Alguna introducción básica al radar
? Radar de advertencia, radar de guía, radar de guía, radar de avistamiento de artillería, radar de control de fuego aerotransportado, radar de medición de altura, radar de aterrizaje ciego, radar para evitar el terreno, radar de seguimiento del terreno, radar de imágenes, radar meteorológico, etc.
?Radar de barrido cónico, radar monopulso, radar de matriz en fase pasiva, radar de matriz en fase activa, radar de compresión de pulsos, radar de acortamiento de frecuencia, radar MTI, radar MTD, radar PD, radar de apertura sintética, radar de ruido, impacto radar, radar biestático/multiestático, radar de largo alcance de ondas celestes/terrestres, etc.
Radar de ondas métricas, radar de ondas decimétricas, radar de ondas centimétricas, radar de ondas milimétricas, radar láser/infrarrojo, etc.
?Radar de dos coordenadas, radar de tres coordenadas, radar de velocidad, radar de altura, radar de orientación, etc.
?Todo el mundo sabe que los murciélagos se esconden en lugares oscuros durante el día y salen volando en busca de comida por la noche. Sin embargo, ¿cómo vuela en la oscuridad sin chocar con obstáculos como árboles o casas? Durante miles de años, la gente ha dicho que esto se debe a que sus ojos temen a la luz, pero puede ver en la oscuridad. De hecho, esta suposición no es muy correcta. ¡Revelemos los secretos de los murciélagos! La boca del murciélago puede emitir un sonido que no podemos oír. El número de vibraciones de este sonido es de entre 25.000 y 70.000 veces por segundo (el número de vibraciones por segundo del sonido que el oído humano puede detectar es de unas 16.000 a 20.000 veces) veces), ha superado el rango que el oído humano puede sentir, por eso se llama ultrasonido. Los murciélagos tienen órganos auditivos muy especiales que pueden detectar esta onda ultrasónica. Cuando vuela en la oscuridad, a menudo emite ondas ultrasónicas por la boca. Cuando este tipo de onda sonora encuentra un obstáculo en una dirección determinada, inmediatamente se reflejará desde esa dirección y parte de ella se reflejará en los oídos del murciélago, por lo que sabe que hay un obstáculo en esa dirección y lo evita. tiempo. También sabe por experiencia: si el eco es agudo, el obstáculo está cerca; si el eco es lento, el obstáculo está lejos; En otras palabras, determina la distancia del obstáculo en función de la velocidad del eco y determina la dirección del obstáculo en función de la dirección del eco.
? Las ondas ultrasónicas son ondas mecánicas y sus características de reflexión inherentes se pueden utilizar para medir distancias. De manera similar, las ondas sonoras, las ondas de agua e incluso las ondas electromagnéticas (incluidas las ondas de radio, los rayos infrarrojos, la luz visible y la luz ultravioleta). Los rayos X, los rayos roentgen y los rayos gamma) tienen propiedades reflectantes en determinadas circunstancias, y el radar es una aplicación de ondas electromagnéticas.
?La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es varias veces mayor que la de las ondas sonoras. La velocidad de propagación de las ondas sonoras es de 300.000 kilómetros por segundo. Por ejemplo, para que os hagáis una idea de lo rápido que es, las ondas electromagnéticas pueden dar la vuelta a la Tierra siete veces y media en un segundo. Otro ejemplo interesante es que si estás escuchando una canción en un estudio de grabación, antes de escuchar la voz del cantante, el sonido ha recorrido una distancia considerable a través de la estación de radio. Un oyente a mil kilómetros de distancia puede incluso escuchar una gran canción en la radio antes que usted.
?La emisión direccional es la emisión de pulsos de energía electromagnética en un haz estrecho en un instante concreto. Tiene una ventaja importante: ahorra energía. Una estación de radar puede "ver" muy lejos con poca potencia y el efecto es muy bueno, por ejemplo, si una persona lee un libro en una habitación grande por la noche. No es necesario usar una lámpara de escritorio para iluminarlo. Para iluminar toda la habitación, simplemente use una lámpara de escritorio y la luz brillará sobre el libro. Incluso unas pocas bombillas son suficientes y no dañarán sus ojos. Es cierto que el resto de la habitación está a oscuras en este momento, pero esto no dificulta la lectura, al contrario, nos permitirá leer con mayor claridad.
?El radar funciona exactamente de la misma manera. Debido a que puede concentrar energía en un espacio pequeño, es la mejor manera de "irradiar" un objetivo.
¿Qué tan estrecho debe ser el haz de un radar? Cuanto más estrecho sea el haz, más concentrada será la energía y más correcta será la dirección del objetivo detectado.
Suponiendo que hay aviones enemigos en el área iluminada por el radar, ¿cuánto tiempo llevará barrer el espacio alrededor de la estación de radar con un haz de "aguja" estrecho? ¿Puede también mantener a los enemigos fuera de la red? Creo que lleva mucho tiempo. Durante este tiempo, cualquier avión puede escapar del alcance de búsqueda del radar. Esto significa que las vigas de "aguja" no son adecuadas. Existe un límite razonable para el estrechamiento del haz, y este límite reside en si puede cumplir por igual los diversos requisitos del radar. Para estaciones de radar con diferentes misiones, los métodos para resolver este problema también son muy diferentes. Las estaciones de radar para puestos antiaéreos deben tener haces anchos, mientras que las estaciones de radar para apuntar a artillería deben tener haces estrechos. En muchos casos, el haz suele tener una forma especial para adaptarse a las necesidades de la misión especial de la estación de radar.
Desde este punto de vista, el principio básico del radar es emitir direccionalmente ondas electromagnéticas, reflejarlas sobre los conductores y, en primer lugar, conocer correctamente la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas. Obviamente, una comprensión profunda y un dominio de la tecnología de radar son una base esencial.
?Normalmente, las emisiones de radio utilizan onda media o corta. El radar generalmente funciona en la banda de onda ultracorta o de microondas. El radar que funciona en la banda de onda ultracorta se denomina radar de onda ultracorta o el radar de onda métrica; el radar que funciona en la banda de microondas se denomina comúnmente radar de microondas. El radar de microondas a veces se subdivide en radar de ondas decimétricas, radar de ondas centimétricas, radar de ondas milimétricas, etc.
?Entonces, ¿por qué el radar no puede funcionar en las bandas de onda media o corta como una estación de radio? Esto está determinado por el principio de funcionamiento del radar. La clarividencia utiliza el reflejo de ondas electromagnéticas en el objetivo para "verlo". Existe una regla para la reflexión de las ondas: cuanto más grande es el objetivo, más fuerte es la reflexión. Por lo tanto, cuanto más corta sea la longitud de onda de las ondas electromagnéticas utilizadas por el radar, más fuerte será el reflejo en otros objetivos, como aviones o misiles. Por lo tanto, el radar debe funcionar en la banda de onda ultracorta o de microondas para funcionar y detectar objetivos de forma eficaz. Al mismo tiempo, la antena del radar también es una parte importante del radar. Si el radar funciona en la banda de frecuencia de onda media, para lograr una transmisión direccional se deben alinear decenas o incluso cientos de varillas metálicas que puedan excitar ondas electromagnéticas. para formar una antena de conjunto. Esa será una antena de conjunto. Una antena muy grande, lo cual es antieconómico y difícil de hacer en la práctica. Por tanto, la longitud de onda en la que funciona el radar no puede ser demasiado larga.
?Para detectar objetivos, el radar debe tener ondas electromagnéticas. La herramienta del radar que puede estimular ondas electromagnéticas en el espacio es el oscilador, que en realidad es una varilla de metal.
?El proceso por el que los electrones rebotan hacia adelante y hacia atrás en una varilla de metal se llama oscilación eléctrica. Si no hay resistencia durante el rebote, los electrones seguirán rebotando. El proceso por el cual los electrones fluyen desde el extremo izquierdo al extremo derecho de la varilla de metal y luego desde el extremo derecho al extremo izquierdo se denomina ciclo de oscilación, y el número de ciclos de oscilación por segundo se denomina frecuencia de oscilación.
?El flujo de electrones pasa a través de la varilla metálica muy rápido, cerca de la velocidad de la luz, mientras que la velocidad de la luz es constante. Por lo tanto, cuanto más largo sea el metal, más tiempo tardará la corriente de electrones en oscilar hacia adelante y hacia atrás y menor será la frecuencia de oscilación. La distancia recorrida por el flujo de electrones en un ciclo de oscilación es la longitud de onda. Es obvio que la distancia recorrida por la corriente de electrones durante este tiempo es exactamente el doble de la longitud de la varilla de metal. En otras palabras, la longitud de la varilla de metal es exactamente la mitad de la longitud de onda. Por lo tanto, esta varilla de metal a menudo se denomina oscilador de media onda.
?Cuando el flujo de electrones en el oscilador de media onda sufre una oscilación eléctrica de frecuencia extremadamente alta, excitará ondas electromagnéticas con la misma frecuencia en el espacio, que se propagan rápidamente en todas direcciones lejos del oscilador en el velocidad de la luz; oscilador de media onda El oscilador de ondas es un dispositivo de radar que emite ondas electromagnéticas al espacio. Equivale a agitar bloques de madera o la bombilla de una linterna en el agua, y desempeña el mismo papel al agitar ondas de agua en el agua. o emitiendo ondas de luz al espacio. Debido a que un oscilador de media onda puede emitir ondas electromagnéticas al espacio, a veces se le llama radiador.
?El oscilador de media onda encontrará resistencia cuando el flujo de electrones oscila hacia adelante y hacia atrás. Si no se le suministra energía para superar diversas resistencias, esta oscilación pronto se detendrá. Por lo tanto, debe haber una máquina en el radar que pueda impulsar el flujo de electrones en el oscilador para realizar una oscilación de media onda según nuestras necesidades. Esta máquina es poderosa y poderosa. Es la fuente de energía de un oscilador de media onda, el equivalente a la batería de una linterna.
?El transmisor de radar proporciona energía de oscilación eléctrica de alta frecuencia al oscilador de media onda, que excita las ondas electromagnéticas en el espacio.
Una vez que se apaga el transmisor del radar, el oscilador de media onda deja de emitir ondas electromagnéticas al espacio. Por lo tanto, al controlar el interruptor del transmisor, se pueden controlar las ondas electromagnéticas que ingresan al espacio.
Con un transmisor y un oscilador de media onda se pueden lanzar ondas de radio al espacio. Sin embargo, las ondas de radio emitidas no se pueden utilizar para buscar y detectar objetivos. Porque emite ondas de radio en todas las direcciones del espacio. Estas ondas golpean al objetivo desde todas las direcciones y se reflejan juntas, por lo que es imposible saber qué objetivo está en qué dirección.
¿Cómo hacer que el radar emita ondas de radio en una sola dirección? Sabemos que si se quitan la cubierta y el recipiente reflectante que rodea la bombilla de la linterna, la luz emitida por la bombilla desnuda no tendrá direccionalidad. Después de agregar el recipiente reflectante y la cubierta, la luz solo se puede emitir en una dirección y el recipiente reflectante desempeña la función de recolectar ondas de luz.
El radar dirige las ondas de radio del mismo modo que una linterna recoge la luz. En otras palabras, en lugar de hacer que el oscilador de media onda emita ondas de radio directamente al espacio, primero emita ondas de radio a un reflector como un caldero. Las ondas de radio reflejadas desde el reflector solo se emitirán en una dirección. Este reflector en forma de caldero se llama reflector parabólico.
?El tamaño del reflector tiene una gran relación con la longitud de onda de las ondas de radio. Si la longitud de onda es corta, el reflector se puede hacer más pequeño; si la longitud de onda es larga, el reflector debe hacerse más grande. De lo contrario, el efecto de agregación de las ondas de radio no será bueno. Por supuesto, a la misma longitud de onda, cuanto mayor sea el reflector, mejor será el efecto de concentración de las ondas de radio.
?El oscilador de media onda (radiador) y el reflector en forma de maceta se combinan en un todo, llamado antena de radar. Este tipo de antena de radar también se denomina específicamente antena parabólica.
?Para un radar de microondas con una longitud de onda de 10 cm, la longitud de su oscilador de media onda es de 5 cm y el diámetro de su reflector parabólico debe alcanzar unos 9 m para garantizar que las ondas de radio emitidas tengan direccionalidad suficiente. Un radar de onda métrica con una longitud de onda de 3 metros tiene una longitud de oscilador de media onda de 1,5 metros. Si se calcula según esta relación, se necesita un recipiente de al menos 270 metros de diámetro para que las ondas de radio emitidas tengan suficiente direccionalidad. Obviamente, esto no es realista. Por lo tanto, para el radar de ondas métricas, es necesario encontrar otra forma de lograr la emisión direccional de ondas de radio.
? A través de la práctica, la gente ha descubierto que la emisión direccional también se puede lograr cuando se organizan docenas o incluso cientos de osciladores de media onda de acuerdo con ciertas reglas. Y cuanto mayor sea el número de osciladores de media onda, mejor será la directividad.
