Kas ir radars: definīcija, darbības princips un pielietojums

Uzzini, kas ir radars, tā definīcija, darbības princips un plašais pielietojums aviācijā, meteoroloģijā un satiksmes uzraudzībā.

Radars ir ierīce, kas izmanto radio viļņus, lai ar eholokācijas palīdzību atrastu tādus objektus kā lidmašīnas, kuģi un lietus. Radars sūta elektromagnētiskus signālus (impulsus vai nepārtrauktu viļņu plūsmu), un, ja šie signāli atsitas no kāda objekta, uztvērējs ierauga atstaroto signālu. No atstarotā signāla laika nobīdes un frekvences maiņas var noteikt attālumu, virzienu un kustības ātrumu.

Radara pamatdaļas ir šādas:

• Raidītājs — ģenerē radioviļņus vai impulsus. Raidītāja jauda, impulsa garums un frekvence ietekmē radara maksimālo darbības rādiusu un spēju "redzēt" mazas vai tālu esošas mērķus.
• Antena — novirza un fokusē radioviļņus noteiktā virzienā un saņem atstarotos signālus. Antenas izmērs un forma nosaka stara platumu (beamwidth) un tā izšķirtspēju.
• Uztvērējs — mēra atstarotos viļņus un pārvērš tos par datiem, no kuriem izvelk informāciju par mērķa attālumu, virzienu un ātrumu. Mūsdienu uztvērēji veic arī signālu apstrādi, filtrēšanu un digitalizāciju.

Tādējādi radars var noteikt objekta atrašanās vietu, kustības ātrumu (izmantojot Doplera efektu) un citus parametrus. Turklāt ar radariem var izmērīt, piemēram, satiksmes intensitāti un automašīnu ātrumu uz ceļa, gaisa mitrumu un nokrišņu izplatību atmosfērā, kuģu stāvokli jūrā, kā arī sekot kosmiskām krītošām lietām vai satelītiem zemas orbītas zonā.

Radara darbības princips

Būtībā radars darbojas pēc šādiem pamatprincipiem:

• Pulss un laiks: raidot īsu impulsu un mērījot laiku līdz atstarotā signāla saņemšanai, var aprēķināt attālumu (gaismas ātrums ir zināms).
• Doplera princips: mērījot frekvences nobīdi starp sūtīto un saņemto signālu, nosaka mērķa relatīvo ātrumu pret radarstaciju.
• Bāzes viļņa un atstarošanas īpašības: objekta materiāls, forma un izmērs ietekmē atstarotā signāla stiprumu; "radara šķērsgriezums" (radar cross-section) nosaka, cik labi objekts redzams radarā.
• Izšķirtspēja: gan attāluma (range), gan leņķa izšķirtspēja atkarīga no impulsa ilguma, frekvences diapazona (bandwidth) un antenas stara platuma.

Vēsture

Radaru 1904. gadā pirmo reizi izmantoja Kristians Hulsmejers. Viņam tika piešķirts radara patents (Reichspatent Nr. 165546). Radars kļuva par kritisku tehnoloģiju 20. gadsimta vidū — īpaši Otrā pasaules kara laikā —, kad tas palīdzēja atklāt un izsekot pretinieka lidmašīnām un kuģiem. Radars bija ļoti svarīgs kaujā par Lielbritāniju un citās Otrā pasaules kara daļās. Osi valstis kara laikā nespēja sekot līdzi britu un amerikāņu radaru tehnoloģijai, kas deva tās pretiniekiem taktisku priekšrocību. Pēc kara radartehnoloģija strauji attīstījās — parādījās lieli uzlabojumi antenu konstrukcijā, elektroniskajā apstrādē un pusvadītāju tehnoloģijās.

Vārds un terminoloģija

Vārds RADAR tika radīts 1942. gadā kā akronīms vārdam "Radio Detection and Ranging". Šis akronīms aizstāja britu iniciālismu RDF (Radio Direction Finding). Mūsdienās vārds "radars" bieži tiek lietots kā parasts ģenērisks termini, nevis tikai akronīms.

Radaru veidi un pielietojums

Radari tiek pielietoti ļoti dažādās jomās. Daži galvenie veidi un to pielietojumi:

• Gaisa satiksmes vadība — kontrolē lidmašīnu pozīcijas un koordinē lidojumus.
• Jūras navigācija — seko kuģiem, palīdz izvairīties no šķēršļiem un nodrošina ostu drošību.
• Meteo-radari — mēra nokrišņus, vēja struktūru un atmosfēras procesus (laika prognozēšanai un brīdināšanai par negaisiem).
• Satiksmes uzraudzība un policija — ātruma noteikšana un plūsmas monitorings.
• Militārais pielietojums — mērķu ievērošana, vadības sistēmas, pretuzbrukuma tehnoloģijas.
• Automobiļu radari — adaptīvie kruīza kontroļi, avārijas bremzēšanas sistēmas un automātiskā bremzēšana.
• Telpiskā uzraudzība un kosmosa izsekošana — kosmosa objekti, atkritumu izsekošana orbītā.
• Rūpnieciskie sensori — līmeņa mērījumi tvertnēs, materiālu detektēšana un drošības sistēmas.

FAA (Federālā aviācijas pārvalde) izmanto vairāku veidu radarus:

• Primārais uzraudzības radars (Primary Surveillance Radar, PSR) — nosaka atstaroto signālu bez lidmašīnas sadarbības.
• Sekundārais uzraudzības radars (Secondary Surveillance Radar, SSR) — sazinās ar lidmašīnas transponderi, iegūst identifikāciju un augstumu.
• Pieejas un tuvuma radari (Terminal/Approach Radar) — palīdz lidostu tuvumā vadīt lidojumus un norādīt pieeju trajektorijas.
• Laiks un meteoroloģiskie radari — sniedz informāciju par negaisu zonām un nokrišņiem, kas ietekmē lidojumus.
• Virszemes darbgaita (Surface Movement Radar) — kontrolē lidostu uz zemes kustību (rindas uz celiņiem, stāvvietas).

Tehniskie ierobežojumi un drošība

Radari nav bez ierobežojumiem. Daži būtiski aspekti:

• Atmosfēras ietekme: lietus, migla un intensīvi nokrišņi var vājināt signālu un radīt "klučus" (clutter).
• Stelth tehnoloģijas un materiāli: īpaši veidotas virsmas var samazināt radara atstarošanu un padarīt objektu grūtāk pamanāmu.
• Interference un traucējumi: citu raidītāju signāli vai kiber/elektroniskie pretpasākumi var samazināt sistēmas efektivitāti.
• Drošība un veselība: radari izmanto elektromagnētisko starojumu; pareiza veiktspēja un drošības distances nodrošina, ka bīstamas ietekmes nav, tomēr jāievēro ražotāja norādījumi un regulējumi.

Nākotnes tendences

Radartehnoloģija turpina attīstīties: galvenās tendences ir pusvadītāju izmantošanas pieaugums, aktīvie fāzējo stara vadības (AESA) risinājumi, digitālā signālu apstrāde un mašīnmācīšanās algoritmi, kas uzlabo mērķu atpazīšanu un klāstera filtrēšanu. Autotransporta sektorā plaši tiek izmantotas mm-viļņu (piem., 77 GHz) sistēmas, kas ļauj sasniegt augstu izšķirtspēju un precizitāti tuvā diapazonā.

Kopsavilkumā, radars ir universāla un elastīga tehnoloģija, kas, pateicoties attīstītajām antenām, elektronikai un signālu apstrādei, tiek izmantota gan ikdienas drošības uzraudzībā, gan sarežģītās militārajās un zinātniskajās lietojumprogrammās.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir radars?

Q: Kādas ir radara pamatdaļas?

J: Kā ar radaru mēra attālumu?

J: Kādam nolūkam pirmo reizi tika izmantots radars?

J: Kā radars kļuva populārs Otrā pasaules kara laikā?

J: Ko nozīmē RADAR?

J: Kādus radarus izmanto FAA?

Meklēt pēc burta