Den radar ( akronym afledt fra det engelske ra dio af påvisning en nd r Anging ) er et system, der anvender elektromagnetiske bølger til påvisning af tilstedeværelsen og bestemmelse af positionen og hastigheden af genstande såsom luftfartøjer , de fartøjer , eller regn . Bølger sendt af senderen reflekteres af målet, og retursignalerne (kaldet radar ekko eller radar ekko ) opfanges og analyseres af modtageren, ofte placeret i den samme placering som senderen. Afstanden opnås takket være signalets returretid, retningen takket være antennens vinkelposition, hvor retursignalet blev hentet, og hastigheden med frekvensskiftet for retursignalet genereret i henhold til Doppler-effekten . Der findes også forskellige oplysninger ved forholdet mellem de returneringer, der afhentes i henhold til ortogonale polarisationsplaner .
Radar bruges i mange sammenhænge: i meteorologi at opdage tordenvejr, for flyvekontrol , for vejtrafik overvågning, af militæret til at opdage flyvende objekter, men også skibe, i Astronautics , etc.
Ordet radar er en neologisme afledt af engelsk akronym RA dio D etection A nd R Anging , som kan oversættes som "detektering og estimering af afstanden med radiobølger ", "detektion og radio telemetri ", eller mere simpelt "Radio-bestemmelse ". Dette akronym af amerikansk oprindelse har erstattet det tidligere anvendte engelske akronym : RDF ( Radio Direction Finding , som kan oversættes som " radiocompas ").
I 1864 , James Clerk Maxwell beskrevet love elektromagnetisme , hvilket gjorde det muligt for første gang at arbejde på deres kilde. I 1888 viste Heinrich Rudolf Hertz , at elektromagnetiske bølger reflekteres af metaloverflader. I begyndelsen af XX E århundrede gør udviklingen af radioen og TSF ( blandt andre Marconi ) det muligt at udvikle de nødvendige antenner til brug af radaren.
Flere opfindere , forskere og ingeniører bidrog derefter til udviklingen af radarkonceptet. De teoretiske fundamenter stammer fra 1904 med indgivelsen af patentet på "Telemobiloskop" (Reichspatent Nr. 165546) af den tyske Christian Hülsmeyer . Dette demonstrerede muligheden for at opdage tilstedeværelsen af både i en meget tæt tåge . Ved at sende en bølge ved hjælp af en multipolær antenne bemærkede hans system tilbagevenden fra en forhindring med en dipolantenne uden at være i stand til at definere mere end en omtrentlig azimut og på ingen måde dens afstand. Det var derfor RAD (radiodetektion) men ikke AR (azimuth og radius).
Vi skal derefter løse bølgelængde- og magtproblemer rejst i 1917 af den serbiske fysiker, den naturaliserede amerikanske, Nikola Tesla . I løbet af 1920'erne begyndte vi derfor påvisning af eksperimenter med antenner. I efteråret 1922 gennemførte Albert H. Taylor og Leo C. Young fra Naval Research Laboratory (NRL) i USA radiokommunikationstest i Potomac- floden . De bemærkede, at træbådene, der krydser stien til deres kontinuerlige bølgesignal, forårsagede interferens og dermed genopdagede det samme princip som Hülsmeyer. I begyndelsen af 1930'erne bestilte Taylor en af hans ingeniører, Robert M. Page , til at udvikle en pulssender og sendeantenne, som han og Young havde udviklet til at omgå dette problem.
I 1934 blev der efter en systematisk undersøgelse af magnetronen udført tests på kortbølgedetektionssystemer i Frankrig af CSF (16 og 80 cm bølgelængde). Der indgives et patent (fransk patent nr . 788795). Sådan blev UHF "radarer" født. Den første monterede i 1934 fragtskibet Oregon, efterfulgt i 1935 af linjen Normandie .
I 1935 , efter et patent indgivet af Robert Watson-Watt (den såkaldte "officielle" opfinder af radaren) (britisk patent GB593017), blev det første netværk af radarer bestilt af briterne fra MetroVick og fik kodenavnet Chain Home . Den ungarske Zoltán Lajos Bay producerede en anden af de første operationelle modeller i 1936 i laboratoriet for Tungsram- firmaet ( Ungarn ). Den Nazityskland , det Sovjetunionen , den amerikanske og andre lande har også forsket i dette område.
Vi kan overveje, at radarnes arkitektur næsten blev færdiggjort ved begyndelsen af anden verdenskrig . Imidlertid manglede den operationelle kampoplevelse, hvilket fik ingeniører til at finde mange tekniske forbedringer. Således er luftbårne radarer blevet udviklet for at gøre det muligt for luftvåbenet at udføre bombardementer og jagt på natten. Der blev også udført polariseringseksperimenter .
Under den operationelle brug af radaren bemærkede operatørerne tilstedeværelsen af artefakter . For eksempel bemærkede allierede militære mikrobølgeradaroperatører støj i optagelserne. Disse lyde viste sig at være ekko fra nedbør (regn, sne osv.), Et fund, der førte til udviklingen af meteorologiske radarer efter kampens afslutning. De første teknikker til fastklemning og elektroniske modforanstaltninger er også udviklet.
Siden krigen har radarer været brugt på mange områder lige fra meteorologi til astrometri , herunder vej- og lufttrafikstyring . I 1950'erne banede opfindelsen af syntetisk blænderadar vejen for at opnå radarbilleder med meget høj opløsning. I 1965 opdagede Cooley og Tuckey (re) den hurtige Fourier-transformation, der tog al sin interesse, især da computing begyndte at blive tilstrækkelig effektiv. Denne algoritme er grundlaget for det meste af nutidens digitale radarbehandling.
