Das Radar ( Akronym von dem englischen abgeleitete ra dio der Detektions a nd R angeht ) ist ein System , das Gebrauch von elektromagnetischen Wellen zum Erfassen des Vorhandenseins und die Position und die Geschwindigkeit von Objekten , wie beispielsweise der Bestimmung Flugzeugen , die Schiffen , oder regt . Wellen , die von dem Sender gesendet werden , durch das Ziel reflektiert wird , und die Rücklaufsignale ( die so genannte Radarecho oder Radarecho ) aufgenommen und analysiert , die durch den Empfänger, die oft in der gleichen Position wie der Sender befindet. Die Entfernung ergibt sich aus der Umlaufzeit des Signals, die Richtung aus der Winkelposition der Antenne, in der das Rücksignal aufgenommen wurde, und die Geschwindigkeit mit dem Frequenzversatz des nach dem Dopplereffekt erzeugten Rücksignals . Es gibt auch unterschiedliche Informationen, die durch das Verhältnis zwischen den nach orthogonalen Polarisationsebenen aufgenommenen Returns gefunden werden .
In: Radar ist in vielen Kontexten verwendet Meteorologie Gewitter zu erfassen, für die Flugsicherung , für die Straßenverkehrsüberwachung durch das Militär Flugobjekte zu erfassen , sondern auch Schiffe, in astronautics , usw.
Das Wort - Radar ist ein neologism aus dem abgeleiteten englischen Akronym RA dio D etection A nd R angeht , die als „Nachweis und zur Abschätzung der Entfernung durch übersetzt werden kann Radiowellen “, „Erkennung und Funktelemetrie “, oder einfacher „Radio Bestimmung ". Dieses Akronym amerikanischen Ursprungs hat das früher verwendete englische Akronym RDF ( Radio Direction Finding , was mit „ radiocompas “ übersetzt werden kann) ersetzt.
In 1864 , James Clerk Maxwell beschrieben , die Gesetze des Elektromagnetismus , die zum ersten Mal auf der Arbeit an ihrer Quelle es möglich gemacht. In 1888 , Heinrich - Hertz - Rudolf zeigte , dass elektromagnetische Wellen , die von Metalloberflächen reflektiert werden. Zu Beginn des XX E Jahrhunderts , die Entwicklung des Funks und die TSF (von Marconi , ua) ermöglicht es , die Antennen , die für die Nutzung des Radars zu entwickeln.
Mehrere Erfinder , Wissenschaftler und Ingenieure trugen dann zur Entwicklung des Radarkonzepts bei. Die theoretischen Grundlagen stammen aus dem Jahr 1904 mit der Patentanmeldung für das „Telemobiloskop“ (Reichspatent Nr. 165546) durch den Deutschen Christian Hülsmeyer . Dies demonstrierte die Möglichkeit, die Anwesenheit von Booten in einem sehr dichten Nebel zu erkennen . Durch das Senden einer Welle , die eine Verwendung von mehrpoligen Antenne stellte sein System die Rückkehr von einem Hindernis mit einer Dipolantenne ohne die Möglichkeit, mehr als eine definieren approximate Azimuth und in keiner Weise seine Entfernung. Es war also das RAD (Radio Detection) aber nicht das AR (Azimut und Radius).
Wir müssen dann die Wellenlängen- und Leistungsprobleme lösen, die 1917 von dem serbischen Physiker und eingebürgerten Amerikaner Nikola Tesla aufgeworfen wurden . In den 1920er Jahren begannen wir daher mit Detektionsexperimenten mit Antennen. Im Herbst 1922 führten Albert H. Taylor und Leo C. Young vom Naval Research Laboratory (NRL) in den Vereinigten Staaten Funkkommunikationstests im Potomac River durch . Sie bemerkten, dass die Holzboote, die den Weg ihres Dauerstrichsignals kreuzten, Störungen verursachten und entdeckten damit das gleiche Prinzip wie Hülsmeyer wieder. In den frühen 1930er Jahren beauftragte Taylor einen seiner Ingenieure, Robert M. Page , einen Impulssender und eine Sendeantenne zu entwickeln, die er und Young entwickelt hatten, um dieses Problem zu umgehen.
Im Jahr 1934 wurden in Frankreich nach einer systematischen Untersuchung des Magnetrons Tests an Kurzwellen-Detektionssystemen von der CSF (16 und 80 cm Wellenlänge) durchgeführt. Ein Patent ist eingereicht (Französisch Patent n o 788.795). So wurden UHF-"Radare" geboren. Das erste rüstete 1934 das Frachtschiff Oregon aus, 1935 folgte das des Linienschiffs Normandie .
Im Jahr 1935 wurde nach einem Patent von Robert Watson-Watt (dem sogenannten "offiziellen" Erfinder des Radars) (britisches Patent GB593017) das erste Radarnetz von den Briten bei MetroVick bestellt und erhielt den Codenamen Chain Home . Der Ungar Zoltán Lajos Bay produzierte 1936 im Labor der Firma Tungsram ( Ungarn ) ein weiteres der ersten einsatzfähigen Modelle . Auch das Nazi-Deutschland , die Sowjetunion , die USA und andere Länder haben auf diesem Gebiet geforscht.
Wir können davon ausgehen , dass die Architektur der Radare zu Beginn des Zweiten Weltkriegs fast abgeschlossen war . Es fehlte jedoch die operative Kampferfahrung, was die Ingenieure zu vielen technischen Verbesserungen veranlasste. So wurden luftgestützte Radargeräte entwickelt, die es der Luftwaffe ermöglichen, Bombardierungen und Nachtjagden durchzuführen. Polarisationsexperimente wurden ebenfalls durchgeführt .
Während des operativen Einsatzes des Radars bemerkten die Betreiber das Vorhandensein von Artefakten . Zum Beispiel bemerkten alliierte militärische Mikrowellenradarbetreiber Rauschen in den Aufnahmen. Diese Geräusche stellten sich als Echos von Niederschlag (Regen, Schnee usw.) heraus, ein Befund, der nach Beendigung der Kämpfe zur Entwicklung von meteorologischen Radargeräten führte . Auch die ersten Techniken des Jammings und der elektronischen Gegenmaßnahmen werden entwickelt.
Seit diesem Krieg wurden Radare in vielen Bereichen eingesetzt, von der Meteorologie bis zur Astrometrie , einschließlich der Straßen- und Flugsicherung . In den 1950er Jahren ebnete die Erfindung des Radars mit synthetischer Apertur den Weg, um Radarbilder mit sehr hoher Auflösung zu erhalten. Im Jahr 1965 entdeckten Cooley und Tuckey (wieder) die schnelle Fourier-Transformation, die ihr ganzes Interesse auf sich zog, insbesondere als das Rechnen begann, ausreichend effizient zu werden. Dieser Algorithmus ist die Grundlage der meisten heutigen digitalen Radarverarbeitung.
Ein Radarwellen aussendet leistungsfähige, erzeugt von einem Funkoszillator und von einem übertragenen Antenne . Der Energieanteil des Strahls, der reflektiert und an den Empfänger zurückgegeben wird, wenn der Strahl auf ein Hindernis in der Atmosphäre trifft, wird als Radarecho (oder Radarecho ) bezeichnet. Obwohl die Leistung der gesendeten Wellen groß ist, ist die Amplitude des Echos meistens sehr klein, aber diese Funksignale sind leicht elektronisch detektierbar und können um ein Vielfaches verstärkt werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Wellen auszusenden. Die am häufigsten verwendeten sind:
Durch die Analyse des reflektierten Signals ist es möglich, das für die Reflexion verantwortliche Objekt zu lokalisieren und zu identifizieren sowie dank des Doppler-Effekts seine Bewegungsgeschwindigkeit zu berechnen . Radar kann Objekte mit einem breiten Spektrum an Reflexionseigenschaften erkennen, während andere Arten von Signalen wie Schall oder sichtbares Licht , die von diesen Objekten zurückkehren, zu schwach wären, um erkannt zu werden. Außerdem können sich Funkwellen mit geringer Dämpfung durch Luft und verschiedene Hindernisse wie Wolken , Nebel oder Rauch ausbreiten , die ein Lichtsignal schnell absorbieren. Dies ermöglicht die Erkennung und Verfolgung unter Bedingungen, die andere Technologien lahmlegen.
Ein Radar besteht aus verschiedenen Komponenten:
In den meisten Fällen teilen sich Radarsender und -empfänger eine gemeinsame Elektronik und Antenne. Wir sprechen dann von monostatischem Radar. Es steht jedoch nichts im Wege, ein Radarsystem in Betracht zu ziehen, bei dem Sender und Empfänger getrennt sind (Beispiel: das GRAVES- System und die Trans-Horizont-Radare in Jindalee in Australien); man spricht dann von bistatischem Radar oder auch von multistatischer Konfiguration , wenn es sich um einen Sender und mehrere getrennte Empfänger oder mehrere Sender und einen getrennten Empfänger handelt. Beide Konfigurationen bieten Vor- und Nachteile:
Wenn wir von bistatischem Radar sprechen, gehen wir implizit davon aus, dass Sender und Empfänger wirklich getrennt sind (entweder aus Distanzsicht oder aus Winkelsicht). Sind Sender und Empfänger physisch getrennt (verschiedene Antennen), befinden sich aber fast an derselben Stelle, kommt das empfangene Signal qualitativ einem monostatischen Signal nahe. Wir sprechen daher von stark bistatischen oder schwach bistatischen Konfigurationen, um diese beiden Möglichkeiten zu integrieren.
Der Sender am Radarstandort umfasst: einen permanenten Oszillator, einen Verstärker und einen Modulator. Bei Mikrowellenradaren, die die überwiegende Mehrheit der in Betrieb befindlichen Radare bilden, erfordert die Erzeugung von kurzen und sehr energiereichen Impulsen eine Technologie, die sich von der eines in der Telekommunikation verwendeten Funksenders unterscheidet. Somit erfolgt die Erzeugung der Welle wie folgt:
Die Frequenz wird hauptsächlich entsprechend der beabsichtigten Anwendung gewählt. Im Allgemeinen wird es eine große Wellenlänge (HF-Bänder) ermöglichen, die Ausbreitungs- und Rückprallphänomene in der Ionosphäre zu nutzen , was eine Ausdehnung auf Tausende von Kilometern ermöglicht (Fall des Trans-Horizont-Radars ). Hingegen sind nur Objekte sichtbar, deren typische Größe mindestens in der Größenordnung der Wellenlänge liegt. Zum Beispiel ist ein Wald für lange Wellenlängen teilweise transparent (nur Baumstämme sind sichtbar); während der Wald im X-Band undurchsichtig ist (nur die Baumkronen sind sichtbar), da die Wellenlänge in der Größenordnung der Größe von Blättern und Zweigen liegt. Auch die Größe der Antenne beeinflusst die zu verwendende Wellenlänge (und umgekehrt).
Zivile und militärische Frequenzbänder werden im Rahmen der Weltfunkkonferenz, die alle drei Jahre im Rahmen der Internationalen Fernmeldeunion tagt , auch unter Beteiligung internationaler Organisationen wie der NATO, international vergeben . Bandanträge müssen lange im Voraus gestellt werden, da die Konferenzagenden in der Regel mehrere Jahre im Voraus festgelegt werden. Andererseits können sich die souveränen Institutionen innerhalb eines Landes Frequenzbänder zur ausschließlichen Nutzung durch Militär oder Polizei anmaßen. Diese Institutionen stehen jedoch unter zunehmendem Druck der Industrie, da neue zivile Technologien ( GSM , Wi-Fi usw.) eine wachsende Spektralbelegung haben, jedoch einen sehr großen finanziellen Gewinn bieten. Jetzt ist die Zeit für die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Akteuren und für das Zusammenleben (nicht immer sehr erfolgreich), um Störungen zwischen den verschiedenen Anwendungen zu begrenzen. Auf jeden Fall steht nicht immer das anwendungstechnisch geeignetste Frequenzband zur Verfügung und oft muss ein Kompromiss gefunden werden.
Namen der FrequenzbänderDer Name der in der Radarwelt verwendeten Frequenzbereiche stammt aus dem Zweiten Weltkrieg. Um die Entwicklung dieses Systems geheim zu halten, hat das Militär beschlossen, diesen Stränden Codenamen zu geben, die seither verwendet werden. Sie wurden in den Vereinigten Staaten vom Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) und international von der International Telecommunication Union übernommen . Einige Nutzer der Radiobänder, wie Rundfunkanstalten und die Industrie für militärische Abwehrmaßnahmen, haben jedoch die traditionellen Begriffe durch ihre eigene Identifizierung ersetzt.
