نحوه عملكرد رادار

رادار چطوري كار ميكنه؟

سلام

رادارهايي كه امروزه در هوانورذي غيرنظامي استفاده ميشود در دو گروه كلي مورد بحث قرار ميگيرد:
Primary Suveillance Radar و Secondary Suveillance Radar

از آنجايي كه اين دو رادار از هر جهت كامل نيستند اكثرا با هم در يك سايت نصب ميشوند.
در اينجا سعي ميكنم اين دو سيستم رو به همراه معايب و محاسن معرفي كنم.

Primary Suveillance Radar )PSR) :
اين اولين نوع رادار بود كه در هواپيمايي بكار گرفته شد . اساس كار بر مبناي فرستادن يك سيگنال و محاسبه زمان برگشت آن از هدف بود . اين آنتن در ساده ترين حالت از چهار بخش مهم تشكيل شده :
1-فرستنده
2-گيرنه
3-آنتن
4-صفحه نمايش(Plan Position Indicator)

در ابتداي كار آنتن در حالت فرستندگي است و در زماني بسيار كوتاه ( حدود 2 ميكرو ثانيه) امواج الكترومغناطيسي رو پخش ميكند . به اين زمان Tx Time ميگويند.
انرژي به يك آنتن Directional تغذيه شده و در فضا پخش ميشود . دقت كنيم كه آنتن رادار در اصل يك آنتن سمتي است ( پخش كننده در يك سمت ) ولي وقتي كه به گردش در ميايد كار يك آنتن همه جهته (Omindirectional) را ميكند.

بعد از پخش اموج نوبت به دريافت برگشتي حاصل از برخورد به اهداف است . از اينرو فرستنده خاموش و گيرنده روشن ميشود . در مدت زماني حدود چندين هزار ميكرو ثانيه گيرنده روشن ميماند . به اين زمان Rx Time گويند.

برگشتي هاي رادار در صفحه نمايش PPI نمايش داده ميشود .
براي سوييچ بين فرستنده و گيرنده نيز از يك Duplexer استفاده ميشود .

برد رادار ها نيز تابع قرت خروجي فرستنده و زاويه نصب آنتن نصبت به افق است . (Tilt Angle)
در مبحث رادار دو تعريف اصولي داريم كه بيان علمي و فني پارامترهاي Rx Time و Tx Time است:

* Pulse Repitation Frequency : تعداد پالسهاي فرستنده در واحد زمان است . اين مقدار با برد رادار نسبت عكس دارد يعني هرچه برد بيشتر شود چون Rx Time زياد ميشود PRF كم ميشود .

* Pulse Repitation Intervals : به فاصله دو پالس متوالي ميگن و در حقيقت همان Rx Time است . هر چه برد بيشتر شود PRI نيز زياد ميشود.

سيستم رادار اوليه به دليل نبودن سيستم كمكي خارجي ( نظير آنچه كه در Secondary Suveillance Radar استفاده ميشود ) داراي معايب گوناگوني است . تلاشها مخصوصا در كاربرهاي نظامي بر اين بوده كه اين محدوديتها به حداقل برسد . بطور كلي محدوديتهاي PSR به شرح زير است:

1- اهميت قدرت فرستنده براي پوشش برد حداكثر .
2- مشكل تفكيك اهداف ثابت و متغير
3- مشكل در تشخيص اهداف از همديگر
4- نداشتن ارتفاع اهداف


رادارهاي اوليه يا همون PSR اشكالاتي داشت كه سعي شد با تكنيكهاي مختلف اونها رو رفع كنند . يكي از اين تكنيكها خاصيت داپلر بود.

طبق خاصيت داپلر اگر فرستنده و يا گيرنده از منبع توليد انرژي دور و يا به آن نزديك شوند مقدار فركانس دريافتي توسط گيرنده بسته به جهت و اندازه سرعت كم و يا زياد ميشود.

تصور كنيد كه از يك رادار معمولي در يك منطقه كوهستاني ميخوايم استفاده كنيم. طبق تعريف سيستم گيرنده رادار برگشتي از هر مانع خوا ثابت و خواه متحرك رو بر روي PPI نشان ميدهد و نتيجتا صفحه نمايش بسيار شلوغ شده و تفسير اطلاعات رادار سخت و يا نا ممكن ميشود. ولي اگر سيستم رو با يك مقايسه كننده فاز( Phase Comparator ) مجهز كنيم تا اصل داپلر را براي ما پياده كند ديگر با چنين مشكلي مواجه نخواهيم بود . به اين ترتيب فاز سيگنالهاي برگشتي رادار در PRFهاي متوالي با هم مقايسه شده و در صورت يكسان بودن فازها هدف ثابت فرض شده و از صفحه نمايش حذف ميشود. لذا در حال حاضر سيستمها به همراه واحدي به نام
Moving Target Indicator يا MTI همراه است و كنترلر ميتواند با فعال كردن آن Phase Comparator را وارد مدار گيرنده كرده و هدفهاي ثابت را از سيستم حذف كند.

سيستم MTI اگرچه براي رفع برخي از معايب مفيد بود ولي اشكالاتي نيز به همراه داشت كه در حيطه نظامي بسيار حساس و خطرناك بود . اين اشكالات به اين ترتيب است:

*** سرعت كور Blind Speed : براي هر سيستم رادار(از نوع داپلر) ميتوان يك سرعت پيدا كرد كه اگر هواپيما ضمن حركت در امتداد مركز آنتن رادار آن سرعت را حفظ كند در رادار نشان داده نخواهد شد . اين سرعت به فركانس كاري رادار بستگي دارد و از يك رادار به رادار ديگر بدليل اختلاف فركانسها متفاوت است. در سيستمهاي نظامي فركانس رادارها محرمانه است و از تكنيكهاي جنگ الكترونيك هوايي كشف فركانس رادار دشمن براي پيدا كردن سرعت كور است ولي در سيستم غير نظامي اين سرعت را محاسبه كرده و هواپيماها را طوري هدايت ميكنند كه در اين سرعت قرار نگيرند.
اين پديده هنگامي اتفاق ميافتد كه تغيير مكان محور جابجايي يك هواپيما در امتداد مركز رادار برابر ضريب صحيحي از نصف طول موج اواج رادار باشد سيگنالهاي برگشتي از هدف همفاز سيگنالهاي فرستاده شده بوده و هدف ثابت فرض ميشود. اگر L طول موج رادار باشد سرعت كور از رابطه زير بدست ميايد:

Blind Speed ( m/s ) = (L/2) * PRF Blind Speed ( Knots ) = (L*PRF) / 102.5

براي رفع خطر Blind Speed يا ميتوان MTI را خاموش كرد و يا از دستگاهي به نام Stagger استفاده كرد. اين دستگاه در لحظات مختلف بصورت رندم از PRF ( فركانس) مختلف استفاده ميكند.

*** Arcfading : دومين عيب بزرگ سيستم MTI اين است كه اگر هواپيما روي قوسي از دايره به مركزيت آنتن رادار حركت كند به علت هم فاز بودن دريافتي رادار در دو PRF متوالي سيستم اين هواپيما را جسم ثابت تلقي كرده و آن را حذف ميكند.

در ادامه توضيح مبحث رادار اوليه و معايب اون نوبت مشكلي به اسم Resolution يا قدرت تفكيك CRT صفحه نمايش رادار است .
Resolution در سه دسته بررسي ميشود:
1-Rang Resolution
2-Bearing Resolution
3-CRT Resolution

هر كدام از اين موارد باعث ميشود تا هدف بر روي صفحه PPI ظاهر نشود.

قبل از شرح اين سه مورد بايد يادآوري كنم كه امواج الكترومغناطيسي كه از رادار در حالت فرستندگي پخش ميشود داراي يك طول است. طول اين امواج رادار در فضا را Package ميگويند. با استفاده از فرمول X=V.T ميتوانيم طول امواج پخش شده در فضا را بدست آوريم. براي مثال اگر عرض پالس فرستنده يك ميكرو ثانيه طول اين Package برابر 300 متر خواهد بود و همينطور اگر عرض پالس 4 ميكرو ثانيه باشد طول Package برابر 1200 متر خواهد بود.

مشكل Rang Resolution هم از همينجا شروع ميشود به طوري كه اگر دو هواپيما با زاويه يكسان و فاصله هاي متفاوت طوري باشند كه فاصله آنها كمتر از نصف طول Package ارسالي از رادار باشد اين دو هواپيما بر روي PPI يك Blip (يا همون نقطه) ظاهر ميشوند.

لذا در شكل زير ميبينيد ;) كه وقتي فاصله دو هواپيما از هم از نصف Package ارسالي ( 300متر ) تنها يك برگشتي از مجموعه دو هواپيما خواهيم داشت چونPackage قبل از اينكه هواپيماي اول را رد كند به هواپيماي دوم ميرسد و برگشتي اين دو هدف با هم به رادار ميرسد ولي همانطور كه در شكل دوم ميبينيم ;) در صورت وجود فاصله مناسب ( بيش از نصف طول Package ) برگشتيهاي جداگانه خواهيم داشت.

اين Package برگشتي قويتر است و در نتيجه Blip ظاهر شده بر روي صفحه PPI نيز قويتر خواهد بود. اين مورد را ميتوان در شكل زير ;) با مقايسه قدرت سيگنالهاي برگشتي مشاهده كرد.

زمان جنگ از اين روش براي نزديك شدن به هدف بدون اينكه در رادار ديده شوند استفاده ميشد. مثلا هواپيماي عراقي خودش رو پشت يك هواپيماي بزرگ مثل C130 قرار ميداد و با اون تا خود تهرون ميامد. فاصله دو هواپيما طوري بود كه رادار آنها را يك هدف ميديد.

اين مشكل به عوامل متعددي مثل عرض پالس فرستنده , بزرگي هدف و قدرت تفكيك گيرنده بستگي دارد.

مشكل دوم Bearing Resolution است. امواجي كه از رادار پخش ميشوند شكل مخروطي دارند و اگر از بالا به آنها نگاه كنيم چيزي مانند شكل زير ;) را ميبينيم:

اين حالت اينطور تعريف ميشود كه اگر دو هواپيما با فاصله يكسان و و زواياي متفاوت باشند , ميتوانند از ديد رادار يك هدف مشاهده شوند به شرط آنكه اگر Beam هنگامي كه به هواپيماي دوم رسيده باشد هنوز هواپيماي اول را ترك نكرده باشد و اگر زاويه Beam آنقدر كوچك باشد كه وقتي به هواپيماي دوم رسيده باشد هواپيماي اول را ترك كرده باشد انگاه اين دو هواپيما با دو blip جداگانه بر روي PPI ظاهر ميشوند . طبق آنچه در شكل ميبينيد ;) اگر فاصله دو هواپيما از هم از فرمول داده شده بيشتر باشد مشكل Bearing Resolution را نخواهيم داشت . از اين فرمول ميفهميم كه Range Resolution به پارامترهاي برد (R) و زاويه Beam رادرا بستگي دارد .هرچه فاصله دو هواپيما از رادار كمتر و هرچه زاويه Beam كمتر باشد رادار ما توانليي بالاتري در تفكيك اهداف خواهد داشت .

مشكل بعدي CRT Resolution است . صفحه رادار ( PPI ) بسته به كيفيت CRT بكار رفته در آن قدرت تفكيك محدودي دارد . ولي در كل هرچه هدف به رادار نزديكتر باشد انرزي برگشتي از هدف قويتر و لذا Blip ظاهر شده بر روي صفحه نمايش درشتتر خواهد بود و اين ميتواند در تفكيك اهدف نزديك به هم مشكل ايجاد كند.

خوش باشي،
©م.م.©

مرسی از این که این اطلاعاتت رو گفتی
مقاله ی کاملی هست

پاتال جان مرسي آموزنده بود

البته دوست عزيز دقيا به اين شكل نيست بلكه تعريفي كه ارائه دادند تعريفي كلي است چون رادار ها بر اساس نوع پردازش گر ونوع امواج وفرستنده هاوكانلهاي جستجو كارايي هاي متفاوتي دارند مثلا رادار هاي فعال نيمه فعال و يا موج ميليمتري (عوارض زميني) و........
داراي تفاوتهايي هرچند جزيي با انواع پالس داپلر مي باشند (اين نوع رادار باوجودي كه بيشترين كاربرد رادارد اما در صتايع نظامي ديگر كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد

رادار در عين ساده گي چقدر پيچيده هستش !

با تشكر از پاتال عزيز...
لازم مي دونم بگم كه اين فقط توضيح مختصري از رادارها بود چون بي نهايت پيچيده هستن و كاربري هاشون هم بسيار زياد هست...
موفق باشيد. :)

پاتال جان مرسي!!
فقط اگه ميشه عكسها رو هم يه جور نشون بده
راستيsecondary چي شد
بازم تشكر ;)