En radar udsender kraftige bølger, der produceres af en radio oscillator og fremsendes en antenne . Den del af strålens energi, der reflekteres og returneres til modtageren, når strålen støder på en hindring i atmosfæren kaldes radarekko (eller radarekko ). Selvom kraften fra de transmitterede bølger er stor, er ekkoets amplitude ofte meget lille, men disse radiosignaler er let elektronisk detekterbare og kan forstærkes mange gange. Der er forskellige måder at udsende disse bølger på. De mest anvendte er:
Ved at analysere det reflekterede signal er det muligt at lokalisere og identificere det objekt, der er ansvarligt for refleksionen , samt at beregne dets bevægelseshastighed takket være Doppler-effekten . Radar kan registrere objekter med en bred vifte af reflekterende egenskaber, mens andre typer signaler, såsom lyd eller synligt lys , vil vende tilbage fra disse objekter være for svage til at blive detekteret. Derudover kan radiobølger forplante sig med lidt dæmpning gennem luft og forskellige forhindringer, såsom skyer , tåge eller røg , som hurtigt absorberer et lyssignal. Dette gør detektering og sporing mulig under forhold, der lammer andre teknologier.
En radar består af forskellige komponenter:
I de fleste tilfælde deler radarsenderen og modtageren fælles elektronik og antenne. Vi taler derefter om monostatisk radar. Imidlertid forhindrer intet at overveje et radarsystem, hvor transmitteren og modtageren er adskilte (eksempel: GRAVES- systemet og transhorisontradarer ved Jindalee i Australien); man taler derefter om bistatisk radar eller endda multistatisk konfiguration , hvis der er en sender og flere separate modtagere eller flere sendere og en separat modtager. Begge konfigurationer giver fordele og ulemper:
Når vi taler om bistatisk radar, antager vi implicit, at senderen og modtageren virkelig er adskilt (enten fra et afstandssynspunkt eller fra et vinklet synspunkt). Hvis transmitteren og modtageren er fysisk adskilte (forskellige antenner) men næsten på samme sted, er det modtagne signal kvalitativt tæt på et monostatisk signal. Vi taler således om stærkt bistatiske eller svagt bistatiske konfigurationer for at integrere disse to muligheder.
Senderen på radarstedet inkluderer: en permanent oscillator, en forstærker og en modulator. For mikrobølgeradarer, der udgør langt størstedelen af radarer i drift, kræver generering af korte og meget energiske impulser en teknologi, der er forskellig fra en radiosender, der anvendes i telekommunikation. Generering af bølgen sker således som følger:
Den frekvens er primært valgt i overensstemmelse med den påtænkte anvendelse. Generelt vil en lang bølgelængde (HF-bånd) gøre det muligt at drage fordel af fænomenerne forplantning og rebound på ionosfæren , hvilket gør det muligt at strække sig til tusindvis af kilometer (tilfælde af transhorisontradar ). På den anden side er kun objekter, hvis typiske størrelse mindst er i størrelsesordenen af bølgelængden, synlige. For eksempel vil en skov være delvis gennemsigtig for lange bølgelængder (kun træstammer er synlige); mens skoven vil være uigennemsigtig i X-bånd (kun baldakinen vil være synlig), fordi bølgelængden er i størrelsesordenen størrelse på blade og grene. Størrelsen på antennen påvirker også den bølgelængde, der skal bruges (og omvendt).
Civile og militære frekvensbånd tildeles internationalt inden for Verdensradiokommunikationskonferencen, der mødes hvert tredje år inden for Den Internationale Telekommunikationsunion , også med deltagelse af internationale organisationer som NATO . Bandansøgninger skal indgives i god tid, da konferencesagendaer normalt fastlægges flere år i forvejen. På den anden side kan de suveræne institutioner inden for et land arrogere for sig selv frekvensbånd til eksklusiv brug af militæret eller politistyrkerne. Disse institutioner er imidlertid under stigende pres fra industrialister, for så vidt som nye civile teknologier ( GSM , Wi-Fi osv.) Har en voksende spektral besættelse, men tilbyder en meget stor økonomisk fortjeneste. Nu er det tid til samarbejde mellem de forskellige aktører og for samliv (ikke altid meget vellykket) for at begrænse interferens mellem de forskellige applikationer. Faktum er, at det mest egnede frekvensbånd fra et anvendelsessynspunkt ikke altid er tilgængeligt, og at der ofte skal findes et kompromis.
Navne på frekvensbåndNavnet på de frekvensområder, der bruges i radarverdenen, kommer fra 2. verdenskrig. For at holde udviklingen af dette system hemmeligt besluttede militæret at give disse strande kodenavne, som har været i brug siden. De er blevet vedtaget i USA af Institute of elektro- og elektronikingeniører (IEEE) og internationalt af International Telecommunication Union . Imidlertid har nogle brugere af radiobånd, såsom tv-stationer og den militære modforanstaltningsindustri, erstattet de traditionelle udtryk med deres egen identifikation.