Band-Name | Frequenzbereich | Wellenlängen | Bemerkungen |
---|---|---|---|
HF | 3-30 MHz | 10-100 m | Für Hochfrequenz . Wird von Küstenradaren und Radaren „jenseits des Horizonts“ verwendet. |
P | <300 MHz | 1m + | Als Präzedenzfall : a posteriori auf primitive Radare angewendet |
UKW | 50-330 MHz | 0,9-6 m | Für sehr hohe Frequenzen . Wird von Radaren mit sehr großer Reichweite und solchen mit Bodendurchdringung verwendet. |
UHF | 300-1000 MHz | 0,3-1 m | Für Ultrahochfrequenz . Sehr weitreichende Radare (zB Detektion ballistischer Flugkörper ), Eindringen in Boden und Laub. |
L | 1-2 GHz | 15-30 cm² | Für lange . Wird für die Flugsicherung mit großer Reichweite und Luftüberwachung, GPS (und daher darauf basierende passive Radare) verwendet. |
S | 2-4 GHz | 7,5-15 cm | Für Shorts (kurz). Wird von lokalen Flugverkehrsradaren, meteorologischen und Marineradaren verwendet. |
VS | 4-8 GHz | 3,75-7,5 cm | Kompromiss zwischen S- und X-Bändern für Satellitentransponder und meteorologische Radargeräte. |
X | 8-12 GHz | 2,5-3,75 cm | Für Wetterradare, Straßengeschwindigkeitskontrolle, Raketensucher , Navigationsradare, Kartierungsradare mit mittlerer Auflösung und Bodenüberwachung von Flughäfen. |
K u | 12-18 GHz | 1,67-2,5 cm | Frequenz knapp unter K (Index 'u' für " unter " auf Englisch) für hochauflösende Kartierungsradare und Satellitenhöhenmessung. |
K | 18-27 GHz | 1.11-1.67cm | Aus dem Deutschen kurz (kurz). Highly durch absorbierte Wasserdampf , K u und K a sind zum Nachweis von Wolkentröpfchen in der Meteorologie und in der manuellen Straßen Radaren (24.150 ± 0.100 GHz) verwendet. |
K a | 27-40 GHz | 0,75-1,11 cm | Frequenz knapp über K (Index 'a' für " oben " in Englisch) für Kartographie, Nahbereich, Flughafen-Bodenüberwachung, automatisierte Straßenradare (34.300 ± 0.100 GHz) und Antikollisionsschutz an High-End-Fahrzeugen. |
mm | 40-300 GHz | 1 - 7,5 mm | Millimeterband unterteilt in vier Teile: |
Q | 40-60 GHz | 5 mm - 7,5 mm | Wird für die militärische Kommunikation verwendet. |
V | 50-75 GHz | 6,0 - 4 mm | Sehr stark von der Atmosphäre absorbiert. |
E | 60-90 GHz | 6,0 - 3,33 mm | |
W | 75-110 GHz | 2,7 - 4,0 mm | Wird als Antikollisionsradar für Kraftfahrzeuge und zur hochauflösenden Wetterbeobachtung im Nahbereich verwendet. |
Im Allgemeinen kann eine Antenne (Radio oder Radar) als Wandler angesehen werden :
Diese Energieumwandlung ist nicht ohne Verluste; somit zeichnet sich eine Antenne durch einen möglichst hohen Wirkungsgrad zwischen 0 und 1 aus.
Wenn man das Radar zur Ortung eines Ziels verwenden möchte, muss man die Antenne so konstruieren, dass sie nur die Wellen empfängt, die aus einer bevorzugten Richtung kommen; dieser Vorgang hat auch insofern einen vorteilhaften Nebeneffekt, als die Antenne in dieser Richtung sowohl beim Empfang als auch beim Senden eine bessere Reichweite hat. Die Antenne zeichnet sich daher auch durch ihre Richtwirkung und ihren maximalen „Gewinn“ aus.
Wie später in diesem Absatz zu sehen ist, wird die Richtwirkung der Antenne durch die Wellenlänge des gesendeten Signals und die Abmessungen der Antenne beeinflusst; Bei bestimmten Anwendungen (Radar an Bord eines Flugzeugs oder Satelliten) können die Abmessungen der Antenne eine starke Einschränkung darstellen, die daher ebenfalls berücksichtigt werden muss.
DrahtantennenAus technischen Gründen (das Magnetron ist noch nicht vollständig beherrscht) arbeiteten die ersten Radare des Zweiten Weltkriegs bei niedrigen Frequenzen, für die es zweckmäßig war, Drahtantennen zu verwenden. Diese Antennen sind der breiten Öffentlichkeit bekannt, da sich ihre Form grundsätzlich nicht von der der Antennen unserer Radios oder unserer Fernsehgeräte unterscheidet. Je nach Anordnung der die Antenne bildenden Stränge ist es möglich, eine mehr oder weniger gerichtete Antenne zu erhalten. Eine einsträngige Antenne ist in der Mittelebene der Antenne omnidirektional; im Gegenteil, eine Yagi-Antenne ist in ihrer Hauptachse sehr direktional. Letzteres ist die berühmte "Rake-Antenne", die typischerweise im Fernsehen verwendet wird.
Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Verwendungsmöglichkeiten untersucht. So bestand das britische Chain-Home- System während des Zweiten Weltkriegs aus Dipolantennen, die omnidirektional abstrahlten, und gerichteten Empfangsantennen. Diese wurden durch zwei rechtwinklig angeordnete Dipolantennen gebildet. Tatsächlich ist bei einer Dipolantenne der Empfang im rechten Winkel zur Echoquelle maximal und minimal, wenn die Antenne ihre Richtung zeigt. Der Radaroperator kann daher die Richtung des Signals durch Drehen der Antennen bestimmen, um dieses Max/Min-Dublett der Anzeigen seiner beiden Antennen zu bestimmen. Die ersten luftgestützten Radargeräte, wie das deutsche Liechtenstein-Radar des Zweiten Weltkriegs, wurden oft aus Arrays von Yagi-Antennen gebildet, die an der Nase des Flugzeugs angebracht waren. Diese Antennen fügten dem Flugzeug zusätzlichen Widerstand hinzu, was im Allgemeinen nicht wünschenswert ist; weniger sperrige Antennen konnten jedoch nicht verwendet werden, da diese nicht an die damals verwendete Niederfrequenz angepasst waren.
Drahtantennen werden auch heute noch für „niederfrequente“ Radare verwendet (unter einigen hundert Megahertz, aber es gibt keine genaue Grenze).
BlendenantenneEin klassischer Antennentyp für Mikrowellenradare ist die Aperturantenne. Diese Antenne funktioniert wie folgt:
Ist der "Reflektor" parabolisch geformt und befindet sich das Horn im Brennpunkt der Parabel, so gehen die von der Oberfläche reflektierten Strahlen in x- Richtung ungefähr parallel gegen unendlich aus , genau wie die Glühbirne d Scheinwerfer befindet sich im Brennpunkt eines metallischen Parabolreflektors, der Lichtstrahlen weit auf die Straße reflektiert.
Im Gegensatz zum Autoscheinwerfer ist jedoch die Größe der den Reflektor bildenden Fläche relativ klein im Vergleich zur Wellenlänge des ausgesendeten Signals und die Beugungsphänomene können dann nicht vernachlässigt werden . Jeder Punkt auf der Oberfläche des Reflektors strahlt als Punktquelle, und das an einem Punkt emittierte Gesamtfeld ist die kohärente Summe aller infinitesimalen Felder. Alles geschieht wie bei der Beugung einer Welle durch eine Öffnung. Um die Physik des Phänomens besser zu verstehen, betrachten Sie den folgenden idealisierten Fall:
Oder die Amplitude der ausgesendeten Welle in einer Richtung zu messen, die durch die Winkel (horizontaler Azimutwinkel oder Peilung ) und ( Elevations- oder Elevationswinkel ) identifiziert und in einem für die l Fraunhofer-Näherung ausreichend großen Abstand von der Antenne gemessen wird. Die Beugungstheorie zeigt, dass es sich lohnt:
In diesem Ausdruck ist die Kardinalsinusfunktion definiert durch . Die maximale Amplitude wird auf der X-Achse erhalten.
