¿Cuál es la historia del desarrollo del radar?
No sólo se utiliza en el ejército, sino también en campos como la economía nacional (como el transporte, la previsión meteorológica y la exploración de recursos) y la investigación científica (como la aeroespacial, la física atmosférica, la estructura ionosférica y investigación de cuerpos celestes).
Una breve historia de su desarrollo
El concepto básico de radar se formó a principios del siglo XX.
Pero no fue hasta alrededor de la Segunda Guerra Mundial que el radar se desarrolló rápidamente.
Ya a principios del siglo XX, algunos científicos europeos y americanos conocían el fenómeno de las ondas electromagnéticas reflejadas por los objetos.
En 1922, el italiano G. Marconi publicó un artículo sobre la posible detección de objetos mediante ondas de radio.
El Laboratorio Naval de Estados Unidos ha descubierto que un radar biestático de onda continua puede detectar barcos que lo atraviesen.
En 1925, Estados Unidos comenzó a desarrollar un radar de pulsos modulados que podía medir distancias, y lo utilizó para medir la altura de la ionosfera por primera vez.
A principios de la década de 1930, algunos países europeos y americanos comenzaron a desarrollar radares de pulsos modulados para detectar aeronaves.
En 1936, Estados Unidos desarrolló un radar de pulsos para detectar aeronaves, con un alcance de 40 kilómetros y una resolución de 457 metros.
En 1938, Gran Bretaña había establecido una cadena de radares de alerta temprana para observar aviones enemigos en su costa continental cerca de Francia.
Cadena de radar de alerta temprana
Durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de radar se desarrolló rápidamente debido a las necesidades de combate.
En términos de bandas de frecuencia, los equipos y la tecnología de antes de la guerra sólo podían alcanzar unas pocas decenas de megahercios.
En los primeros días de la guerra, Alemania desarrolló por primera vez triodos y tetrodos de alta potencia, aumentando la frecuencia a más de 500 MHz.
Esto no solo mejora la precisión de la búsqueda por radar y la guía de la aeronave, sino que también mejora el rendimiento del radar de control del arma antiaérea, lo que le da al arma antiaérea una mayor tasa de acierto.
En 1939, el Reino Unido inventó el magnetrón de potencia de 3000 MHz. Los radares de microondas que utilizaban este magnetrón se instalaron en tierra y en aviones, lo que dio a los aliados una ventaja en el combate aéreo, marítimo y aéreo.
Al final de la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos aumentó aún más la frecuencia del magnetrón hasta los 10 GHz, consiguiendo la miniaturización de los radares aéreos y mejorando la precisión de las mediciones.
En términos de control de fuego de artillería antiaérea, el preciso radar de seguimiento automático desarrollado por Estados Unidos
SCR-584 redujo la tasa de acierto de la artillería antiaérea para derribar un aviones desde miles de proyectiles en los primeros días de la guerra a sólo diez proyectiles alcanzaron un avión.
A finales de la década de 1940, surgió la tecnología de visualización de objetivos en movimiento, que resultó beneficiosa para detectar objetivos en un contexto de obstáculos en el suelo, nubes y lluvia.
El radar de visualización de objetivos móviles de alto rendimiento debe emitir señales coherentes, por lo que se han desarrollado dispositivos como tubos de ondas viajeras de potencia, klistrones y tubos de ondas viajeras hacia adelante.
Los aviones a reacción de alta velocidad aparecieron en la década de 1950, y los aviones de penetración de baja altitud, los misiles de medio y largo alcance y los satélites militares aparecieron en la década de 1960, lo que promovió la rápida mejora del rendimiento del radar.
En las décadas de 1960 y 1970, se utilizaron en el radar computadoras, microprocesadores, circuitos integrados de microondas y circuitos integrados digitales a gran escala, lo que mejoró enormemente el rendimiento del radar, redujo el tamaño y el peso y mejoró la confiabilidad.
Entre los nuevos sistemas y tecnologías de radar, la visualización de objetivos móviles, el seguimiento de ángulo de pulso único y la tecnología de compresión de pulsos se han utilizado ampliamente en la década de 1950; el radar de matriz en fase apareció en la década de 1960. En la década de 1970, se introdujeron el radar de matriz en fase de estado sólido y el radar Doppler de pulsos.
En China, la tecnología de radar comenzó a desarrollarse a principios de los años cincuenta.
El radar desarrollado por China ha sido equipado con tropas.
China ha desarrollado radares de guía y advertencia de dos y tres coordenadas para defensa aérea, radares de guía de misiles tierra-aire, radares de alcance inicial de misiles de largo alcance y radares de alcance y recuperación de reentrada.
El radar a gran escala desarrollado por China también se utiliza para observar satélites lanzados por China y otros países.
En términos de uso civil, se han producido y aplicado radares de navegación y anticolisión para barcos de alta mar, radares de control de navegación y radares meteorológicos para aeropuertos.
El radar aéreo de apertura sintética desarrollado por China ha podido obtener mapas cartográficos claros de grandes áreas.
La nueva generación de radar desarrollada en China utiliza computadoras o microprocesadores y aplica tecnología de procesamiento de información digital de circuitos integrados de mediana a gran escala, y su frecuencia se ha extendido a la banda de ondas milimétricas.
Principio de funcionamiento
La antena del radar dispara la energía electromagnética proporcionada por el transmisor en una determinada dirección en el espacio, y los objetos en esta dirección reflejan las ondas electromagnéticas que encuentran.
Estas ondas reflejadas transportan la información del objeto. Son recibidas por la antena del radar y enviadas al equipo receptor del radar para su procesamiento, extrayendo así la información útil que las personas necesitan y filtrando la información inútil.
Los radares se pueden dividir en dos grandes categorías: radares de onda continua y radares de pulsos.
El radar de onda continua de frecuencia única es la forma más simple de radar y es fácil obtener la tasa de cambio de la distancia entre el objetivo en movimiento y el radar (es decir, la velocidad radial).
Las principales desventajas son: ① Es imposible medir directamente la distancia del objetivo. Si desea medir la distancia del objetivo, se debe realizar la modulación de frecuencia, pero la distancia del objetivo medida por la onda continua modulada en frecuencia es lejana. menos preciso que el radar de pulso; ② Es fácil de usar en un entorno de múltiples objetivos. Confunde al objetivo ③ La antena receptora y la antena transmisora de la mayoría de los radares de onda continua deben estar separadas y requieren un cierto grado de aislamiento.
Radar de pulso
Es fácil lograr un alcance preciso. El eco recibido está en el período de descanso del pulso transmitido, por lo que no hay problema de aislamiento entre la antena receptora y la transmisora. antena, por lo que la mayoría de los pulsos La antena receptora y la antena transmisora del radar son la misma antena.
Debido a estas ventajas, el radar de pulsos (Figura 1) ocupa una posición dominante entre varios radares.
La señal de pulso emitida por este radar puede ser un pulso rectangular con una única frecuencia portadora, como es el caso de los radares de pulso ordinarios, también puede ser una señal de pulso modulada en forma de código o frecuencia; La modulación, que pasa a través del receptor, el filtrado adaptado puede aumentar el ancho de banda de la señal y generar pulsos muy estrechos, mejorando así la precisión del alcance y la resolución de distancia del radar. Este es un radar de compresión de pulsos.
Además, la fase entre pulsos adyacentes emitidos por el radar puede ser una señal incoherente (aleatoria) o una señal coherente con cierta regularidad.
La señal coherente tiene una alta pureza espectral y puede obtener un buen rendimiento de visualización de objetivos en movimiento.
Ubicación del objetivo
Ubicar objetivos terrestres y marítimos significa medir su alcance y dirección en relación con el radar.
El posicionamiento de objetivos aéreos requiere la medición simultánea de distancia, acimut y altitud. Este tipo de radar se denomina radar de tres coordenadas.
Medir la distancia es en realidad medir la diferencia de tiempo entre el pulso transmitido y el pulso reflejado. Debido a que las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz, esto se puede convertir en la distancia precisa del objetivo.
La orientación del objetivo se mide mediante el haz de azimut agudo de la antena.
En las mismas condiciones de haz estrecho, el método de pulso único puede obtener una mayor precisión de medición que el de haz único (ver radar de seguimiento).
Medición del haz de ángulo de elevación estrecho.
De acuerdo con el ángulo de elevación y la distancia del objetivo, la altura del objetivo se puede obtener mediante cálculo o el ángulo de elevación preciso se puede obtener mediante el método de pulso único.
Transmisor
Puede ser un oscilador magnetrón.
Esta fue una de las primeras formas de transmisor de radar de microondas, aunque todavía se utilizan radares simples.
Los radares modernos de alto rendimiento requieren señales coherentes y estabilidad de alta frecuencia.
Por lo tanto, es necesario utilizar un oscilador de cristal como fuente de frecuencia estable y obtener la coherencia, estabilidad y potencia requeridas a través de una cadena de amplificación de potencia de frecuencia duplicada.
El tubo de ondas viajeras de potencia o klistrón es el tubo amplificador de potencia más utilizado en la última etapa de la cadena de amplificación.
Cuando la frecuencia es inferior a 600 MHz se pueden utilizar triodos de microondas o tetrodos de microondas.
Modulador de Pulsos
Genera pulsos modulados para el interruptor del transmisor.
Debe tener el ancho de pulso necesario para emitir pulsos de alta frecuencia y proporcionar la energía de modulación necesaria para conmutar el tubo transmisor.
El uso de tubos de vacío o transistores como interruptores de descarga se denomina modulación de tubo duro; los tiristores de hidrógeno se utilizan como interruptores de descarga para el almacenamiento de energía de línea artificial, lo que se denomina modulación de manguera.
Además, los componentes electromagnéticos también se pueden utilizar para la modulación de conmutación de impulsos.
Los requisitos generales para los pulsos modulados son que los flancos inicial y descendente sean pronunciados y que la parte superior del pulso sea plana.
Interruptor transceptor
Corta la rama receptora al transmitir pulsos para minimizar la fuga de energía del pulso transmisor a la rama receptora.
Cuando finaliza el pulso de transmisión, la rama de transmisión se desconecta y todas las señales de eco recibidas por la antena ingresan a la rama de recepción a través del interruptor del transceptor.
El interruptor del transceptor suele estar compuesto por un tubo inflable especial.
Durante el lanzamiento, el tubo inflable se ioniza y se enciende para formar un estado de cortocircuito y vuelve al estado de circuito abierto después de que pasa el pulso de transmisión.
Para no bloquear el eco de objetivos de corto alcance, el tiempo desde el estado de cortocircuito de ionización hasta el estado de circuito abierto de eliminación de ionización es muy corto, generalmente en el nivel de microsegundos, y en algunos sistemas de radar en el nivel de nanosegundos.
Antena
El radar debe tener una alta precisión de orientación del objetivo, lo que requiere que la antena tenga un haz estrecho.
Al buscar un objetivo, el haz de la antena escanea un determinado espacio aéreo.
El escaneo puede utilizar rotación mecánica o escaneo electrónico.
La mayoría de antenas tienen un solo haz, pero algunas antenas tienen varios haces al mismo tiempo.
La energía distribuida en los lóbulos laterales de la antena debe ser lo más pequeña posible, y la antiinterferencia requiere antenas de lóbulos laterales bajos.
El receptor
generalmente utiliza superheterodino.
La parte frontal del receptor tiene una etapa de amplificación de alta frecuencia y bajo ruido.
La señal de frecuencia portadora amplificada y la señal del oscilador local se mezclan en una señal de frecuencia intermedia.
El procesamiento de señales analógicas (como compresión de pulsos y visualización de objetivos en movimiento, etc.) se realiza en la etapa del amplificador IF, que luego detecta la señal del objetivo y la transmite a la pantalla.
