Cos'è un RADAR: nozioni di base, tipi e applicazioni

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Possiamo osservare diversi oggetti in tutto il mondo. Allo stesso modo, il rilevamento e la portata radio simili a radar vengono utilizzati per assistere i piloti durante il volo nella nebbia perché il pilota non può notare dove stanno viaggiando. Il radar utilizzato negli aeroplani è simile a una torcia che funziona con le onde radio al posto della luce. L'aereo trasmette un segnale radar lampeggiante e ascolta qualsiasi indicazione di quel segnale da oggetti vicini. Una volta rilevate le indicazioni, l'aereo identifica che qualcosa è vicino e utilizza il tempo impiegato per raggiungere le indicazioni per scoprire quanto sia distante. Questo articolo discute una panoramica di Radar e del suo funzionamento.

Chi ha inventato il radar?

Simile a diverse invenzioni, il sistema radar non è facile da dare credito a un individuo perché era il risultato di precedenti lavori sulle proprietà di elettromagnetico radiazioni per l'accessibilità di numerosi dispositivi elettronici. La questione di maggiore preoccupazione è più complicata dal nascondiglio della privacy militare in base alla quale le tecniche di localizzazione radio sono state esaminate in diversi paesi all'inizio della seconda guerra mondiale.




Questo autore di recensioni ha infine concluso che, quando il sistema radar è un chiaro caso di creazione diretta, la nota di Robert Watson-Watt sul rilevamento e la posizione degli aerei mediante metodi radio è stata pubblicata immediatamente 50 anni fa. Quindi è stata la pubblicazione solitaria più significativa in questo campo. Il successo britannico nella lotta contro la Gran Bretagna assegnò molto all'espansione di un sistema radar che includeva la crescita tecnica con la fattibilità operativa.

Cos'è un sistema radar?

RADAR sta per Rilevamento radio e Ranging System. È fondamentalmente un sistema elettromagnetico utilizzato per rilevare la posizione e la distanza di un oggetto dal punto in cui è posizionato il RADAR. Funziona irradiando energia nello spazio e monitorando l'eco o il segnale riflesso dagli oggetti. Funziona nella gamma UHF e microonde.



Un radar è un sensore elettromagnetico, utilizzato per rilevare, tracciare, localizzare e identificare diversi oggetti che si trovano a determinate distanze. Il funzionamento del radar è che trasmette energia elettromagnetica nella direzione dei bersagli per osservare gli echi e ritorni da essi. Qui gli obiettivi non sono altro che navi, aerei, corpi astronomici, veicoli automobilistici, veicoli spaziali, pioggia, uccelli, insetti, ecc. Invece di notare la posizione e la velocità del bersaglio, a volte ottiene anche la loro forma e dimensione.

L'obiettivo principale del radar rispetto ai dispositivi di rilevamento a infrarossi e ottici è scoprire obiettivi lontani in condizioni climatiche difficili e determinare la loro distanza, portata, attraverso la precisione. Il radar ha il proprio trasmettitore, noto come fonte di illuminazione per il posizionamento dei bersagli. In generale, funziona nell'area delle microonde dello spettro elettromagnetico che viene calcolato in hertz quando le frequenze si estendono da 400 MHz a 40 GHz. I componenti essenziali che vengono utilizzati nel radar


Il radar subisce un rapido sviluppo durante gli anni 1930-'40 per soddisfare le esigenze dei militari. È ancora ampiamente utilizzato dalle forze armate, ovunque siano stati creati diversi progressi tecnologici. Allo stesso tempo, il radar viene utilizzato anche in applicazioni civili, in particolare nel controllo del traffico aereo, osservazione del tempo, navigazione di navi, ambiente, rilevamento da aree remote, osservazione del pianeta, misurazione della velocità in applicazioni industriali, sorveglianza spaziale, forze dell'ordine, ecc.

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento del radar è molto semplice perché trasmette potenza elettromagnetica oltre che esamina l'energia restituita al bersaglio. Se i segnali restituiti vengono ricevuti di nuovo nella posizione della loro sorgente, allora un ostacolo si trova nel modo di trasmissione. Questo è il principio di funzionamento del radar.

Fondamenti di radar

Il sistema RADAR è generalmente costituito da un trasmettitore che produce un segnale elettromagnetico che viene irradiato nello spazio da un'antenna. Quando questo segnale colpisce un oggetto, viene riflesso o irradiato nuovamente in molte direzioni. Questo segnale riflesso o eco viene ricevuto dall'antenna radar che lo consegna al ricevitore, dove viene elaborato per determinare le statistiche geografiche dell'oggetto.

La portata viene determinata calcolando il tempo impiegato dal segnale per viaggiare dal RADAR al bersaglio e viceversa. La posizione del bersaglio viene misurata in angolo, dalla direzione del segnale di eco di ampiezza massima, puntata dall'antenna. Per misurare la distanza e la posizione degli oggetti in movimento, viene utilizzato l'effetto Doppler.

Le parti essenziali di questo sistema includono quanto segue.

  • Un trasmettitore: Può essere un amplificatore di potenza come un Klystron, un tubo a onda itinerante o un oscillatore di potenza come un Magnetron. Il segnale viene prima generato utilizzando un generatore di forme d'onda e poi amplificato nell'amplificatore di potenza.
  • Guide d'onda: Le guide d'onda sono linee di trasmissione per la trasmissione dei segnali RADAR.
  • Antenna: L'antenna utilizzata può essere un riflettore parabolico, array planari o array phased guidati elettronicamente.
  • Duplexer: Un duplexer consente di utilizzare l'antenna come trasmettitore o ricevitore. Può essere un dispositivo gassoso che produrrebbe un cortocircuito all'ingresso del ricevitore quando il trasmettitore è in funzione.
  • Ricevitore: Può essere un ricevitore supereterodina o qualsiasi altro ricevitore costituito da un processore per elaborare il segnale e rilevarlo.
  • Decisione sulla soglia: L'uscita del ricevitore viene confrontata con una soglia per rilevare la presenza di qualsiasi oggetto. Se l'uscita è al di sotto di una qualsiasi soglia, si presume la presenza di rumore.

In che modo Radar usa la radio?

Una volta che il radar è posizionato su una nave o un aereo, richiede un insieme essenziale simile di componenti per produrre segnali radio, trasmetterli nello spazio e riceverli da qualcosa e infine visualizzare le informazioni per comprenderlo. Un magnetron è un tipo di dispositivo, utilizzato per generare segnali radio che vengono utilizzati attraverso la radio. Questi segnali sono simili ai segnali luminosi perché viaggiano alla stessa velocità ma i loro segnali sono molto più lunghi con meno frequenze.

La lunghezza d'onda dei segnali luminosi è di 500 nanometri, mentre i segnali radio utilizzati dai radar normalmente vanno da centimetri a metri. In uno spettro elettromagnetico, entrambi i segnali come la radio e la luce sono realizzati con modelli variabili di energia magnetica ed elettrica nell'aria. Il magnetron nel radar genera microonde come un forno a microonde. La principale disparità è che il magnetron all'interno del radar deve trasmettere i segnali per diverse miglia, piuttosto che solo per piccole distanze, quindi è più potente oltre che molto più grande.

Ogni volta che i segnali radio sono stati trasmessi, un'antenna funge da trasmettitore per trasmetterli nell'aria. Generalmente, la forma dell'antenna è piegata in modo da focalizzare principalmente i segnali in un segnale preciso e stretto, tuttavia anche le antenne radar normalmente ruotano in modo che possano notare azioni su un'area enorme.

I segnali radio viaggiano fuori dall'antenna con una velocità di 300.000 km al secondo fino a quando non colpiscono qualcosa e alcuni di loro tornano all'antenna. In un sistema radar, c'è un dispositivo essenziale, vale a dire un duplexer. Questo dispositivo viene utilizzato per far cambiare l'antenna da un lato all'altro tra un trasmettitore e un ricevitore.

Tipi di radar

Esistono diversi tipi di radar che includono quanto segue.

Radar bistatico

Questo tipo di sistema radar include un trasmettitore Tx e un ricevitore Rx diviso per una distanza equivalente alla distanza dell'oggetto stimato. Il trasmettitore e il ricevitore sono situati in una posizione simile è chiamato radar monastico, mentre l'hardware militare superficie-aria e aria-aria a lunghissimo raggio utilizza il radar bistatico.

Radar Doppler

È un tipo speciale di radar che utilizza l'effetto Doppler per generare la velocità dei dati relativi a un bersaglio a una distanza particolare. Questo può essere ottenuto trasmettendo segnali elettromagnetici nella direzione di un oggetto in modo che analizzi come l'azione dell'oggetto ha influenzato la frequenza del segnale restituito.

Questa modifica fornirà misurazioni molto precise per la componente radiale della velocità di un oggetto in relazione al radar. Le applicazioni di questi radar coinvolgono diversi settori come meteorologia, aviazione, sanità, ecc.

Radar monopulse

Questo tipo di sistema radar confronta il segnale ottenuto utilizzando un particolare impulso radar accanto ad esso contrastando il segnale osservato in numerose direzioni altrimenti polarizzazioni. Il tipo più frequente di radar monopulse è il radar a scansione conica. Questo tipo di radar valuta il ritorno da due modi per misurare direttamente la posizione dell'oggetto. È significativo notare che i radar sviluppati nel 1960 sono radar monopulse.

Radar passivo

Questo tipo di radar è progettato principalmente per rilevare e seguire i bersagli attraverso l'elaborazione delle indicazioni dall'illuminazione dell'ambiente circostante. Queste sorgenti comprendono segnali di comunicazione e trasmissioni commerciali. La categorizzazione di questo radar può essere eseguita nella stessa categoria del radar bistatico.

Strumentazione Radar

Questi radar sono progettati per testare aerei, missili, razzi, ecc. Forniscono informazioni diverse tra cui spazio, posizione e tempo sia nell'analisi di post-elaborazione che in tempo reale.

Radar meteorologici

Questi vengono utilizzati per rilevare la direzione e le condizioni meteorologiche utilizzando segnali radio tramite polarizzazione circolare o orizzontale. La scelta della frequenza del radar meteorologico dipende principalmente da un compromesso delle prestazioni tra l'attenuazione e il riflesso delle precipitazioni come risultato del vapore acqueo atmosferico. Alcuni tipi di radar sono progettati principalmente per impiegare spostamenti Doppler per calcolare la velocità del vento e la doppia polarizzazione per riconoscere i tipi di pioggia.

Mappatura radar

Questi radar vengono utilizzati principalmente per esaminare un'ampia area geografica per le applicazioni di rilevamento a distanza e geografia. Come risultato del radar ad apertura sintetica, questi sono limitati a bersagli abbastanza stazionari. Esistono alcuni sistemi radar particolari utilizzati per rilevare gli esseri umani dopo i muri che sono più diversi rispetto a quelli trovati all'interno dei materiali da costruzione.

Radar di navigazione

Generalmente, questi sono gli stessi per la ricerca dei radar ma sono disponibili con piccole lunghezze d'onda che sono in grado di replicarsi dal suolo e dalle pietre. Questi sono comunemente usati sulle navi commerciali e sugli aerei a lunga distanza. Esistono diversi radar di navigazione come i radar marini che vengono posizionati comunemente sulle navi per evitare una collisione e per scopi di navigazione.

RADAR pulsato

Il RADAR pulsato invia impulsi ad alta potenza e ad alta frequenza verso l'oggetto target. Quindi attende il segnale di eco dall'oggetto prima che venga inviato un altro impulso. La portata e la risoluzione del RADAR dipendono dalla frequenza di ripetizione dell'impulso. Utilizza il metodo dello spostamento Doppler.

Il principio del RADAR che rileva oggetti in movimento utilizzando lo spostamento Doppler funziona sul fatto che i segnali di eco da oggetti stazionari sono nella stessa fase e quindi vengono cancellati mentre i segnali di eco da oggetti in movimento avranno alcuni cambiamenti di fase. Questi radar sono classificati in due tipi.

Pulse-Doppler

Trasmette un'elevata frequenza di ripetizione degli impulsi per evitare ambiguità Doppler. Il segnale trasmesso e il segnale di eco ricevuto vengono miscelati in un rilevatore per ottenere lo spostamento Doppler e il segnale di differenza viene filtrato utilizzando un filtro Doppler in cui i segnali di rumore indesiderati vengono respinti.

Diagramma a blocchi del RADAR Doppler pulsato

Diagramma a blocchi del RADAR Doppler pulsato

Indicatore del bersaglio in movimento

Trasmette una bassa frequenza di ripetizione dell'impulso per evitare ambiguità di portata. In un sistema MTI RADAR, i segnali di eco ricevuti dall'oggetto vengono diretti verso il mixer, dove vengono miscelati con il segnale da un oscillatore locale stabile (STALO) per produrre il segnale IF.

Questo segnale IF viene amplificato e quindi inviato al rilevatore di fase dove la sua fase viene confrontata con la fase del segnale proveniente dal Coherent Oscillator (COHO) e viene prodotto il segnale di differenza. Il segnale Coherent ha la stessa fase del segnale del trasmettitore. Il segnale coerente e il segnale STALO vengono miscelati e inviati all'amplificatore di potenza che viene acceso e spento utilizzando il modulatore di impulsi.

Radar MTI

Radar MTI

Onda continua

Il RADAR a onda continua non misura la portata del bersaglio ma piuttosto la velocità di variazione della portata misurando lo spostamento Doppler del segnale di ritorno. In un RADAR CW viene emessa radiazione elettromagnetica invece di impulsi. Fondamentalmente è usato per misurazione della velocità .

Il segnale RF e il segnale IF vengono mixati nello stadio mixer per generare la frequenza dell'oscillatore locale. Il segnale RF viene quindi trasmesso come segnale e il segnale ricevuto dall'antenna RADAR è costituito dalla frequenza RF più la frequenza di spostamento Doppler. Il segnale ricevuto viene miscelato con la frequenza dell'oscillatore locale nel secondo stadio di miscela per generare il segnale di frequenza IF.

Questo segnale viene amplificato e inviato al terzo stadio di miscela dove viene miscelato con il segnale IF per ottenere il segnale con frequenza Doppler. Questa frequenza Doppler o spostamento Doppler fornisce la velocità di variazione della portata del target e quindi viene misurata la velocità del target.

Diagramma a blocchi che mostra il RADAR CW

Diagramma a blocchi che mostra il RADAR CW

Equazione della portata del radar

Sono disponibili diversi tipi di versioni per le equazioni della portata del radar. Qui, la seguente equazione è uno dei tipi fondamentali per un unico sistema di antenna. Quando si presume che l'oggetto si trovi nel mezzo del segnale dell'antenna, è possibile scrivere il raggio di rilevamento radar più elevato come

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

'Pt' = Potenza di trasmissione

'Pmin' = Segnale minimo rilevabile

‘Λ’ = lunghezza d'onda di trasmissione

'Σ' = Sezione trasversale del radar di destinazione

'Fo' = frequenza in Hz

'G' = Guadagno di un'antenna

'C' = velocità della luce

Nell'equazione di cui sopra, le variabili sono stabili e si basano su radar a parte il bersaglio come RCS. L'ordine della potenza di trasmissione sarà di 1 mW (0 dBm) e il guadagno dell'antenna di circa 100 (20 dB) per un ERP (potenza irradiata efficiente) di 20 dBm (100 mW). L'ordine dei segnali meno evidenti sono i picowatt e l'RCS per un veicolo potrebbe essere di 100 metri quadrati.

Quindi, l'esattezza dell'equazione della portata del radar sarà il dato di input. Pmin (segnale minimo percepibile) dipende principalmente dalla larghezza di banda del ricevitore (B), F (cifra di rumore), T (temperatura) e rapporto S / N necessario (rapporto segnale-rumore).

Un ricevitore con larghezza di banda ridotta sarà più reattivo rispetto a un ricevitore BW ampio. La cifra di rumore può essere definita in quanto è un calcolo della quantità di rumore che il ricevitore può contribuire a un segnale. Quando la cifra di rumore è inferiore, il rumore sarà inferiore il dispositivo dona. Quando la temperatura aumenta, influenzerà la sensibilità del ricevitore attraverso l'aumento del rumore di ingresso.

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

Dall'equazione sopra,

'Pmin' è il segnale meno rilevabile

'K' è la costante di Boltzmann come 1,38 x 10-23 (Watt * sec / ° Kelvin)

'T' è una temperatura (° Kelvin)

'B' è la larghezza di banda di un ricevitore (Hz)

'F' è la cifra di rumore (dB), fattore di rumore (rapporto)

(S / N) min = rapporto S / N minimo

La potenza del rumore termico i / p disponibile può essere proporzionale al kTB dove 'k' è la costante di Boltzmann, 'T' è la temperatura e 'B' è la larghezza di banda del rumore del ricevitore in hertz.

T = 62,33 ° F o 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

L'equazione della portata del radar sopra può essere scritta per la potenza ricevuta come una gamma di funzioni per una potenza di trasmissione, guadagno dell'antenna, RCS e lunghezza d'onda forniti.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Dall'equazione sopra,

'Prec' è la potenza ricevuta

'Pt' è la potenza di trasmissione

'Fo' è la frequenza di trasmissione

'Λ' è la lunghezza d'onda di trasmissione

'G' è il guadagno di un'antenna

'Σ' è la sezione trasversale del radar

'R' è l'intervallo

'C' è la velocità della luce

Applicazioni

Il applicazioni del radar include il seguente.

Applicazioni militari

Ha 3 principali applicazioni in campo militare:

  • Nella difesa aerea, viene utilizzato per il rilevamento del bersaglio, il riconoscimento del bersaglio e il controllo delle armi (dirigendo l'arma verso i bersagli tracciati).
  • In un sistema missilistico per guidare l'arma.
  • Identificazione delle posizioni dei nemici sulla mappa.

Controllo del traffico aereo

Ha 3 principali applicazioni nel controllo del traffico aereo:

  • Per controllare il traffico aereo vicino agli aeroporti. Il radar di sorveglianza aerea viene utilizzato per rilevare e visualizzare la posizione del velivolo nei terminal dell'aeroporto.
  • Per guidare il velivolo ad atterrare in caso di maltempo utilizzando il radar di avvicinamento di precisione.
  • Per eseguire la scansione della superficie dell'aeroporto per la posizione di aeromobili e veicoli terrestri

Rilevamento remoto

Può essere utilizzato per osservare se o osservare le posizioni planetarie e monitorare il ghiaccio marino per garantire un percorso regolare per le navi.

Controllo del traffico a terra

Può essere utilizzato anche dalla polizia stradale per determinare la velocità del veicolo, controllando il movimento dei veicoli dando avvertimenti sulla presenza di altri veicoli o altri ostacoli dietro di loro.

Spazio

Ha 3 applicazioni principali

  • Per guidare il veicolo spaziale per un atterraggio sicuro sulla luna
  • Per osservare i sistemi planetari
  • Per rilevare e tracciare i satelliti
  • Per monitorare le meteore

Quindi, ora ho dato una base comprensione del RADAR , che ne dici di progettare un semplice progetto che coinvolga RADAR?

Crediti fotografici