¿Cuál es el principio del radar?

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Análisis:

Radar (radar) era originalmente la abreviatura en inglés de "Radio Detección y Posicionamiento". La tarea básica del radar es detectar objetivos de interés y determinar la distancia, dirección, velocidad y otros parámetros de estado del objetivo. El radar se compone principalmente de antena, transmisor, receptor (incluido el procesador de señal) y pantalla.

El transmisor del radar genera suficiente energía electromagnética y la transmite a la antena a través del interruptor del transceptor. La antena irradia esta energía electromagnética a la atmósfera, la concentra en una dirección muy estrecha, forma un haz y se propaga hacia adelante. Después de que la onda electromagnética encuentra el objetivo dentro del haz, se reflejará en todas direcciones y parte de la energía electromagnética se refleja de regreso a la dirección del radar y es capturada por la antena del radar. La energía obtenida por la antena se envía al receptor a través del interruptor del transceptor para formar una señal de eco de radar. Dado que durante la propagación las ondas electromagnéticas se atenúan con la distancia de propagación, la señal del eco del radar es muy débil y casi queda ahogada por el ruido. El receptor amplifica la señal de eco débil y, después de ser procesada por el procesador de señal, la información contenida en el eco se extrae y se envía a la pantalla para mostrar la distancia, dirección, velocidad, etc. del objetivo.

Para determinar la distancia del objetivo, el radar mide con precisión el tiempo de retardo desde el momento en que se transmite la onda electromagnética hasta el momento en que se recibe el eco. Este tiempo de retardo es la propagación del eco. onda electromagnética desde el transmisor al objetivo, y luego desde el objetivo de regreso al receptor del radar. Según la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas, la distancia al objetivo se puede determinar como: S=CT/2

Donde S: distancia del objetivo

T: tiempo de propagación de ida y vuelta de ondas electromagnéticas del radar al objetivo

C: Velocidad de la luz

El radar determina la dirección de un objetivo utilizando la directividad de la antena. Mediante la combinación de funciones mecánicas y eléctricas, el radar apunta el elemento de antena en la dirección que debe detectar el radar. Una vez que se encuentra el objetivo, el radar lee el ángulo de orientación del elemento de antena en ese momento, que es el ángulo de dirección. del objetivo. El radar de dos coordenadas solo puede medir el ángulo de azimut del objetivo, mientras que el radar de tres coordenadas puede medir el ángulo de azimut y el ángulo de elevación.

Medir la velocidad de movimiento de un objetivo es una función importante del radar. La medición de la velocidad del radar utiliza el principio Doppler en física. Cuando hay un movimiento posicional relativo entre el objetivo y el radar, la frecuencia del eco del objetivo cambiará. El cambio de frecuencia se denomina cambio de frecuencia Doppler, que se utiliza para determinar la velocidad radial relativa del objetivo. La capacidad de medir la velocidad. Los radares, como los radares Doppler de pulso, son mucho más complejos que los radares normales.

Los indicadores tácticos del radar incluyen principalmente rango de acción, rango de potencia, resolución y precisión de alcance, resolución y precisión de medición de ángulos, resolución y precisión de medición de velocidad, movilidad del sistema, etc.

Entre ellos, el rango de acción se refiere a la distancia a la que el radar puede detectar de forma fiable el objetivo. Depende del producto de la potencia de transmisión del radar y el calibre de la antena, y está relacionado con factores como la capacidad del objetivo para reflejar las ondas electromagnéticas del radar (el tamaño de la sección transversal de dispersión del radar). El rango de potencia se refiere al área determinada por el rango máximo, el rango mínimo, el ángulo de elevación máximo, el ángulo de elevación mínimo y el rango del ángulo de acimut.

El radar tiene muchos indicadores y parámetros técnicos, y están relacionados con el sistema de radar. Aquí solo analizamos aquellos parámetros principales que están estrechamente relacionados con las contramedidas electrónicas.

