Radaras – kaip veikia, panaudojimas ir istorija

Sužinokite, kaip veikia radaras, jo istoriją nuo pirmojo patento iki karo ir civilinių taikymų — technologija, matavimai (greitis, lietus) ir praktinis panaudojimas.

Radaras - tai aparatas, kuris radijo bangomis echolokacijos būdu randa objektus, pavyzdžiui, orlaivius, laivus ir lietų.

Pagrindinės radaro dalys yra šios:

• Siųstuvas sukuria radijo bangas.
• Antena nukreipia radijo bangas.
• Imtuvas matuoja bangas, kurias objektas atspindi atgal.

Taip radaras gali nustatyti objekto buvimo vietą. Radaras naudojamas įvairiais būdais. Juo galima išmatuoti greitį ir automobilių skaičių kelyje, vandens kiekį ore ir daugelį kitų dalykų.

Pirmą kartą radarą 1904 m. panaudojo Christianas Hülsmeyeris. Jam buvo išduotas radarų patentas (Reichspatent Nr. 165546). Radaras buvo labai svarbus mūšyje dėl Didžiosios Britanijos ir kitose Antrojo pasaulinio karo dalyse. Karo metu Ašies šalys neatsiliko nuo britų ir amerikiečių radarų technologijų.

Žodis RADAR buvo sukurtas 1942 m. kaip radijo aptikimo ir diapazono nustatymo akronimas. Ši santrumpa pakeitė britų inicialą RDF (Radio Direction Finding). Dabar daugelis žmonių šį žodį laiko įprastu žodžiu, o ne akronimu.

FAA (Federalinė aviacijos administracija) naudoja kelių rūšių radarus:

Kaip veikia radaras

Radaras išsiunčia radijo impulsą arba nuolatinės bangos signalą į aplinką. Jei signalo kelyje yra objektas, dalis signalo atsimuša ir grįžta į imtuvą. Išmatuojus laiką tarp siuntimo ir atspindžio priėmimo, galima apskaičiuoti atstumą iki objekto pagal formulę atstumas = c × laikas / 2, kur c – šviesos greitis (~3×10^8 m/s). Greitis nustatomas pagal Doplerio efektą: jei objektas juda link radaro arba nuo jo, atspindėtos bangos dažnis pasikeičia; iš to dažnio pokyčio apskaičiuojama radialinė greičio sudedamoji.

Skirtingi radarai naudoja skirtingus darbo režimus:

• Pulsinis radaras siunčia trumpus impulsus ir matuoja atgalinį signalą – naudojamas objektų nuotoliui nustatyti.
• Nuolatinės bangos (CW) radaras nuolat siųs signalą ir paprastai naudojamas greičiui matuoti (Doplerio radarai).
• Doplerio radaras išskiria judančius objektus nuo stacionarių kliūčių pagal dažnio poslinkį.
• Fazinių antenų masyvų (phasėd array, AESA) radarai elektroniniu būdu nukreipia spindulį be mechaninio antenos sukimų – tai leidžia greitai sekti daug objektų ir atlikti sudėtingą spindulio formavimą.

Pagrindinės radarų rūšys ir technologijos

Pagal paskirtį ir konstrukciją radarai skirstomi į kelias grupes:

• Pagrindiniai (Primary Surveillance Radar, PSR) – siunčia radijo bangas ir renka grįžtamus atspindžius, nepriklauso nuo objekto įrangos.
• Antriniai (Secondary Surveillance Radar, SSR) – bendrauja su transponderiais (pvz., lėktuvuose) ir gauna papildomą informaciją, tokią kaip identifikacija ir aukštis.
• Oro eismo valdymo radarai – en-route ir terminaliniai radarai stebi lėktuvus skrydžių maršrutuose ir prie oro uostų.
• Meteorologiniai radarai (pvz., Doplerio orų radarai) – matuoja kritulius, debesų struktūrą ir vėjo laukus.
• Jūriniai radarai – naudojami laivuose ir prie uostų laivybos stebėjimui bei navigacijai.
• Vietos eismo kontrolės ir greičio matuokliai – policijos radarai ir automatinės transporto priemonių eismo srautų skaičiavimo sistemos.
• Žvalgybiniai ir kariniai radarai – įskaitant priešlėktuvinius, raketų valdymo ir radaro vaizdinio (SAR) palydovus.
• Zemės skenavimo (Ground Penetrating Radar) – naudoja aukštesnio dažnio bangas požeminiams sluoksniams ir objektams aptikti.

Pritaikymai kasdienybėje ir pramonėje

Radarai turi plačias taikymo sritis:

• Aviacija: oro eismo stebėjimas, aviacijos saugumas ir nurodymas.
• Meteorologija: kritulių aptikimas, audrų ir tornadų prognozavimas.
• Jūrų navigacija: kliūčių aptikimas, eismo kontrolė, bangų ir ledų stebėjimas.
• Kelių eismo kontrolė: greičio matavimas, srauto skaičiavimas.
• Automobiliai: avarinio stabdymo ir adaptyvaus kruizo kontrolės sistemos naudoja trumpų nuotolių radarus.
• Pramonė: lygio matavimai talpose, objektų aptikimas automatizuotose sistemose.
• Karinė sritis: stebėjimas, taikinių aptikimas, oro gynyba, palydovinė žvalgyba (SAR).

Istorija — trumpas apžvalginis kontekstas

Nors pirmieji radaro principus taikę bandymai siekia XIX–XX a. sandūrą, praktinis ir patentuotas naudojimas pradėtas 1904 m. su Christianu Hülsmeyeriu. Per 1930–1940 m. radaro technologijos žymiai pažengė – Didžioji Britanija sukūrė grandinę (Chain Home) kaip ankstyvą oro erdvės budrumo sistemą, o Antrojo pasaulinio karo metu radarai tapo esminiu gynybos ir žvalgybos įrankiu. Po karo vystėsi naujos technologijos: Doplerio matavimai, skaitmeninis apdorojimas, puslaidininkiai, fazinių antenų masyvai ir atominio lygio signalo apdorojimas. Šiuolaikiniai AESA radarai ir skaitmeninės signalų apdorojimo sistemos suteikia didelį veikimo efektyvumą, greitį ir kelių užduočių gebėjimus.

Svarbiausi parametrai ir apribojimai

Vertinant radarą, svarbūs tokie parametrai:

• Diapazonas – maksimalus atstumas, kuriame galima aptikti objektą.
• Rezoliucija – gebėjimas atskirti dvi arti esančias ekonėles (tiek atstumo, tiek azimuto kryptimi).
• Beamwidth – spindulio plotis, lemiantis kampinę rezoliuciją.
• Dažnių juostos – radarai dirba skirtinguose diapazonuose (pvz., L, S, C, X, K juostos), o dažnis lemia skiriamąją gebą ir atmosferos slopinimą.

Radaro trūkumai ir iššūkiai: signalo atspindžiai nuo žemės ar vandens sukelia clutter, esama jautrumo ribojimų žemose ir aukštose dažnio juostose, stealth technologijos gali sumažinti refleksiją, o stipri atmosferos absorbcija (pvz., aukšti dažniai) trumpina efektyvų diapazoną. Be to, multipath reiškiniai gali sukelti netikrus signalus.

Saugumas ir reguliavimas

Radijo bangos yra nejonizuojančios spinduliuotės rūšis. Didesnių galingumų radarai gali kelti šiluminį poveikį artimiems objektams ar žmonėms, todėl jų naudojimas ir eksploatavimas reglamentuojami nacionalinių ir tarptautinių institucijų reikalavimais bei radiacijos saugos gairėmis.

FAA radarų rūšys ir paskirtis

FAA ir oro eismo valdymo sistemos paprastai naudoja šias radarų klases:

• Pagrindinė (Primary Surveillance Radar, PSR) – naudoja grynus radijo atspindžius, kad aptiktų lėktuvų padėtį net jei transponderis neveikia.
• Antrinė (Secondary Surveillance Radar, SSR) – bendrauja su lėktuvų transponderiais ir gauna identifikacijos kodą bei aukščio duomenis.
• Terminaliniai/nuotoliniai radarai – skirtas oro uostų erdvės aptikimui ir trumpiems atstumams, padeda valdyti pradines kilpas, leidimą ir atskridimus.
• Meteorologiniai radarai (pvz., NEXRAD) – integruoti į aviacijos sistemą, teikia informacijos apie oro sąlygas skrydžių saugumui.
• ASDE (Airport Surface Detection Equipment) – oro uosto takų ir platformų eismo stebėjimui, kad būtų sumažinta susidūrimų rizika ant žemės.

Šiuolaikinės oro eismo valdymo sistemos paprastai naudoja PSR ir SSR kartu, taip pat integruoja meteorologinius duomenis, ADS‑B ir kitus sensorius, kad užtikrintų pilnesnį situacijos vaizdą ir didesnį saugumą.

Apibendrinant: radaras yra universalus jutiklis, kurio principas paremta radijo bangų siuntimu ir atspindžių priėmimu. Per daugiau nei šimtmetį ši technologija nuolat tobulėjo ir šiandien yra esminė aviacijoje, meteorologijoje, jūrinėje navigacijoje, transporte ir gynyboje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra radaras?

K: Kokios yra pagrindinės radaro dalys?

K: Kaip radaras matuoja atstumą?

K: Kam pirmą kartą buvo naudojamas radaras?

K: Kaip radaras išpopuliarėjo Antrojo pasaulinio karo metais?

K: Ką reiškia RADAR?

K: Kokius radarus naudoja FAA?

Paieška pagal raidę