Das Diagramm rechts zeigt den Verlauf der Wellenleistung, normiert in Bezug auf die maximal emittierte Leistung, als Funktion des Standorts und der Lagerstätte ( logarithmischer Maßstab ). Es ist ein mittlerer Peak zu sehen, der die Hauptkeule des Radars darstellt, sowie Nebenpeaks, die Nebenkeulen darstellen . Hier hat die Antenne die Abmessungen von 20 cm mal 10 cm , was den Vorteil hat, dass die Keulen deutlich sichtbar sind; in Wirklichkeit kann es wünschenswert sein, größere Antennen zu haben, um eine dünnere Hauptkeule (in der Größenordnung von einem Grad) zu haben. Der größte Teil der von einer Antenne emittierten oder empfangenen Energie stammt von der Hauptkeule; insbesondere wenn ein reflektiertes Signal von der Antenne empfangen wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich das Ziel in der durch die Hauptkeule vorgegebenen Richtung befindet. Allerdings wollen wir die Nebenkeulen so weit wie möglich reduzieren, denn sie sind nicht zu vernachlässigen. Die Reduzierung der Nebenkeulen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Ausleuchtung des Reflektors nicht mehr konstant, sondern in der Mitte deutlich und an den Rändern sanft abnimmt.
Wenn , entspricht die Menge von Winkeln, für die die Potenz mindestens der Hälfte der maximalen Potenz entspricht, den Winkeln, die ein Argument liefern, das größer ist als im ersten Kardinalsinus; numerisch ist die Winkelöffnung dieses Feldes wert, für kleine Öffnungen:
Es hat eine ähnliche Beziehung, wenn , das durch L ersetzt wird . Wir sehen, dass es zwei Methoden gibt, um die Winkelöffnung der Antenne zu reduzieren:
Die Popularität von Aperturantennen ging 2008 zugunsten von Patchantennen und Schlitzantennen (insbesondere im zivilen Bereich) zurück, außer bei einigen wenigen Anwendungen, bei denen die Sendeleistung wichtig ist; die Theorie ist jedoch nicht viel anders und die oben genannten Ergebnisse bleiben qualitativ gültig.
Geschlitzter WellenleiterNormalerweise läuft das Signal des Senders in einem Hohlleiter in der Sendeantenne. Es ist jedoch möglich, den Wellenleiter selbst in eine Antenne umzuwandeln, indem darin Schlitze gebohrt werden. Die Interferenz zwischen den verschiedenen Schlitzen erzeugt tatsächlich ein Diffusionsmuster mit einem intensiven zentralen Peak und schwächeren sekundären Peaks in der Richtung, in die die Schlitze gerichtet sind. Das Ergebnis ist ein gerichteter Radarstrahl ähnlich dem einer Parabolantenne.
Dieser Antennentyp hat eine gute Auflösung entlang ihrer Achse, aber keine in der senkrechten Achse. Es genügt dann, den so perforierten Wellenleiter mechanisch um 360 Grad zu drehen, um eine Abtastung des Horizonts zu erhalten. Diese Art von Antenne wird insbesondere dort verwendet, wo es uns nur darum geht, was sich in der abgetasteten Ebene befindet, ohne dass eine sehr große Genauigkeit erforderlich ist. Dies sind die Antennentypen, die wir auf Schiffen, entlang von Start- und Landebahnen von Flughäfen und in Häfen sehen, die wie lange Lautsprecher aussehen, die horizontal aufgestellt und auf einem Mast rotiert werden . Sie sind sehr wirtschaftlich und weniger windanfällig als andere Antennentypen.
PatchantennenDie Patchantennen oder Planarantennen (oft bekannt als der Anglizismus der „ Patchantenne “) bestehen aus einer doppelten metallisierten Leiterplattenfläche. Sie haben den Vorteil, dass sie sehr kostengünstig, leicht und sehr flexibel einsetzbar sind. Aus diesem Grund finden sie häufig eine Verwendung für synthetische Antennenabbildungsanwendungen, bei denen sie nachgiebig am Rumpf eines Flugzeugs, einer Drohne oder an Bord eines Satelliten montiert werden können . Das französische Radar RAMSES (Multi-Spectral Airborne Radar for the Study of Signatures) nutzt beispielsweise eine solche Technologie. Die für Aperturantennen demonstrierten Ergebnisse bleiben für Patchantennen qualitativ gültig, dh der Aperturwinkel nimmt mit zunehmender Antennengröße und abnehmender Wellenlänge ab.
Phased-Array-AntennenEin weiteres Verfahren, das zum Senden des Radarstrahls verwendet wird, ist das von phasengesteuerten Gruppenantennen. Bei diesem System wird der vom Sender kommende Wellenleiter in eine sehr große Anzahl von Teilwellenleitern aufgeteilt. Diese enden jeweils mit einem Schlitz auf einer Platte, die in eine Richtung weist. Indem wir die Phase der Welle steuern, die durch jeden dieser Schlitze geht, können wir ein Interferenzmuster erzeugen, das eine Emission in eine bestimmte Richtung ergibt. Sie können die Abstrahlrichtung der Antenne ändern, ohne sie bewegen zu müssen: Sie müssen nur die Phasenanordnung der Schlitze ändern.
Da die Anordnungsänderung elektronisch erfolgt, kann ein horizontaler und vertikaler Scan in viel schnellerer Zeit durchgeführt werden, als dies bei einer mechanisch rotierenden Satellitenschüssel der Fall wäre. Wir können das Emissionsdiagramm sogar so anordnen , dass wir zwei Strahlen haben, wodurch zwei virtuelle Radare entstehen. Allerdings ist der Strahl in der Richtung, die die Platte überfliegt, nicht sehr genau, und deshalb werden normalerweise drei oder vier solcher Platten in verschiedene Richtungen angeordnet, um das gesamte Volumen um das Radar herum abzudecken. Dies ergibt ein dreidimensionales elektronisch abgetastetes Radar .
