Radar

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Německý radar Würzburg Riese z období druhé světové války v Douvres-la-Délivrande, Calvados, Francie

Radiolokátor neboli radar (anglický akronym pro Radio Detection And Ranging) - je elektronický přístroj určený k identifikaci, zaměření a určení vzdálenosti objektů pomocí velmi krátkých elektromagnetických vln (centimetrových a decimetrových).

Princip činnosti[editovat | editovat zdroj]

Mikrovlnné energie (používané frekvence se podle určení radiolokátoru pohybují od 30 MHz až po desítky GHz) jsou vysílány ve velmi krátkých impulzech o velkém výkonu (výkon je určující pro dosah a vlastnosti) a v pauzách jsou přijímány odražené vlny. Vyslané vlny se při šíření prostorem mohou odrážet od objektů (cílů) nebo od rozhraní jednotlivých prostředí (oblačnost, rozhraní teplého a studeného vzduchu atd.). Vzdálenost (u letounů tzv. šikmá dálka) detekovaných předmětů je určována pomocí časové korelace vyslaného a přijímaného signálu. U jednoduchých přístrojů se zobrazuje tato vzdálenost v měřítku přístroje jako horizontální délka diagramu, příjem odraženého signálu jako vertikální úsečka. Prostorový obraz poskytují pozdější radiolokátorové sestavy s pohyblivými anténami v horizontálním i vertikálním směru. U dnes obvyklých panoramatických přístrojů horizontální anténa rotuje. Není to však podmínkou, fázované antény umožňují měnit směr vysílání a příjmu i bez pohybu. Moderní 3D přehledový lokátor tedy využívá rotaci antény a zároveň manipuluje s vysílacím a přijímacím svazkem což mu umožňuje měřit výšku cíle. Na stínítku pozorovací obrazovky se paprsek pohybuje souhlasně s anténou a při zachycení odrazu zesílí intenzita jeho světla (tímto způsobem bylo využíváno vlastností luminoforu na stínítku k integrování a tedy jistému způsobu filtrace), současně se vysvěcují úhlové a vzdálenostní značky takže v měřítku přístroje vznikne na obrazovce mapa měřené oblasti s vyznačením všech odrážejících předmětů, jako jsou letadla a lodi s vyznačením jejich dopravních koridorů, velké městské objekty, vodní toky apod. Analogová zobrazovací zařízení jsou dnes nahrazována digitálními (tzv. extraktory), které umožňují zobrazovat více údajů, jsou přesnější v měření parametrů, komfortnější pro uživatele a umožňují snazší distribuci získaných dat uživatelům (případně současné slučování dat z více čidel).

Princip radaru 2[editovat | editovat zdroj]