Según la forma de onda, el radar se divide principalmente en dos categorías: radar de pulso y radar de onda continua. La mayoría de los radares que se utilizan habitualmente en la actualidad son radares de impulsos. El radar de impulsos convencional emite periódicamente impulsos de alta frecuencia. Los parámetros relevantes son el período de repetición del pulso (frecuencia de repetición del pulso), el ancho del pulso y la frecuencia portadora. La frecuencia portadora es la frecuencia de oscilación de alta frecuencia de la señal dentro de un pulso, también conocida como frecuencia de funcionamiento del radar.

La capacidad de una antena de radar para captar energía electromagnética en una dirección se describe por el ancho del haz. Cuanto más estrecho sea el haz, mejor será la directividad de la antena. Sin embargo, durante el proceso de diseño y fabricación, es imposible que la antena del radar concentre toda la energía dentro del haz ideal y existe el problema de fuga de energía en otras direcciones. La energía se concentra en el haz principal, que a menudo llamamos vívidamente lóbulo principal, y los lóbulos laterales se forman por fugas en otras direcciones. Para cubrir un espacio amplio, el haz del radar debe escanearse dentro del área de detección mediante rotación mecánica o control electrónico de la antena.

En resumen, los parámetros técnicos del radar incluyen principalmente la frecuencia de funcionamiento (longitud de onda), la frecuencia de repetición del pulso, el ancho del pulso, la potencia de transmisión, el ancho del haz de la antena, el método de escaneo del haz de la antena, la sensibilidad del receptor, etc.

Los parámetros técnicos se seleccionan y diseñan en función del rendimiento táctico y los requisitos de índice del radar, por lo que sus valores reflejan las capacidades del radar hasta cierto punto. Por ejemplo, para mejorar la capacidad de detectar objetivos a largas distancias, los radares de alerta temprana utilizan frecuencias operativas y frecuencias de repetición de impulsos relativamente bajas, mientras que los radares aéreos utilizan frecuencias operativas y frecuencias de repetición de impulsos relativamente altas con el fin de reducir el tamaño y el peso. Esto demuestra que si se conocen los parámetros técnicos del radar, se puede identificar hasta cierto punto el tipo de radar.

El radar tiene una amplia gama de usos y tipos, y los métodos de clasificación también son muy complejos. Los radares generalmente se pueden clasificar según sus usos, como radar de alerta temprana, radar de búsqueda y advertencia, radar de altura de radio, radar meteorológico, radar de control de tráfico aéreo, radar de guía, radar de avistamiento de artillería, espoleta de radar, radar de vigilancia del campo de batalla, radar de interceptación aérea. , radar de navegación y radar amigo o enemigo anticolisión e identificación, etc. Además de clasificarse según sus usos, los radares también se pueden distinguir en función de sus sistemas de funcionamiento. A continuación se ofrece una breve introducción a algunos radares de sistemas nuevos. (Observación militar·warii)

Radar dual/multibase

El transmisor y el receptor del radar ordinario se instalan en el mismo lugar, mientras que el radar dual/multibase combina el Transmisor y receptor Las máquinas se instalan en dos o más ubicaciones alejadas. Las ubicaciones pueden ser en tierra, plataformas aéreas o plataformas espaciales. Dado que la forma del avión furtivo está diseñada principalmente para evitar que las ondas de radar incidentes se reflejen directamente hacia el radar, esto es muy efectivo para radares de base única. Sin embargo, las ondas incidentes del radar se reflejarán en todas las direcciones y algunas de las ondas reflejadas siempre serán recibidas por uno de los receptores del radar dual/multiestático. El Departamento de Defensa de EE. UU. ha estado desarrollando y probando radares de base dual/multibase desde la década de 1970. El proyecto más famoso "Temple" fue desarrollado especialmente para el estudio de radares de base doble. Tierra, el transmisor está instalado en la aeronave y el receptor está instalado en el suelo, y tanto el transmisor como el receptor están instalados en la plataforma aérea. Las fuerzas de defensa aérea rusas han utilizado radares bibase para detectar aviones con ciertas capacidades furtivas. El Reino Unido comenzó a desarrollar radares biestáticos a finales de los años 1970 y principios de los 1980, principalmente para sistemas de alerta temprana.

Radar de matriz en fase

Sabemos que cada ojo de la libélula está compuesto por muchos ojos pequeños, y cada ojo pequeño puede formar una imagen completa, lo que hace que la libélula El rango de visión es mucho más grande que el ojo humano. De manera similar, el conjunto de antenas de un radar en fase también se compone de muchas unidades radiantes y unidades receptoras (llamadas elementos del conjunto). El número de unidades está relacionado con la función del radar y puede oscilar entre cientos y decenas de miles. Estas unidades están dispuestas regularmente en un plano para formar un conjunto de antenas. Utilizando el principio de coherencia de ondas electromagnéticas y controlando la fase de la corriente alimentada a cada unidad de radiación a través de una computadora, la dirección del haz se puede cambiar para escanear, por eso se llama escaneo eléctrico. La unidad de radiación envía la señal de eco recibida a la computadora central para completar la búsqueda, el seguimiento y la medición del objetivo por parte del radar. Además del elemento de antena, cada unidad de antena también tiene los componentes necesarios, como por ejemplo desfasadores. A diferentes osciladores se les pueden alimentar corrientes de diferentes fases a través de desfasadores, irradiando así haces con diferentes direcciones en el espacio. Cuanto mayor sea el número de elementos de una antena, más direcciones posibles podrá tener el haz en el espacio. La base de trabajo de este radar es una antena de matriz controlable en fase, de ahí el nombre "matriz en fase".

Ventajas del radar de matriz en fase

(1) La dirección del haz es flexible, lo que permite un escaneo rápido sin inercia y una alta velocidad de datos (2) Un radar puede formar múltiples haces independientes en el; al mismo tiempo, realizando respectivamente múltiples funciones como búsqueda, identificación, seguimiento, guía, detección pasiva, etc. (3) Gran capacidad de objetivos, capaz de monitorear y rastrear cientos de objetivos en el espacio aéreo al mismo tiempo; adaptabilidad a entornos objetivo complejos; (5) Buen rendimiento antiinterferencias. El radar de matriz en fase de estado sólido tiene una alta confiabilidad y aún puede funcionar normalmente incluso si falla una pequeña cantidad de componentes. Sin embargo, el equipo de radar de matriz en fase es complejo y costoso, y el rango de escaneo de su haz es limitado, con un ángulo de escaneo máximo de 90° a 120°. Cuando se requiere vigilancia integral, es necesario configurar de 3 a 4 conjuntos de antenas.

En comparación con el radar de escaneo mecánico, el radar de matriz en fase tiene un escaneo más flexible, un rendimiento más confiable, una capacidad antiinterferente más fuerte y puede adaptarse rápidamente a los cambios en las condiciones del campo de batalla. El radar de matriz en fase multifuncional se ha utilizado ampliamente en sistemas terrestres de alerta temprana de largo alcance, sistemas de defensa aérea aerotransportados y a bordo de barcos, sistemas aerotransportados y a bordo de barcos, medición de posición de armas, medición de campos de tiro, etc.

El radar AN/MPQ-53 del sistema de defensa aérea estadounidense "Patriot", el radar del sistema de mando y control "Aegis" de a bordo, el radar APQ-164 del bombardero B-1B y el radar multifuncional del C ruso -300 sistemas de armas de defensa aérea, etc. son radares de matriz en fase típicos. Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica, el radar de matriz en fase activa de estado sólido se ha utilizado ampliamente y es una nueva generación de radares tácticos de defensa aérea, vigilancia y control de incendios.

Radar de banda ancha/banda ultraancha

El radar con una banda de frecuencia operativa muy amplia se denomina radar de banda ancha/banda ultraancha. Las armas furtivas suelen ser efectivas contra radares que funcionan en una determinada banda, pero son impotentes contra radares que cubren una banda ancha. Es probable que sean detectadas por ondas electromagnéticas de cierta frecuencia en ondas de radar de banda ultra ancha. Los radares de banda ultraancha, por otro lado, emiten pulsos extremadamente estrechos y tienen un alcance de resolución bastante alto, lo que les permite detectar objetivos pequeños. Actualmente, Estados Unidos está desarrollando y probando un radar de banda ultraancha, ha completado una investigación sobre la tecnología de visualización de objetivos en movimiento y llevará a cabo pruebas de formas de onda del radar.

Radar de apertura sintética

El radar de apertura sintética generalmente se instala en una plataforma aérea o espacial en movimiento. Utiliza el movimiento relativo entre el radar y el objetivo para recibir el radar en cada posición diferente. Procesar coherentemente la señal de eco del objetivo equivale a instalar un radar "grande" en el aire. De esta manera, la antena de pequeña apertura puede obtener el efecto de detección de la antena de gran apertura, con una alta resolución de acimut del objetivo, además de aplicar tecnología de compresión de pulsos. Puede obtener una resolución de alta distancia, por lo que se pueden detectar objetivos sigilosos. El radar de apertura sintética se utiliza ampliamente en campos militares y civiles, como reconocimiento del campo de batalla, control de incendios, orientación, navegación, estudio de recursos, levantamiento de mapas, vigilancia oceánica, teledetección ambiental, etc. El avión del Sistema Conjunto de Radar de Vigilancia y Ataque de Objetivos de EE. UU. tiene instalado un nuevo radar de apertura sintética multifuncional de banda X AN/APY3. El avión de ataque "Tornado" desarrollado conjuntamente por Gran Bretaña, Alemania e Italia está probando el radar de apertura sintética.

Radar de ondas milimétricas

El radar que opera en la banda de ondas milimétricas se llama radar de ondas milimétricas. Tiene las características de haz de antena estrecho, alta resolución, amplio ancho de banda de frecuencia y una fuerte capacidad antiinterferencia. Al mismo tiempo, funciona fuera de la banda que la tecnología furtiva actual puede combatir, por lo que puede detectar objetivos furtivos. El radar de ondas milimétricas también tiene capacidades y es particularmente adecuado para defensa aérea, combate terrestre y armas inteligentes, y ha recibido atención de depuración de varios países. Por ejemplo, el misil de defensa aérea "Patriot" de los Estados Unidos ha sido equipado con un buscador de radar de ondas milimétricas y actualmente está desarrollando un buscador de ondas milimétricas más avanzado. Rusia ya tiene un radar de ondas milimétricas con salida de onda continua; potencia de 10 kilovatios; Reino Unido, Francia, etc. Algunos de los sistemas de defensa aérea del país también utilizarán radares de ondas milimétricas.

Lidar

Se llama lidar al radar que opera en las bandas de luz infrarroja y visible. Consiste en un transmisor láser, un receptor óptico, un plato giratorio y un sistema de procesamiento de información. El láser convierte los pulsos eléctricos en pulsos de luz y los envía. Luego, el receptor óptico convierte los pulsos de luz reflejados desde el objetivo en pulsos eléctricos y los envía. en la pantalla. Las armas furtivas generalmente apuntan al radar de microondas, por lo que el lidar puede "ver a través" fácilmente los "trucos" realizados por los objetivos sigilosos, junto con el haz estrecho, la buena direccionalidad, la alta precisión de medición y la alta resolución del lidar, puede ser efectivo para detectar objetivos invisibles; . Lidar se utiliza principalmente en el ejército para medir el alcance de objetivos, medición de encuentro de objetivos espaciales, seguimiento y puntería de precisión de objetivos, reconocimiento de imágenes de objetivos, navegación, guía de precisión, control integral de incendios, prevención de colisiones de helicópteros, monitoreo de agentes de guerra química, medición del campo de viento local, Detección de objetivos de agua, etc. El Departamento de Defensa de EE. UU. está desarrollando tecnología lidar para la detección e identificación de objetivos, y ha realizado pruebas de lidar orientado hacia adelante y hacia abajo, detectando principalmente objetivos en árboles camuflados. Francia y Alemania están llevando a cabo activamente trabajos conjuntos de investigación sobre el uso de LIDAR para detectar e identificar helicópteros.