Cuando se utiliza el procesamiento de señales digitales, para reducir la velocidad de procesamiento, la señal debe mezclarse a una frecuencia intermedia cero para mantener la información de fase, la señal de frecuencia intermedia cero se descompone en dos señales ortogonales; e ingresó en dos ramas diferentes, luego realizó el procesamiento digital en las dos ramas y luego fusionó los resultados del procesamiento.
El radar emite energía electromagnética al espacio de manera direccional. Al recibir ondas de radio reflejadas por objetos en el espacio, puede calcular la dirección, la altura y la velocidad del objeto, y puede detectar la forma del objeto. El radar apuntado al suelo puede detectar la forma exacta del suelo.
En 1922, Taylor y Young propusieron equipar dos buques de guerra con transmisores y receptores de alta frecuencia para buscar barcos enemigos.
En 1924, Appleton y Barnett midieron la altura del escenario utilizando ondas de radio reflejadas desde la ionosfera.
Blair y Duff en Estados Unidos utilizaron ondas de pulso para medir a los ricos.
En 1931, el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. desarrolló un radar basado en el principio de frecuencia de batido y comenzó a permitir que el transmisor emitiera ondas continuas. Tres años más tarde, en 1935 cambió a ondas de pulso y desarrolló una "sótano de aprendizaje" con un magnetrón de longitud de onda de 16 cm que podía detectar otros barcos en la niebla o de noche.
Este fue el comienzo del uso pacífico del radar.
En octubre de 1936, W. Watt del Reino Unido estableció la primera estación de radar del Reino Unido en la costa de Sofolk.
La Fuerza Aérea Británica añadió 5 aviones más, que jugaron un papel importante en la Segunda Guerra Mundial.
El primer radar para buque de guerra estadounidense XAF fue probado con éxito.
En 1941, la Unión Soviética equipó por primera vez un avión con un radar de alerta temprana.
En 1943, el MIT desarrolló un indicador de posición de avión para radar aéreo que podía fotografiar aviones en movimiento. Inventó un radar de alerta temprana por microondas que podía distinguir docenas de objetivos al mismo tiempo.
En 1947, los laboratorios Bell Telephone de Estados Unidos desarrollaron el radar de pulsos LFM.
A mediados de la década de 1950, Estados Unidos equipó un sistema de radar de alerta temprana de largo alcance para explorar aviones supersónicos.
Pronto se desarrolló el radar Doppler de pulsos.
En 1959, General Electric Company de Estados Unidos desarrolló un sistema de radar de alerta temprana de misiles balísticos que puede lanzar y rastrear misiles a 3.000 millas de distancia y 600 millas de altura, con un tiempo de alerta de 20 minutos.
En 1964, Estados Unidos instaló el primer radar de vigilancia orbital espacial para monitorear satélites terrestres artificiales o vehículos espaciales.
En 1971, el canadiense Ihuka y otras tres personas inventaron el radar de matriz holográfica.
Al mismo tiempo, surgió la tecnología de radar digital en Estados Unidos.
Los radares se pueden dividir en radares militares y radares civiles según sus usos. El radar militar incluye radar de advertencia, radar de guía, identificación de amigo o enemigo, etc. El radar civil incluye radar de navegación, radar meteorológico, radar de velocidad, etc.
Radar Militar
Radar Civil
El radar meteorológico es un instrumento clarividente y clarividente que detecta cambios meteorológicos en la atmósfera.
El radar meteorológico emite intermitentemente ondas electromagnéticas (pulsos) al aire y luego recibe ondas electromagnéticas (ecos) dispersadas por objetivos meteorológicos para detectar la ubicación espacial y las características de los objetivos meteorológicos dentro de un radio de más de 400 kilómetros. , especialmente para condiciones climáticas desastrosas. Desempeña un papel importante en el monitoreo y alerta temprana de condiciones climáticas desastrosas repentinas de tamaño pequeño y mediano.
Radar meteorológico
La palabra radar proviene del inglés radar, dispositivo de detección de ondas de radio.
Se llama “clarividencia”.
Ver la palabra "雷" inmediatamente recuerda a los truenos y relámpagos en el horizonte, resaltando la palabra "kuai".
Naturalmente, la función de "clarividencia" del radar es aún más impresionante.