pŘednÁŠka 1
DESCRIPTION
MRAR – Radioloka ční a radionaviga ční systémy. PŘEDNÁŠKA 1. 24. 9 . 20 1 3. Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně. MRAR : PŘEDNÁŠKA 1. Úloha radiolokace Typy radarů Aplikace radarů Kmitočtová pásma Parametry radarů Historický vývoj radiolokace. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
PŘEDNÁŠKA 1.
MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy
Jiří ŠebestaÚstav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
18. 9. 2017
strana 2
MRAR: PŘEDNÁŠKA 1.
Úloha radiolokaceÚloha radiolokace
Typy radarůTypy radarů
Aplikace radarůAplikace radarů
Kmitočtová pásmaKmitočtová pásma
Parametry radarůParametry radarů
Historický vývoj radiolokaceHistorický vývoj radiolokace
strana 3
Radiolokací rozumíme zjišťování objektů v prostoru a určování jejich polohy a parametrů pohybu pomocí elektro-magnetických vln.
MRAR-P1: Úloha radiolokace (1/1)
Zařízení určená pro plnění zmíněných úkolů nazýváme radiolokátory, zkr. RLS (radiolokační systém), nebo lokátory nebo radary
RADARRADAR = = RaRadio dio DDetection etection aand nd RRanginganging
SONAR = Sound Navigation and Ranging
LIDAR = Laser-Instrument Distance and Range
Radiolokační cíl = TARGET
strana 4
MRAR-P1: Typy radarů (1/1)
Primární radiolokátoryPrimární radiolokátory (aktivní RLS)(aktivní RLS)
impulsníimpulsní
kontinuální (cca do 1 kmkontinuální (cca do 1 km – – 110 km, nap0 km, např. FM výškoměry)ř. FM výškoměry)
Sekundární radiolokátorySekundární radiolokátory (aktivní RLS s aktivním odpovídačem)(aktivní RLS s aktivním odpovídačem)
Poloaktivní radiolokátoryPoloaktivní radiolokátory
Pasivní radiolokátoryPasivní radiolokátory
směroměrné
dopplerovské
časoměrné
strana 5
MRAR-P1: Aplikace radarů (1/6)
PRIMÁRNÍ RLS: PŘEHLEDOVÝ RADIOLOKÁTOR (ATC)
RL-64 (ŘLP Brno Tuřany): f = 2,7 - 2,9 GHz, PW = 1,1 s, PRF = 1 kHz, Ppeak = 800 kW, RPM = 15 r/min, HBW = 1,4°, NF = 2,1 dB
ATC = Air Traffic Control
strana 6
MRAR-P1: Aplikace radarů (2/6)
PRIMÁRNÍ RLS: PŘISTÁVACÍ RADIOLOKÁTOR (ATC) RP-5PAR: X-band, PRF = 2,2/3,3 kHz, Ppeak = 2x175 kW, dosah 30 km
(20 km za deště), krytí: azimut 30°, elev. -1° až 9°, výška 0-3000 m
PAR = Precision Approach Radar
strana 7
MRAR-P1: Aplikace radarů (3/6)
PRIMÁRNÍ RLS: METEOROLOGICKÝ DOPPLEROVSKÝ RADAR
Weather radar
Reflectivity – Rayleigh scattering
strana 8
MRAR-P1: Aplikace radarů (4/6)
PRIMÁRNÍ RLS: RADAR PROTIVZDUŠNÉ LETECKÉ OBRANY RAT31SL
Dole - fázované anténní pole primárního radaru DBF = Digital Beam Forming
Nahoře – anténa pro sekunární přehledový radar SSR = Secondary Surveillance Radar
strana 9
MRAR-P1: Aplikace radarů (5/6)
PRIMÁRNÍ RLS: RADAR PROTIRAKETOVÉ OBRANY XBR
Impulsní primární radar 10,5 GHz
Fázované anténní pole – 17000 zářičů (horn)
Nízkoztrátový kryt proti povětrnostním vlivům Radom = RAdar DOMe
strana 10
MRAR-P1: Aplikace radarů (6/6)
PASIVNÍ RLS: RADAR TDOA Stanice radarového systému TAMARA
Pasivní časoměrný systém TDOA = Time Difference of Arrival
strana 11
MRAR-P1: Kmitočtová pásma (1/1)
strana 12
MRAR-P1: Parametry radarů (1/3)
Parametry technické - charakterizují vlastnosti jednotlivých dílčích částí radiolokátoru :
pracovní kmitočet
druh použité modulace
výkon vysílače
citlivost přijímače
vyzařovací diagram anténního systému
počet a druh výstupních zařízení
schopnost potlačení odezev od pevných cílů
strana 13
Parametry taktické - parametry určující použití a celkové schopnosti lokátoru identifikovat cíl a jeho prostorové pa-rametry:
oblast přehledování
doba přehledu
počet a druh určovaných souřadnic a přesnost jejich určení
rozlišovací schopnost (v dálce a úhlu)
odolnost proti rušení (z hlediska taktického)
MRAR-P1: Parametry radarů (2/3)
strana 14
MRAR-P1: Parametry radarů (3/3)
Ke zhodnocení většiny taktických vlastností (dosah, přesnost, rozlišovací schopnost) se používají statistické metody – hledá se pravděpodobnost dosažení určitých hodnot daných vlastností. (Např. dosahem lokátoru rozumíme vzdálenost, která odpovídá tzv. 50% zjištění cíle)
Radiolokátor je obecně měřící zařízení, pro které platí obecné vlastnosti měřící systémy charakterizující včetně chyb měření:
chyby systematické (opakující se soustavně při každém měření – chyba kalibrace)
chyby nahodilé (způsobuje zpracování signálu, šum)
strana 15
MRAR-P1: Historický vývoj (1/18)
18861886 Hertz demonstroval odraz Hertz demonstroval odraz elektromagnetické vlny v laborator-elektromagnetické vlny v laborator-ních podmínkáchních podmínkách
19001900 Tesla popsal matematicky řešení Tesla popsal matematicky řešení detekce odrazu elmag. vlny od detekce odrazu elmag. vlny od objektu a výpočty pro radarové objektu a výpočty pro radarové měření rychlosti měření rychlosti
1904 patent „Telemobilskopu“ Hülsmeyer – měření velkých objektů (vlaky, lodě)
1924 Appleton (NP) a Barnett měřili výšku ionosféry pomocí systému s kmitočtovou modulací
Patent „Telemobilskopu“
strana 16
MRAR-P1: Historický vývoj (2/18)
Princip měření výšku ionosféry pomocí systému s kmitočtovou modulací
Princip vyuPrincip využívají FM-CW radary žívají FM-CW radary
výškoměry malých výšek (4,3 GHz)výškoměry malých výšek (4,3 GHz)
antikolizní radary (76 GHz)antikolizní radary (76 GHz)
strana 17
MRAR-P1: Historický vývoj (3/18)
Praktické řešení FM-CW pro 4,3 GHz od S53MW http://lea.hamradio.si/~s53mv/avnr/adesign.html
strana 18
MRAR-P1: Historický vývoj (4/18)
1925 použil Breit a Tuve k měření výšky ionosféry impulsní metodu. Tento způsob zjišťování vzdálenosti je založen na přesném měření doby, která uplyne mezi vysláním radiového impulsu k ionosféře a návratem odražené energie k vysílači používá se v leteckých výškoměrech
1928 první praktický radiolokační systém - radiovýškoměr pracující s kmitočtovou modulací
Princip Princip se se používá se v leteckých výškoměrech
strana 19
MRAR-P1: Historický vývoj (5/18)
19301930 Taylor dokázal, že i malé cíle mohou být zdrojem měřitelných odrazů
1931 - 1933 byly v Anglii a USA publikovány údaje o odrazu rádiových vln od letadel. Zjistilo se, že takové cíle jsou zdrojem slabých, ale technicky detekovatelných odrazů. Od této doby se stala konstrukce RLS problémem technologickým
1938 byl vybudován řetěz výstražných radiolokátorů CH (Chain Home) pro obranu Londýna a ústí Temže - vlnová délka 15 m, výkon vysílače v impulsu 150 kW (později 1 MW), délka impulsu 12 s a opakovací kmitočtem 25 Hz, dosahem do 200 km
strana 20
MRAR-P1: Historický vývoj (6/18)
Chain Home
= Early Warning Radar
strana 21
MRAR-P1: Historický vývoj (7/18)
19391939 byl sestrojen první letecký lokátor typ AI, = 1,5 m
1940 byl v Anglii vyvinut první magnetron, pro radiolokaci ho však nejdříve použili Američané
od 1940 byly výzkumné práce amerických a anglických vědců sjednoceny, USA se zaměřili na vývoj centimetrového radiolokátoru pro stíhací letouny a centimetrového RLS pro řízení protiletadlové palby
Aplikace magnetronu ve vysílačích radiolokačních systémů pozvedl úroveň americké radiolokace v období války na světovou špičku
strana 22
MRAR-P1: Historický vývoj (8/18)
1940 soustava přehledových radiolokátorů s pracovním kmitočtem 106 MHz na tichomořských ostrovech
Na Hawai v provozu v době napadení přístavu Pearl Harbour japonskými letadly, bohužel operační středisko vyhodnotilo situaci špatně a mylně se domnívalo, že cíle zaměřené radarem jsou spojenecké bombardéry.
1942 dutinový magnetron se špičkovým výkonem 2 MW pro pásmo 10 cm a 300 kW v pásmu 3 cm
Vývoj centimetrového radiolokátoru pro stíhací letouny a centimetrového RLS pro řízení protiletadlové palby
strana 23
MRAR-P1: Historický vývoj (9/18)
Němečtí odborníci sestrojili na začátku 2. světové války výstražný radiolokátor Freya, pracující s = 2,4 m a s dosahem 120 km a lokátor pro řízení protiletadlové palby Würzburg s = 50 cm s dosahem 30 km. V roce 1942 sestrojili palubní RLS Fug s = 2 m a dosahem až 6 km.
Při přechodu ke kratším vlnovým délkám však narazili na technické problémy a přijali závěr, že cm vlny nejsou pro konstrukci RLS vhodné. To byl osudový omyl, který byl způsoben neschopností sestrojit vhodné magnetrony a klystrony, které jsou pro zajištění většího dosahu centimetrových radiolokátorů bezpodmínečně nutné.
strana 24
MRAR-P1: Historický vývoj (10/18)
Jedna Freya po válce
A taky jeden Wuerzburg v Normandii, jeden je ve VTM Lešany
strana 25
MRAR-P1: Historický vývoj (11/18)
Současně s rozvojem radiolokace se objevila i řada prostředků pro rušení jejich činnosti
Během 2. světové války se ke zmatení nepřítele používaly staniolové proužky s délkou odpovídající polovině vlnové délky elektromagnetické vlny radaru protivníka
K eliminaci tohoto způsobu rušení, resp. maskování, byly záhy aplikovány metody indikace pohyblivých cílů MTI = Moving Target Indication
Aplikace rádiových prostředků pro rušení
strana 26
MRAR-P1: Historický vývoj (12/18)
Po druhé světové válce budování velkých systémů pro snímání vzdušných prostorů
Studená válka nutí vybudovat systémy zahorizontálních radarů OTHR = Over the Horizon Radar (typicky jako bistatický systém – prostorově oddělený TX a RX)
Využití radarů v civilním sektoru
Polovodičová technika
Signálové procesory
Techniky potlačení clutteru (nežádoucí odrazy)
Pokročilé metody zpracování, např. technika syntetických antén SAR = Synthetic Aperture Radar
Fúze informací z radarů a dalších čidel.
strana 27
MRAR-P1: Historický vývoj (13/18)
Přijímací anténa amerického OTHR
strana 28
MRAR-P1: Historický vývoj (14/18)
Sovětský OTHR DUGA „Russian Woodpecker“ s pracovní frekvencí 4 až 30 MHz, PRF 10 Hz (3 stanice: 2x UA, 1x Sibiř)
Jedna ze stanic: DUGA-1, cca 6 km od JE Černobylhttps://mapy.cz/zakladni?x=30.0664260&y=51.3058052&z=16&base=ophoto
strana 29
MRAR-P1: Historický vývoj (15/18)
Dosažitelný vf. výkon - elektronky vs. polovodiče
strana 30
MRAR-P1: Historický vývoj (16/18)
Georadar (Ground Penetrating Radar)
strana 31
MRAR-P1: Historický vývoj (17/18)
Radar se syntetickou aperturou (Synthetic Aperture Radar)
strana 32
MRAR-P1: Historický vývoj (18/18)
Antikolizní radar (Collision Avoidance Radar)
strana 33
Děkuji za vaši pozornostAnténní pole radaru XBR obsahuje cca 17000 ant. elementů