Radar

Radar  är ett vetenskaps- och teknikområde som kombinerar metoder och metoder för lokalisering (detektion och mätning av koordinater) och bestämning av egenskaperna hos olika objekt med hjälp av radiovågor . En besläktad och något överlappande term är radionavigation , men inom radionavigation spelar objektet vars koordinater mäts en mer aktiv roll, oftast är detta bestämningen av ens egna koordinater. Radarns huvudsakliga tekniska anordning är en radarstation (radar, eng.  radar ).

Skilj mellan aktiv, semi-aktiv, aktiv med passiv respons och passiv radar. Radarerna skiljer sig åt i intervallet av radiovågor som används, typen av sonderingssignal, antalet kanaler som används, antalet och typen av uppmätta koordinater och radarns placering.

Klassificering

Det finns två typer av radar:

Aktiv radar är av två typer:

För att se det omgivande utrymmet använder radarn olika visningsmetoder genom att flytta radarantennens riktningsstråle :

I enlighet med typen av strålning är radar indelade i:

Radiotermolokalisering använder den inneboende strålningen från föremål, orsakad av termisk rörelse hos elektroner. [ett]

Hur det fungerar

Radar är baserad på följande fysiska fenomen:

Grundläggande radartekniker

Kontinuerlig vågradar

De används främst för att bestämma den radiella hastigheten för ett rörligt föremål (använder dopplereffekten ). Fördelen med den här typen av radar är att den är billig och enkel att använda, men i sådana radar är det väldigt svårt att mäta avståndet till ett föremål. Den mest använda fasmetoden för mätområde [2] .

Exempel: den enklaste radarn för att bestämma hastigheten på en bil.

Pulsmetod för radar

I pulsradar genererar sändare svängningar i form av korta pulser följt av relativt långa pauser. Dessutom väljs pausens varaktighet baserat på radarns räckvidd Dmax .

Kärnan i metoden är som följer:

Radarns sändningsanordning avger inte energi kontinuerligt, utan under en kort tid, strikt periodiskt upprepade pulser, i pauserna mellan vilka de reflekterade pulserna tas emot av samma radars mottagningsanordning. Radarns pulsdrift gör det således möjligt att i tid separera en kraftfull sonderingspuls som sänds ut av sändaren och en mycket mindre kraftfull ekosignal. Att mäta avståndet till målet reduceras till att mäta tidsintervallet mellan det ögonblick då pulsen sänds ut och det ögonblick den tas emot, det vill säga den tid då pulsen färdas till målet och tillbaka.

Radarräckvidd

Radarns maximala räckvidd beror på ett antal parametrar och egenskaper hos både stationens antennsystem, effekten av den utsända signalen och känsligheten hos systemets mottagare. I det allmänna fallet, utan att ta hänsyn till strömförluster i atmosfären, störningar och buller, kan systemets räckvidd bestämmas enligt följande:

,

var:

 — generatorkraft.  är antennens riktning;  är det effektiva området för antennen ;  — Effektivt målspridningsområde .  är mottagarens lägsta känslighet.

I närvaro av brus och störningar reduceras radarns räckvidd.

Effekter av störningar

Drift av flera radar i samma frekvensband

I livliga områden där flera radarer används samtidigt (till exempel hamnar) är det troligt att frekvensbanden överlappar varandra. Detta gör att radarn tar emot en signal från en annan radar. Som ett resultat visas ytterligare punkter på skärmen, slående på grund av deras geometriska korrekthet. Effekten kan tas bort genom att byta till en annan driftsfrekvens. [3]

Imaginär bild

När en radiosignal reflekteras från ett massivt föremål är ytterligare spridning till mindre föremål möjlig, följt av reflektion och att träffa radarn. Således blir vägen som signalen har färdats längre och en virtuell bild av ett objekt dyker upp på skärmen, som faktiskt är på en annan plats. Denna effekt måste beaktas när man är nära stora reflekterande föremål som broar, vattenverk och stora fartyg.

Flera reflektioner

När radarn placeras på ett stort fartyg är effekten av flera signalreflektioner möjlig. Radarsignalen reflekteras från ett närliggande föremål, dels kommer tillbaka till radarn, dels reflekteras från fartygets skrov. Det kan finnas många sådana reflektioner, amplituden minskar för varje reflektion och signalen kommer att uppfattas tills mottagarens tröskelkänslighet nås. På radarskärmen kommer du att se flera objekt som minskar varje gång. Avståndet mellan dem är proportionellt mot avståndet från radarn till objektet.

Effekt av brus

Inflytande av atmosfären

Atmosfäriska förluster är särskilt höga i centimeter- och millimeterområdena och orsakas av regn, snö och dimma, och i millimeterområdet även av syre och vattenånga. Närvaron av atmosfären leder till en krökning av banan för utbredningen av radiovågor (fenomenet brytning). Brytningens natur beror på förändringen i atmosfärens brytningsindex med en förändring i höjden. På grund av detta kröks radiovågornas utbredningsväg mot jordens yta.

Historik

Effekten av reflektion av radiovågor från fasta kroppar upptäcktes först av den tyske fysikern Heinrich Hertz 1886 [ ca. 1] . Användningen av effekten i praktiken hindrades av spridningen av radiovågor: mindre än en miljarddel av dem föll på lokaliseringsobjektet. Först på 1930 -talet , i samband med utvecklingen av flyget, började de ledande länderna i världen undersöka möjligheten att använda radar för luftförsvarsändamål . Idén med radar var känd långt före andra världskriget, och det är svårt att namnge den som först föreslog den. Enligt tyska historiker levde den första personen som ( 1902 ) skapade och framgångsrikt testade på fartyg som seglade på Rhen , en praktiskt fungerande modell av vad som nu kallas en "radarstation" (uppfinnaren kallade det "telemobiloskop"), och arbetar i Köln den tyske ingenjören Christian Hülsmeyer (stavningen och uttalet av Hülsm a yer finns också ). 1904 fick han patent på "Metod för att signalera avlägsna föremål med hjälp av elektriska vågor" [4] . Men olika länder hedrar traditionellt olika uppfinnare av radar. I allmänhet fann hennes idé under lång tid (sedan upptäckten av effekten) inte genomförande i praktiken. Den första praktiska tillämpningen av radar implementerades 1932 i Sovjetunionen i Rapid-installationen. De första radarstationerna i världen, i drift och masstillverkade, har funnits i Sovjetunionen sedan 1939.

Storbritannien

Radar från Storbritannien under andra världskriget .  AI Mk. IV radar [5] , Engl.  H2S , eng.  Monica .

Premiärminister Churchills vetenskapliga rådgivare, professor F. A. Lindemann ( Viscount Lord Cherwell ), kommenterade utvecklingen av radarbombsiktet H2S kortfattat: "Det är billigt." Under tiden gav H2S den brittiska bombplansstyrkan inte bara ett sikte för bombning med låg sikt, utan också ett navigationshjälpmedel [6] . Installationen av radarsäkringar i granater minskade förbrukningen av antalet granater som behövdes för att skjuta ner en V-1- projektil med en storleksordning , och intensiteten av sådana räder minskade avsevärt. I början av andra världskriget var radarsystemet Chain Home utplacerat i Storbritannien . Historien om skapandet av radarstationer visas i den brittiska dokumentären The Secret War: "To See A Hundred Miles" .

Se även radar från andra världskriget

Tyskland

För att skydda städer från bombplansattacker använde tyskarna luftvärnsbatterier som kontrollerades av vapenstyrda stationer (SON) av typen Würzburg. Allierad underrättelsetjänst fastställde att bärfrekvensen för dessa stationer var 560 megahertz. Sommaren 1943 utrustades bombplanen från det amerikanska 8:e flygvapnet med sändare av matttyp [7] . Sändarna avgav störningar - ett spektrum av frekvenser med en genomsnittlig frekvens på 560 megahertz. I oktober 1943 sammanfattades det första resultatet: två gånger färre flygplan med mattan sköts ner än utan.

Av de tre stora nya vapnen från andra världskriget – raketer, radarer och atombomber – hade bara radarteknik en stor inverkan på krigets gång.

- Pensionerad generallöjtnant, ingenjör Erich Schneider. "Resultat av andra världskriget" St Petersburg: Polygon; M.: AST, 1998

Under andra världskriget användes Kammhuber Line- radarsystemet i Tyskland .


USSR

I Sovjetunionen ledde insikten om behovet av medel för att upptäcka flygplan, fria från bristerna med ljud och optisk observation, till utvecklingen av forskning inom radarområdet. Idén som föreslogs av den unge artilleristen P.K. Oshchepkov godkändes av högkommandot: Folkets försvarskommissarie för Sovjetunionen K.E. Voroshilov och hans ställföreträdare - M.N. Tukhachevsky . [åtta]

År 1932, på grundval av Leningrad Institute of Physics and Technology , skapades Leningrad Electrophysical Institute (LEFI) under ledning av A. A. Chernyshev , där forskning och utvecklingsarbete på radar utfördes. 1935 upplöstes LEFI, och på grundval av det organiserades det "stängda" institutet NII-9 med ett försvarstema, som innefattade radar. M. A. Bonch-Bruevich blev dess vetenskapliga ledare . Arbete med radar påbörjades också vid UFTI i Kharkov. I början av kriget hade ansträngningarna från vetenskapsmän och ingenjörer från LEFI, NII-9 och andra organisationer skapat experimentella markbaserade radarstationer [9] .

Den 3 januari 1934 genomfördes ett framgångsrikt experiment i Sovjetunionen för att upptäcka ett flygplan med hjälp av en radarmetod. Ett flygplan som flög på en höjd av 150 meter upptäcktes på ett avstånd av 600 meter från radaranläggningen. Experimentet organiserades av representanter för Leningrad Institute of Electrical Engineering och Central Radio Laboratory . 1934 skrev marskalk Tukhachevsky i ett brev till Sovjetunionens regering: "Experiment med att upptäcka flygplan med hjälp av en elektromagnetisk stråle bekräftade riktigheten av den underliggande principen." Den första experimentanläggningen "Rapid" testades samma år [10] . Sändaren installerades på taket av hus nr 14 på Krasnokazarmennaya Street, Moskva, mottagaren - i området i byn Novogireevo ; M. N. Tukhachevsky, N. N. Nagorny , M. V. Shuleikin var närvarande . Utrustningen demonstrerades av P.K. Oshchepkov. 1936 upptäckte den sovjetiska centimetriska radarstationen "Burya" flygplanet från ett avstånd av 10 kilometer [10] [11] . De första radarerna i Sovjetunionen, antagna av Röda armén och masstillverkade, var: RUS-1  - från 1939 och RUS-2  - från 1940.

Den 4 juli 1943, i enlighet med GKO -dekret nr 3686ss "On Radar", bildades GKO Council on Radar . Dess initiativtagare var militäringenjören M. M. Lobanov och vetenskapsmannen A. I. Berg .

USA

I USA var radarns pionjärer John Marchetti

Se även Pioneers

Radioastronomins historia

Relationer med andra vetenskapsgrenar

Den huvudsakliga faktorn som begränsar de tekniska egenskaperna hos lokalisatorerna är den låga effekten hos den mottagna signalen. I det här fallet minskar effekten av den mottagna signalen som den fjärde potensen av intervallet (det vill säga för att öka räckvidden för lokaliseringsanordningen med 10 gånger, är det nödvändigt att öka sändareffekten med 10 000 gånger). Naturligtvis nådde vi snabbt gränser på denna väg, som var långt ifrån lätta att övervinna. Redan i början av utvecklingen insåg man att det inte är kraften hos den mottagna signalen som spelar roll, utan dess synlighet mot bakgrund av mottagarbrus. Mottagarens brusreduktion begränsades också av det naturliga bruset från mottagarelementen, såsom termiskt brus. Denna återvändsgränd övervanns på sättet att komplicera metoderna för att bearbeta den mottagna signalen och, som ett resultat, komplicera formen på de applicerade signalerna. Utvecklingen av radar som en vetenskaplig kunskapsgren gick hand i hand med utvecklingen av cybernetik och informationsteori , och särskilda undersökningar skulle krävas för att avgöra exakt var de första resultaten erhölls. Det bör noteras framväxten av begreppet signal , som gjorde det möjligt för oss att abstrahera från specifika fysiska processer i mottagaren, såsom spänning och ström, och gjorde det möjligt att lösa problemen som ett matematiskt problem att hitta de bästa funktionella transformationerna av tidsfunktioner.

Ett av de första verken inom detta område var V. A. Kotelnikovs arbete med optimal signalmottagning , det vill säga den bästa signalbehandlingsmetoden när det gäller brus. Som ett resultat bevisades det att mottagningskvaliteten inte beror på signaleffekten utan på dess energi , det vill säga produkten av kraft och tid, så det blev möjligt att öka räckvidden genom att öka signalernas varaktighet , i gränsen upp till kontinuerlig strålning. Ett betydande steg framåt var den tydliga tillämpningen inom tekniken av metoderna för statistisk beslutsteori ( Neumann-Pearson-kriteriet ) och acceptansen av det faktum att en funktionsduglig enhet kan fungera med en viss grad av sannolikhet. För att en radarsignal med lång varaktighet skulle mäta räckvidd och hastighet med hög noggrannhet krävdes komplexa signaler , i motsats till enkla radarpulser som ändrar eventuella egenskaper under genereringsprocessen. Så. chirp - signaler ändrar oscillationsfrekvensen under en puls, fasförskjutningsnyckelsignaler ändrar fasen på signalen stegvis, vanligtvis med 180 grader. Vid skapande av komplexa signaler formulerades konceptet med signalosäkerhetsfunktionen , som visar sambandet mellan noggrannheten i avstånds- och hastighetsmätningar. Behovet av att förbättra mätparametrarnas noggrannhet stimulerade utvecklingen av olika metoder för att filtrera mätresultat , till exempel optimala olinjära filtreringsmetoder, som var en generalisering av Kalmanfiltret för olinjära problem. Som ett resultat av alla dessa utvecklingar tog teoretisk radar form som en oberoende, mycket matematisk kunskapsgren, där formaliserade syntesmetoder spelar en betydande roll , det vill säga design utförs i viss utsträckning "i spetsen av pennan ."

Nyckelfaktorer

Huvudpunkterna i konfrontationen med flyget var:

  • Användningen av passiv maskeringsstörning för att dölja flygplan och helikoptrar i form av foliebitar som sprayas i luften som reflekterar radiovågor. Svaret på detta var införandet av rörliga målvalssystem i radar , som, baserat på Dopplereffekten, skiljer rörliga flygplan från en relativt stationär folie.
  • Utvecklingen av teknologier för att bygga flygplan och fartyg som minskar kraften hos signalerna som reflekteras tillbaka till radarn, kallad Stealth . För detta används speciella absorberande beläggningar och en speciell form som reflekterar den infallande radiovågen inte tillbaka, utan åt andra hållet.

Betyg

Beundrad av framgångarna för sovjetisk vetenskap och teknik inom radarområdet, sa chefen för den sovjetiska regeringen N. S. Chrusjtjov att:

"Från och med nu är vi, sovjetiska folk, kapabla att träffa en mygga i rymden."

Se även

Anteckningar

Kommentarer
  1. ↑ Sovjetisk propaganda tillskrev upptäckten av radarprincipen, såväl som uppfinningen av radio, till A. S. Popov  , en lärare i fysik vid officerskurser i Kronstadt . Popov genomförde verkligen experiment inom området för radiovågsutbredning och, oberoende av Hertz (men 11 år senare än honom - först 1897 ), upptäckte han effekten på radiokommunikationen av ett tredje fartyg som passerade mellan fartyg som upprätthöll radiokontakt. I sin rapport pekade Popov på den teoretiska möjligheten att använda effekten för att upptäcka avlägsna objekt. Därefter utförde han inget arbete i denna riktning (Kostenko, AA, AI Nosich och IA Tishchenko, "Radar Prehistory, Soviet Side," Proc. of IEEE APS International Symposium 2001, vol. 4. s. 44, 2003) . Se även Ryssland - elefanternas födelseplats .
Källor
  1. ↑ Korostelev A. A., Klyuev N. F., Melnik Yu. A. Teoretiska grunder för radar. - M., sovjetisk radio, 1978. - sid. 529-566
  2. ↑ Soloshchev O. N., Slyusar V. I., Tverdokhlebov V. V. Fasmetod för att mäta räckvidd baserad på teorin om flerkanalsanalys.// Artilleri och handeldvapen. - 2007. - Nr 2 (23). - C. 29 - 32. [1] Arkivkopia daterad 25 januari 2020 på Wayback Machine
  3. ↑ Radar | Radarstation . seacomm.ru. Hämtad 3 oktober 2018. Arkiverad från originalet 3 oktober 2018.
  4. ↑ Hanke H. FOLK, skepp, hav (översatt från tyska). - Leningrad: Shipbuilding, 1976. - S. 227-228.
  5. ↑ UK Radars Arkiverade 5 november 2015 på Wayback Machine .
  6. ↑ The Surprises and Disappointments of the Great War Arkiverad 13 april 2016 på Wayback Machine .
  7. ↑ Allierade forskare vann radarkriget arkiverat 23 december 2016 på Wayback Machine .
  8. ↑ Lobanov M. M. Om frågan om uppkomsten och utvecklingen av inhemsk radar. // Militärhistorisk tidskrift . - 1962. - Nr 8. - P.13-29.
  9. ↑ Leningrads elektrofysiska institut . Hämtad 11 maj 2014. Arkiverad från originalet 13 februari 2013.
  10. ↑ 1 2 Polyakov V. T. “Initiation into radio electronics”, M., RiS, ISBN 5-256-00077-2
  11. ↑ Tester i Evpatoria, grupp av B.K. Shembel

Litteratur

  • Erickson, John; "Radiolocation and the air defense problem: Design and development of Soviet Radar 1934-40", Social Studies of Science , vol. 2, sid. 241-263, 1972
  • Shirman Ya. D., Golikov V. N., Busygin I. N., Kostin G. A. Teoretiska grunder för radar / Shirman Ya. D. - M . : Sovjetisk radio, 1970. - 559 s.
  • Handbook of radar / Skolnik M.I. - M. , 2014. - 1352 sid. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
  • Handbook of radar / Skolnik M.I. - M. , 2014. - 1352 sid. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
  • Bakut P. A., Bolshakov I. A., Gerasimov B. M., Kuriksha A. A., Repin V. G., Tartakovskiy G. P., Shirokov V. V. Frågor om den statistiska teorin om radar. - M . : Sovjetisk radio, 1963. - 423 sid.
  • Stora sovjetiska encyklopedien // Ed. A. M. Prokhorova. I 30 volymer 3:e uppl. — M.: Sov. uppslagsverk, 1969-78. T. 21, 1975. 640 sidor [www.bse.sci-lib.com/article094941.html Artikel "Radar"]
  • Centrala radiolaboratoriet i Leningrad // Ed. I. V. Breneva. — M.: Sovjetisk radio, 1973.
  • Militärhistoriska museet för artilleri, ingenjörer och signalkår . Samling av dokument från generallöjtnant M. M. Lobanov om historien om utvecklingen av radarteknik. F. 52R op. Nr 13
  • Lobanov M. M. Från radarns förflutna: En kort essä. - M . : Military Publishing House , 1969. - 212 sid. - 6500 exemplar.
  • Början av sovjetisk radar.  - M .: Sovjetisk radio, 1975. 288 sid.
  • Lobanov M. M. Vi är militäringenjörer. - M .: Military Publishing House , 1977. - 223 sid.
  • Lobanov MM Utveckling av den sovjetiska radartekniken . - M .: Military Publishing House , 1982. - 240 sid. — 22 000 exemplar.
  • Sivers A.P., Suslov N.A., Metelsky V.I. Fundamentals of radar. - L . : SudpromGiz, 1959. - 350 sid. - (Lärobok för radiotekniska specialiteter vid högre läroanstalter). — 25 500 exemplar.
  • Korostelev A. A., Klyuev N. F., Melnik Yu. A. Teoretiska grunder för radar. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare .. - M . : Sovjetisk radio, 1978. - 608 sid. - (Lärobok för studenter av radiotekniska specialiteter vid högre läroanstalter). - 18 000 exemplar.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger