinden sich an einer ähnlichen Position und werden als Klosterradar bezeichnet, während die militärische Hardware mit sehr großer Reichweite von Luft zu Luft und Luft zu Luft das bistatische Radar verwendet.

Doppler Radar

Es ist ein spezieller Radartyp, der den Doppler-Effekt verwendet, um Datengeschwindigkeit in Bezug auf ein Ziel in einer bestimmten Entfernung zu erzeugen. Dies kann erreicht werden, indem elektromagnetische Signale in Richtung eines Objekts übertragen werden, um zu analysieren, wie sich die Wirkung des Objekts auf die Frequenz des zurückgegebenen Signals ausgewirkt hat.

Diese Änderung liefert sehr genaue Messungen für die radiale Komponente der Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf das Radar. Die Anwendungen dieser Radargeräte betreffen verschiedene Branchen wie Meteorologie, Luftfahrt, Gesundheitswesen usw.

Monopulsradar

Diese Art von Radarsystem vergleicht das erhaltene Signal unter Verwendung eines bestimmten Radarimpulses daneben, indem es das Signal kontrastiert, wie es in zahlreichen Richtungen beobachtet wird, ansonsten Polarisationen. Die häufigste Art von Monopulsradar ist das konische Abtastradar. Diese Art von Radar wertet die Rückkehr auf zwei Arten aus, um die Position des Objekts direkt zu messen. Es ist bemerkenswert, dass die Radare, die im Jahr 1960 entwickelt wurden, Monopulsradare sind.

Passives Radar

Diese Art von Radar dient hauptsächlich dazu, die Ziele durch Verarbeitung von Anzeigen aus der Beleuchtung in der Umgebung zu erkennen und zu verfolgen. Diese Quellen umfassen Kommunikationssignale sowie kommerzielle Sendungen. Die Kategorisierung dieses Radars kann in derselben Kategorie von bistatischem Radar erfolgen.

Instrumentierungsradar

Diese Radargeräte dienen zum Testen von Flugzeugen, Raketen, Raketen usw. Sie liefern unterschiedliche Informationen, einschließlich Raum, Position und Zeit, sowohl bei der Analyse der Nachbearbeitung als auch in Echtzeit.

Wetterradare

Diese werden verwendet, um die Richtung und das Wetter durch Verwendung von Funksignalen durch zirkuläre oder horizontale Polarisation zu erfassen. Die Frequenzwahl des Wetterradars hängt hauptsächlich von einem Kompromiss der Leistung bei der Dämpfung sowie der Niederschlagsrefektion als Ergebnis des atmosphärischen Wasserdampfes ab. Einige Radartypen sind hauptsächlich für die Verwendung von Doppler-Verschiebungen zur Berechnung der Windgeschwindigkeit sowie für die Doppelpolarisation zur Erkennung der Niederschlagsarten ausgelegt.

Radar abbilden

Diese Radargeräte werden hauptsächlich verwendet, um ein großes geografisches Gebiet für die Anwendungen der Fernerkundung und Geografie zu untersuchen. Aufgrund des Radars mit synthetischer Apertur sind diese auf ziemlich stationäre Ziele beschränkt. Es gibt einige spezielle Radarsysteme, mit denen Menschen nach Wänden erkannt werden, die sich von denen in Baumaterialien unterscheiden.

Navigationsradare

Im Allgemeinen sind diese für die Suche nach Radargeräten identisch, sie sind jedoch mit kleinen Wellenlängen verfügbar, die vom Boden und von Steinen aus repliziert werden können. Diese werden üblicherweise auf Handelsschiffen sowie in Langstreckenflugzeugen eingesetzt. Es gibt verschiedene Navigationsradare wie Meeresradare, die üblicherweise auf Schiffen platziert werden, um eine Kollision zu vermeiden, sowie Navigationszwecke.

Gepulster RADAR

Gepulster RADAR sendet Hochleistungs- und Hochfrequenzimpulse zum Zielobjekt. Es wartet dann auf das Echosignal vom Objekt, bevor ein weiterer Impuls gesendet wird. Der Bereich und die Auflösung des RADAR hängen von der Impulswiederholungsfrequenz ab. Es verwendet die Doppler-Shift-Methode.

Das Prinzip der RADAR-Erkennung sich bewegender Objekte mithilfe der Doppler-Verschiebung beruht auf der Tatsache, dass sich Echosignale von stationären Objekten in derselben Phase befinden und daher gelöscht werden, während Echosignale von sich bewegenden Objekten einige Phasenänderungen aufweisen. Diese Radargeräte werden in zwei Typen eingeteilt.

Puls-Doppler

Es überträgt eine hohe Pulswiederholungsfrequenz, um Doppler-Mehrdeutigkeiten zu vermeiden. Das gesendete Signal und das empfangene Echosignal werden in einem Detektor gemischt, um die Doppler-Verschiebung zu erhalten, und das Differenzsignal wird unter Verwendung eines Doppler-Filters gefiltert, wobei die unerwünschten Rauschsignale zurückgewiesen werden.

Blockdiagramm des gepulsten Doppler-Radars

Moving Target Indicator

Es überträgt eine niedrige Impulswiederholungsfrequenz, um Bereichsmehrdeutigkeiten zu vermeiden. In einem MTI-RADAR-System werden die vom Objekt empfangenen Echosignale zum Mischer geleitet, wo sie mit dem Signal eines stabilen lokalen Oszillators (STALO) gemischt werden, um das ZF-Signal zu erzeugen.

Dieses ZF-Signal wird verstärkt und dann an den Phasendetektor weitergeleitet, wo seine Phase mit der Phase des Signals vom kohärenten Oszillator (COHO) verglichen wird und das Differenzsignal erzeugt wird. Das kohärente Signal hat die gleiche Phase wie das Sendersignal. Das kohärente Signal und das STALO-Signal werden gemischt und an den Leistungsverstärker abgegeben, der mit dem Impulsmodulator ein- und ausgeschaltet wird.

MTI Radar

Kontinuierliche Welle

Das Dauerstrich-RADAR misst nicht die Reichweite des Ziels, sondern die Änderungsrate der Reichweite durch Messung der Doppler-Verschiebung des Rücksignals. In einem CW RADAR wird anstelle von Impulsen elektromagnetische Strahlung emittiert. Es wird grundsätzlich für verwendet Geschwindigkeitsmessung .

Das HF-Signal und das ZF-Signal werden in der Mischstufe gemischt, um die lokale Oszillatorfrequenz zu erzeugen. Das HF-Signal wird dann gesendet und das von der RADAR-Antenne empfangene Signal besteht aus der HF-Frequenz plus der Doppler-Verschiebungsfrequenz. Das empfangene Signal wird in der zweiten Mischstufe mit der lokalen Oszillatorfrequenz gemischt, um das ZF-Frequenzsignal zu erzeugen.

Dieses Signal wird verstärkt und an die dritte Mischstufe abgegeben, wo es mit dem ZF-Signal gemischt wird, um das Signal mit Dopplerfrequenz zu erhalten. Diese Dopplerfrequenz oder Dopplerverschiebung gibt die Änderungsrate der Reichweite des Ziels an und somit wird die Geschwindigkeit des Ziels gemessen.

Blockdiagramm mit CW-RADAR

Radarbereichsgleichung

Für die Radarentfernungsgleichungen stehen verschiedene Arten von Versionen zur Verfügung. Hier ist die folgende Gleichung einer der Grundtypen für ein einziges Antennensystem. Wenn angenommen wird, dass sich das Objekt in der Mitte des Antennensignals befindet, kann der höchste Radarerkennungsbereich als geschrieben werden

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = Sendeleistung

‘Pmin’ = Minimal erkennbares Signal

‘Λ’ = Sendewellenlänge

“Single Pull Single Throw Schalter ”

‘Σ’ = Querschnitt des Zielradars

'Fo' = Frequenz in Hz

'G' = Verstärkung einer Antenne

'C' = Lichtgeschwindigkeit

In der obigen Gleichung sind die Variablen stabil und stützen sich neben dem Ziel wie RCS auf Radar. Die Reihenfolge der Sendeleistung beträgt 1 mW (0 dBm) und der Antennengewinn ungefähr 100 (20 dB) für ein ERP (effiziente Strahlungsleistung) von 20 dBm (100 mW). Die Reihenfolge der am wenigsten wahrnehmbaren Signale ist Picowatt, und der RCS für ein Fahrzeug kann 100 Quadratmeter betragen.

Die Genauigkeit der Radarentfernungsgleichung sind also die Eingabedaten. Pmin (minimal wahrnehmbares Signal) hängt hauptsächlich von der Bandbreite des Empfängers (B), F (Rauschzahl), T (Temperatur) und dem erforderlichen S / N-Verhältnis (Signal-Rausch-Verhältnis) ab.

Ein Empfänger mit schmaler Bandbreite reagiert im Vergleich zu einem Empfänger mit breitem BW schneller. Die Rauschzahl kann definiert werden, da berechnet wird, wie viel Rauschen der Empfänger zu einem Signal beitragen kann. Wenn die Rauschzahl geringer ist, ist das Rauschen geringer, das das Gerät spendet. Wenn die Temperatur steigt, wird die Empfindlichkeit des Empfängers durch ansteigendes Eingangsrauschen beeinträchtigt.

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

Aus der obigen Gleichung ergibt sich

'Pmin' ist das am wenigsten erkennbare Signal

'K' ist die Boltzmann-Konstante wie 1,38 x 10-23 (Watt * sec / ° Kelvin)

'T' ist eine Temperatur (° Kelvin)

'B' ist die Bandbreite eines Empfängers (Hz)

'F' ist die Rauschzahl (dB), der Rauschfaktor (Verhältnis)

(S / N) min = geringstes S / N-Verhältnis

Die verfügbare thermische I / P-Rauschleistung kann proportional zum kTB sein, wenn 'k' die Boltzmann-Konstante ist, 'T' die Temperatur ist und 'B' die Bandbreite des Empfängerrauschens in Hertz ist.

T = 62,33 ° F oder 290 ° K.

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

Die obige Radarbereichsgleichung kann für die Empfangsleistung wie ein Funktionsbereich für eine bereitgestellte Sendeleistung, Antennenverstärkung, RCS und Wellenlänge geschrieben werden.

Prec = Pt & lgr; 2G2 & sgr; / (4 & pgr;) 3R4max = Pt C2G2 & sgr; / (4 & pgr;) 3R4fo2

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Aus der obigen Gleichung ergibt sich

'Prec' ist die empfangene Leistung

'Pt' ist die Sendeleistung

'Fo' ist die Sendefrequenz

'Λ' ist die Sendewellenlänge

'G' ist der Gewinn einer Antenne

'Σ' ist der Querschnitt des Radars

'R' ist der Bereich

'C' ist die Lichtgeschwindigkeit

Anwendungen

Das Anwendungen von Radar das Folgende einschließen.

Militärische Anwendungen

Es hat 3 Hauptanwendungen im Militär:

In der Luftverteidigung wird es zur Zielerkennung, Zielerkennung und Waffenkontrolle verwendet (Richten der Waffe auf die verfolgten Ziele).
In einem Raketensystem zur Führung der Waffe.
Identifizieren feindlicher Orte auf der Karte.

Luftraumüberwachung

Es hat 3 Hauptanwendungen in der Flugsicherung:

Kontrolle des Flugverkehrs in der Nähe von Flughäfen. Mit dem Air Surveillance RADAR wird die Position des Flugzeugs in den Flughafenterminals erfasst und angezeigt.
Um das Flugzeug bei schlechtem Wetter mit Precision Approach RADAR zur Landung zu führen.
Scannen der Flughafenoberfläche nach Flugzeug- und Bodenfahrzeugpositionen

Fernerkundung

Es kann verwendet werden, um zu beobachten, ob oder ob Planetenpositionen beobachtet werden, und um das Meereis zu überwachen, um eine reibungslose Route für Schiffe sicherzustellen.

“wie man einen Wechselrichter aus Batterien macht ”

Bodenverkehrskontrolle

Es kann auch von der Verkehrspolizei verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen und die Bewegung von Fahrzeugen zu steuern, indem Warnungen über das Vorhandensein anderer Fahrzeuge oder andere Hindernisse dahinter ausgegeben werden.

Raum

Es hat 3 Hauptanwendungen