?En las mismas condiciones de rendimiento de emisión direccional, cuanto más corta sea la longitud de onda de trabajo del radar, menor será el tamaño de la antena del radar. Pero no podemos ir al otro extremo, es decir, cuanto más corta sea la longitud de onda de trabajo del radar, mejor. Si la longitud de onda es demasiado larga, habrá dificultades para crecer; si es demasiado corta, habrá deficiencias. Las ondas de radio con longitudes de onda demasiado cortas sufren pérdidas importantes al propagarse en la atmósfera. Por tanto, no viaja muy lejos. Por lo tanto, la longitud de onda del radar no puede ser ni demasiado larga ni demasiado corta. Normalmente funciona en la banda de onda ultracorta o de microondas.
?Las ondas de radio devueltas por el objetivo han regresado a la antena del radar antes de que ésta haya tenido tiempo de moverse de una posición a otra. Para aprender la inteligencia del objetivo (acimut, altitud, distancia, etc.) a partir de estas ondas de radio reflejadas, debe haber algo similar a la oreja de un murciélago. En el radar, esta parte se llama receptor de radar y es un "oído" particularmente sensible. Para que el alcance de detección del radar sea lo más amplio posible, la potencia del transmisor del radar es muy grande. Sin embargo, la potencia de las ondas de radio reflejadas desde objetivos distantes es muy pequeña. Si se emite una onda de radio de 1000 Kw y encuentra un avión de combate a 500 km de distancia, la potencia de la onda de radio reflejada es sólo una pequeña parte de la potencia transmitida. Cuando la onda reflejada regresa a la antena del radar y entra al receptor del radar, tiene aún menos potencia. Es menos de 1 microvatio.
?La señal de ondas de radio reflejada desde un objetivo distante es muy débil y generalmente necesita ser amplificada millones de veces para ser observada en una pantalla de radar. La tarea de amplificar millones de veces la realiza el receptor de radar.
?El principio del receptor de radar es exactamente el mismo que el de la radio ordinaria de ultratolerancia. La única diferencia es que no recibe señales de radiodifusión de onda media o corta, sino señales de radar de onda ultracorta o de microondas reflejadas desde el objetivo.
?Debido a que la frecuencia de funcionamiento del radar es muy alta, no es fácil amplificar directamente esta señal de alta frecuencia millones de veces. Por lo tanto, una vez que la señal ingresa al receptor, lo primero que debe hacer es cambiar su frecuencia, es decir, reducirla de una banda de frecuencia de onda ultracorta o microondas más alta a una frecuencia de frecuencia intermedia más baja. Esto es conversión de frecuencia. La señal después de reducir la frecuencia se amplifica repetidamente mediante un amplificador compuesto por transistores de múltiples etapas o tubos de electrones, de modo que se puede amplificar fácilmente decenas de millones de veces. Este tipo de receptor que se amplifica después de la conversión de frecuencia se denomina receptor fuera de tolerancia.
?Un dispositivo terminal utilizado para mostrar automáticamente información del radar en tiempo real. Es una interfaz hombre-máquina. Las pantallas de radar suelen representar la información contenida en los ecos del radar en forma de imágenes de radar que son fáciles de entender y fáciles de operar para los operadores. Las imágenes de radar tradicionales son vídeos de radar sin procesar emitidos directamente desde el receptor o imágenes de vídeo de radar que han sido procesadas. Esto se llama pantalla principal. Una visualización de vídeo completa de datos de radar procesados por computadora o imágenes de radar se denomina visualización auxiliar. Un monitor puede tener ambos modos de visualización al mismo tiempo. Las imágenes de radar se pueden insertar en varias señales, como señales de distancia, señales de ángulo y puertas selectivas, etc., e incluso se pueden insertar o proyectar en el fondo del mapa como método de observación auxiliar. Para registrar señales de objetivos o seleccionar datos, se pueden insertar datos digitales, marcadores o símbolos en la imagen del radar. La pantalla de radar también puede mostrar sintéticamente otras estaciones de radar o fuentes de información de inteligencia, y agregar otros comandos de estado y comando como una pantalla de comando y control. Las consolas de visualización conectadas a computadoras suelen utilizar teclados, lápices ópticos y trackballs, o incluso dispositivos de entrada de voz como dispositivos de entrada para el diálogo entre humanos y computadoras.