www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Различия между радиолокатором, сонаром и лидаром

Сходство между радиолокатором, сонаром (гидролокатором) и лидаром очевидно: во всех трех технологиях выполняется измерение времени задержки между излученным и отраженным от цели сигналами, на основе чего рассчитывается дальность до цели, а часто даже строится изображение зондируемой области.

направление колебания
направление распространения

Рисунок 1. Поперечная волна (сверху) и продольная волна (снизу)

направление колебания
направление распространения

Рисунок 1. Поперечная волна (сверху) и продольная волна (снизу)

направление колебания
направление распространения

Рисунок 1. Поперечная волна (сверху) и продольная волна (снизу)

Радиолокатор

В радиолокаторах для измерения времени задержки сигнала используются электромагнитные волны. Скорость их распространения в атмосфере близка к скорости света. Частота волн в данном случае может иметь значение в интервале от 30 килогерц до 230 гигагерц (в настоящее время). В этом спектре частот содержатся диапазоны частот, в которых режимы распространения и условия распространения электромагнитных волн различаются, что влияет на характеристики радиолокатора.

Электромагнитные волны являются поперечными волнами (Рисунок 1, сверху), их колебания происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Направление колебаний определяется поляризацией. Для повышения качества обнаружения может применяться зондирование на разных поляризациях, что дает возможность полнее задействовать отражательные характеристики цели.

Сонар (гидролокатор)

В гидролокации для измерения времени задержки используются акустические (звуковые) волны. Как правило, это ультразвук, следовательно, его частота лежит за пределами слышимого диапазона. Акустические волны являются продольными волнами (Рисунок 1, снизу): колебания происходят вдоль направления распространения. Поляризация волн, подобно электромагнитным волнам, не возможна. Кроме этого, в отличие от электромагнитных волн, акустические волны требуют среды для распространения. При этом каждая среда характеризуется своей скоростью распространения акустической волны. Построение изображений возможно только в случае, если среда распространения примерно однородна. В гидролокации такой средой является вода, то есть объекты лоцирования находятся под водой. Поэтому сонары, в основном, имеют морские применения.

Лидар

В лидаре для измерения времени задержки используются световые импульсы, следовательно, он наиболее подобен радиолокатору. Его наивысшие частоты находятся в диапазоне петагерц и обычно определяются длиной волны в вакууме. Также может использоваться инфракрасный диапазон. Разные поляризации возможны, однако сам этот термин в радиолокации имеет более упрощенную трактовку в сравнении с оптикой, поэтому при сравнении этих терминов необходимо быть внимательным.

Рисунок 2. Интервал когерентности света (сверху – относительно большой, снизу – небольшой); стрелками показаны случайные скачки фазы, которые одновременно могут быть и изменением направления поляризации

Рисунок 2. Интервал когерентности света (сверху – относительно большой, снизу – небольшой); стрелками показаны случайные скачки фазы, которые одновременно могут быть и изменением направления поляризации

Рисунок 2. Интервал когерентности света (сверху – относительно большой, снизу – небольшой); стрелками показаны случайные скачки фазы, которые одновременно могут быть и изменением направления поляризации

Измерения допплеровских частот определяются особенностями технологии лидара, которые отличаются от радиолокации. Применительно к свету термин когерентность применяется только в пределах некоторого интервала когерентности (Рисунок 2), который обычно находится в микродиапазоне. За его пределами возникают случайные скачки фазы, что препятствует дальнейшей когерентной обработке сигнала. В отличие от этого, в радиолокаторах с полностью когерентным генерированием зондирующего сигнала интервал когерентности неограничен. По причине ограничения интервала когерентности применения CW и FMCW в лидаре практически невозможны.

По этой причине в радиолокации деполяризация оценивается только как поворот плоскости поляризации волны, поскольку различные отдельные компоненты отражения когерентно накладываются на волну с новой поляризацией. Таким образом, различия в длине интервала когерентности для сравниваемых технологий (радиолокатор и лидар) оказывает непосредственное влияние на отражение от объемных целей. В этом случае отраженные радиолокационные сигналы накладываются друг на друга и могут даже полностью подавляться (см. Круговая поляризация). Поэтому лидары особенно широко используются для метеорологических наблюдений. Лазерные дальномеры находят применение в военном деле, однако они могут использоваться в условиях хорошей оптической видимости (помним: радиолокатор не зависит от видимости и условий освещения).