R A D A R I

RADARI
PRINCIPI RADA RADARA
Riječ je kratica od: RAdio Detection And Ranging – otkrivanje i određivanje parametara cilja
(udaljenost, smjer, brzina, itd.) radio – valovima. Princip rada temelji se na odašiljanju kratkog
impulsa EMV i čeka se postoji li refleksija od traženog cilja koji može biti pokretni ili nepokretni. Iz
količine, jakosti reflektriranog vala može se proračunati veličina ili površina cilja, a iz vremena koje je
proteklo od odašiljanja do prijema, udaljenost cilja.
Prijemna i odašiljačka antena mogu biti svaka zasebno, ili izvedene kao jedna antena sa
preklapanjem prijem-predaja. Obično radar pokriva, nadzire dio površine ili prostora, pa antene
rotiraju unutar određenog kuta (prostornog ili površinskog). Osnovni funkcionalni dijelovi radara su:
ODAŠILJAČKA. ANTENA
ODAŠILJAČ
CILJ
INDIKATOR
PRIJEMNIK
PRIJEMNA. ANTENA
Ovo je vrsta radara sa pasivnim odjekom. To znači da cilj ne daje nikakav signal nego ga se
detektira refleksijom EMV od njegove površine. Ako nema cilja, nema ni refleksije pa na indikatoru
nema ništa.
VRSTE I PODJELA RADARA
Osim radara s pasivnim odjekom postoje i radari sa aktivnim odjekom koji se koriste npr. pri
kontroli leta na aerodromima. Oni su namijenjeni za praćenje određenog cilja između više ciljeva,
tako da svaki od njih ima također odašiljač i prijemnik specifične vrste signala. Odašiljač radara ili
cilja aktivira prijemnik koji šalje automatski odziv, tako da radar raspoznaje o kojem se cilju točno
radi (svaki avion odašilje svoj „kod“).
ODAŠILJAČ
CILJ
PRIJEMNIK
INDIKATOR
ODAŠILJAČ
PRIJEMNIK
Postoje razne vrste radara po namjeni i načinu rada. Tako radari za praćenje pokretnih objekata
trebaju eliminirati sve mirujuće ili sporo pokretne ciljeve kao npr. oblake i sl. a reagirati samo na
pokretne (npr. radar za avione). To su MTI (Moving Target Indication) radari ili promatrački
radari. Kao posebnu podvrstu ovih radara imamo radare za određivanje brzine objekta, cilja (npr.
policijski radar).
Radar za praćenje cilja preuzima od promatračkog radara cilj i ima zadatak da u svakom
trenutku „zna“ udaljenost i smjer u kojem se cilj nalazi. Danas su ti radari potpuno automatski i sami
se navode u smijeru cilja (npr. radar za navođenje aviona na pistu, radar za gađanje u borbenim
avionima i sl.).
Radar sa sintetskom antenom koristi se za snimanja terena i izradu geografskih karata terena
kao i pregled određenih širih djelova terena u svrhu traženja nekog objekta, npr putem satelita. Još
postoji niz vrsta radara za posebne namjene.
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb04.en.html (princip detekcije)
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb05.en.html (osnovni princip rada, dijelovi)
RADARSKI POKAZIVAČI
Za indikaciju postojanja cilja ili nekih njegovih kakrakteristika koriste se vizualni i zvučni indikatori
pokazivači. Za vizualno praćenje koriste se ekrani, danas pretežno zasloni računala, a zvučni
indikatori su uglavnom za upozorenje, izazivanje pozornosti operatera ili znak za neku opasnost.
Vizualne indikatore možemo podijeliti na panoramske ili površinske koje daju prikaz u dvije
dimenzije i prostorne koji daju prikaz kako po površinskom kutu, tako i po visini (elevaciji) - bitni za
praćenje aviona i ostalih letjelica. Ako se radi o ekranu, panoramski prikaz je obično na mreži
koncentričnih kružnica kojima je središte položaj radara. a cilj se prikazuje u vidu svijetle točke ili
mrlje uz zvučni signala kad zraka radara pređe preko njega. Takav je npr. prikaz kod radara koji
prate brodove, meteoroloških radara koji nadziru oluje, uragane i sl. To su tzv. PPI-pokazivači
(Plain Position Indictors).
http://www.radartutorial.eu/12.scopes/sc10.en.html
Pokazivači koji pokazuju i visinu traženog objekta nazivaju se RHI – pokazivači (Range & High
Indicator).
http://www.radartutorial.eu/12.scopes/sc11.en.html
Danas su svi ti pokazivači uglavnom 2D ili 3D kompjutorski prikazi, no sa što manje nepotrebnih
detalja da bi operater bio što bolje koncentriran na bitne parametre koje pokazivač daje.
digitalni zasloni:
http://www.radartutorial.eu/12.scopes/sc12.en.html
SIGNAL I DETEKCIJA ODJEKA, PARAMETRI CILJA
Radar odašilje VF impulse radio signala i očekiva njihovu refleksiju od cilja. Antena ili antene radara
rotiraju periodično za određeni kut, zavisno od područja koje radar pokriva. Iz samog takvog načina
rada se može odrediti smjer cilja. Naime intenzitet, odnosno amplituda reflektiranih impulsa će biti
najveća kad je antena točno u smjeru cilja.
Impulsi se vraćaju nakon vremena t = 2d/c, gdje je d udaljenost cilja, a c brzina EMV. Na temelju
toga može se proračunati udaljenost cilja.
Brzina cilja se određuje na temelju Dopplerova pomaka frekvencije (Dopplerov efekt). To je pojava
da se frekvencija signala koji se reflektira od gibajućeg cilja razlikuje od frekv. odaslanog signala i to
tako da je niža ako se cilj udaljava od radara i obratno. Taj efekt poznajemo kod zvuka sirene
automobila koji se približava, prođe kraj nas i udaljava. Prilikom približavanja je ton sirene viši nego
prilikom udaljavanja.
http://www.radartutorial.eu/11.coherent/pic/doppler8.big.gif (Doppler efekt)
Dopplerov pomak frekvencije iznosi: fD = fO x 2vr/c, gdje je vr brzina cilja, a fO frekvencija
odaslanog signala. Primljena frekvencija je fR = fO +/- fD.
Detekcija odjeka može biti problematična kod malenih ciljeva, većih udaljenosti i udjela šuma u frekv.
području u kojem radar radi. Zato je potrebno odrediti optimalni prag detekcije Up za određene
uvjete rada radara. Taj prag određuje vjerojatnost pojave tzv. „lažne uzbune“, tj. mogućnost da se
neki šum ili smetnja detektira kao cilj. Ako se prag detekcije stavi previsok, onda radar neće
detektirati manje i udaljenije ciljeve, ako je prenizak, velika je mogućnost lažne uzbune. Efikasnost
radara je definirana upravo omjerom vjerojatnosti lažne uzbune i ovisi o odnosu S/N (Signal to Noise
ratio), odnosu jakosti signala prema šumu i o postavljenom pragu detekcije. Na donjoj slici Up je
postavljen prenisko i radar nije pouzdan.
Amplit.
A
Up
A, B - ciljevi
C- šum, smetnje
B
C
vrijeme t
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb08.en.html (određivanje smijera)
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb07.en.html (određivanje udaljenosti)
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb11.en.html (određivanje visine)
DETEKCIJA SLIJEDA IMPULSA
Vrlo rijetko radar šalje samo jedan impuls, obično šalje niz od više vrlo kratkih impulsa. Reflektirani
impulsi se ako postoje, na prikladan način zbrajaju ili integriraju. Integracija se vrši na analogni ili
digitalni način.
Analogni način koristi liniju za kašnjenje koja ima odvojke
LINIJA ZA KAŠNJENJE
za pojedine impulse, a radi tako da svi u isto vrijeme dođu u
sklop za zbrajanje. Kašnjenja su sinkronizirana sa razmacima
nΔt (n-1)Δt………….2Δt Δt
0
između pojedinih odaslanih impulsa. Konačni integrirani impuls je srednja vrijednost svih detektiranih impulsa jednog
“paketa” impulsa (vidi sliku).
∑
Digitalna integracija koristi se kada se želi automatska
detekcija (nije obvezna prisutnost operatera) i nisu potrebne
hitne intervencije.
Svaki prijelaz analognog detektiranog impulsa preko praga
detekcije generira iz A/D pretvarača digitalni impuls istog
trajanja kao i odašiljački,i svi su jednake amplitude. Uređaj je
tako namešten da se iza generiranja impulsa slijedeći priguši,
da se ne bi dva impulsa stopila u jedan.
Ampl.
Up
prigušen
Pri integraciji se gleda postoji li barem k ili više digitalnih
impulsa, gdje je k < n, a n je broj odaslanih impulsa. Očito
je k/n ekvivalentan pragu detekcije kod analogne detekcije.
t
VRSTE RADARA – PROMATRAČKI RADAR
Zadatak mu je što brža detekcija cilja koji uđe u zonu pokrivanja radara. Može se nalaziti na kopnu,
moru (brodu) ili avionu. Za kopnene i morske je domet relativno mali radi zakrivljenosti Zemlje
(oko 20 – 40 km), pa se stavljaju na što veće visine (vrhove brda, planina). Dijagram zračenja
antene je po horizontali vrlo uzak (oko 1 stupanj), a po vertikalnom smjeru zavisi od namjene.
Do pogreške u određivanju udaljenosti cilja može doći radi utjecaja šuma i izobličenja reflektiranog
impulsa. Naime, daljina se određuje prema vremenu koje proteče od sredine odašiljačkog impulsa do
sredine reflektriranog impulsa (vidi sliku). Ako pri integraciji dođe do krivog određivanja sredine reflektiranog impulsa, i vrijeme koje se računa će biti netočno, pa time i određena udaljenost.
Ampl
Ampl
d1
d2
Up
d1
t1
sredina impulsa
ODASLANI IMPULS
t2
t
t1
Δt
d2
t2
prava sredina
izmjerena sredina izobl. impulsa
PRIMLJENI IZOBLIČENI IMPULS
t
Maksimalni domet radara ograničen je zahtjevanim odnosom S/N (signal/šum), vjerojatnošću
lažne uzbune odnosno praga detekcije, te repeticionom frekvencijom impulsa odnosno snopa
impulsa, znači reflektrirani impuls se mora vratiti prije početka novog odašiljanja. Rmax <c/2fr.
Minimalni domet ograničen je širinom, odnosno trajanjem odašiljačkog impulsa/ slijeda impulsa
(ako se refleksija vrati prije prestanka odašiljanja impulsa, nema ni detekcije.
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb10.en.html (minimalni domet radara)
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb09.en.html (max domet radara)
MTI RADAR
http://www.radartutorial.eu/11.coherent/co06.en.html
Za detekciju isključivo pokretnih ciljeva iznad određene brzine kretanja. Detektira se Dopplerov
pomak frekvencije koji iznosi:
fD = fO . 2Vr/c,
gdje je fD Dopplerov pomak frekvencije, fO frekv. odašiljačkih impulsa, Vr radijalna komponenta
brzine cilja u odnosu na radar i c brzina EMV koji se odašilje. Bitni dijelovi su vrlo stabilni i točni
referentni oscilator čiji se signali pojačavaju i vode u obliku impulsa na odaš. antenu. Modulator služi
za periodičko puštanje impulsa prema anteni. Antenska skretnica određuje kada je antena odašiljačka
a kada prijemna. Prijemnik prima reflektirane impulse i uspoređuje ih sa f O. Ako nema razlike, na
indikatoru nema ništa.
OSCILATOR
≈
fo
antena
fo
ANTENSKA
SKRETNICA
MODULATOR
IND.
USPOREDBA
impulsi
EMV
fp
Prema vrsti i brzini ciljeva, razlikuju se dvije vrste MTI radara. Prvi su za relativno spore ciljeve kao
za civilni zračni promet, kod kojih je širina odašiljačkog impulsa puno manja od periode signala
Dopplerova pomaka. Npr. uz brzinu aviona 1000 km/h, Dopplerova frekv. je oko 17KHz – trajanje
periode je oko 60 μsec. Širina impulsa radara je oko 2 μsec. Očito za rekonstrukciju f D treba više
impulsa, a njihova amplituda ovisi o fazi fD. - slika a)
Ampl
fD<<fIMP
Ampl
a)
fD≥ fIMP
b)
t
t
Kod svemirskih ciljeva, npr. satelita (brzina oko 50 000km/h) imamo za vrijeme trajanja jednog
odašiljačkog impulsa nekoliko perioda Dop. frekvencije (trajanje periode oko 1 μsek.) – slika b)
Za poništavanje signala mirnih ciljeva koristi se sklop prema slici. Dva signala odjeka koji slijede
jedan iza drugog dovode se na sklop za oduzimanje, s tim da se prvi zakasni da bi stigli istovremeno.
Ako su isti, signal iz sklopa za oduzimanje je nula.
n-ti impuls
n+1 impuls
KAŠNJENJE
punoval.
ispravljač
sklop za
oduzimanje
Slijepa brzina je najveća mana MTI radara. To se događa ako se poklopi da je Dopplerova
frekvencija cjelobrojni višekratnik repeticione frekvencije radara. Tada se impuls odjeka pojavljuje
uvijek sa istom fazom kao odjek od nepokretnog cilja. To se izbjegava tako da se susjedni impulsi
malo zakasne, odnosno da se periodično mijenja repeticiona frekvencija.
http://www.radartutorial.eu/11.coherent/co13.en.html (slijepa brzina-link)
RADARI ZA PRAĆENJE CILJA
Kada se promatračkim ili MTI radarom otkrije cilj, preuzima ga i prati radar namjenjen za praćenje
cilja. Taj radar treba potpuno automatski usmjeravati svoju antenu u pravcu cilja koji se giba, da se u
svakom trenutku znade udaljenost i visina cilja, te brzina i smjer gibanja. Takav je npr. radar za
gađanje u avionu, radar za praćenje satelitskih putanja, i sl.
Samonavođenje, odnosno automatsko okretanje antene u smjeru cilja može se izvesti na više
načina.
Jedan od načina je da se smijer odašiljačke latice mijenja od impulsa do impulsa, i to za kut širine latice (slika), odnosno za kut usmjerenosti. Ako se os odašiljanja antene i smijer cilja razlikuju, dolazi i
do razlike u amplitudama odjeka (d1 i d2). Ta se razlika pretvara u struju koja zakreće motor dok D
ne postane nula. U tom slučaju se smijer antene i cilja podudaraju.
Današnji radari imaju konično, stožasto pomicanje latice tako da se iz razlike amplitude impulsa
odjeka dade odrediti položaj i po kutu azimuta i po visini.
latica 1
CILJ
d1
antena
os antene
D = d1- d2 = 0
d2
latica 2
RADARI SA SINTETSKOM ANTENOM
Služe za precizna snimanja terena u svrhu izrade točnih zemljopisnih i vojnih karata, za otkrivanje
sakrivenih ciljeva i objekata, pronalaženje i lokaciju ljudi itd. Danas su uglavnom smješteni na satelitima, pogotovo vojni.
Pri snimanju, vrši se analiza terena po elevaciji i po azimutu. Pretraživanje po udaljenosti vrši se
brzinom EMV, a po elevaciji, nagibu, brzinom gibanja aviona, odnosno satelita. Pri pretraživanju po
kutu, uzima se kao da je u svakom trenutku uzorkovanja postojala jedna fiksna antena, pa se
cjelokupni signal odjeka u određenom intervalu sintetizira, uzimajući u obzir svaki trenutačni položaj
cilja i po kutu i po udaljenosti. Rezultat je isti kao da se radilo sa nizom fiksnih antena razmaknutih za
određenu udaljenost. Otuda naziv sintetska antena. (slike)
kut po nagibu
kut po azimutu
pogled sa površine Zemlje
pogled odozgo
A
B
C
D
CILJ
smijer gibanja aviona
A,B,C,D... trenuci uzimanja uzoraka,
odnosno položaji prividno, virtualno
fiksnih antena (sintetizirani niz)

Download Report