Chúng ta có thể quan sát các đối tượng khác nhau trên khắp thế giới. Tương tự, khả năng phát hiện và phạm vi vô tuyến giống như radar được sử dụng để hỗ trợ phi công khi bay qua sương mù vì phi công không thể nhận thấy rằng họ đang bay ở đâu. Radar được sử dụng trong máy bay tương tự như đèn pin hoạt động với sóng vô tuyến thay cho ánh sáng. Máy bay truyền tín hiệu radar nhấp nháy và lắng nghe bất kỳ dấu hiệu nào của tín hiệu đó từ các vật thể gần đó. Khi các chỉ dẫn được nhận thấy, máy bay sẽ xác định một thứ gì đó đang ở gần & nó sử dụng thời gian cần thiết để các chỉ báo tiếp cận để phát hiện ra nó ở khoảng cách bao xa. Bài viết này thảo luận tổng quan về Radar và hoạt động của nó.

Ai phát minh ra radar?

Tương tự như một số phát minh, hệ thống radar không dễ cấp tín dụng cho một cá nhân vì nó là kết quả của công việc trước đó về các đặc tính của điện từ bức xạ cho khả năng tiếp cận của nhiều thiết bị điện tử. Vấn đề được quan tâm chính là phức tạp hơn bởi sự che giấu quyền riêng tư của quân đội, theo đó các kỹ thuật định vị vô tuyến đã được kiểm tra ở các quốc gia khác nhau trong những ngày đầu của Thế chiến thứ hai.

Người viết đánh giá này cuối cùng đã kết luận rằng khi hệ thống radar là một trường hợp rõ ràng là tạo ra trực tiếp, ghi chú của Robert Watson-Watt về Phát hiện máy bay & Vị trí của các phương pháp vô tuyến được xuất bản ngay lập tức 50 năm trước. Vì vậy, nó là ấn phẩm đơn độc quan trọng nhất trong lĩnh vực này. Thành tựu của Anh trong cuộc chiến của Anh được phân bổ nhiều vào việc mở rộng hệ thống radar bao gồm tăng trưởng kỹ thuật với tính khả thi trong hoạt động.

Hệ thống Radar là gì?

RADAR là viết tắt của Phát hiện vô tuyến và Hệ thống đo lường. Về cơ bản nó là một hệ thống điện từ được sử dụng để phát hiện vị trí và khoảng cách của một vật thể từ điểm đặt RADAR. Nó hoạt động bằng cách bức xạ năng lượng vào không gian và theo dõi tín hiệu dội lại hoặc phản xạ từ các vật thể. Nó hoạt động trong phạm vi UHF và vi sóng.

Radar là một cảm biến điện từ, được sử dụng để thông báo, theo dõi, định vị và xác định các vật thể khác nhau ở những khoảng cách nhất định. Hoạt động của radar là truyền năng lượng điện từ theo hướng mục tiêu để quan sát tiếng vọng và phản hồi từ chúng. Ở đây mục tiêu không có gì khác ngoài tàu, máy bay, thiên thể, phương tiện ô tô, tàu vũ trụ, mưa, chim, côn trùng, v.v. Thay vì nhận thấy vị trí và vận tốc của mục tiêu, đôi khi nó cũng có được hình dạng và kích thước của chúng.

Mục tiêu chính của radar so với các thiết bị cảm biến hồng ngoại và quang học là phát hiện các mục tiêu ở xa trong điều kiện khí hậu khó khăn và xác định khoảng cách, phạm vi, thông qua độ chính xác. Radar có máy phát riêng được biết đến như một nguồn chiếu sáng để đặt mục tiêu. Nói chung, nó hoạt động trong vùng vi ba của phổ điện từ được tính bằng hertz khi tần số mở rộng từ 400 MHz đến 40 GHz. Các thành phần thiết yếu được sử dụng trong radar

Radar trải qua quá trình phát triển nhanh chóng trong những năm 1930-40 để đáp ứng các yêu cầu của quân đội. Nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong các lực lượng vũ trang, bất cứ nơi nào một số tiến bộ công nghệ đã tạo ra. Đồng thời, radar cũng được sử dụng trong các ứng dụng dân sự, đặc biệt là kiểm soát không lưu, quan sát thời tiết, điều hướng tàu thuyền, môi trường, cảm biến từ xa, quan sát hành tinh, đo tốc độ trong các ứng dụng công nghiệp, giám sát không gian, thực thi pháp luật, v.v.

Nguyên tắc làm việc

Các nguyên lý hoạt động của radar rất đơn giản vì nó truyền công suất điện từ cũng như kiểm tra năng lượng quay trở lại mục tiêu. Nếu các tín hiệu trả về được nhận lại tại vị trí nguồn của chúng, thì có một chướng ngại vật trên đường truyền. Đây là nguyên lý hoạt động của radar.

Các nguyên tắc cơ bản của Radar

Hệ thống RADAR thường bao gồm một máy phát tạo ra tín hiệu điện từ được bức xạ vào không gian bởi một ăng ten. Khi tín hiệu này chạm vào một vật thể, nó sẽ bị phản xạ hoặc sắp xếp lại theo nhiều hướng. Tín hiệu phản xạ hoặc tín hiệu dội lại này được nhận bởi ăng-ten radar đưa nó đến máy thu, nơi nó được xử lý để xác định số liệu thống kê địa lý của đối tượng.

Phạm vi được xác định bằng cách tính toán thời gian tín hiệu đi từ RADAR đến mục tiêu và quay lại. Vị trí của mục tiêu được đo theo góc, từ hướng của tín hiệu tiếng vọng có biên độ tối đa, ăng ten hướng tới. Để đo phạm vi và vị trí của các đối tượng chuyển động, Hiệu ứng Doppler được sử dụng.

Các phần thiết yếu của hệ thống này bao gồm những điều sau đây.

Máy phát: Nó có thể là bộ khuếch đại công suất như Klystron, Ống sóng du lịch hoặc Bộ tạo dao động công suất như Magnetron. Đầu tiên, tín hiệu được tạo ra bằng cách sử dụng bộ tạo dạng sóng và sau đó được khuếch đại trong bộ khuếch đại công suất.
Ống dẫn sóng: Các ống dẫn sóng là đường truyền để truyền tín hiệu RADAR.
Ăng-ten: Ăng-ten được sử dụng có thể là bộ phản xạ parabol, mảng phẳng hoặc mảng theo giai đoạn được điều hướng điện tử.
Bộ đảo mặt: Bộ song công cho phép ăng-ten được sử dụng như một máy phát hoặc máy thu. Nó có thể là một thiết bị khí sẽ tạo ra ngắn mạch ở đầu vào máy thu khi máy phát hoạt động.
Người nhận: Nó có thể là bộ thu superheterodyne hoặc bất kỳ bộ thu nào khác bao gồm bộ xử lý để xử lý tín hiệu và phát hiện nó.
Quyết định ngưỡng: Đầu ra của bộ thu được so sánh với một ngưỡng để phát hiện sự hiện diện của bất kỳ đối tượng nào. Nếu đầu ra thấp hơn bất kỳ ngưỡng nào, sự hiện diện của nhiễu được giả định.

Radar sử dụng Radio như thế nào?

Một khi radar được đặt trên một con tàu hoặc máy bay, thì nó cần một bộ thành phần thiết yếu tương tự để tạo ra tín hiệu vô tuyến, truyền chúng vào không gian và nhận chúng bằng một thứ gì đó, và cuối cùng là hiển thị thông tin để hiểu nó. Nam châm là một loại thiết bị, được sử dụng để tạo ra các tín hiệu vô tuyến được sử dụng qua sóng vô tuyến. Những tín hiệu này tương tự như tín hiệu ánh sáng vì chúng truyền cùng tốc độ nhưng tín hiệu của chúng dài hơn nhiều với tần số ít hơn.

Bước sóng của tín hiệu ánh sáng là 500 nanomet, trong khi tín hiệu vô tuyến được sử dụng bởi radar thường nằm trong khoảng từ cm đến mét. Trong quang phổ điện từ, cả các tín hiệu như radio và ánh sáng đều được tạo ra với các thiết kế biến đổi của năng lượng từ trường và điện trong không khí. Nam châm trong radar tạo ra vi sóng giống như lò vi sóng. Sự chênh lệch chính là magnetron trong radar có để truyền các tín hiệu vài dặm, chứ không phải là khoảng cách chỉ nhỏ, vì vậy nó là mạnh hơn như lớn hơn cũng như nhiều.

Bất cứ khi nào các tín hiệu vô tuyến được truyền đi, thì một ăng-ten sẽ hoạt động như một máy phát để truyền chúng vào không khí. Nói chung, hình dạng ăng-ten bị uốn cong nên nó chủ yếu tập trung tín hiệu vào một tín hiệu chính xác và hẹp, tuy nhiên, ăng-ten radar cũng thường quay để chúng có thể nhận thấy hành động trên một khu vực rộng lớn.

Các tín hiệu vô tuyến truyền ra bên ngoài từ ăng ten với tốc độ 300.000 km / giây cho đến khi chúng chạm vào vật gì đó và một số trong số chúng quay trở lại ăng ten. Trong một hệ thống radar, có một thiết bị thiết yếu là bộ song công. Thiết bị này được sử dụng để làm cho ăng ten thay đổi từ bên này sang bên kia giữa bộ phát và bộ thu.

Các loại Radar

Có nhiều loại radar khác nhau bao gồm những loại sau.

Radar tĩnh điện

Loại hệ thống radar này bao gồm một bộ phát Tx & một bộ thu Rx- được phân chia thông qua một khoảng cách tương đương với khoảng cách của đối tượng ước tính. Máy phát và máy thu được đặt ở một vị trí tương tự được gọi là radar tu viện trong khi phần cứng quân sự trên không và không đối không tầm xa sử dụng radar sinh học.

Doppler Radar

Đây là một loại radar đặc biệt sử dụng Hiệu ứng Doppler để tạo ra dữ liệu vận tốc liên quan đến mục tiêu ở một khoảng cách cụ thể. Điều này có thể thu được bằng cách truyền tín hiệu điện từ theo hướng của một đối tượng để nó phân tích hành động của đối tượng đã ảnh hưởng như thế nào đến tần số của tín hiệu trả về.

Thay đổi này sẽ cung cấp các phép đo rất chính xác cho thành phần xuyên tâm của vận tốc của vật thể trong mối quan hệ với radar. Các ứng dụng của các radar này liên quan đến các ngành khác nhau như khí tượng, hàng không, chăm sóc sức khỏe, v.v.

Radar Monopulse

Loại hệ thống radar này so sánh tín hiệu thu được bằng cách sử dụng một xung radar cụ thể bên cạnh nó bằng cách đối chiếu tín hiệu được quan sát theo nhiều hướng khác nhau là các phân cực. Loại radar monopulse thường dùng nhất là radar quét hình nón. Loại radar này đánh giá sự trở lại từ hai cách để đo trực tiếp vị trí của đối tượng. Điều quan trọng cần lưu ý là các radar được phát triển vào năm 1960 là radar monopulse.

Radar thụ động

Loại radar này được thiết kế chủ yếu để nhận biết cũng như theo dõi các mục tiêu thông qua việc xử lý các chỉ thị từ ánh sáng trong môi trường xung quanh. Các nguồn này bao gồm các tín hiệu liên lạc cũng như các chương trình phát sóng thương mại. Việc phân loại radar này có thể được thực hiện trong cùng loại radar sinh học.

Radar thiết bị đo

Các radar này được thiết kế để thử nghiệm máy bay, tên lửa, tên lửa, v.v. Chúng cung cấp các thông tin khác nhau bao gồm không gian, vị trí và thời gian cả trong phân tích xử lý hậu kỳ & thời gian thực.

Radar thời tiết

Chúng được sử dụng để phát hiện hướng và thời tiết bằng cách sử dụng tín hiệu vô tuyến thông qua phân cực tròn hoặc ngang. Sự lựa chọn tần số của radar thời tiết chủ yếu phụ thuộc vào sự thỏa hiệp hiệu suất giữa độ suy giảm cũng như khả năng phản xạ lượng mưa do kết quả của hơi nước trong khí quyển. Một số loại radar chủ yếu được thiết kế để sử dụng dịch chuyển Doppler để tính toán tốc độ gió cũng như phân cực kép để nhận ra các loại mưa.

Lập bản đồ Radar

Các radar này chủ yếu được sử dụng để khảo sát một khu vực địa lý rộng lớn cho các ứng dụng của viễn thám & địa lý. Là kết quả của radar khẩu độ tổng hợp, chúng bị hạn chế đối với các mục tiêu đứng yên. Có một số hệ thống radar đặc biệt được sử dụng để phát hiện con người sau các bức tường khác biệt hơn so với hệ thống được tìm thấy trong vật liệu xây dựng.

Radar điều hướng

Nói chung, chúng giống nhau để tìm kiếm rađa, nhưng chúng có bước sóng nhỏ có khả năng tái tạo từ mặt đất và từ đá. Chúng thường được sử dụng trên tàu thương mại cũng như máy bay đường dài. Có nhiều loại radar điều hướng khác nhau như radar hàng hải thường được đặt trên tàu để tránh va chạm cũng như mục đích điều hướng.

RADAR xung

Pulsed RADAR gửi xung công suất cao và tần số cao tới đối tượng mục tiêu. Sau đó, nó đợi tín hiệu dội lại từ đối tượng trước khi một xung khác được gửi đi. Phạm vi và độ phân giải của RADAR phụ thuộc vào tần số lặp lại xung. Nó sử dụng phương pháp dịch chuyển Doppler.

Nguyên tắc của RADAR phát hiện các đối tượng chuyển động bằng cách sử dụng dịch chuyển Doppler hoạt động dựa trên thực tế là tín hiệu tiếng vọng từ các đối tượng đứng yên ở cùng một pha và do đó bị hủy bỏ trong khi tín hiệu tiếng vọng từ các đối tượng chuyển động sẽ có một số thay đổi trong pha. Các radar này được phân thành hai loại.

Pulse-Doppler

Nó truyền tần số lặp lại xung cao để tránh sự mơ hồ Doppler. Tín hiệu đã truyền và tín hiệu hồi âm nhận được được trộn lẫn trong một bộ dò để có được sự dịch chuyển Doppler và tín hiệu chênh lệch được lọc bằng bộ lọc Doppler nơi các tín hiệu nhiễu không mong muốn bị loại bỏ.

Sơ đồ khối của RADAR Doppler xung

Chỉ báo Mục tiêu Di chuyển

Nó truyền tần số lặp lại xung thấp để tránh sự mơ hồ về phạm vi. Trong hệ thống MTI RADAR, tín hiệu tiếng vọng nhận được từ đối tượng được hướng về bộ trộn, nơi chúng được trộn với tín hiệu từ bộ dao động cục bộ ổn định (STALO) để tạo ra tín hiệu IF.

Tín hiệu IF này được khuếch đại và sau đó được đưa đến bộ tách pha nơi pha của nó được so sánh với pha của tín hiệu từ Bộ dao động kết hợp (COHO) và tín hiệu chênh lệch được tạo ra. Tín hiệu kết hợp có cùng pha với tín hiệu phát. Tín hiệu kết hợp và tín hiệu STALO được trộn và đưa đến bộ khuếch đại công suất được bật và tắt bằng bộ điều chế xung.

Rađa MTI

Sóng liên tục

RADAR sóng liên tục không đo phạm vi của mục tiêu mà là tốc độ thay đổi phạm vi bằng cách đo sự dịch chuyển Doppler của tín hiệu trả về. Trong một CW RADAR bức xạ điện từ được phát ra thay vì xung. Về cơ bản nó được sử dụng cho đo tốc độ .

Tín hiệu RF và tín hiệu IF được trộn trong bộ trộn để tạo ra tần số dao động cục bộ. Tín hiệu RF sau đó là tín hiệu truyền đi và tín hiệu nhận được bởi ăng ten RADAR bao gồm tần số RF cộng với tần số dịch chuyển Doppler. Tín hiệu nhận được được trộn với tần số dao động cục bộ trong giai đoạn hỗn hợp thứ hai để tạo ra tín hiệu tần số IF.

Tín hiệu này được khuếch đại và đưa đến giai đoạn hỗn hợp thứ ba, nơi nó được trộn với tín hiệu IF để thu được tín hiệu có tần số Doppler. Tần số Doppler hoặc dịch chuyển Doppler này cho tốc độ thay đổi phạm vi của mục tiêu và do đó vận tốc của mục tiêu được đo.

Sơ đồ khối Hiển thị CW RADAR

Phương trình phạm vi radar

Có nhiều loại phiên bản khác nhau cho các phương trình phạm vi của radar. Ở đây, phương trình sau là một trong những kiểu cơ bản cho một hệ thống ăng-ten duy nhất. Khi đối tượng được giả định là ở giữa tín hiệu ăng-ten, thì phạm vi phát hiện radar cao nhất có thể được viết là

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = Truyền công suất

‘Pmin’ = Tín hiệu có thể phát hiện tối thiểu

‘Λ’ = Bước sóng truyền

“bóng bán dẫn fet hoạt động như thế nào ”

‘Σ’ = Mặt cắt ngang của radar mục tiêu

‘Fo’ = Tần số tính bằng Hz

‘G’ = Độ lợi của ăng-ten

‘C’ = Tốc độ ánh sáng

Trong phương trình trên, các biến ổn định cũng như dựa vào radar ngoài mục tiêu như RCS. Thứ tự công suất phát sẽ là 1 mW (0 dBm) và độ lợi của ăng-ten xấp xỉ 100 (20 dB) đối với ERP (công suất bức xạ hiệu quả) là 20 dBm (100 mW). Thứ tự của các tín hiệu ít được chú ý nhất là picowat và RCS cho một chiếc xe có thể là 100 mét vuông.

Vì vậy, độ chính xác của phương trình phạm vi radar sẽ là dữ liệu đầu vào. Pmin (tín hiệu tối thiểu đáng chú ý) chủ yếu phụ thuộc vào băng thông của máy thu (B), F (hình tiếng ồn), T (nhiệt độ) & tỷ lệ S / N cần thiết (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu).

Máy thu có băng thông hẹp sẽ phản hồi nhanh hơn so với máy thu BW rộng. Con số tiếng ồn có thể được định nghĩa vì nó là một phép tính về mức độ tiếng ồn mà máy thu có thể đóng góp vào một tín hiệu. Khi con số tiếng ồn nhỏ hơn thì thiết bị sẽ ít tiếng ồn hơn. Khi nhiệt độ tăng sẽ ảnh hưởng đến độ nhạy của máy thu thông qua nhiễu đầu vào tăng.

Pmin = k T B F (S / N) phút

Từ phương trình trên,

'Pmin' là tín hiệu ít phát hiện nhất

‘K’ là hằng số Boltzmann như 1,38 x 10-23 (Watt * giây / ° Kelvin)

‘T’ là nhiệt độ (° Kelvin)

‘B’ là băng thông của máy thu (Hz)

‘F’ là Hình tiếng ồn (dB), Hệ số tiếng ồn (tỷ lệ)

(S / N) min = Tỷ lệ S / N ít nhất

Công suất nhiễu nhiệt i / p có sẵn có thể tỷ lệ thuận với kTB trong đó ‘k’ là hằng số Boltzmann, ‘T’ là nhiệt độ và ‘B’ là băng thông của nhiễu máy thu tính bằng hertz.

T = 62,33 ° F hoặc 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm/Hz

Phương trình phạm vi radar ở trên có thể được viết cho công suất nhận được như một phạm vi chức năng cho công suất phát, độ lợi ăng ten, RCS & bước sóng được cung cấp.

Prec = Pt λ2G2σ / (4π) 3R4max = Pt C2G2σ / (4π) 3R4fo2

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Từ phương trình trên,

‘Prec’ là công suất nhận được

‘Pt’ là công suất phát

'Fo' là tần số phát

‘Λ’ là bước sóng truyền

‘G’ là độ lợi của một ăng-ten

‘Σ’ là mặt cắt ngang của radar

‘R’ là phạm vi

‘C’ là tốc độ ánh sáng

Các ứng dụng

Các ứng dụng của radar bao gồm những điều sau đây.

Ứng dụng quân sự

Nó có 3 ứng dụng chính trong Quân sự:

Trong phòng không, nó được sử dụng để phát hiện mục tiêu, nhận dạng mục tiêu và điều khiển vũ khí (hướng vũ khí đến các mục tiêu được theo dõi).
Trong một hệ thống tên lửa để dẫn đường cho vũ khí.
Xác định vị trí của kẻ thù trên bản đồ.

Kiểm soát không lưu

Nó có 3 ứng dụng chính trong kiểm soát không lưu:

Để kiểm soát không lưu gần các sân bay. RADAR Giám sát Hàng không được sử dụng để phát hiện và hiển thị vị trí của máy bay trong nhà ga sân bay.
Để hướng dẫn máy bay hạ cánh trong điều kiện thời tiết xấu bằng cách sử dụng Phương pháp Tiếp cận Chính xác RADAR.
Để quét bề mặt sân bay để tìm vị trí máy bay và phương tiện mặt đất

Viễn thám

Nó có thể được sử dụng để quan sát xem hoặc quan sát vị trí hành tinh và theo dõi băng biển để đảm bảo tuyến đường thông suốt cho tàu bè.

“sơ đồ công tắc hẹn giờ máy giặt ”

Kiểm soát giao thông mặt đất

Nó cũng có thể được cảnh sát giao thông sử dụng để xác định tốc độ của xe, kiểm soát chuyển động của xe bằng cách đưa ra cảnh báo về sự có mặt của các phương tiện khác hoặc bất kỳ chướng ngại vật nào khác phía sau.

Không gian

Nó có 3 ứng dụng chính