Bandnavn | Frekvensområde | Bølgelængder | Kommentarer |
---|---|---|---|
HF | 3-30 MHz | 10-100 m | Til høj frekvens . Brugt af kystradarer og "ud over horisonten" -radarer. |
P | <300 MHz | 1 m + | For præcedens : påføres efterfølgende på primitive radarer |
VHF | 50-330 MHz | 0,9-6 m | For meget høj frekvens . Bruges af radarer med meget lang rækkevidde og dem med jordindtrængning. |
UHF | 300-1000 MHz | 0,3-1 m | Til ultrahøj frekvens . Radarer med meget lang rækkevidde (f.eks. Påvisning af ballistiske missiler ), gennemtrængning af jorden og løv. |
L | 1-2 GHz | 15-30 cm | For længe . Anvendes til langtrækkende lufttrafikstyring og luftovervågning, GPS (og derfor passive radarer baseret på den). |
S | 2-4 GHz | 7,5-15 cm | Til shorts (korte). Anvendes af lokale lufttrafikradarer, meteorologiske og søfartsradarer. |
VS | 4-8 GHz | 3,75-7,5 cm | Kompromis mellem S- og X-bånd til satellittranspondere og meteorologiske radarer. |
x | 8-12 GHz | 2,5-3,75 cm | For vejrradarer, vej hastighedskontrol, missil søgende , navigation radarer, medium opløsning kortlægning radarer og lufthavnspersonale på jorden overvågning. |
K u | 12-18 GHz | 1,67-2,5 cm | Frekvens lige under K (indeks 'u' for " under " på engelsk) til kortopløsningsradarer i høj opløsning og satellitaltimetri. |
K | 18-27 GHz | 1,11-1,67 cm | Fra tysk kurz (kort). Stærkt absorberes af vand damp , K u og K en anvendes til påvisning af skydraaber i meteorologi og i manuelle road radarer (24,150 ± 0,100 GHz). |
K a | 27-40 GHz | 0,75-1,11 cm | Frekvens lige over K (indeks 'a' til " ovenfor " på engelsk) til kortlægning, kort rækkevidde, lufthavnovervågning på jorden, vejradarer (34.300 ± 0.100 GHz) automatiseret og antikollision monteret på avancerede biler. |
mm | 40-300 GHz | 1 - 7,5 mm | Millimeterbånd opdelt i fire dele: |
Spørgsmål | 40-60 GHz | 5 mm - 7,5 mm | Bruges til militær kommunikation. |
V | 50-75 GHz | 6,0 - 4 mm | Meget stærkt absorberet af atmosfæren. |
E | 60-90 GHz | 6,0 - 3,33 mm | |
W | 75-110 GHz | 2,7 - 4,0 mm | Anvendes som en bil-anti-kollisionsradar og til højopløsnings kortvarig vejrobservation. |
Generelt kan en antenne (radio eller radar) ses som en transducer :
Denne energikonvertering er ikke uden tab; således er en antenne karakteriseret ved en effektivitetskoefficient mellem 0 og 1, som man ønsker at være så høj som muligt.
Hvis man ønsker at bruge radaren til at finde et mål, skal man designe antennen, så den modtager bølgerne, der kun kommer fra en privilegeret retning; denne operation har også en gavnlig bivirkning, for så vidt som antennen har et bedre rækkevidde både i modtagelse og i transmission i denne retning. Antennen er derfor også kendetegnet ved dens direktivitet og sin maksimale "forstærkning".
Det ses senere i dette afsnit, at antennens direktivitet er påvirket af bølgelængden af det transmitterede signal og antennens dimensioner; i visse applikationer (radar ombord på et fly eller en satellit) kan antennens dimensioner være en stærk begrænsning, som derfor også skal overvejes.
LedningsantennerAf tekniske grunde (magnetronen er endnu ikke mestret) arbejdede de første radarer fra 2. verdenskrig ved lave frekvenser, hvor det var praktisk at bruge ledningsantenner. Disse antenner er velkendte for offentligheden, fordi deres form stort set ikke adskiller sig fra antennerne på vores radioer eller fjernsyn. Afhængigt af arrangementet af strengene, der udgør antennen, er det muligt at få en mere eller mindre direktiven antenne. En enkeltstrenget antenne vil være retningsbestemt i antennens midterplan; tværtimod er en Yagi-antenne meget direktiv i sin hovedakse. Sidstnævnte er den berømte "rake antenne", som typisk bruges i tv.
Flere mulige anvendelser er blevet udforsket over tid. Således blev British Chain Home- systemet under Anden Verdenskrig dannet af dipolantenner, der udsendes på en retningsbestemt måde og retningsbestemte modtagerantenner. Disse blev dannet af to dipolantenner placeret vinkelret. For en dipolantenne er modtagelsen faktisk maksimal vinkelret på ekkokilden og minimum, når antennen peger i retning. Radaroperatøren kan derfor bestemme signalets retning ved at dreje antennerne for at bestemme denne max / min-dublet af skærmene på de to antenner. De første luftbårne radarer, som den tyske radar fra Liechtenstein fra Anden Verdenskrig, blev ofte dannet af arrays af Yagi-antenner monteret på flyets næse. Disse antenner tilføjede yderligere træk til flyet, hvilket generelt ikke er ønskeligt; det var imidlertid ikke muligt at bruge mindre omfangsrige antenner, fordi disse ikke var tilpasset den lave frekvens, som derefter blev brugt.
Ledningsantenner bruges stadig i dag til “lav” frekvensradarer (under et par hundrede megahertz, men der er ingen nøjagtig grænse).
BlændeantenneFor mikrobølge radarer er en konventionel type antenne blændeantenne. Denne antenne fungerer som følger:
Hvis "reflektor" er parabolsk form , og hvis hornet er placeret i fokus for parabel, så strålerne reflekteres af overfladen vil gå ud omtrent parallelt mod uendelig i x retningen , ligesom pæren d. En bil forlygten er i fokus for en metallisk parabolreflektor, der reflekterer lysstråler langt ned ad vejen.
I modsætning til billygten er størrelsen på overfladen, der danner reflektoren, imidlertid relativt lille sammenlignet med bølgelængden af det udsendte signal, og det er så ikke muligt at forsømme diffraktionsfænomenerne . Hvert punkt på reflektorens overflade udstråler som en punktkilde, og det samlede felt, der udsendes ved et punkt, er den sammenhængende sum af alle de uendelig små felter. Alt sker som i tilfælde af diffraktion af en bølge gennem en åbning. For bedre at forstå fænomenets fysik skal du overveje følgende idealiserede tilfælde:
Eller for at måle amplituden af bølgen, der udsendes i en retning, der er identificeret af vinklerne (vandret azimutal vinkel eller leje ) og ( højde- eller højdevinkel ) og målt i en afstand fra antennen, der er stor nok til at Fraunhofer's tilnærmelse er verificeret. Teorien om diffraktion viser, at det er værd:
I dette udtryk er den kardinale sinusfunktion defineret af . Den maksimale amplitude opnås på X-aksen.
Diagrammet til højre giver formen af udviklingen af bølgekraften, normaliseret i forhold til den maksimale udsendte effekt, som en funktion af stedet og aflejringen ( logaritmisk skala ). Der ses en central top, der repræsenterer radarens hovedlobe såvel som sekundære toppe, der repræsenterer sekundære lapper . Her har antennen dimensionerne 20 cm x 10 cm , hvilket har den fordel, at lapperne bliver tydeligt synlige; i virkeligheden kan det være ønskeligt at have større antenner til at have en tyndere hovedlobe (i størrelsesordenen en grad). Det meste af den energi, der udsendes eller modtages af en antenne, kommer fra hovedlappen; især hvis der modtages et reflekteret signal af antennen, vil der være stor sandsynlighed for, at målet er i den retning, som hovedloben giver. Vi ønsker dog at reducere sidelappene så meget som muligt, fordi de ikke er ubetydelige. Reduktionen af sidelappene kan f.eks. Opnås ved at arrangere, at reflektorens belysning ikke længere er konstant, men signifikant i midten og forsigtigt falder ved kanterne.
Hvis sæt af vinkler, for hvilke effekten er mindst lig med halvdelen af den maksimale effekt, svarer til de vinkler, der giver et argument større end i den første kardinal sinus; numerisk er vinkelåbningen på dette felt værd for små åbninger:
Det har et lignende forhold, hvis , erstatter den med L . Vi ser, at der er to metoder for at reducere antennens vinkelåbning:
Populariteten af blændeantenner faldt i 2008 til fordel for patchantenner og slotantenner (især i den civile sektor) undtagen i nogle få applikationer, hvor kraften ved transmission er vigtig; teorien er imidlertid ikke meget anderledes, og de ovenfor anførte resultater forbliver kvalitativt gyldige.
Slidset bølgelederNormalt bevæger signalet fra senderen sig i en bølgeleder i sendeantennen. Det er dog muligt at omdanne selve bølgelederen til en antenne ved at bore spalter deri. Interferensen mellem de forskellige spalter skaber faktisk et diffusionsmønster med en intens central top og svagere sekundære toppe i den retning, hvor spalterne er rettet. Resultatet er en retningsbestemt radarstråle svarende til en parabolisk antenne.
Denne type antenne har god opløsning langs sin akse, men ingen i den vinkelrette akse. Derefter er det tilstrækkeligt at rotere bølgelederen således perforeret 360 grader mekanisk for at opnå en scanning af horisonten. Denne type antenne bruges især i tilfælde, hvor vi kun er interesserede i, hvad der er i det scannede plan uden at kræve meget stor præcision. Dette er de typer antenner, som vi ser på skibe, langs lufthavnens landingsbaner og i havne, der ligner lange højttalere placeret vandret og roterende på en mast . De er meget økonomiske og mindre påvirket af vinden end andre antennetyper.
Patch antennerPatch antenner eller plane (ofte kendt som anglicisme af " patch antenne ") består af en dobbelt trykt kredsløb metalliseret flade. De har den fordel, at de er meget billige, lette og meget fleksible i brug. Til dette finder de ofte anvendelse til syntetiske antenne-billeddannelsesapplikationer , hvor de kan monteres på en kompatibel måde på skroget i et fly, en drone eller gå i gang med en satellit. Den franske radar RAMSES (Multi-Spectral Airborne Radar for Study of Signatures) bruger f.eks. En sådan teknologi. De viste resultater for blændeantenner forbliver kvalitativt gyldige for patch-antenner, det vil sige den vinklede blænde falder, når antennens størrelse øges, og bølgelængden falder.
Trinvise antennerEn anden metode, der bruges til at udsende radarstrålen, er den af fasede array-antenner. I dette system er bølgelederen fra senderen opdelt i et meget stort antal underbølgeledere. Disse ender hver med en spalte på en plade, der vender den ene retning. Ved at kontrollere fasen af bølgen, der passerer gennem hver af disse spalter, kan vi skabe et interferensmønster, der giver en emission i en bestemt retning. Du kan ændre retningen, som antennen udsender, uden at skulle flytte den: du skal kun ændre fasearrangementet for slots.
Da ændringen af arrangementet sker elektronisk, kan en horisont og lodret scanning udføres på en meget hurtigere tid end en mekanisk roterende parabol ville gøre. Vi kan endda arrangere emissionsdiagrammet, så vi har to stråler, hvilket skaber to virtuelle radarer. Imidlertid er bjælken ikke særlig præcis i den retning, der skummer pladen, og det er derfor, tre eller fire sådanne plader normalt er arrangeret i forskellige retninger for at dække hele lydstyrken omkring radaren. Dette giver en tredimensionel elektronisk scannet radar .
Fasede array-antenner blev først brugt under Anden Verdenskrig, men de elektroniske begrænsninger af vejret tillod ikke gode opløsningsresultater. Under den kolde krig blev der gjort en stor indsats for deres udvikling, da meget hurtige mål såsom krigere og missiler bevæger sig for hurtigt til at blive sporet af konventionelle systemer. De er hjertet i Aegis slagskibs kampsystem og Patriot anti-missil- systemet . De bruges mere og mere på trods af deres høje pris på andre områder, hvor lydhastighed og størrelse er kritiske, f.eks. Om bord på kampfly. I sidstnævnte er de højt værdsat for deres evne til at spore flere mål. De blev introduceret der først i Mikoyan MiG-31 . Dens trinvise antenne, Zaslon SBI-16 , betragtes som den mest kraftfulde antenne til kampfly .
Med faldet i prisen på elektroniske dele spreder denne type antenne sig mere og mere. Næsten alle militære radarsystemer bruger dette koncept, da meromkostningerne let opvejes af dets alsidighed og pålidelighed (færre bevægelige dele). Den trinvise radarantenne findes også i satellitter og testes endda hos US National Weather Service til brug i vejrradarer . Parabolantenne bruges stadig i almindelig luftfart og andre civile anvendelser, men det kan ændre sig, hvis omkostningerne fortsætter med at falde.
Der er generelt de aktive elektroniske scanningsantenner til antenner, der er passive elektronisk scannet . I tilfælde af passive elektroniske scanningsantenner producerer en enkelt kilde bølgen, som derefter tilstrækkeligt faseforskydes for hvert af antennens udstrålende elementer. I aktive elektroniske scanningsantenner er antennen i virkeligheden et sæt på flere (1000 til 1500, typisk) subantenner, der er uafhængige af hinanden og hver har sin egen kilde. Fordelen ved sidstnævnte tilgang er at være i stand til at sikre driften af systemet efter omkonfiguration, selvom en af underantennerne er defekt. RBE-2-radaren, der udstyrer den franske fighter Rafale, er et eksempel på en elektronisk scanningsradar med en passiv antenne. AN / APG 77 radaren monteret på den amerikanske F-22 fighter er udstyret med aktive antenner.
Syntetisk antenneSom navnet antyder, er det ikke strengt taget en fysisk antenne, men en behandling, der anvendes til det rå signal, der modtages af radaren, i slutningen af kæden. Ved at bruge en antenne på en flydende luftfartsselskab (fly eller satellit) udføres den sammenhængende summering af det modtagne signal svarende til det samme punkt i rummet over flere på hinanden følgende øjeblikke ved at arrangere, at objektet forbliver i hovedloben i antenne i løbet af denne tid. Denne opsummering øger billedets opløsning kunstigt uden at skulle øge antennens fysiske størrelse. Denne løsning er af særlig interesse for satellit- eller flyradarer om bord, fordi den gør det muligt at opnå god ydeevne med minimal vægt og pladsbehov.
Coolanol og PAO (poly alfa olefin) er de to vigtigste kølemidler, der anvendes i luftbåren radar. Efter at den amerikanske flåde har indført et forureningsbekæmpelsesprogram for at reducere giftigt affald, har Coolanol været mindre i brug de seneste år. PAO er en syntetisk smøremiddel bestående af polyol- estere , antioxidanter , rust inhibitorer og triazol en " gule metal sut ".
De elektromagnetiske bølger reflekteres af enhver signifikant ændring i konstanterne dielektriske eller diamagnetiske af det gennemkørte medium. Det betyder, at en genstand fast stof i luft eller vakuum , eller nogen anden væsentlig ændring i atomare tæthed mellem genstanden og dens omgivelser, scatters radar bølger . Dette gælder især for materialer ledere af elektricitet , såsom metaller og kulfiber , hvilket gør dem meget velegnede til radar detektering af fly og fartøjer.
Den del af bølgen, der returneres til radaren af et mål, kaldes dens reflektionsevne . Målets tilbøjelighed til at reflektere eller sprede disse bølger kaldes dets radareffektive område . Faktisk spredes radarbølger på forskellige måder afhængigt af den anvendte bølgelængde , målets form og dets sammensætning:
Tidlige radarer brugte bølgelængder meget længere end målenes størrelse og modtog et vagt signal, mens nogle moderne radarer bruger kortere bølgelængder (et par centimeter eller endnu mindre), der kan se mindre objekter. Som regn eller insekter.
Korte radiobølger reflekteres af skarpe kurver og vinkler som lys fra et afrundet stykke glas . De mest reflekterende mål for korte bølgelængder har 90 ° vinkler mellem deres reflekterende overflader. En struktur, der består af tre flade overflader, der mødes i et enkelt hjørne (f.eks. Hjørnet på en kasse), reflekterer altid indgående bølger direkte tilbage til deres kilde. Disse typer refleksioner bruges almindeligvis som radarreflektorer til lettere at opdage genstande, der ellers er vanskelige at opdage, og er ofte til stede på både for at forbedre deres detektion i tilfælde af en redning og for at reducere risikoen for kollision.
Af samme grunde vil objekter, der ønsker at undgå detektion, orientere deres overflader for at eliminere indvendige hjørner og undgå overflader og kanter vinkelret på almindelige detektionsretninger. Dette fører til stealth-fly med bestemte former. Disse forholdsregler fjerner ikke fuldstændigt refleksioner på grund af diffraktionens fænomen , især for lange bølgelængder. Kabler med en længde på halv bølgelængde eller bånd af ledende materiale (såsom "flager" fra radarmodforanstaltninger) er stærkt reflekterende, men returnerer ikke bølgen til dens kilde.
En anden måde at camouflere dig på er at bruge materialer, der absorberer radarbølger, det vil sige indeholde resistente eller magnetiske stoffer . De bruges på militære køretøjer for at reducere bølgereflektion. Det svarer til at male noget mørkt i det synlige spektrum .
Ifølge radarligningen er den effekt, der returneres til radaren fra målet:
Hvor er den transmitterede effekt, er afstanden og er det radarækvivalente område af målet.Reflektiviteten defineres som , vi ser at:
En puls sonderer et volumen af atmosfæren, der øges med afstanden til radaren som (h: pulsbredde, R afstand til radar og laterale og lodrette stråleåbningsvinkler). Med de typiske dimensioner af en radarstråle varierer lydstyrken derfor fra 0,001 km³ nær radaren, op til 1 km³ ved 200 km fra sidstnævnte. Dette kaldes ”radarvolumen”. Opløsningen af en radar er dens evne til at skelne mellem to mål meget tæt på hinanden i azimut eller afstand i dette volumen. Det er opdelt i to dele: afstandsopløsningen og vinkelopløsningen.
Dataens vinkelopløsning er den mindste vinkelafvigelse, der gør det muligt for radaren at skelne mellem to identiske mål på samme afstand. Vinkelopløsningen på en radar bestemmes af bredden på dens antennelapp defineret som de punkter på antennens strålingsmønster, der modtager halvdelen af den transmitterede effekt (-3 dB ). To identiske mål og i samme afstand fra radaren ses faktisk af en radar ved forskellige azimuther, når de er vinklet adskilt med en værdi, der er større end bredden på lappen. Jo smallere lap, jo større er antennens direktivitet. Vinkelopløsningen i azimut og i højde henvist til en afstand mellem to mål kan beregnes ved hjælp af følgende formel:
eller:
Områdeopløsning er et radarsystems evne til at skelne mellem to eller flere mål i samme retning, men på forskellige afstande. Det afhænger af længden af den udsendte puls, typen og størrelsen af målene og modtagerens effektivitet. Pulsbredden skal være i stand til at skelne mellem mål, der er anbragt en tid svarende til halv pulslængde (τ). Derfor kan den teoretiske afstandsopløsning af en radar beregnes ved hjælp af følgende formel:
hvor: C 0 er lysets hastighed i det krydsede medium.
Ved at kombinere de to opløsninger er det muligt at definere “opløsningsvolumen”, som vil være mindre end den testede lydstyrke.
Til applikationer, der kræver høj vinkelopløsning: brandkontrolradar (styring af et artilleristykke, styring af et missil) eller trajektografiradar (restitution af en mobils bane i rummet såsom et fly, en raket, en missil), tilføjelse af en variometri systemet er nødvendigt. Dette system for afvigelsesmetri findes hovedsageligt i tre former:
I signalet udsendt af radaren er det elektriske felt vinkelret på udbredelsesretningen, og retningen af dette elektriske felt er polarisationen af bølgen. Radarer bruger lodret, vandret og cirkulær polarisering til at opdage forskellige typer refleksioner.
Der er mange kilder til uønskede signaler, som radarer skal kunne ignorere mere eller mindre for kun at fokusere på interessante mål. Disse uvelkomne signaler kan have intern og ekstern, passiv og aktiv oprindelse. En radars evne til at overvinde disse gener genererer dens signal / støj-forhold (SNR): jo større SNR, jo mere effektivt kan radaren adskille et mål fra omgivende parasitiske signaler.
StøjDen støj er en intern kilde af tilfældige variationer af signalet, alle komponenter elektroniske iboende producere forskellige grader. Støjen ser typisk ud til at bestå af tilfældige variationer overlejret på ekkosignalet modtaget af radaren, hvilket er den vi leder efter. Jo lavere styrken på det ønskede signal er, desto vanskeligere er det at skelne det fra støj (at prøve at høre et hviske nær en travl vej er ens). Således vises de mest påtrængende støjkilder ved modtageren, og der gøres en stor indsats for at minimere disse faktorer. Den støj tal er et mål for støjen fra en modtager sammenlignet produceres af en ideel modtager, og dette forhold bør være minimal.
Støj genereres også af eksterne kilder, hovedsageligt af naturlig termisk stråling fra omgivelserne omkring radarmålet. I tilfældet med moderne radarer er takket være deres modtagers høje ydeevne den interne støj mindre end eller lig med støj fra det eksterne miljø, medmindre radaren peger på en klar himmel, i hvilket tilfælde miljøet er så koldt at det producerer meget lidt termisk støj .
Parasitisk ekkoVrede ekkoer er returneringer, der kommer fra mål, som pr. Definition er uinteressante for radaroperatøren. Årsagerne til disse ekkoer er:
Det skal bemærkes, at hvad der er et uønsket ekko for nogle, dog kan være det mål, som andre søger. Så luftfartsoperatører vil fjerne alt, hvad vi lige har talt om, men meteorologer betragter fly som støj og vil kun holde signaler fra nedbør. Et andet eksempel, flere universitets- og regeringsundersøgelser gjorde det muligt at udtrække data om monarkfuglers og sommerfuglers periode, højde og vandringsbane fra disse parasitære ekkoer. Denne information er nyttig til programmer for udvikling af naturområder, planlægning af vindmølleparker og enhver anden aktivitet, der kan påvirke fugle- eller insektpopulationer.
