Den radar ( akronym avledet fra det engelske ra dio av deteksjons et nd r anging ) er et system som bruker elektromagnetiske bølger for å detektere nærværet og bestemmelse av posisjonen og hastigheten av objekter som for eksempel fly , de fartøyer eller regn . Bølger som sendes ut fra senderen reflekteres av målet, og retursignalene (kalt radar ekko eller radar ekko ) er plukket opp og analysert ved hjelp av mottageren, ofte lokalisert på samme sted som den sender. Avstanden oppnås takket være signalets rundtur, retningen takket være antennens vinkelposisjon der retursignalet ble plukket opp og hastigheten med frekvensforskyvningen til retursignalet generert i henhold til Doppler-effekten . Det er også forskjellig informasjon funnet av forholdet mellom avkastningene plukket opp i henhold til ortogonale polarisasjonsplan .
Radar brukes i mange sammenhenger: i meteorologi for å oppdage tordenvær, for lufttrafikkontroll , for veitrafikkovervåking, av militæret for å oppdage flygende gjenstander, men også skip, i astronautikk , etc.
Ordet radar er en neologism avledet fra det engelske forkortelse RA dio D etection A nd R anging , som kan oversettes med "å detektere og beregne avstand av radiobølger ", "deteksjon og radio -telemetri ", eller enklere "Radio-bestemmelse ". Dette akronymet av amerikansk opprinnelse har erstattet det engelske akronymet som tidligere ble brukt: RDF ( Radio Direction Finding , som kan oversettes som " radiocompas ").
I 1864 , James Clerk Maxwell beskrev lovene i elektromagnetisme , som gjorde det mulig for første gang å arbeide på sin kilde. I 1888 viste Heinrich Rudolf Hertz at elektromagnetiske bølger reflekteres av metalloverflater. På begynnelsen av XX E århundre gjør utviklingen av radioen og TSF (av blant andre Marconi ) det mulig å utvikle antennene som er nødvendige for bruk av radaren.
Flere oppfinnere , forskere og ingeniører bidro da til utviklingen av radarkonseptet. De teoretiske grunnlagene dateres fra 1904 med innlevering av patentet på "Telemobiloskop" (Reichspatent Nr. 165546) av tyskeren Christian Hülsmeyer . Dette demonstrerte muligheten for å oppdage tilstedeværelsen av båter i en veldig tett tåke . Ved å sende en bølge ved hjelp av en multipolær antenne , bemerket systemet at han kom tilbake fra en hindring med en dipolantenne uten å kunne definere mer enn en tilnærmet azimut og på ingen måte dens avstand. Det var derfor RAD (radiodeteksjon), men ikke AR (azimut og radius).
Vi må da løse bølgelengde- og kraftproblemene som ble reist i 1917 av den serbiske fysikeren, den naturaliserte amerikaneren, Nikola Tesla . I løpet av 1920-tallet begynte vi derfor å oppdage eksperimenter med antenner. Høsten 1922 , Albert H. Taylor og Leo C. Young av Naval Research Laboratory (NRL) i ble USA gjennomfører radiokommunikasjon tester i Potomac -elven . De la merke til at trebåtene som krysset banen for deres kontinuerlige bølgesignal forårsaket forstyrrelser, og gjenoppdaget dermed det samme prinsippet som Hülsmeyer. Tidlig på 1930 - tallet ga Taylor en av hans ingeniører, Robert M. Page , i oppdrag å utvikle en pulssender og sendeantenne som han og Young hadde tenkt ut for å omgå dette problemet.
I 1934 , etter en systematisk studie av magnetronen , ble det utført tester på kortbølgedeteksjonssystemer i Frankrike av CSF (16 og 80 cm bølgelengde). Et patent er arkivert (fransk patent nr . 788 795). Slik ble UHF "radarer" født. Den første monterte i 1934 lasteskipet Oregon, etterfulgt i 1935 av fartøyet Normandie .
I 1935 , etter et patent innlevert av Robert Watson-Watt (den såkalte "offisielle" oppfinneren av radaren) (britisk patent GB593017), ble det første nettverket av radarer bestilt av britene fra MetroVick og ville bli kodenavnet Chain Home . Den ungarske Zoltán Lajos Bay produserte en annen av de første operasjonelle modellene i 1936 i laboratoriet til Tungsram- selskapet ( Ungarn ). The Nazi-Tyskland , i Sovjetunionen , den amerikanske og andre land har også gjennomført forskning på dette området.
Vi kan vurdere at arkitekturen til radarene nesten ble ferdigstilt ved begynnelsen av andre verdenskrig . Imidlertid manglet den operative kampopplevelsen, noe som fikk ingeniører til å finne mange tekniske forbedringer. Dermed er luftbårne radarer utviklet for å gjøre det mulig for luftforsvaret å utføre bombardementer og nattjakt. Polarisasjonseksperimenter ble også utført .
Under operasjonell bruk av radaren la operatørene merke tilstedeværelsen av gjenstander . For eksempel merket allierte militære mikrobølgeovnradaroperatører støy i opptakene. Disse lydene viste seg å være ekko fra nedbør (regn, snø, etc.), et funn som førte til utviklingen av meteorologiske radarer etter kampens slutt. De første teknikkene for fastkjøring og elektroniske mottiltak er også utviklet.
Siden krigen har radarer blitt brukt på mange felt som spenner fra meteorologi til astrometri , inkludert vei- og lufttrafikkontroll . På 1950-tallet banet oppfinnelsen av syntetisk blenderadar vei for å oppnå radarbilder med høy oppløsning. I 1965 oppdaget Cooley og Tuckey (re) den raske Fourier-transformasjonen, som fikk all sin interesse, spesielt da databehandling begynte å bli tilstrekkelig effektiv. Denne algoritmen er grunnlaget for det meste av dagens digitale radarbehandling.
En radar sender ut kraftige bølger, frembringes av en radio oscillator og som sendes ut fra en antenne . Den delen av strålens energi som reflekteres og returneres til mottakeren når strålen møter et hinder i atmosfæren kalles radarekko (eller radarekko ). Selv om kraften til de overførte bølgene er stor, er ekkoets amplitude ofte veldig liten, men disse radiosignalene er lett elektronisk detekterbare og kan forsterkes mange ganger. Det er forskjellige måter å sende ut disse bølgene. De mest brukte er:
Ved å analysere det reflekterte signalet er det mulig å finne og identifisere objektet som er ansvarlig for refleksjonen , samt å beregne bevegelseshastigheten takket være Doppler-effekten . Radar kan oppdage objekter med et bredt spekter av reflekterende egenskaper, mens andre typer signaler, for eksempel lyd eller synlig lys , ville være for svake til å bli oppdaget fra disse objektene. I tillegg kan radiobølger forplante seg med liten demping gjennom luft og ulike hindringer, som skyer , tåke eller røyk , som raskt absorberer et lyssignal. Dette gjør det mulig å oppdage og spore under forhold som lammer andre teknologier.
En radar består av forskjellige komponenter:
I de fleste tilfeller deler radarsenderen og mottakeren vanlig elektronikk og antenne. Vi snakker da om monostatisk radar. Imidlertid hindrer ingenting å vurdere et radarsystem der senderen og mottakeren er atskilt (eksempel: GRAVES- systemet og transhorisonradarene ved Jindalee i Australia); man snakker da om bistatisk radar , eller til og med om multistatisk konfigurasjon , hvis det er en sender og flere separate mottakere eller flere sendere og en separat mottaker. Begge konfigurasjonene gir fordeler og ulemper:
Når vi snakker om bistatisk radar, antar vi implisitt at senderen og mottakeren virkelig er atskilt (enten fra et avstandssynspunkt eller fra et vinklet synspunkt). Hvis senderen og mottakeren er fysisk adskilte (forskjellige antenner), men ligger nesten på samme sted, er det mottatte signalet kvalitativt nær et monostatisk signal. Vi snakker altså om sterkt bistatiske eller svakt bistatiske konfigurasjoner for å integrere disse to mulighetene.
Senderen på radarstedet inkluderer: en permanent oscillator, en forsterker og en modulator. For mikrobølgeradarer, som danner det store flertallet av radarer i drift, krever generering av korte og svært energiske pulser en teknologi som er forskjellig fra en radiosender som brukes i telekommunikasjon. Dermed gjøres generasjonen av bølgen som følger:
Den frekvens er hovedsakelig velges i henhold til den tilsiktede bruk. Generelt vil en stor bølgelengde (HF-bånd) gjøre det mulig å dra nytte av fenomenene forplantning og rebound på ionosfæren , noe som gjør det mulig å strekke seg til tusenvis av kilometer (tilfelle av horisonten radar ). På den annen side er det bare gjenstander som har en typisk størrelse av størrelsesorden av bølgelengden. For eksempel vil en skog være delvis gjennomsiktig for lange bølgelengder (bare trestammer er synlige); mens skogen vil være ugjennomsiktig i X-bånd (bare baldakinen vil være synlig), fordi bølgelengden er i størrelsesorden størrelsen på blader og grener. Størrelsen på antennen påvirker også bølgelengden som skal brukes (og omvendt).
Sivile og militære frekvensbånd er tildelt internasjonalt innenfor World Radiocommunications Conference, som møtes hvert tredje år i International Telecommunications Union , også med deltagelse av internasjonale organisasjoner som NATO . Band-søknader må gjøres i god tid, da konferansedagager vanligvis settes flere år i forveien. På den annen side, i et land, kan de suverene institusjonene arrogere for seg selv frekvensbånd for eksklusiv bruk av militæret eller politistyrker. Imidlertid er disse institusjonene under økende press fra industrialister i den grad nye sivile teknologier ( GSM , Wi-Fi , etc.) har en økende spektral okkupasjon, men gir et veldig stort økonomisk overskudd. Tiden er derfor kommet for samarbeid mellom de ulike aktørene og for samliv (ikke alltid veldig vellykket) for å begrense interferens mellom de forskjellige applikasjonene. Faktum er fortsatt at det mest passende frekvensbåndet fra et applikasjonssynspunkt ikke alltid er tilgjengelig, og det må ofte bli funnet et kompromiss.
Navn på frekvensbåndNavnet på frekvensområdene som brukes i radarverdenen kommer fra andre verdenskrig. For å holde utviklingen av dette systemet hemmelig, bestemte militæret seg for å gi disse strendene kodenavn som har vært i bruk siden. De er adoptert i USA av Institute of elektro- og elektronikkingeniører (IEEE) og internasjonalt av International Telecommunication Union . Imidlertid har noen brukere av radiobandene, som kringkastere og den militære mottiltaksindustrien, erstattet tradisjonelle termer med egen identifikasjon.
Bandnavn | Frekvensområde | Bølgelengder | Kommentarer |
---|---|---|---|
HF | 3-30 MHz | 10-100 m | For høy frekvens . Brukt av kystradarer og "utenfor horisonten" -radarer. |
P | <300 MHz | 1 m + | For presedens : påføres a posteriori på primitive radarer |
VHF | 50-330 MHz | 0,9-6 m | For veldig høy frekvens . Brukes av radarer med veldig lang rekkevidde og de med bakkeinntrengning. |
UHF | 300-1000 MHz | 0,3-1 m | For ultrahøy frekvens . Radarer med veldig lang rekkevidde (f.eks. Påvisning av ballistiske missiler ), inntrengning av bakken og løvverk. |
L | 1-2 GHz | 15-30 cm | For lenge . Brukes til langtrekkende flykontroll og luftovervåking, GPS (og derfor passive radarer basert på den). |
S | 2-4 GHz | 7,5-15 cm | For shorts (korte). Brukt av lokale lufttrafikkradarer, meteorologiske og marine radarer. |
VS | 4-8 GHz | 3,75-7,5 cm | Kompromiss mellom S- og X-bånd for satellittranspondere og meteorologiske radarer. |
X | 8-12 GHz | 2,5-3,75 cm | For værradar, vei hastighetskontroll, rakett søkende , navigasjon radarer, medium oppløsning kartlegging radarer og bakkeovervåkning. |
K u | 12-18 GHz | 1,67-2,5 cm | Frekvens like under K (indeks 'u' for " under " på engelsk) for kartleggingsradarer med høy oppløsning og satellittalarmetri. |
K | 18-27 GHz | 1,11-1,67cm | Fra tysk kurz (kort). Sterkt absorbert av vanndampen , K u og K en blir brukt for deteksjon av skydråper i meteorologi og på manuell vei radarer (24,150 ± 0,100 GHz). |
K a | 27-40 GHz | 0,75-1,11 cm | Frekvens like over K (indeks 'a' for " over " på engelsk) for kartlegging, kort rekkevidde, overvåking av flyplassens bakke, automatiserte bilradarer (34.300 ± 0.100 GHz) og antikollisjon montert på eksklusive biler. |
mm | 40-300 GHz | 1 - 7,5 mm | Millimeterbånd delt inn i fire deler: |
Q | 40-60 GHz | 5 mm - 7,5 mm | Brukes til militær kommunikasjon. |
V | 50-75 GHz | 6,0 - 4 mm | Veldig sterkt absorbert av atmosfæren. |
E | 60-90 GHz | 6,0 - 3,33 mm | |
W | 75-110 GHz | 2,7 - 4,0 mm | Brukt som bilindustriell antikollisjonsradar og for høyoppløselig, kortvarig værobservasjon. |
Generelt kan en antenne (radio eller radar) sees på som en svinger :
Denne energiomdannelsen er ikke uten tap; således er en antenne preget av en effektivitetskoeffisient mellom 0 og 1, som man ønsker å være så høy som mulig.
Hvis man ønsker å bruke radaren til å finne et mål, må man utforme antennen slik at den mottar bølgene som bare kommer fra en privilegert retning; denne operasjonen har også en gunstig bivirkning i den grad antennen vil ha bedre rekkevidde både i mottak og i overføring i denne retningen. Antennen er derfor også preget av sin retningsevne og sin maksimale "forsterkning".
Det vil sees senere i dette avsnittet at antennens direktivitet påvirkes av bølgelengden til det sendte signalet og dimensjonene til antennen; i visse applikasjoner (radar om bord i et fly eller en satellitt) kan dimensjonene til antennen være en sterk begrensning som derfor også må vurderes.
LedningsantennerAv tekniske årsaker (magnetronen er ikke fullstendig mestret ennå) arbeidet de første radarene fra andre verdenskrig med lave frekvenser som det var praktisk å bruke ledningsantenner. Disse antennene er kjent for allmennheten fordi formen i utgangspunktet ikke er forskjellig fra antennene til radioapparatene eller TV-ene våre. Avhengig av arrangementet av trådene som utgjør antennen, er det mulig å få en mer eller mindre direktivantenn. En enkeltstrenget antenne vil være retningsbestemt i antennens midtplan; tvert imot, en Yagi-antenne er veldig direktiv i hovedaksen. Sistnevnte er den berømte "rake antennen" som vanligvis brukes i TV.
Flere mulige bruksområder har blitt utforsket over tid. Dermed besto British Chain Home- systemet under andre verdenskrig av dipolantenner som sendes ut i en retningsstridig måte, og retningsbestemte mottakerantenner. Disse ble dannet av to dipolantenner plassert i rett vinkel. Faktisk, for en dipolantenne, er mottaket maksimalt i rett vinkel mot ekkokilden, og minimum når antennen peker retning. Radaroperatøren kan derfor bestemme signalets retning ved å rotere antennene for å bestemme denne maks / min-dubletten til skjermene til de to antennene. De første luftbårne radarene, som den tyske Liechtenstein-radaren fra andre verdenskrig, ble ofte dannet av arrays av Yagi-antenner montert på nesen til flyet. Disse antennene la til ekstra luftmotstand til flyet, noe som vanligvis ikke er ønskelig; det var imidlertid ikke mulig å bruke mindre store antenner, fordi disse ikke var tilpasset den lave frekvensen som da ble brukt.
Ledningsantenner brukes fortsatt i dag til “lav” frekvensradarer (under noen få hundre megahertz, men det er ingen eksakt grense).
BlenderåpningFor mikrobølgeovarer er en klassisk antenne blenderantennen. Denne antennen fungerer som følger:
Hvis "reflektoren" er parabolsk , og hvis hornet er plassert i parabolens fokus, vil strålene som reflekteres av overflaten gå ut omtrent parallelt mot uendelig i x- retning , akkurat som pæren d. En bil frontlys er i fokus for en metallisk parabolreflektor som reflekterer lysstråler langt nedover veien.
Imidlertid, i motsetning til billyset, er størrelsen på overflaten som danner reflektoren relativt liten sammenlignet med bølgelengden til signalet som sendes ut, og det er da ikke mulig å forsømme diffraksjonsfenomenene . Hvert punkt på overflaten til reflektoren vil utstråle som en punktkilde, og det totale feltet som sendes ut på et punkt er den sammenhengende summen av alle uendelige felt. Alt skjer som i tilfelle diffraksjon av en bølge gjennom en åpning. For å bedre forstå fenomenets fysikk, bør du vurdere følgende idealiserte tilfelle:
Eller for å måle amplituden til bølgen som sendes ut i en retning identifisert av vinklene (horisontal azimutal vinkel eller peiling ) og ( høyde- eller høydevinkel ), og målt i en avstand fra antennen som er tilstrekkelig stor til at Fraunhofer er tilnærmet, er verifisert. Teorien om diffraksjon viser at det er verdt:
I dette uttrykket er kardinal sinusfunksjon definert av . Maksimal amplitude oppnås på X-aksen.
Diagrammet til høyre gir formen til utviklingen av kraften til bølgen, normalisert i forhold til den maksimale effekten som avgis, som en funksjon av stedet og avleiringen ( logaritmisk skala ). En sentral toppen sett opptrer som representerer hoved flik av radaren, samt sekundære topper som representerer sekundære lober . Her har antennen dimensjonene 20 cm x 10 cm , noe som har fordelen av å gjøre lappene godt synlige; i virkeligheten kan det være ønskelig å ha større antenner for å ha en tynnere hovedlapp (i størrelsesorden en grad). Det meste av energien som sendes ut eller mottas av en antenne kommer fra hovedlappen; spesielt hvis et reflektert signal mottas av antennen, vil det være stor sannsynlighet for at målet er i retning gitt av hovedlappen. Imidlertid ønsker vi å redusere sidelappene så mye som mulig, fordi de ikke er ubetydelige. Reduksjonen av sidelappene kan oppnås, for eksempel ved å tilrettelegge slik at reflektorens belysning ikke lenger er konstant, men signifikant i midten og reduseres forsiktig i kantene.
Hvis , settet med vinkler hvor kraften er minst lik halvparten av den maksimale effekten tilsvarer vinklene som gir et argument større enn i den første kardinal sinusen; numerisk er vinkelåpningen til dette feltet verdt, for små åpninger:
Den har en lignende forhold hvis , og erstatte den med L . Vi ser at det er to metoder for å redusere antennens vinkelåpning:
Populariteten til blenderantenner gikk ned i 2008 til fordel for patch-antenner og sporantenner (spesielt på det sivile området), bortsett fra i noen få applikasjoner der kraften ved overføring er viktig; teorien er imidlertid ikke veldig forskjellig, og resultatene nevnt ovenfor forblir kvalitativt gyldige.
Slisset bølgelederVanligvis beveger signalet fra senderen seg i en bølgeleder i sendeantennen. Det er imidlertid mulig å transformere selve bølgelederen til en antenne ved å bore spalter i den. Forstyrrelsen mellom de forskjellige spaltene skaper faktisk et diffusjonsmønster med en intens sentral topp og svakere sekundære topper i den retning spaltene er rettet. Resultatet er en retningsstrålende radarstråle som ligner den fra en parabolantenn.
Denne typen antenner har god oppløsning langs aksen, men ingen i den vinkelrette aksen. Det er tilstrekkelig å mekanisk rotere bølgelederen som er perforert gjennom 360 grader for å få en skanning av horisonten. Denne typen antenner brukes spesielt i tilfeller der vi bare er interessert i det som er i det skannede planet uten å kreve veldig stor presisjon. Dette er typene antenner som vi ser på skip, langs flyplassbaner og i havner som ser ut som lange høyttalere plassert horisontalt og roterende på en mast . De er veldig økonomiske og mindre påvirket av vinden enn andre antenner.
Patch antennerPlasterantennene eller den plane (ofte kjent som anglisismen til " patch-antennen ") består av et metallisert overflate med to trykte kretser. De har fordelen av å være veldig billig, lett og veldig fleksibel i bruk. For dette finner de ofte bruk for syntetiske antenneavbildningsapplikasjoner der de kan monteres på en kompatibel måte på skroget til et fly, en drone eller gå ombord på en satellitt. Den franske radaren RAMSES (Multi-Spectral Airborne Radar for Study of Signatures) bruker for eksempel en slik teknologi. Resultatene demonstrert for blenderantenner forblir kvalitativt gyldige for patch-antenner, det vil si vinkelåpningen avtar når antennens størrelse øker og bølgelengden avtar.
Trinnvise antennerEn annen metode som brukes for å kringkaste radarstrålen, er den for trinnvise antenner. I dette systemet er bølgelederen som kommer fra senderen delt inn i et veldig stort antall underbølgeledere. Disse ender med et spor på en plate som vender i en retning. Ved å kontrollere fasen av bølgen som går gjennom hver av disse spaltene, kan vi skape et interferensmønster som gir en utslipp i en bestemt retning. Du kan endre retningen antennen sender ut uten å måtte flytte den: du trenger bare å endre fasearrangementet til sporene.
Siden ordningsendringen gjøres elektronisk, kan en horisont og vertikal skanning utføres på en mye raskere tid enn en mekanisk roterende parabolantenn ville gjort. Vi kan til og med ordne utslippsdiagrammet slik at vi har to bjelker, noe som skaper to virtuelle radarer. Imidlertid er bjelken ikke veldig presis i retningen som skummer platen, og det er derfor tre eller fire slike plater vanligvis er arrangert i forskjellige retninger for å dekke hele volumet rundt radaren. Dette gir en tredimensjonal elektronisk skannet radar .
Fasede antenner ble først brukt under andre verdenskrig, men de elektroniske begrensningene av været tillot ikke gode oppløsningsresultater. Under den kalde krigen ble det gjort en stor innsats for deres utvikling, ettersom veldig raske mål som jagerfly og missiler beveger seg for raskt til å bli sporet av konvensjonelle systemer. De er hjertet i Aegis slagskipkampsystem og Patriot anti-missil- system . De brukes mer og mer, til tross for de høye kostnadene, i andre felt hvor lydhastighet og størrelse er kritiske, for eksempel om bord på jagerfly. I sistnevnte er de høyt verdsatt for deres evne til å spore flere mål. De ble introdusert der først i Mikoyan MiG-31 . Den trinnvise antennen, Zaslon SBI-16 , regnes som den kraftigste antennen for jagerfly .
Med fallet i prisen på elektroniske deler sprer seg denne typen antenner mer og mer. Nesten alle militære radarsystemer bruker dette konseptet, da merkostnaden lett blir oppveid av dets allsidighet og pålitelighet (færre bevegelige deler). Den trinnvise radarantennen finnes også i satellitter og blir til og med testet av US National Weather Service for bruk i værradarer . Parabolantennen brukes fremdeles i allmennflyging og annen sivil bruk, men det kan endres hvis kostnadene fortsetter å synke.
Det er generelt de aktive elektroniske skanneantennene til antenner som er passive elektronisk skannet . Når det gjelder passive elektroniske skanneantenner, produserer en enkelt kilde bølgen, som deretter er tilstrekkelig faseforskyvet for hvert av antennens strålingselementer. I aktive elektroniske skanneantenner er antennen i realiteten et sett med flere (1000 til 1500, typisk) underantenner uavhengig av hverandre og hver har sin egen kilde. Fordelen med sistnevnte tilnærming er å kunne sikre driften av systemet etter omkonfigurering selv om en av underantennene er defekt. RBE-2-radaren som utstyrer den franske jagerflyen Rafale er et eksempel på en elektronisk skanneradar med en passiv antenne. AN / APG 77-radaren montert på den amerikanske F-22 fighter er utstyrt med aktive antenner.
Syntetisk antenneSom navnet antyder, er det ikke strengt tatt en fysisk antenne, men en behandling påført råsignalet mottatt av radaren, på slutten av kjeden. Ved å bruke en antenne på en flyttebærer (fly eller satellitt) utføres den sammenhengende summeringen av det mottatte signalet som tilsvarer det samme punktet i rommet, over flere påfølgende øyeblikk, ved å sørge for at objektet forblir i hovedlappen til antenne over denne tiden. Denne summeringen øker oppløsningen på bildet kunstig, uten å måtte øke antennens fysiske størrelse. Denne løsningen er av klar interesse for satellitter eller flyradarer om bord, fordi den gjør det mulig å oppnå god ytelse for minimalt vekt- og plassbehov.
Coolanol og PAO (poly alfa-olefin) er de to viktigste kjølemediene som brukes i luftbårne radarer. Den amerikanske marinen har innført et forurensningsprogram for å redusere giftig avfall, og Coolanol har vært mindre i bruk de siste årene. PAO er et syntetisk smøremiddel bestående av polyol- estere , anti-oksidanter , rust -inhibitorer og triazolen en " gul metall smokk ".
De elektromagnetiske bølgene reflekteres av enhver signifikant endring i konstantene dielektriske eller diamagnetiske av mediet som er krysset. Dette betyr at en gjenstand fast i luft eller vakuum , eller enhver annen vesentlig endring i atomtetthet mellom objektet og dets omgivelser, scatter- radarbølger . Dette gjelder særlig for materialer ledere av elektrisitet , slik som metaller og carbon fiber , noe som gjør dem meget velegnet for radar påvisning av fly og fartøy.
Den delen av bølgen som returneres til radaren av et mål kalles dens reflektivitet . Målets tilbøyelighet til å reflektere eller spre disse bølgene kalles dets radareffektive område . Faktisk spredes radarbølger på forskjellige måter, avhengig av bølgelengden som brukes, målets form og sammensetning:
Tidlige radarer brukte bølgelengder mye lenger enn målene og mottok et vagt signal, mens noen moderne radarer bruker kortere bølgelengder (noen få centimeter eller enda mindre) som kan se mindre gjenstander, som regn eller insekter.
Korte radiobølger reflekteres av skarpe kurver og vinkler som lys fra et avrundet stykke glass . De mest reflekterende målene for korte bølgelengder har 90 ° vinkler mellom de reflekterende overflatene. En struktur som består av tre flate overflater som møtes i et enkelt hjørne (f.eks. Hjørnet på en boks) vil alltid reflektere innkommende bølger direkte tilbake til kilden. Disse typer refleksjoner brukes ofte som radarreflektorer for lettere å oppdage gjenstander som ellers er vanskelig å oppdage, og er ofte tilstede på båter for å forbedre deteksjonen i tilfelle en redning og for å redusere risikoen for kollisjon.
Av samme grunner vil objekter som ønsker å unngå deteksjon orientere overflatene for å eliminere indre hjørner og unngå overflater og kanter vinkelrett på vanlige deteksjonsretninger. Dette fører til snikfly med særegne former. Disse forholdsreglene eliminerer ikke refleksjoner på grunn av diffraksjon , spesielt for lange bølgelengder. Kabler med en lengde på halvparten av bølgelengden eller bånd av ledende materiale (for eksempel "flak" fra radarmottiltak) er sterkt reflekterende, men gir ikke bølgen tilbake til kilden.
En annen måte å kamuflere deg på er å bruke materialer som absorberer radarbølger, det vil si inneholde resistente eller magnetiske stoffer . De brukes på militære kjøretøy for å redusere bølgerefleksjon. Det tilsvarer liksom å male noe mørkt i fargen i det synlige spekteret .
I følge radarligningen er kraften som returneres til radaren fra målet:
Hvor er den overførte kraften, er avstanden og er målets radaroverflate .Reflektiviteten blir definert som , vi ser at:
En puls sonderer et volum av atmosfæren som øker med avstanden til radaren som (h: pulsbredde, R-avstand til radar, og laterale og vertikale stråleåpningsvinkler). Med de typiske dimensjonene til en radarstråle, varierer lydvolumet derfor fra 0,001 km³ nær radaren, opp til 1 km³ 200 km fra sistnevnte. Dette kalles “radarvolum”. Oppløsningen til en radar er dens evne til å skille mellom to mål veldig nær hverandre, i azimut eller i avstand i dette volumet. Den er delt inn i to deler: avstandsoppløsningen og vinkeloppløsningen.
Vinkeloppløsningen til dataene er det minste vinkelavviket som gjør at radaren kan skille mellom to identiske mål på samme avstand. Den vinkeloppløsning på en radar er bestemt av bredden på dens antenne nese definert som punktene på antennestrålingsmønster dB ). To identiske mål og i samme avstand fra radaren blir faktisk sett av en radar i forskjellige azimutter når de er vinklet med en verdi større enn bredden på lappen. Jo smalere loben er, desto større er antennens direktivitet. Vinkeloppløsningen i azimut og i høyde relatert til en avstand mellom to mål kan beregnes med følgende formel:
eller:
Områdeoppløsning er et radarsystems evne til å skille mellom to eller flere mål i samme retning, men på forskjellige avstander. Det avhenger av lengden på den avgitte pulsen, typen og størrelsen på målene og mottakerens effektivitet. Pulsbredden skal kunne skille mål med en avstand på en tid som tilsvarer halvparten av pulslengden (τ). Derfor kan den teoretiske avstandsoppløsningen til en radar beregnes ved hjelp av følgende formel:
hvor: C 0 er lysets hastighet i krysset medium.
Ved å kombinere de to oppløsninger er det mulig å definere “oppløsningsvolumet” som vil være mindre enn det testede volumet.
For applikasjoner som krever høy vinkeloppløsning: brannkontrollradar (styring av et artilleristykke, styring av en missil) eller trajektografiradar (restitusjon av banen til en mobil i rommet, for eksempel et fly, en rakett, en missil), tillegg av en variometri systemet er nødvendig. Dette systemet for avviksmetri kommer hovedsakelig i tre former:
I signalet som sendes ut av radaren, er det elektriske feltet vinkelrett på forplantningsretningen, og retningen til dette elektriske feltet er polarisasjonen av bølgen. Radarer bruker vertikal, horisontal og sirkulær polarisering for å oppdage forskjellige typer refleksjoner.
Det er mange kilder til uønskede signaler, som radarer må kunne ignorere mer eller mindre, for kun å fokusere på interessante mål. Disse uvelkomne signalene kan ha intern og ekstern, passiv og aktiv opprinnelse. En radars evne til å overvinne disse plagene definerer signal / støy-forholdet (SNR): jo større SNR, desto mer effektivt kan radaren skille et mål fra omgivende parasittiske signaler.
BråkDen støy er en intern kilde for tilfeldige variasjoner i signalet, alle komponenter elektroniske iboende produsere ulike grader. Støyen ser vanligvis ut til å bestå av tilfeldige variasjoner lagt på ekkosignalet mottatt av radaren, som er den vi leter etter. Jo lavere styrken til det ønskede signalet er, desto vanskeligere er det å skille det fra støy (å prøve å høre et hvisk i nærheten av en trafikkert vei er lik). Dermed vises de mest påtrengende støykildene på mottakeren, og det gjøres en stor innsats for å minimere disse faktorene. Den Støytallet er et mål på den støy som frembringes av en mottaker i forhold til den som frembringes ved en ideell mottaker, og dette forhold bør være minimal.
Støy genereres også av eksterne kilder, hovedsakelig av naturlig termisk stråling fra omgivelsene rundt radarmålet. I tilfelle av moderne radarer, takket være den høye ytelsen til mottakerne, er den interne støyen mindre enn eller lik støyen fra det ytre miljøet, med mindre radaren peker mot en klar himmel, i så fall er miljøet så kaldt at det produserer veldig lite termisk støy .
Parasittiske ekkoSpurende ekko er retur som kommer fra mål som per definisjon er uinteressante for radaroperatøren. Årsakene til disse ekkoene er:
Det skal bemerkes at det som er uønsket ekko for noen, imidlertid kan være målet som andre søker. Så luftfartsoperatører vil eliminere alt vi nettopp har snakket om, men meteorologer anser fly som støy og vil bare holde signaler fra nedbør. Et annet eksempel, flere universitets- og regjeringsstudier gjorde det mulig å hente ut data om monarkfuglens og sommerfuglens periode, høyde og vandring fra disse parasittiske ekkoene. Denne informasjonen er nyttig for programmer for utvikling av naturområder, planlegging av vindparker og annen aktivitet som kan påvirke fugle- eller insektpopulasjoner.
Rosende ekko betraktes som en kilde til passiv interferens, siden de bare oppdages som svar på signaler som sendes ut av radaren. Det er flere måter å eliminere disse ekkoene på. Flere av disse metodene er avhengige av at disse ekkoene har en tendens til å være stasjonære under radarskanninger. Ved å sammenligne påfølgende radarlyd vil således ønsket mål være mobilt og alle stasjonære ekko kan elimineres. Sjøekko kan reduseres ved hjelp av horisontal polarisering, mens regn reduseres med sirkulær polarisering (merk at værradarer vil oppnå motsatt effekt, og derfor bruke horisontal polarisering for å oppdage nedbør). De andre metodene tar sikte på å øke signal / støy-forholdet.
CFAR-metoden ( konstant falsk alarmhastighet , noen ganger kalt AGC for automatisk forsterkningskontroll ) er basert på at ekkoene på grunn av støy er mye flere enn de som skyldes målet. Mottakerens forsterkning justeres automatisk for å opprettholde et konstant nivå av synlige parasittiske ekkoer. Mål med større tilbakemelding enn støy vil lett komme fra sistnevnte, selv om svakere mål går tapt i støy. Tidligere ble CFAR kontrollert elektronisk og påvirket også hele volumet som ble undersøkt. Nå er CFAR datastyrt og kan stilles inn forskjellig i hvert område av skjermen. Dermed tilpasser den seg til nivået av parasittiske ekkoer, avhengig av avstand og azimut.
Du kan også bruke masker av kjente regioner med permanente falske ekko (f.eks. Fjell) eller innlemme et kart over radaromgivelsene for å eliminere ekko som kommer under eller over bakkenivå. Viss høyde. For å redusere avkastningen fra det transmitterende hornmediet uten å redusere rekkevidden, er det nødvendig å justere dempeperioden mellom det øyeblikket senderen sender en puls og øyeblikket mottakeren aktiveres, for å se bort fra interne returer til antennen.
InnblandingDen fastkiling radar refererer seg til radiofrekvenser som stammer fra kilder utenfor radaren, overføre i det radarfrekvensen, og dermed maskering interessante mål. Forstyrrelsen kan være forsettlig (en radarinnretning i tilfelle elektronisk krigføring ) eller utilsiktet (for eksempel når det gjelder allierte styrker som bruker utstyr som overfører i samme frekvensområde). Forstyrrelsen regnes som en aktiv kilde til forstyrrelser, siden den er forårsaket av elementer utenfor radaren og generelt ikke er relatert til radarsignalene.
Jamming gir problemer for radarer siden jamming-signalene bare trenger å reise en vei (fra jammer til radarmottaker) mens radarekkoene kjører en vei og tilbake (radar-target-radar) og derfor er mye mindre kraftige en gang tilbake til mottaker. Jammere må derfor være mye mindre kraftige enn radarer for å effektivt maskere kildene langs synsfeltet fra jammer til radar (interferens med hovedlapp). Jammere har en ekstra effekt på radarer som ligger langs andre synsfelt, på grunn av sidelappene til radarmottakeren (interferens fra sidelappene).
Forstyrrelser i hovedlappen kan vanligvis bare reduseres ved å redusere dens faste vinkel, og kan aldri elimineres helt hvis jammeren ligger rett foran radaren og bruker samme frekvenser og polarisering som radaren. Sidelobe-forstyrrelser kan overvinnes ved å redusere de mottatte sidelobene i radarantenneutformingen og bruke en ensrettet antenne for å oppdage og ignorere alle signaler som ikke er ment for hovedlappen. Det arbeides for tiden også med aktive elektroniske skanneantenner for å tillate dem å omplassere sine sekundære lober dynamisk i tilfelle forstyrrelser. Til slutt kan vi sitere andre anti-jamming teknikker: frekvenshopping og polarisering for eksempel. Se elektroniske mottiltak for mer informasjon.
Forstyrrelser har nylig blitt et problem for C-bånd (5,66 GHz ) værradarer på grunn av spredningen av 5,4 GHz Wi-Fi- utstyr .
En måte å måle avstanden til et objekt er å sende ut en kort puls av et radiosignal, og å måle tiden det tar for bølgen å komme tilbake etter å ha blitt reflektert. Avstanden er halvparten av returtiden til bølgen (fordi signalet må gå til målet og deretter komme tilbake) multiplisert med hastigheten til signalet (som er nær lysets hastighet i vakuum hvis mediet som er krysset er atmosfæren. ).
Når antennen både sender og mottar (som er det vanligste tilfellet), kan ikke antennen oppdage den reflekterte bølgen (også kalt retur ) mens signalet overføres - man kan ikke vite om det målte signalet er originalen eller returen. Dette innebærer at en radar har et minimumsområde, som er halvparten av pulsens varighet ganger lysets hastighet. For å oppdage nærmere mål, bør kortere pulsvarighet brukes.
En lignende effekt pålegger på samme måte et maksimalt område. Hvis tilbakemeldingen kommer når neste puls sendes, kan mottakeren ikke se forskjellen. Maksimal rekkevidde beregnes derfor av:
hvor c er lysets hastighet og er tiden mellom to pulserFormen på pulsen spiller på radarens evne til å skille mellom to nærliggende objekter (forestilling om oppløsningsstyrke ). Se artikkelen om pulskompresjon for mer informasjon.
Denne formen for utslipp brukes av pulsradarer.
FrekvensmoduleringEn annen måte å måle avstanden til radaren er å bruke en frekvensmodulering av en kontinuerlig overførende radar. Bølgen sendes ut av en antenne og mottas av en andre antenne siden den samme elektronikken ikke kan sende og motta samtidig. I dette tilfellet har signalet som sendes ut på tidspunktet T en frekvens A, men en frekvens B på det påfølgende tidspunktet T ' . Signalet som sendes ut ved T som treffer et mål og returnerer til radaren, vil derfor ha en annen frekvens enn den som sendes ut av radaren i det øyeblikket. Ved å skille mellom de to frekvensene, kan vi utlede avstanden, tur-retur, mellom radaren og målet. Vanligvis brukes en sinusformet variasjon av frekvenser som er enkle å kalibrere, og sammenligningen mellom de to frekvensene gjøres ved hjelp av interfrekvensslagene. Denne teknikken har lenge vært brukt i høydemålere for å måle flyhøyde og kan brukes i radarer som trafikkpolitiets hastighetsdetektorer.
Denne utslippsformen brukes av kontinuerlige utslippsradarer.
Horisont-radarElektromagnetiske bølger følger reglene for optikk for høye frekvenser (> 100 MHz). Selv strålen til en radar som peker mot horisonten vil bevege seg bort fra jordens overflate fordi den har en krumning. Et mål som er på avstand innenfor radarens maksimale område, men under radarens horisont, vil derfor ikke kunne oppdages, det er i "skyggesonen".
Radarhorisonten er imidlertid større enn den optiske horisonten med rett linje fordi variasjonen av brytningsindeksen med høyden i atmosfæren gjør at radarbølgen kan bøyes. Krumningsradiusen til bølgebanen er således større enn Jordens, som gjør at radarstrålen kan overskride den direkte synslinjen og dermed redusere skyggesonen. Jordens krumningsradius er 6,4 × 10 6 m mens radarbølgen er 8,5 × 10 6 m .
Det er forskjellige metoder for å måle bevegelseshastigheten til et mål:
I stedet for å måle frekvensforskjellen mellom den overførte bølgen og den mottatte, som kan være for liten for elektronikken, bruker vi faseforskjellen mellom to påfølgende pulser som kommer tilbake fra samme sonderte volum (par pulsbølger). Mellom hver puls beveger målene seg litt og blir truffet av bølgen i en litt annen del av syklusen. Det er denne faseforskjellen radaren noterer ved retur.
Intensiteten til en impuls etter en rundtur er gitt av:
eller:
Intensiteten til en påfølgende puls som kommer tilbake fra samme sonderingsvolum, men hvor målene har beveget seg noe, er gitt av:
derfor :
; .Ettersom bare den radiale komponenten av forskyvningen oppnås, er det derfor nødvendig å følge den for å kjenne vinkelen som dens virkelige forskyvningsretning gir med radiusen på radaren. Deretter gir en enkel trigonometrisk beregning målets sanne hastighet.
Doppler-dilemmaLa oss nå se på maksimal hastighet som kan måles utvetydig. Da vi bare kan bestemme en vinkel mellom - og + , kan vi ikke måle en hastighet større enn:
.Dette kalles Nyquist speed . For å oppnå en bedre bestemmelse av målenes hastighet, er det nødvendig å sende veldig tette impulser, derfor med veldig små. Men vi vet også at reflektivitetsområdet er direkte proporsjonalt med , noe som krever mye for å være sikker på posisjonen til ekkoene som kommer tilbake langt unna uten tvetydighet.
Dette Doppler-dilemmaet begrenser det nyttige spekteret av pulsdopplerradarer. Det er imidlertid en måte å komme seg rundt ved å bruke en gjentakelsesfrekvens på flere radarpulser . Plasseringen og hastigheten til de sanne ekkoene forblir den samme med forskjellige repetisjonsfrekvenser mens fantomekoen endres.
Den signalprosessering som er nødvendig for å hindre forstyrrelser (på grunn av radiokilder andre enn radar) og rot. Følgende teknikker brukes:
Den første operasjonelle bruken av radaren fant sted under andre verdenskrig for å oppdage tilnærmingen til luftformasjoner og skip, både av Storbritannia og av tyske styrker fra kysten .
Allerede i 1936 var den franske linjeren " Normandie " og den rådgivende "Ville d'Ys" som ble tildelt fiske i Newfoundland , utstyrt med en SFR- enhet med elektromagnetiske bølger for å oppdage isfjell og som kan betraktes som den første applikasjonen av radar om bord på skip.
Radarer i dag har et veldig bredt utvalg av applikasjoner på mange områder:
En studie fokusert på helsen til fagpersoner utsatt for pulserende mikrobølgestråling fra marine radarer (elektromagnetisk felt på 3 GHz , 5,5 GHz og 9,4 GHz ). Hun spesifiserte de tilsvarende spesifikke absorpsjonshastighetsverdiene. Den komet test og den mikrokjernetesten ble utført i disse arbeiderne, og i en kontrollgruppe (ikke-eksponerte fag). Begge testene viste at de utsatte ble signifikant påvirket, med en gjennomsnittlig komethaleintensitet på 0,67 mot 1,22 og timing (0,08 mot 0,16) og et økt antall (mikrokjerner, nukleoplasmatiske broer og kjerneknopper) som bare antydet cytogenetiske endringer. I tillegg ble nivået av glutation signifikant redusert hos eksponerte fagpersoner (1,24 mot 0,53), mens malondialdehyd var signifikant høyere hos dem (1,74 mot 3,17), og viste oksidativt stress .
Denne studien bekrefter at pulserende mikrobølger ser ut til å indusere oksidativt stress og endre genomet (derfor med en potensiell mutagen effekt). Det skal imidlertid forstås at resultatene ovenfor er for arbeidstakere som er utsatt for en relativt kort avstand i løpet av en jobb. Når strålingseffekten avtar med kvadratet av avstanden fra radarsenderen, er påvirkningen flere kilometer fra stedet ubetydelig sammenlignet med naturlig stråling.
Historie:
Introduksjoner:
Antenner:
Referanse bøker:
Dokumentar: