الرادار عبارة عن مجموعة من الأساليب العلمية والوسائل التقنية المستخدمة لتحديد إحداثيات وخصائص كائن عن طريق موجات الراديو. غالبًا ما يُشار إلى الكائن قيد التحقيق على أنه هدف رادار (أو مجرد هدف).
مبدأ الرادار
تسمى المعدات والمرافق الراديوية المصممة لأداء مهام الرادار أنظمة الرادار أو الأجهزة (الرادار أو الرادار). تعتمد أساسيات الرادار على الظواهر والخصائص الفيزيائية التالية:
- في وسط الانتشار ، تتناثر الموجات الراديوية التي تلتقي بأشياء ذات خصائص كهربائية مختلفة عليها. تسمح الموجة المنعكسة من الهدف (أو إشعاعها) لأنظمة الرادار باكتشاف وتحديد الهدف.
- في المسافات الطويلة ، يُفترض أن يكون انتشار الموجات الراديوية مستقيمة ، وبسرعة ثابتة في وسط معروف. هذا الافتراض يجعل من الممكن قياس المدى إلى الهدف وإحداثياته الزاوية (مع خطأ معين).
- بناءً على تأثير دوبلر ، يحسب تردد الإشارة المنعكسة المستقبلة السرعة الشعاعية لنقطة الإشعاعبخصوص RLU.
الخلفية التاريخية
قدرة الموجات الراديوية على الانعكاس أشار إليها الفيزيائي العظيم جي هيرتز والمهندس الكهربائي الروسي أ. بوبوف في نهاية القرن التاسع عشر. وفقًا لبراءة اختراع مؤرخة عام 1904 ، تم إنشاء أول رادار بواسطة المهندس الألماني ك. هولماير. تم استخدام الجهاز ، الذي أطلق عليه اسم telemobiloscope ، في السفن التي حرثت نهر الراين. فيما يتعلق بتطوير تكنولوجيا الطيران ، بدا استخدام الرادار واعدًا جدًا كعنصر من عناصر الدفاع الجوي. تم إجراء البحوث في هذا المجال من قبل خبراء بارزين من العديد من دول العالم.
في عام 1932 ، وصف بافل كوندراتيفيتش أوشيبكوف ، الباحث في LEFI (معهد لينينغراد الكهروفيزيائي) ، المبدأ الأساسي للرادار في أعماله. هو ، بالتعاون مع زملائه ب. شمبل وف. أظهر Tsimbalin في صيف عام 1934 تركيبًا أوليًا للرادار اكتشف هدفًا على ارتفاع 150 مترًا على مسافة 600 متر.
أنواع الرادار
تسمح لنا طبيعة الإشعاع الكهرومغناطيسي للهدف بالحديث عن عدة أنواع من الرادار:
- يستكشف الرادار السلبي إشعاعه الخاص (الحراري ، الكهرومغناطيسي ، إلخ) الذي يولد الأهداف (الصواريخ والطائرات والأجسام الفضائية).
- نشط مع استجابة نشطة يتم تنفيذه إذا كان الكائن مجهزًا بجهاز الإرسال الخاص به والتفاعل معهيحدث وفقًا لخوارزمية "الطلب - الاستجابة".
- النشط مع الاستجابة السلبية يتضمن دراسة إشارة الراديو الثانوية (المنعكسة). تتكون محطة الرادار في هذه الحالة من مرسل وجهاز استقبال.
- الرادار شبه النشط هو حالة خاصة من النشط ، في حالة وجود مستقبل الإشعاع المنعكس خارج الرادار (على سبيل المثال ، هو عنصر هيكلي لصاروخ موجه).
لكل نوع مميزاته وعيوبه.
الأساليب والمعدات
جميع وسائل الرادار حسب الطريقة المستخدمة مقسمة إلى رادارات ذات إشعاع مستمر ونبضي.
الأول يحتوي على مرسل ومستقبل للإشعاع ، يعملان بشكل متزامن ومستمر. وفقًا لهذا المبدأ ، تم إنشاء أجهزة الرادار الأولى. مثال على هذا النظام هو مقياس الارتفاع اللاسلكي (جهاز طائرة يحدد مسافة الطائرة من سطح الأرض) أو رادار معروف لجميع سائقي السيارات لتحديد سرعة السيارة.
في الطريقة النبضية ، تنبعث الطاقة الكهرومغناطيسية في نبضات قصيرة في غضون بضعة ميكروثانية. بعد توليد إشارة ، تعمل المحطة فقط للاستقبال. بعد التقاط وتسجيل موجات الراديو المنعكسة ، يرسل الرادار نبضة جديدة وتتكرر الدورات.
أوضاع تشغيل الرادار
هناك طريقتان رئيسيتان لتشغيل محطات الرادار والأجهزة. الأول هو مسح الفضاء. يتم تنفيذه وفقًا لصرامةالنظام. بمراجعة متسلسلة ، يمكن أن تكون حركة حزمة الرادار دائرية ، حلزونية ، مخروطية ، قطاعية بطبيعتها. على سبيل المثال ، يمكن لمصفوفة الهوائي أن تدور ببطء في دائرة (في السمت) بينما تقوم في نفس الوقت بمسح الارتفاع (إمالة لأعلى ولأسفل). بالمسح المتوازي ، تتم المراجعة بواسطة حزمة من حزم الرادار. لكل منها جهاز استقبال خاص به ، تتم معالجة العديد من تدفقات المعلومات في وقت واحد.
يشير وضع التعقب إلى اتجاه ثابت للهوائي تجاه الكائن المحدد. لتحويله ، وفقًا لمسار هدف متحرك ، يتم استخدام أنظمة تتبع آلية خاصة.
خوارزمية لتحديد المدى والاتجاه
سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الغلاف الجوي 300 ألف كم / ث. لذلك ، مع معرفة الوقت الذي تقضيه إشارة البث في تغطية المسافة من المحطة إلى الهدف والعودة ، فمن السهل حساب مسافة الكائن. للقيام بذلك ، من الضروري تسجيل وقت إرسال النبض بدقة ولحظة استقبال الإشارة المنعكسة.
للحصول على معلومات حول موقع الهدف ، يتم استخدام رادار عالي الاتجاه. يتم تحديد السمت والارتفاع (الارتفاع أو الارتفاع) لجسم ما بواسطة هوائي بحزمة ضيقة. تستخدم الرادارات الحديثة صفائف الهوائيات المرحلية (PAR) لهذا الغرض ، وهي قادرة على ضبط حزمة أضيق وتتميز بسرعة دوران عالية. كقاعدة عامة ، يتم إجراء عملية مسح الفضاء بواسطة شعاعين على الأقل.
معلمات النظام الرئيسية
منتعتمد الخصائص التكتيكية والفنية للمعدات إلى حد كبير على كفاءة وجودة المهام.
المؤشرات التكتيكية للرادار تشمل:
- منطقة عرض محدودة بمدى اكتشاف الهدف الأدنى والأقصى ، زوايا السمت والارتفاع المسموح بها.
- الدقة في النطاق والسمت والارتفاع والسرعة (القدرة على تحديد معلمات الأهداف القريبة).
- دقة القياس ، وتقاس بوجود أخطاء جسيمة أو منتظمة أو عشوائية.
- مناعة وموثوقية الضوضاء.
- درجة الأتمتة لاستخراج دفق البيانات الواردة ومعالجته.
يتم وضع الخصائص التكتيكية المحددة عند تصميم الأجهزة من خلال معايير فنية معينة ، بما في ذلك:
- تردد الموجة الحاملة وتعديل التذبذبات المتولدة ؛
- أنماط الهوائي ؛
- قوة أجهزة الإرسال والاستقبال ؛
- الأبعاد الكلية ووزن النظام
في الخدمة
الرادار هو أداة عالمية تستخدم على نطاق واسع في الجيش والعلوم والاقتصاد الوطني. تتوسع مجالات الاستخدام بشكل مطرد بسبب تطوير وتحسين الوسائل التقنية وتقنيات القياس.
يتيح لنا استخدام الرادار في الصناعة العسكرية حل المهام المهمة المتمثلة في مراجعة الفضاء والتحكم فيه ، واكتشاف الأهداف المتنقلة الجوية والأرضية والمائية. بدونالرادارات ، من المستحيل تخيل معدات تعمل لدعم المعلومات لأنظمة الملاحة وأنظمة التحكم في إطلاق النار.
الرادار العسكري هو المكون الأساسي لنظام الإنذار الصاروخي الاستراتيجي والدفاع الصاروخي المتكامل.
علم الفلك الراديوي
المرسلة من سطح الأرض ، تنعكس موجات الراديو أيضًا من الأجسام الموجودة في الفضاء القريب والبعيد ، وكذلك من الأهداف القريبة من الأرض. لا يمكن التحقيق في العديد من الأجسام الفضائية بشكل كامل فقط باستخدام الأدوات البصرية ، وفقط استخدام أساليب الرادار في علم الفلك جعل من الممكن الحصول على معلومات ثرية عن طبيعتها وهيكلها. استخدم علماء الفلك الأمريكيون والهنغاريون الرادار الخامل لاستكشاف القمر لأول مرة في عام 1946. في نفس الوقت تقريبًا ، تم أيضًا تلقي إشارات لاسلكية من الفضاء الخارجي عن طريق الخطأ.
في التلسكوبات الراديوية الحديثة ، يكون لهوائي الاستقبال شكل وعاء كروي مقعر كبير (مثل مرآة العاكس البصري). كلما زاد قطره ، كانت الإشارة التي يمكن للهوائي استقبالها أضعف. في كثير من الأحيان ، تعمل التلسكوبات الراديوية بطريقة معقدة ، حيث لا تجمع فقط بين الأجهزة الموجودة بالقرب من بعضها البعض ، ولكن أيضًا الموجودة في قارات مختلفة. من أهم مهام علم الفلك الراديوي الحديث دراسة النجوم النابضة والمجرات ذات النوى النشطة ، ودراسة الوسط النجمي.
الاستخدام المدني
في الزراعة والغابات ، الرادارلا غنى عن الأجهزة للحصول على معلومات حول توزيع كتل النباتات وكثافتها ، ودراسة هيكل ومعايير وأنواع التربة ، والكشف عن الحرائق في الوقت المناسب. في الجغرافيا والجيولوجيا ، يستخدم الرادار لأداء الأعمال الطبوغرافية والجيومورفولوجية ، وتحديد هيكل وتكوين الصخور ، والبحث عن الرواسب المعدنية. في علم المياه وعلم المحيطات ، تُستخدم طرق الرادار لمراقبة حالة الممرات المائية الرئيسية في البلاد والغطاء الجليدي والجليد ، ورسم خريطة للخط الساحلي.
الرادار هو مساعد لا غنى عنه لأخصائيي الأرصاد الجوية. يمكن للرادار أن يكتشف بسهولة حالة الغلاف الجوي على مسافة عشرات الكيلومترات ، ومن خلال تحليل البيانات التي تم الحصول عليها ، يتم عمل تنبؤ بالتغيرات في الأحوال الجوية في منطقة معينة.
آفاق التنمية
بالنسبة لمحطة رادار حديثة ، معيار التقييم الرئيسي هو نسبة الكفاءة والجودة. تشير الكفاءة إلى خصائص الأداء المعممة للمعدات. يعد إنشاء رادار مثالي مهمة هندسية وعلمية وتقنية معقدة ، ولا يمكن تنفيذها إلا باستخدام أحدث الإنجازات في الميكانيكا الكهروميكانيكية والإلكترونيات والمعلوماتية وتكنولوجيا الكمبيوتر والطاقة.
وفقًا لتوقعات الخبراء ، في المستقبل القريب ، ستكون الوحدات الوظيفية الرئيسية للمحطات ذات المستويات المختلفة من التعقيد والغرض عبارة عن مصفوفات مرحلية نشطة الحالة الصلبة (صفائف هوائي مرحلي) ، والتي تحول الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية. التطورسيعمل مجمع الكمبيوتر على أتمتة التحكم والوظائف الأساسية للرادار بالكامل ، مما يوفر للمستخدم النهائي تحليلًا شاملاً للمعلومات الواردة.