Vrede ekko betragtes som en kilde til passiv interferens, da de kun detekteres som reaktion på signaler, der udsendes af radaren. Der er flere måder at fjerne disse ekkoer på. Flere af disse metoder er afhængige af, at disse ekkoer har tendens til at være stationære under radarscanninger. Ved at sammenligne successive radarlyd vil det ønskede mål således være mobilt, og alle stationære ekko kan elimineres. Havekko kan reduceres ved hjælp af vandret polarisering, mens regn reduceres med cirkulær polarisering (bemærk at vejrradarer ønsker at opnå den modsatte effekt, og derfor bruger vandret polarisering for at detektere nedbør). De andre metoder sigter mod at øge signal / støj-forholdet.
CFAR-metoden ( konstant falsk alarmhastighed , undertiden kaldet AGC for automatisk forstærkningskontrol ) er baseret på det faktum, at ekkoerne på grund af støj er langt flere end dem, der skyldes målet. Modtagerens forstærkning justeres automatisk for at opretholde et konstant niveau af synlige parasitiske ekkoer. Mål med større feedback end støj vil let komme ud af sidstnævnte, selvom svagere mål går tabt i støj. Tidligere blev CFAR elektronisk styret og påvirkede også hele den testede volumen. Nu er CFAR computerstyret og kan indstilles forskelligt i hvert område af skærmen. Således tilpasser det sig niveauet af parasitiske ekkoer afhængigt af afstanden og azimut.
Du kan også bruge masker fra kendte regioner med permanente falske ekkoer (f.eks. Bjerge) eller indarbejde et kort over radaromgivelserne for at fjerne eventuelle ekkoer, der stammer fra eller over jordoverfladen. Bestemt højde. For at reducere returneringerne fra det transmitterende hornmedie uden at formindske rækkevidden er det nødvendigt at justere lydafbrydelsesperioden mellem det øjeblik, senderen sender en puls, og det øjeblik modtageren aktiveres, for at se bort fra interne tilbagevenden til antennen.
InterferensDen jamming radar refererer til radiofrekvenser oprindelse fra kilder uden for radaren, transmission i radar frekvens og dermed maskering de interessante mål. Interferensen kan være forsætlig (en radarindretning i tilfælde af elektronisk krigsførelse ) eller utilsigtet (for eksempel i tilfælde af allierede styrker, der bruger udstyr, der transmitterer i samme frekvensområde). Interferensen betragtes som en aktiv kilde til interferens, da den er forårsaget af elementer uden for radaren og generelt ikke er relateret til radarsignalerne.
Jamming udgør problemer for radarer, da jamming-signalerne kun behøver at rejse en vej (fra jammer til radarmodtageren), mens radarekkoene bevæger sig en vej og tilbage (radar-target-radar) og derfor er meget mindre kraftfulde en gang tilbage til modtager. Jammere skal derfor være meget mindre magtfulde end radarer for effektivt at maskere kilderne langs synsfeltet fra jammer til radar (hovedlobe-jamming). Jammere har en yderligere virkning på radarer placeret langs andre synsfelter på grund af sidelapper på radarmodtageren (interferens i sidelappen).
Interferens med hovedlobe kan normalt kun reduceres ved at reducere dens faste vinkel og kan aldrig elimineres fuldstændigt, hvis jammeren er placeret lige foran radaren og bruger de samme frekvenser og polarisering som radaren. Sidelobe-interferens kan overvindes ved at reducere de modtagende sidelober i radarantennedesignet og ved hjælp af en ensrettet antenne til at registrere og ignorere alle signaler, der ikke er beregnet til hovedloben. Der arbejdes for tiden også på aktive elektroniske scanningsantenner for at give dem mulighed for dynamisk at omplacere deres sekundære lapper i tilfælde af interferens. Endelig kan vi nævne andre anti-jamming-teknikker: frekvenshopping og polarisering for eksempel. Se elektroniske modforanstaltninger for flere detaljer.
Interferens er for nylig blevet et problem for C-bånd (5,66 GHz ) vejrradarer på grund af spredningen af 5,4 GHz Wi-Fi- udstyr .
En måde at måle afstanden til et objekt på er at udsende en kort puls af et radiosignal og måle den tid, det tager for bølgen at vende tilbage, efter at den er reflekteret. Afstanden er halvdelen af bølgens returtid (fordi signalet skal gå til målet og derefter komme tilbage) ganget med signalets hastighed (som er tæt på lysets hastighed i vakuum, hvis mediet gennemkøres er l 'atmosfære ).
Når antennen både sender og modtager (hvilket er det mest almindelige tilfælde), kan antennen ikke registrere den reflekterede bølge (også kaldet retur ), mens signalet transmitteres - man kan ikke vide, om det målte signal er originalen eller returret. Dette indebærer, at en radar har et minimumsområde, som er halvdelen af pulsens varighed gange lysets hastighed. For at detektere tættere mål skal der anvendes en kortere pulsvarighed.
En lignende effekt pålægger ligeledes et maksimalt interval. Hvis feedbacken ankommer, når den næste puls udsendes, kan modtageren igen ikke se forskellen. Den maksimale rækkevidde beregnes derfor af:
hvor c er lysets hastighed og er tiden mellem to impulserFormen på pulsen spiller på radarens evne til at skelne mellem to objekter i nærheden (forestilling om opløsningskraft ). Se artiklen om pulskompression for flere detaljer.
Denne form for emission bruges af pulsradarer.
FrekvensmodulationEn anden måde at måle afstanden til radaren på er at bruge en frekvensmodulation af en kontinuerligt transmitterende radar. Bølgen udsendes af en antenne og modtages af en anden antenne, da den samme elektronik ikke kan sende og modtage på samme tid. I dette tilfælde har signalet, der udsendes på tidspunktet T, en frekvens A, men en frekvens B på det efterfølgende tidspunkt T ' . Det signal, der udsendes ved T, der rammer et mål og vender tilbage til radaren, vil derfor have en frekvens, der er forskellig fra den, der udsendes på det tidspunkt af radaren. Ved at skelne mellem de to frekvenser kan vi udlede den tilbagelagte afstand, returflyvning, mellem radaren og målet. Normalt anvendes en sinusformet variation af frekvenser, der er lette at kalibrere, og sammenligningen mellem de to frekvenser foretages ved hjælp af interfrekvensbeats. Denne teknik har længe været brugt i højdemålere til at måle flyvehøjde og kan bruges i radarer såsom trafikpolitiets hastighedsdetektorer.
Denne form for emission anvendes af kontinuerlige emissionsradarer.
Horisont-radarElektromagnetiske bølger følger reglerne for optik til høje frekvenser (> 100 MHz). Selv strålen fra en radar, der peger mod horisonten, bevæger sig væk fra jordens overflade, fordi den har en krumning. Et mål, der befinder sig i en afstand inden for radarens maksimale rækkevidde, men under radarens horisont, kan derfor ikke detekteres, det er i "skyggezonen".
Radarhorisonten er imidlertid i større afstand end den optiske horisontlinie med lige linje, fordi variationen i brydningsindekset med højden i atmosfæren gør det muligt for radarbølgen at bøje. Krumningsradien for bølgebanen er således større end Jordens, hvilket gør det muligt for radarstrålen at overskride den direkte synslinje og derfor reducere skyggesonen. Jordens krumningsradius er 6,4 × 10 6 m, medens radarbølgen er 8,5 × 106 m .
Der er forskellige metoder til at måle bevægelseshastigheden for et mål:
I stedet for at måle frekvensforskellen mellem den transmitterede bølge og den modtagne, som kan være for lille til elektronikken, bruger vi faseforskellen mellem to på hinanden følgende impulser, der vender tilbage fra det samme sonderede volumen (par pulserende bølger). Mellem hver puls bevæger målene sig let og rammes af bølgen i en lidt anden del af dens cyklus. Det er denne faseforskel, som radaren noterer ved retur.
Intensiteten af en impuls efter en rundtur gives af:
eller:
Intensiteten af en efterfølgende puls, der vender tilbage fra det samme lydstyrke, men hvor målene har bevæget sig lidt, er givet ved:
derfor :
; .Da kun den radiale komponent af forskydningen opnås, er det derfor nødvendigt at følge den for at kende den vinkel, som dens sande forskydningsretning gør med radarstrålen. Derefter giver en simpel trigonometrisk beregning målets sande hastighed.
Doppler-dilemmaLad os nu se på den maksimale hastighed, der kan måles utvetydigt. Da vi kun kan bestemme en vinkel mellem - og + fra en sinus , kan vi ikke måle en hastighed større end:
.Dette kaldes Nyquist-hastighed . For at opnå en bedre bestemmelse af målens hastighed er det nødvendigt at sende meget tætte impulser, derfor med meget små. Men vi ved også, at reflektionsevnen er direkte proportional med , hvilket kræver meget for at være sikker på, at ekkos position vender tilbage langt væk uden tvetydighed.
Dette Doppler-dilemma begrænser det nyttige udvalg af pulsdopplerradarer. Der er dog en måde at omgå det ved at bruge en gentagelsesfrekvens på flere radarimpulser . De sande ekkos position og hastighed forbliver den samme ved forskellige gentagelseshastigheder, mens fantomekonernes ændringer ændres.
Den signalbehandling er nødvendig for at eliminere interferens (på grund af andre end radar radiokilder) og rod. Følgende teknikker anvendes:
De første operationelle anvendelser af radaren fandt sted under Anden Verdenskrig for at opdage fra kysten tilgangen til luftformationer og skibe, både af Det Forenede Kongerige og af tyske styrker.
Allerede i 1936 var den franske linjefart " Normandie " og den rådgivende "Ville d'Ys", som fik tildelt fiskeri i Newfoundland , udstyret med en SFR- enhed ved hjælp af elektromagnetiske bølger til at opdage isbjerge, og som kan betragtes som den første anvendelse af radar om bord på skibe.
Radarer i dag har en meget bred vifte af applikationer på mange områder:
En undersøgelse fokuseret på sundhed hos fagfolk, der udsættes for pulserende mikrobølgestråling fra marine radarer (elektromagnetisk felt på 3 GHz , 5,5 GHz og 9,4 GHz ). Hun specificerede de tilsvarende specifikke absorptionshastighedsværdier. Den komet test og mikronukleustest blev udført i disse arbejdere, og i en kontrolgruppe (ueksponerede individer). Begge tests viste, at de udsatte blev signifikant påvirket med en gennemsnitlig komethaleintensitet på 0,67 vs 1,22 og timing (0,08 vs 0,16) og et øget antal (mikronukleier, nukleoplasmatiske broer og nukleare knopper), der kun antyder cytogenetiske ændringer. Derudover blev niveauet af glutathion signifikant reduceret hos udsatte fagfolk (1,24 versus 0,53), mens niveauet af malondialdehyd var signifikant højere hos dem (1,74 mod 3,17), hvilket viste oxidativ stress .
Denne undersøgelse bekræfter, at pulserende mikrobølger ser ud til at inducere oxidativ stress og ændre genomet (derfor med en potentiel mutagen effekt). Det skal dog forstås, at ovenstående resultater gælder for arbejdstagere, der udsættes for en relativt kort afstand i løbet af et job. Da strålingseffekten aftager med kvadratet for afstanden fra radarsenderen, er påvirkningerne flere kilometer fra stedet ubetydelige sammenlignet med naturlig stråling.
Historie:
Introduktioner:
Antenner:
Referencebøger:
Dokumentar: