Il radar è un insieme di metodi scientifici e mezzi tecnici utilizzati per determinare le coordinate e le caratteristiche di un oggetto mediante onde radio. L'oggetto sotto indagine è spesso indicato come un bersaglio radar (o semplicemente un bersaglio).
Principio del radar
Le apparecchiature e le strutture radio progettate per eseguire attività radar sono chiamate sistemi o dispositivi radar (radar o radar). Le basi del radar si basano sui seguenti fenomeni fisici e proprietà:
- Nel mezzo di propagazione, le onde radio, incontrando oggetti con diverse proprietà elettriche, sono sparse su di esse. L'onda riflessa dal bersaglio (o dalla sua stessa radiazione) consente ai sistemi radar di rilevare e identificare il bersaglio.
- A lunghe distanze, si presume che la propagazione delle onde radio sia rettilinea, con una velocità costante in un mezzo noto. Questa ipotesi permette di misurare la distanza dal bersaglio e le sue coordinate angolari (con un certo errore).
- In base all'effetto Doppler, la frequenza del segnale riflesso ricevuto calcola la velocità radiale del punto di radiazioneper quanto riguarda RLU.
Sfondo storico
La capacità di riflessione delle onde radio è stata sottolineata dal grande fisico G. Hertz e dall'ingegnere elettrico russo A. S. Popov alla fine del XIX secolo. Secondo un brevetto del 1904, il primo radar fu creato dall'ingegnere tedesco K. Hulmeier. Il dispositivo, che chiamò telemobilscopio, fu utilizzato sulle navi che solcavano il Reno. In connessione con lo sviluppo della tecnologia aeronautica, l'uso del radar sembrava molto promettente come elemento di difesa aerea. La ricerca in quest'area è stata condotta da esperti di spicco provenienti da molti paesi del mondo.
Nel 1932, Pavel Kondratievich Oshchepkov, ricercatore del LEFI (Leningrado Electrophysical Institute), descrisse nei suoi lavori il principio di base del radar. Lui, in collaborazione con i colleghi B. K. Shembel e V. V. Tsimbalin nell'estate del 1934 dimostrò un prototipo di installazione radar che rilevava un bersaglio a un' altitudine di 150 m a una distanza di 600 m.
Tipi di radar
La natura della radiazione elettromagnetica del bersaglio ci permette di parlare di diversi tipi di radar:
- Il radar passivo esplora la propria radiazione (termica, elettromagnetica, ecc.) che genera bersagli (razzi, aerei, oggetti spaziali).
- Attivo con risposta attiva viene effettuato se l'oggetto è dotato di un proprio trasmettitore e interazione con essoavviene secondo l'algoritmo "richiesta - risposta".
- Attivo con una risposta passiva comporta lo studio del segnale radio secondario (riflesso). La stazione radar in questo caso è composta da un trasmettitore e un ricevitore.
- Il radar semiattivo è un caso speciale di attivo, nel caso in cui il ricevitore di radiazione riflessa si trovi all'esterno del radar (ad esempio, è un elemento strutturale di un missile homing).
Ogni specie ha i suoi vantaggi e svantaggi.
Metodi e attrezzature
Tutti i mezzi radar secondo il metodo utilizzato sono suddivisi in radar a radiazione continua e pulsata.
I primi contengono un trasmettitore e un ricevitore di radiazioni, che agiscono simultaneamente e continuamente. Secondo questo principio sono stati creati i primi dispositivi radar. Un esempio di tale sistema è un radio altimetro (un dispositivo aeronautico che determina la distanza di un aeromobile dalla superficie terrestre) o un radar noto a tutti gli automobilisti per determinare la velocità di un veicolo.
Nel metodo pulsato, l'energia elettromagnetica viene emessa in brevi impulsi entro pochi microsecondi. Dopo aver generato un segnale, la stazione funziona solo per la ricezione. Dopo aver catturato e registrato le onde radio riflesse, il radar trasmette un nuovo impulso ei cicli si ripetono.
Modalità di funzionamento radar
Ci sono due modalità principali di funzionamento delle stazioni radar e dei dispositivi. Il primo è la scansione dello spazio. Viene eseguito secondo un rigorososistema. Con una revisione sequenziale, il movimento del raggio radar può essere di natura circolare, a spirale, conico, settoriale. Ad esempio, un array di antenne può ruotare lentamente in un cerchio (in azimut) mentre scansiona simultaneamente in elevazione (inclinazione su e giù). Con la scansione parallela, la revisione viene effettuata da un fascio di raggi radar. Ognuno ha il proprio ricevitore, diversi flussi di informazioni vengono elaborati contemporaneamente.
La modalità Tracking implica una direttività costante dell'antenna verso l'oggetto selezionato. Per girarlo, in base alla traiettoria di un bersaglio in movimento, vengono utilizzati speciali sistemi di tracciamento automatizzato.
Algoritmo per determinare la portata e la direzione
La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nell'atmosfera è di 300 mila km/s. Pertanto, conoscendo il tempo impiegato dal segnale di trasmissione per coprire la distanza dalla stazione al target e ritorno, è facile calcolare la distanza dell'oggetto. Per fare ciò, è necessario registrare accuratamente il tempo di invio dell'impulso e il momento di ricezione del segnale riflesso.
Per ottenere informazioni sulla posizione del bersaglio, viene utilizzato un radar altamente direzionale. La determinazione dell'azimut e dell'elevazione (elevazione o elevazione) di un oggetto è effettuata da un'antenna a fascio stretto. I moderni radar utilizzano per questo array di antenne phased (PAR), in grado di impostare un raggio più stretto e caratterizzati da un'elevata velocità di rotazione. Di norma, il processo di scansione spaziale viene eseguito da almeno due raggi.
Parametri principali del sistema
Dale caratteristiche tattiche e tecniche delle apparecchiature dipendono in gran parte dall'efficienza e dalla qualità dei compiti.
Gli indicatori tattici del radar includono:
- Area di visualizzazione limitata dal raggio di rilevamento del bersaglio minimo e massimo, azimut consentito e angoli di elevazione.
- Risoluzione di portata, azimut, elevazione e velocità (la capacità di determinare i parametri dei bersagli vicini).
- Precisione di misurazione, che viene misurata dalla presenza di errori grossolani, sistematici o casuali.
- Immunità al rumore e affidabilità.
- Il grado di automazione per l'estrazione e l'elaborazione del flusso di dati in entrata.
Le caratteristiche tattiche specificate vengono stabilite durante la progettazione dei dispositivi attraverso determinati parametri tecnici, tra cui:
- frequenza portante e modulazione delle oscillazioni generate;
- modelli di antenna;
- potenza dei dispositivi di trasmissione e ricezione;
- Dimensioni e peso complessivi del sistema.
In servizio
Il radar è uno strumento universale ampiamente utilizzato nell'economia militare, scientifica e nazionale. Le aree di utilizzo sono in costante espansione grazie allo sviluppo e al miglioramento dei mezzi tecnici e delle tecnologie di misurazione.
L'uso del radar nell'industria militare ci consente di risolvere importanti compiti di revisione e controllo dello spazio, rilevamento di bersagli mobili aerei, terrestri e acquatici. Privo diradar, è impossibile immaginare apparecchiature che servano per il supporto informativo dei sistemi di navigazione e dei sistemi di controllo degli spari.
Il radar militare è il componente principale del sistema di allarme missilistico strategico e della difesa missilistica integrata.
Radioastronomia
Inviate dalla superficie terrestre, le onde radio vengono riflesse anche da oggetti nello spazio vicino e lontano, nonché da bersagli vicini alla Terra. Molti oggetti spaziali non potevano essere studiati completamente solo con l'uso di strumenti ottici e solo l'uso dei metodi radar in astronomia ha permesso di ottenere informazioni ricche sulla loro natura e struttura. Il radar passivo per l'esplorazione lunare fu utilizzato per la prima volta dagli astronomi americani e ungheresi nel 1946. Più o meno nello stesso periodo, furono ricevuti accidentalmente anche segnali radio dallo spazio esterno.
Nei moderni radiotelescopi, l'antenna ricevente ha la forma di una grande coppa sferica concava (come lo specchio di un riflettore ottico). Maggiore è il suo diametro, più debole sarà il segnale che l'antenna sarà in grado di ricevere. Spesso i radiotelescopi funzionano in modo complesso, combinando non solo dispositivi situati uno vicino all' altro, ma anche situati in diversi continenti. Tra i compiti più importanti della moderna radioastronomia c'è lo studio delle pulsar e delle galassie con nuclei attivi, lo studio del mezzo interstellare.
Uso civile
In agricoltura e silvicoltura, radari dispositivi sono indispensabili per ottenere informazioni sulla distribuzione e densità delle masse vegetali, studiare la struttura, i parametri e le tipologie dei suoli e la tempestiva rilevazione degli incendi. In geografia e geologia, il radar viene utilizzato per eseguire lavori topografici e geomorfologici, determinare la struttura e la composizione delle rocce e cercare giacimenti minerari. In idrologia e oceanografia, i metodi radar vengono utilizzati per monitorare lo stato dei principali corsi d'acqua del paese, la copertura di neve e ghiaccio e mappare la costa.
Il radar è un assistente indispensabile per i meteorologi. Il radar può facilmente scoprire lo stato dell'atmosfera a una distanza di decine di chilometri e, analizzando i dati ottenuti, viene fatta una previsione dei cambiamenti delle condizioni meteorologiche in una determinata area.
Prospettive di sviluppo
Per una moderna stazione radar, il principale criterio di valutazione è il rapporto tra efficienza e qualità. L'efficienza si riferisce alle caratteristiche di prestazione generalizzate delle apparecchiature. La creazione di un radar perfetto è un compito ingegneristico, scientifico e tecnico complesso, la cui implementazione è possibile solo con l'uso delle ultime conquiste in elettromeccanica ed elettronica, informatica e tecnologia informatica, energia.
Secondo le previsioni degli esperti, nel prossimo futuro le principali unità funzionali di stazioni di vari livelli di complessità e scopo saranno i phased array attivi a stato solido (phased antenna array), che convertono i segnali analogici in digitali. SviluppoIl complesso di computer automatizzerà completamente il controllo e le funzioni di base del radar, fornendo all'utente finale un'analisi completa delle informazioni ricevute.