Spočívá v tom, že ve vysílači jsou vytvářeny vysokofrekvenční elektromagnetické impulsy. Základním prvkem vysílače bývá zpravidla výkonová elektronka (magnetron, klystron aj.) nebo polovodičový prvek (užívá se pro menší výkony nebo spojení více prvků) generující potřebnou elmag. energii. Ta je vysílána anténou v určitém svazku (šířka svazku definuje rozlišovací schopnost lokátoru a intenzitu elmag. energie ve směru což má vliv na dosah, typický přehledový lokátor má šířku svazku v horizontální rovině cca v rozmezí 1,2°; ve vertikální rovině v rozmezí cca 20-45°) a šíří se přímočaře přibližně rychlostí světla (299 792 458 m/s). Narazí-li na nějaký předmět, odrazí se pod stejným úhlem, pod kterým na předmět dopadla. Pouze vysílací impulsy, které dopadnou na objekt pod úhlem 90°, se odrazí tak, že se vrátí zpět do antény. V přijímači jsou impulsy odražených signálů zpracovány přijímačem a na indikátoru jsou viditelné jako kresba světlých skvrn. Radarové impulsy, které nedopadnou pod pravým úhlem, jsou odvedeny do volného prostoru. Nedospějí zpět do antény a nemohou proto vytvořit žádný obraz odraženého signálu. Čím je anténa větší oproti vlnové délce vysílané energie, tím dokáže vyslat užší paprsek a obraz je přesnější. O rozlišovací schopnosti v dálce pak rozhoduje délka (čas generování vf. energie) vyslaného impulzu a způsob zpracování (např. impuls délky 1 mikrosekundy umožňuje bez použití komprese impulzu měřit s rozlišovací schopností 150 m). Dosah radiolokátoru je pak dán výkonem vysílače, intenzitou šířící se energie (dáno charakteristikami antény), velikostí efektivní odrazné plochy cíle,charakterem vysílaného signálu (parametry a zpracování), útlumem v prostředí a citlivostí přijímače jež určují možnost detekce cíle vzhledem k energetickým poměrům. Jednoznačný dosah vyplývá z frekvence opakování vysílání (pokud je zachycen odražený impuls později nežli je vyslán další nelze jednoznačně stanovit vzdálenost cíle) a případnou změnou této frekvence (některé složitější radiolokátory využívají tuto změnu frekvence opakování vysílání k odstranění nejednoznačnosti měření vzdálenosti).

Uvedené principy platí v případě že vlnová délka dopadající energie je dostatečně „malá“ oproti ploše na kterou dopadá.V případě že objekt na který dopadá šířící se energie je přibližně stejných rozměrů jako je vlnová délka šířící se energie a objekt je z vhodného materiálu (kov), dochází k odrazu díky rezonanci elmag. vlnění na takovém objektu a vlny se od něj odráží zpět i bez ohledu na úhel dopadu (objekt funguje jako dipól a má tak efektivní odraznou plochu větší nežli jsou skutečné rozměry). Typickým příkladem jsou například antény na povrchu letadel atd. Rovněž při dopadu na rozhraní prostředí může dojít k odrazu (teplý a studený vzduch v okolí trysek letounu, kroupy atd.).

Také přímočaré šíření prostorem je idealizovaný stav. Vlivem atmosféry a země dochází při šíření k „ohýbání“. Při použití lokátoru na delší vzdálenost se proto bere v úvahu i vliv země (někdy se těchto efektů i využívá - „zahorizontální radiolokace“).

Zvláštním případem je pak radiolokátor se stálou vlnou který negeneruje impulsy nýbrž vyzařuje neustále a umožňuje tak jednoznačné měření dálky jen na vzdálenost danou vlnovou délkou (signál může být modulován za účelem možnosti měření větší vzdálenosti). Využívá se především k měření rychlosti (např. policejní radar RAMER-7), kde vzdálenost objektu není důležitá (rychlost se měří podle Dopplerova posunu).

Aktivní radar[editovat | editovat zdroj]

Primární radar[editovat | editovat zdroj]

Primární radar je klasický aktivní radar, kdy vysílač (pozemní nebo palubní) vysílá mikrovlnnou energii ve formě impulzů nebo stálé vlny a v čase mimo vysílání přijímá odrazy od objektů (letadel, vzducholodí, mraků, země…) jež se nacházejí ve směru kam je energie vyslána.

V případě, že nejsou vysílány impulsy ale stálá vlna (CW), bývají anténní systémy pro vysílání a příjem zpravidla oddělené. Použití stálé vlny umožňuje precizní měření radiální rychlosti (rychlost objektu vůči vysílači) na základě Dopplerova jevu (změna vlnové délky v závislosti na rychlosti objektu a rychlosti šíření elmag. vln v prostoru). Stejný efekt je využíván i u impulsních radarů pro rozlišení pohybujících se cílů (např. nízkoletícího letounu mezi odrazy od země atd.)

Sekundární radar[editovat | editovat zdroj]

Sekundární radar je aktivní radar, který potřebuje ke své činnosti další zařízení na palubě letadla, tzv. odpovídač. Na zemi je umístěno zařízení, které se nazývá dotazovač a dále je na zemi umístěn přijímač sekundárního radaru. Dotazovač se v pravidelných intervalech dotazuje a každý dotázaný odpovídač odpovídá svým kódem, který má přidělený pro daný let od řízení letového provozu. Sekundární radar tedy dokáže identifikovat jednotlivá letadla. Při provozu v módu C nebo S je odpovídač propojen ještě s kodérem výšky (enkodérem), takže do odpovědi může být zakódována i výška letu letadla.

Standardní dotaz SSR (secondary surveillance radar - sekundární přehledový radar) v normě ICAO (International Civil Aviation Organization) má podobu třech impulsů s definovanou časovou prodlevou na nosné frekvenci 1030 MHz. Šířka všech impulsů je 0.8 mikrosekund. Časová prodleva mezi prvním a posledním impulzem určuje mód dotazu, druhý impuls pak slouží k zamezení spuštění odpovědí od letounů, jež se nenacházejí ve směru orientace hlavního svazku antény. Toho se dociluje tím, že první a poslední impulz jsou vyslány směrovou anténou s vysokým ziskem, druhý impulz pak anténou s podstatně širším svazkem. Přijímač odpovídače pak porovná amplitudy a časy příchodu jednotlivých impulsů. Pokud je amplituda druhého impulsu vyšší než prvního u třetího není vysílána odpověď, protože se přijímač (letoun) nenachází v oblasti hlavního svazku a případná odpověď by tak způsobovala vznik falešných cílů. Z časového rozdílu mezi impulsy pak přijímač vyhodnotí mód dotazu.

Mód 1 - Prodleva mezi impulsy 1 a 3 je 3 ± 1 mikrosekund, je určen pro vojenské aplikace.

Mód 2 - Prodleva mezi impulsy 1 a 3 je 5 ± 0.2 mikrosekund, je určen pro vojenské aplikace.

Mód 3/A - Prodleva mezi impulsy 1 a 3 je 8 ± 0.2 mikrosekund. Používá se pro identifikaci letadel pomocí tak zvaných kódů SIF (selective identification feature). Čtyřmístné identifikační číslo (tzv. „squawk“ nebo „alfa“) je letounu přiděleno v průběhu letu orgánem ŘLP.

Mód B - Prodleva 17 ± 0.2 mikrosekund, určen pro řízení letového provozu v civilní oblasti. Není celosvětově využíván.

Mód C - Prodleva 21 ± 0.2 mikrosekund, odpověď jako u módu A doplněná o barometrickou výšku.

Mód D - Prodleva 25 ± 0.2 mikrosekund, určen pro civilní oblast. Není celosvětově využíván.

Odpověď je vysílána na frekvenci 1090 MHz a skládá se ze sady impulsů udávajících číslo od 0000 po 7777. První a poslední impuls (bránovací impulsy) jsou použity k měření vzdálenosti cíle a jsou vyslány 20,3 mikrosekund po sobě (samy o sobě udávají kód 0000). Některá čísla odpovědí jsou vyhrazena zvláštním případům např.

  • 7500 - nezákonný zásah
  • 7600 - ztráta spojení
  • 7700 - stav nouze
  • 0000 - vyhrazeno pro budoucí použití

Mód S

Dotaz v tomto módu je určen pouze jednomu letadlu a je konfigurován tak, aby ostatní letadla neodpovídala. Základní identifikační kód letadla v tomto módu je pak pevně přidělen a nemění se během letu jako u ostatních módů. Kód letadla je při instalaci odpovídače na letadlo uložen trvale do jeho paměti a může ho změnit jen oprávněná osoba např. při změně rejstříkového zápisu (domovského státu letadla).

Pro určené kategorie letadel v určených vzdušných prostorech je předepsáno vybavení odpovídačem v módu S / EHS (Enhanced Surveillance - zdokonalený přehled). V tomto rozšířeném módu jsou z letadla po dotazu sekundárního radaru automaticky předávány do pozemního zařízení další údaje: magnetický (kompasový) kurz letu, indikovaná rychlost letu, svislá rychlost (klesání/stoupání), úhel příčného náklonu, rychlost změny traťového úhlu (otáčení do zatáčky), skutečný traťový úhel (proti zemi), traťová rychlost, zvolená výška letu (na voliči autopilota nebo výstražné soustavy dodržování letové hladiny). Tyto údaje umožňují pak další zpracování v pozemních soustavách ŘLP např. pro výstrahu před možnými kolizemi letadel.

Odpovídačem v módu S musí být vybaveny i obslužné pozemní prostředky na velkých letištích, aby bylo možné účinně předcházet jejich případným kolizím s operujícími letadly. V odpovědní zprávě odpovídače S módu je jednoznačně rozlišeno, zda je odpověď odeslána z prostředku, který je trvale v kontaktu se zemí, nebo letí ve vzduchu.

Signálu radarového odpovídače využívají také další soustavy, které můžou být v letadle nainstalovány. Jedná se zejména o výstražné soustavy TCAS nebo ACAS, jejichž účelem je zabránit kolizi letadel zejména na leteckých tratích a v prostorech s intenzivním letovým provozem.

Podobně jako dotazovače v normě ICAO fungují i vojenské varianty označované jako IFF (identification friend or foe - rozpoznání přítel/nepřítel). V zemích bývalého východního bloku byl užíván podobný systém ale na jiných frekvencích a s odlišnými strukturami dotazů a odpovědí.

Pasivní radar[editovat | editovat zdroj]

Palubní radar v bojovém letounu Northrop P-61

Pasivní radar pouze sleduje veškerou rádiovou komunikaci letadla, elektromagnetické rušení a vyzařování způsobované motorem a další elektronikou v letadle. Nejčastěji je využíváno signálů z odpovídačů SIF a palubních radiolokátorů. Při použití více antén na různých místech lze opět určit polohu a výšku letadla. V praxi se tyto radary v civilní sféře kombinují a výsledná situace je zobrazována na jednom monitoru.

Z hlediska metody určení polohy lze tyto systémy rozlišit na ty, které měří směr příchodu a ty které měří čas příchodu signálu.

Směroměrné systémy (označované DOA - direct of arrival nebo AOA - angle of arr.)zjišťují směr příchodu signálu na (minimálně) dvě stanoviště a pak pomocí triangulace určí místo kde se nachází zdroj signálu.

Časoměrné systémy (označované jako TOA - time of arr. nebo TDOA - time diference of arr.) pak využívají měření času příchodu impulsu přijímaného signálu na tři stanoviště, z časových rozdílů a rychlosti šíření signálu (konstantní,cca rychlost světla) se určí dráhový rozdíl mezi vzdálenostmi které musel signál urazit k jednotlivým stanovištím a pomocí známých poloh a vzdáleností mezi místy příjmu se určí poloha zdroje. Pro měření polohy ve 3D je potřeba minimálně 4 stanovišť. Na principu měření časových rozdílů příchodu signálu na jednotlivá stanoviště (TDOA) pracoval například systém Tamara.

Původ slova[editovat | editovat zdroj]

Slovo radar je zkratkou z anglických slov popisujících jeho funkci: Radio Detection And Ranging.

Mikrovlnná trouba[editovat | editovat zdroj]

V roce 1946 si Percy Spencer, který se zabýval výzkumem, při kterém se používaly magnetrony, všiml, že se potraviny, které jsou vystaveny účinkům mikrovlnného záření, zahřívají. Začal se o tuto zajímavou vlastnost blíže zajímat a na konci jeho snažení byl v roce 1947 první komerční model mikrovlnné trouby.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Kategorie Radars ve Wikimedia Commons