Phased-Array-Antennen wurden erstmals während des Zweiten Weltkriegs verwendet, aber die elektronischen Einschränkungen des Wetters erlaubten keine guten Auflösungsergebnisse. Während des Kalten Krieges wurden große Anstrengungen für ihre Entwicklung unternommen, da sich sehr schnelle Ziele wie Jäger und Raketen zu schnell bewegen, um von herkömmlichen Systemen verfolgt zu werden. Sie sind das Herzstück des Aegis- Schlachtschiff- Kampfsystems und des Patriot-Raketenabwehrsystems . Sie werden trotz ihrer hohen Kosten immer häufiger in anderen Bereichen eingesetzt, in denen Schallgeschwindigkeit und -größe entscheidend sind, beispielsweise an Bord von Kampfflugzeugen. In letzterem werden sie wegen ihrer Fähigkeit, mehrere Ziele zu verfolgen, sehr geschätzt. Sie wurden dort zuerst in der Mikoyan MiG-31 eingeführt . Seine phasengesteuerte Antenne, die Zaslon SBI-16 , gilt als die leistungsstärkste Antenne für Kampfflugzeuge .
Mit dem Preisverfall von Elektronikteilen verbreitet sich dieser Antennentyp immer mehr. Fast alle militärischen Radarsysteme verwenden dieses Konzept, da die zusätzlichen Kosten durch seine Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit (weniger bewegliche Teile) leicht ausgeglichen werden. Die Phased-Array-Radarantenne findet sich auch in Satelliten und wird sogar beim US National Weather Service für den Einsatz in Wetterradaren getestet . Die Satellitenschüssel wird immer noch in der allgemeinen Luftfahrt und anderen zivilen Anwendungen verwendet, aber das könnte sich ändern, wenn die Kosten weiter sinken.
Es gibt im Allgemeinen die aktiven elektronisch abtastenden Antennen von passiven elektronisch abgetasteten Antennen . Bei passiven elektronischen Abtastantennen erzeugt eine einzige Quelle die Welle, die dann für jedes der strahlenden Elemente der Antenne ausreichend phasenverschoben wird. Bei aktiven elektronischen Abtastantennen ist die Antenne in Wirklichkeit ein Satz von mehreren (typischerweise 1000 bis 1500) Unterantennen, die unabhängig voneinander sind und jede ihre eigene Quelle hat. Der Vorteil des letztgenannten Ansatzes besteht darin, den Betrieb des Systems nach einer Neukonfiguration auch bei einem Defekt einer der Teilantennen sicherstellen zu können. Das RBE-2-Radar, das den französischen Rafale- Jäger ausrüstet, ist ein Beispiel für ein elektronisches Abtastradar mit einer passiven Antenne. Das AN / APG 77-Radar des amerikanischen Jagdflugzeugs F-22 ist mit aktiven Antennen ausgestattet.
Synthetische AntenneWie der Name vermuten lässt, handelt es sich streng genommen nicht um eine physikalische Antenne, sondern um eine Verarbeitung des vom Radar empfangenen Rohsignals am Ende der Kette. Bei Verwendung einer Antenne auf einem sich bewegenden Träger (Flugzeug oder Satellit) wird die kohärente Summation des empfangenen Signals, das demselben Raumpunkt entspricht, über mehrere aufeinanderfolgende Zeitpunkte durchgeführt, indem dafür gesorgt wird, dass das Objekt in der Hauptkeule des Antenne über diese Zeit. Diese Summation erhöht künstlich die Auflösung des Bildes, ohne die physikalische Größe der Antenne erhöhen zu müssen. Diese Lösung ist auf jeden Fall für fahrzeugseitige Satelliten- oder Flugzeugradare interessant, da sie eine gute Leistung bei minimalem Gewicht und minimaler Größe ermöglicht.
Coolanol und PAO (Poly-Alpha-Olefin) sind die beiden Hauptkältemittel, die in luftgestützten Radargeräten verwendet werden. Die US-Marine hat ein Programm zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung eingeführt, um giftige Abfälle zu reduzieren, Coolanol wurde in den letzten Jahren weniger verwendet. PAO ist ein synthetisches Schmiermittel , bestehend aus Polyol - Ester , Antioxidantien , Rostinhibitoren und Triazol einen „ gelben Metall Schnuller “.
Die elektromagnetischen Wellen werden von jeder signifikanten Änderung der dielektrischen oder diamagnetischen Konstanten des durchquerten Mediums reflektiert . Dies bedeutet , dass ein Objekt Feststoff in Luft oder Vakuum , oder jede andere signifikante Änderung in Atomdichte zwischen dem Objekt und seiner Umgebung, streut Radarwellen . Dies gilt insbesondere für Materialien Leiter von Elektrizität , wie Metalle und Kohlenstofffaser , die sie sehr geeignet , um Radarerkennung von Flugzeugen und Schiffen machen.
Der Teil der Welle, der von einem Ziel an das Radar zurückgegeben wird, wird als Reflektivität bezeichnet . Die Neigung des Ziels, diese Wellen zu reflektieren oder zu streuen, wird als effektive Radarfläche bezeichnet . Tatsächlich breiten sich Radarwellen je nach verwendeter Wellenlänge , Form des Ziels und seiner Zusammensetzung auf unterschiedliche Weise aus :
Frühe Radare verwendeten Wellenlängen, die viel länger waren als die Größe von Zielen und empfingen ein vages Signal, während einige moderne Radare kürzere Wellenlängen (einige Zentimeter oder sogar weniger) verwenden, die kleinere Objekte wie Regen oder Insekten sehen können.
Kurze Funkwellen werden von scharfen Kurven und Winkeln wie Licht von einem abgerundeten Glasstück reflektiert . Die am stärksten reflektierenden Ziele für kurze Wellenlängen haben 90° -Winkel zwischen ihren reflektierenden Oberflächen. Eine Struktur, die aus drei flachen Oberflächen besteht, die an einer einzigen Ecke (zB einer Ecke einer Box) zusammentreffen, reflektiert eintreffende Wellen immer direkt zurück zu ihrer Quelle. Diese Arten von Reflexionen werden häufig als Radarreflektoren verwendet, um ansonsten schwer zu erkennende Objekte leichter zu erkennen, und sind häufig auf Booten vorhanden, um deren Erkennung im Rettungsfall zu verbessern und das Kollisionsrisiko zu verringern.
Aus den gleichen Gründen richten Objekte, die eine Erkennung vermeiden möchten, ihre Oberflächen so aus, dass Innenecken eliminiert werden und Oberflächen und Kanten senkrecht zu den üblichen Erkennungsrichtungen vermieden werden. Dies führt zu Stealth-Flugzeugen mit besonderen Formen. Diese Vorsichtsmaßnahmen eliminieren Reflexionen aufgrund des Beugungsphänomens nicht vollständig , insbesondere bei langen Wellenlängen. Kabel mit einer Länge von der halben Wellenlänge oder Bänder aus leitfähigem Material (wie "Flocken" von Radar-Gegenmaßnahmen) sind stark reflektierend, bringen die Welle jedoch nicht zu ihrer Quelle zurück.
Eine andere Möglichkeit, sich zu tarnen, besteht darin, Materialien zu verwenden, die Radarwellen absorbieren, also resistente oder/und magnetische Substanzen enthalten . Sie werden bei Militärfahrzeugen verwendet, um die Wellenreflexion zu reduzieren. Es ist in gewisser Weise gleichbedeutend damit, etwas Dunkles im sichtbaren Spektrum zu malen .
Gemäß der Radargleichung beträgt die vom Ziel an das Radar zurückgegebene Leistung :
Wo ist die Sendeleistung, ist die Entfernung und ist die Radaroberfläche des Ziels.Das Reflexionsvermögen ist definiert als , wir sehen Folgendes:
Ein Puls tastet ein Volumen der Atmosphäre ab, das mit dem Abstand zum Radar zunimmt als (h: Pulsbreite, R-Abstand zum Radar und seitliche und vertikale Strahlöffnungswinkel). Bei den typischen Abmessungen eines Radarstrahls variiert das beschallte Volumen daher von 0,001 km³ in der Nähe des Radars bis zu 1 km³ in 200 km Entfernung von diesem. Dies wird als „Radarvolumen“ bezeichnet. Die Auflösung eines Radars ist seine Fähigkeit, zwei sehr nahe beieinander liegende Ziele in Azimut oder Entfernung in diesem Volumen zu unterscheiden. Es ist in zwei Teile unterteilt: die Entfernungsauflösung und die Winkelauflösung.
Die Winkelauflösung der Daten ist die minimale Winkelabweichung, die es dem Radar ermöglicht, zwei identische Ziele in derselben Entfernung zu unterscheiden. Die Winkelauflösung eines Radars wird durch die Breite seiner Antennenkeule bestimmt, die als die Punkte auf dem Antennenstrahlungsdiagramm definiert ist, die die Hälfte der gesendeten Leistung (–3 dB ) empfangen . Zwei identische Ziele und im gleichen Abstand vom Radar werden tatsächlich von einem Radar bei unterschiedlichen Azimuten gesehen, wenn sie einen Winkelabstand von einem größeren Wert als der Breite der Keule haben. Je schmaler die Keule, desto größer die Richtwirkung der Antenne. Die Winkelauflösung in Azimut und Elevation bezogen auf die Entfernung zwischen zwei Zielen kann nach folgender Formel berechnet werden:
oder :
Die Entfernungsauflösung ist die Fähigkeit eines Radarsystems, zwei oder mehr Ziele zu unterscheiden, die sich in derselben Richtung, aber in unterschiedlichen Entfernungen befinden. Sie hängt von der Länge des ausgesendeten Impulses, der Art und Größe der Ziele und der Effizienz des Empfängers ab. Die Pulsbreite sollte in der Lage sein, Ziele mit einem Zeitabstand gleich der halben Pulslänge (τ) zu unterscheiden. Folglich lässt sich die theoretische Entfernungsauflösung eines Radars nach folgender Formel berechnen:
wobei: C 0 die Lichtgeschwindigkeit im durchquerten Medium ist.
Durch die Kombination der beiden Auflösungen ist es möglich, das „Auflösungsvolumen“ zu definieren, das kleiner als das angetastete Volumen ist.
Für Anwendungen, die eine hohe Winkelauflösung erfordern: Feuerleitradar (Steuern eines Artilleriegeschützes, Lenken eines Flugkörpers) oder Flugbahnradar (Wiederherstellung der Flugbahn eines mobilen Geräts im Weltraum wie eines Flugzeugs, einer Rakete, einer Rakete), Hinzufügen einer Abweichung Messsystem notwendig. Dieses System der Deviationometrie kommt hauptsächlich in drei Formen vor:
In dem vom Radar ausgesendeten Signal ist das elektrische Feld senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und die Richtung dieses elektrischen Feldes ist die Polarisation der Welle. Radare verwenden vertikale, horizontale und zirkulare Polarisation, um verschiedene Arten von Reflexionen zu erkennen.
Es gibt viele Quellen für unerwünschte Signale, die Radare mehr oder weniger ignorieren können müssen, um nur auf interessante Ziele zu fokussieren. Diese unerwünschten Signale können internen und externen, passiven und aktiven Ursprung haben. Die Fähigkeit eines Radars, diese Störungen zu überwinden, definiert sein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR): Je größer das SNR, desto effektiver kann das Radar ein Ziel von umliegenden parasitären Signalen trennen.
LärmDas Rauschen ist eine interne Quelle für zufällige Schwankungen des Signals, alle elektronischen Komponenten erzeugen von Natur aus verschiedene Grade. Das Rauschen scheint typischerweise aus zufälligen Variationen zu bestehen, die dem vom Radar empfangenen Echosignal überlagert sind, nach dem wir suchen. Je niedriger die Stärke des gewünschten Signals ist, desto schwieriger ist es, es von Rauschen zu unterscheiden ( ähnlich ist der Versuch, ein Flüstern in der Nähe einer stark befahrenen Straße zu hören ). Somit treten die störendsten Rauschquellen beim Empfänger auf und es wird viel Aufwand betrieben, um diese Faktoren zu minimieren. Die Rauschzahl ist ein Maß für das von einem Empfänger erzeugte Rauschen im Vergleich zu dem, das von einem idealen Empfänger erzeugt wird, und dieses Verhältnis sollte minimal sein.
Rauschen wird auch durch externe Quellen erzeugt, hauptsächlich durch natürliche Wärmestrahlung aus der Umgebung des Radarziels. Bei modernen Radargeräten ist das interne Rauschen dank der hohen Leistung ihrer Empfänger kleiner oder gleich dem Rauschen der äußeren Umgebung, es sei denn, das Radar ist auf einen klaren Himmel gerichtet, in diesem Fall ist die Umgebung so kalt dass 'es sehr wenig thermisches Rauschen erzeugt .
Parasitäre EchosStörechos sind Rücksendungen von Zielen, die per Definition für den Radarbetreiber uninteressant sind. Die Ursachen für diese Echos sind:
Es sollte beachtet werden, dass das, was für einige ein unerwünschtes Echo ist, für andere jedoch das angestrebte Ziel sein kann. Die Luftfahrtunternehmen wollen also alles, worüber wir gerade gesprochen haben, eliminieren, aber Meteorologen betrachten Flugzeuge als Lärm und wollen nur Signale vom Niederschlag fernhalten. Ein weiteres Beispiel: Mehrere Universitäts- und Regierungsstudien haben es ermöglicht, aus diesen parasitären Echos Daten zu Periode, Höhe und Zugbahn von Monarch- Vögeln und Schmetterlingen zu extrahieren . Diese Informationen sind nützlich für Naturgebietsentwicklungsprogramme, Windparkplanungen und alle anderen Aktivitäten, die Vogel- oder Insektenpopulationen beeinflussen können.
Störechos gelten als Quelle passiver Interferenzen, da sie nur als Reaktion auf Signale des Radars erkannt werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese Echos zu eliminieren. Mehrere dieser Verfahren beruhen auf der Tatsache, dass diese Echos während Radarscans dazu neigen, stationär zu sein. Somit wird durch den Vergleich aufeinanderfolgender Radarsondierungen das gewünschte Ziel mobil und alle stationären Echos können eliminiert werden. Seeechos können mit horizontaler Polarisation reduziert werden, während Regen mit zirkularer Polarisation reduziert wird (beachten Sie, dass Wetterradare den gegenteiligen Effekt erzielen möchten und daher horizontale Polarisation verwenden, um Niederschlag zu erkennen). Die anderen Methoden zielen darauf ab, das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
Die CFAR-Methode ( Konstante Fehlalarmrate , manchmal auch AGC für Automatic Gain Control genannt ) basiert auf der Tatsache, dass die Echos aufgrund von Rauschen viel zahlreicher sind als diejenigen aufgrund des Ziels. Die Verstärkung des Empfängers wird automatisch angepasst, um einen konstanten Pegel an sichtbaren parasitären Echos aufrechtzuerhalten. Ziele mit stärkerer Rückkopplung als Rauschen werden aus letzterem leicht herauskommen, selbst wenn schwächere Ziele im Rauschen verloren gehen. In der Vergangenheit wurde der CFAR elektronisch gesteuert und beeinflusste auch das gesamte sondierte Volumen. Jetzt ist das CFAR computergesteuert und kann in jedem Bereich des Displays unterschiedlich eingestellt werden. Dadurch passt es sich je nach Entfernung und Azimut dem Pegel parasitärer Echos an.
Sie können auch Masken bekannter Regionen mit permanenten Störechos (z. B. Berge) verwenden oder eine Karte der Radarumgebung einbinden, um Echos zu eliminieren, die unter oder über dem Boden entstehen. Um die Rückstrahlung des Sendehorns zu reduzieren, ohne die Reichweite zu verringern, ist es erforderlich, die Stummschaltzeit zwischen dem Senden eines Impulses des Senders und dem Zeitpunkt der Aktivierung des Empfängers anzupassen, um interne Rückstrahlungen zur Antenne zu ignorieren.
InterferenzDas Störradar bezieht sich auf Funkfrequenzen, die von Quellen außerhalb des Radars stammen, in der Radarfrequenz senden und so die interessanten Ziele maskieren. Die Störung kann beabsichtigt (ein Radargerät im Falle der elektronischen Kriegsführung ) oder unbeabsichtigt (z. B. im Fall von alliierten Streitkräften, die Geräte verwenden, die im gleichen Frequenzbereich senden) sein. Die Störung wird als aktive Störquelle angesehen, da sie von Elementen außerhalb des Radars verursacht wird und im Allgemeinen keinen Bezug zu den Radarsignalen hat.
Störsignale stellen für Radare Probleme dar, da die Störsignale nur in eine Richtung (vom Störsender zum Radarempfänger) gehen müssen, während die Radarechos in eine Richtung und zurück (Radar-Ziel-Radar) wandern und daher viel weniger stark sind, wenn sie zurück zum Empfänger. Störsender müssen daher viel weniger leistungsstark sein als Radare, um die Quellen entlang des Sichtfelds vom Störsender zum Radar effektiv zu maskieren (Hauptkeulen-Störung). Störsender haben aufgrund von Nebenkeulen des Radarempfängers (Nebenkeuleninterferenz) einen zusätzlichen Effekt auf Radare, die sich entlang anderer Sichtfelder befinden.
Hauptkeuleninterferenzen lassen sich normalerweise nur durch Verkleinerung des Raumwinkels reduzieren und können nie vollständig eliminiert werden, wenn sich der Störsender direkt vor dem Radar befindet und die gleichen Frequenzen und Polarisation wie das Radar verwendet. Nebenkeuleninterferenzen können überwunden werden, indem die Empfangs-Nebenkeulen in der Radarantennenkonstruktion reduziert werden und eine unidirektionale Antenne verwendet wird , um alle Signale zu erkennen und zu ignorieren, die nicht für die Hauptkeule bestimmt sind. Auch an aktiven elektronischen Abtastantennen wird derzeit gearbeitet, um im Störfall ihre Sekundärkeulen dynamisch neu positionieren zu können. Schließlich können wir andere Anti-Jamming-Techniken anführen: zum Beispiel Frequenzsprung und Polarisation. Weitere Informationen finden Sie unter Elektronische Gegenmaßnahmen.
Interferenzen sind in letzter Zeit aufgrund der Verbreitung von 5,4 GHz Wi-Fi- Geräten zu einem Problem für C-Band- Wetterradare (5,66 GHz ) geworden .
Eine Möglichkeit, die Entfernung zu einem Objekt zu messen, besteht darin, einen kurzen Impuls eines Funksignals auszusenden und die Zeit zu messen, die die Welle nach der Reflexion benötigt, um zurückzukehren. Die Entfernung ist die halbe Rückkehrzeit der Welle (weil das Signal zum Ziel gehen und dann wieder zurückkehren muss) multipliziert mit der Geschwindigkeit des Signals (die nahe der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum liegt, wenn das durchquerte Medium l "Atmosphäre" ist ).
Wenn die Antenne sowohl sendet als auch empfängt (was der häufigste Fall ist), kann die Antenne die reflektierte Welle (auch Rücklauf genannt ) während der Übertragung des Signals nicht erkennen - man kann nicht wissen, ob das gemessene Signal das Original oder das Rücksignal ist. Dies impliziert, dass ein Radar eine minimale Reichweite hat, die der halben Impulsdauer mal der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Um nähere Ziele zu erkennen, sollte eine kürzere Impulsdauer verwendet werden.
Ein ähnlicher Effekt erzwingt in ähnlicher Weise eine maximale Reichweite. Wenn die Rückmeldung beim nächsten Impuls eintrifft, kann der Empfänger den Unterschied wieder nicht erkennen. Die maximale Reichweite berechnet sich daher aus:
wobei c die Lichtgeschwindigkeit und die Zeit zwischen zwei Impulsen istDie Form des Pulses spielt mit der Fähigkeit des Radars, zwei nahe Objekte zu unterscheiden (Begriff des Auflösungsvermögens ). Weitere Informationen finden Sie im Artikel zur Pulskompression .
Diese Form der Emission wird von Pulsradaren verwendet.
FrequenzmodulationEine andere Möglichkeit, den Abstand zum Radar zu messen, besteht darin, eine Frequenzmodulation eines kontinuierlich sendenden Radars zu verwenden. Die Welle wird von einer Antenne ausgesendet und von einer zweiten Antenne empfangen, da die gleiche Elektronik nicht gleichzeitig senden und empfangen kann. In diesem Fall wird das Signal ausgesendet bei Zeitpunkt T hat eine Frequenz A , aber mit einer Frequenz B an dem nachfolgenden Zeitpunkt T ' . Das bei T ausgesendete Signal, das ein Ziel trifft und zum Radar zurückkehrt, hat daher eine andere Frequenz als die zu diesem Zeitpunkt vom Radar ausgesendete. Durch Differenzieren zwischen den beiden Frequenzen können wir die zurückgelegte Entfernung zwischen Radar und Ziel ableiten. Üblicherweise wird ein leicht zu kalibrierender sinusförmiger Frequenzverlauf verwendet und der Vergleich zwischen den beiden Frequenzen anhand der Zwischenfrequenz-Schwebungen vorgenommen. Diese Technik wird seit langem in Höhenmessern zur Messung der Flughöhe verwendet und kann in Radargeräten wie Geschwindigkeitsdetektoren der Verkehrspolizei verwendet werden.
Diese Form der Emission wird von Radaren mit kontinuierlicher Emission verwendet.
Horizont-RadarElektromagnetische Wellen folgen den Regeln der Optik für hohe Frequenzen (> 100 MHz). Sogar der zum Horizont gerichtete Radarstrahl wird sich von der Erdoberfläche entfernen, weil er eine Krümmung hat. Ein Ziel, das sich in einer Entfernung innerhalb der maximalen Reichweite des Radars, aber unterhalb des Horizonts des Radars befindet, kann daher nicht erkannt werden, es befindet sich in der "Schattenzone".
Der Radarhorizont ist jedoch weiter entfernt als der geradlinige optische Horizont, da die Variation des Brechungsindex mit der Höhe in der Atmosphäre eine Krümmung der Radarwelle ermöglicht. Der Krümmungsradius der Wellenbahn ist somit größer als der der Erde, wodurch der Radarstrahl die direkte Sichtlinie überschreiten und somit die Schattenzone verkleinern kann. Der Krümmungsradius der Erde beträgt 6,4 × 10 6 m , der der Radarwelle 8,5 × 10 6 m .
Es gibt verschiedene Methoden, um die Bewegungsgeschwindigkeit eines Ziels zu messen:
Anstatt die Frequenzdifferenz zwischen der gesendeten und der empfangenen Welle zu messen, die für die Elektronik möglicherweise zu klein ist, verwenden wir die Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen, die aus demselben angetasteten Volumen zurückkehren (Pulswellenpaar). Zwischen jedem Puls bewegen sich die Ziele leicht und werden von der Welle zu einem etwas anderen Teil ihres Zyklus getroffen. Es ist diese Phasendifferenz, die das Radar bei der Rückkehr bemerkt.
Die Intensität eines Impulses nach einer Rundfahrt ergibt sich aus:
oder :
Die Intensität eines nachfolgenden Impulses, der aus demselben untersuchten Volumen zurückkehrt, bei dem sich die Ziele jedoch leicht bewegt haben, wird wie folgt angegeben:
deshalb :
; .Da nur die radiale Komponente der Verschiebung erhalten wird, muss sie daher verfolgt werden, um den Winkel zu kennen, den ihre wahre Verschiebungsrichtung mit dem Radius auf dem Radar bildet. Dann ergibt eine einfache trigonometrische Berechnung die wahre Geschwindigkeit des Ziels.
Doppler-DilemmaWerfen wir nun einen Blick auf die maximal messbare Geschwindigkeit, die eindeutig gemessen werden kann. Da wir nur aus einem Sinus einen Winkel zwischen - und + bestimmen können , können wir keine Geschwindigkeit größer als:
.Dies wird als Nyquist-Geschwindigkeit bezeichnet . Um eine bessere Bestimmung der Geschwindigkeit der Ziele zu erhalten, ist es notwendig, sehr nahe Impulse zu senden, also mit sehr kleinen. Aber wir wissen auch, dass der Reflektivitätsbereich direkt proportional zu ist , was viel erfordert , um die Position der Echos, die aus der Ferne ohne Mehrdeutigkeit zurückkehren, sicher zu sein.
Dieses Doppler-Dilemma begrenzt den nutzbaren Bereich von Puls-Doppler-Radaren. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, dies zu umgehen, indem eine Mehrfachradar- Pulswiederholungsrate verwendet wird . Die Position und Geschwindigkeit der echten Echos bleibt bei unterschiedlichen Wiederholraten gleich, während sich die der Phantomechos ändern.
Die Signalverarbeitung ist notwendig, um Störungen (durch andere Funkquellen als Radar) und Störechos zu beseitigen. Folgende Techniken werden verwendet:
Der erste operative Einsatz des Radars erfolgte während des Zweiten Weltkriegs, um von der Küste aus die Annäherung von Luftverbänden und Schiffen sowohl durch das Vereinigte Königreich als auch durch deutsche Streitkräfte zu erkennen.
Bereits 1936 wurden das französische Linienschiff " Normandie " und die beratende "Ville d'Ys", die zur Unterstützung der Fischerei in Neufundland eingesetzt wurde , mit einem SFR- Gerät ausgestattet , das elektromagnetische Wellen zur Erkennung von Eisbergen nutzt und als erste Anwendung von Radar an Bord von Schiffen.
Radare haben heute in vielen Bereichen die unterschiedlichsten Anwendungen:
Eine Studie konzentrierte sich auf die Gesundheit von Fachleuten, die gepulster Mikrowellenstrahlung von Marineradaren (elektromagnetisches Feld von 3 GHz , 5,5 GHz und 9,4 GHz ) ausgesetzt waren . Sie gab die entsprechenden spezifischen Absorptionsratenwerte an. Der Komet - Test und der Mikronukleus - Test wurden in diesen Arbeitern, und in einer Kontrollgruppe (unbelichtete Probanden) durchgeführt. Beide Tests zeigten, dass die exponierten Personen signifikant betroffen waren, mit einer durchschnittlichen Kometenschweifintensität von 0,67 vs 1,22 und einem Timing (0,08 vs 0,16) und einer erhöhten Anzahl von (Mikronuklei, nukleoplasmatische Brücken und Kernknospen), die nur auf zytogenetische Veränderungen hindeuten. Darüber hinaus war der Glutathionspiegel bei exponierten Fachkräften signifikant reduziert (1,24 vs 0,53), während der von Malondialdehyd bei ihnen signifikant höher war (1,74 vs 3,17), was auf oxidativen Stress hindeutet .
Diese Studie bestätigt, dass gepulste Mikrowellen anscheinend oxidativen Stress induzieren und das Genom verändern (daher mit potenziell mutagener Wirkung). Es versteht sich jedoch, dass die obigen Ergebnisse für Arbeiter gelten, die während ihrer Arbeit einer relativ kurzen Entfernung ausgesetzt sind. Da die Strahlungswirkung mit dem Quadrat der Entfernung zum Radarsender abnimmt, sind die Auswirkungen mehrere Kilometer vom Standort entfernt im Vergleich zur natürlichen Strahlung vernachlässigbar.
Geschichte:
Einführungen:
Antennen:
Nachschlagewerke:
Dokumentarfilm: