www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

2D или 3D радари

Изображение 1: Диаграма на типичен 2D радар, въртяща се косекансквадратна диаграма на насоченост на антена.

Изображение 1: Диаграма на типичен 2D радар, въртяща се косекансквадратна диаграма на насоченост на антена

2D или 3D радари

Двуизмерен радар

Радарът за въздушно разузнаване трябва да сканира пространство с определен размер около радара за ехо-сигнали от самолети. Диаграмата на антената му е съобразена с поставената задача. Най-често се използва въртяща се ветрилообразна или косекансквадратна диаграма на насоченост на антена. Тази форма на пространствено сканиране се нарича двуизмерен или 2D радар. С такъв радар могат да се измерят само две координати за определяне на позицията. Два самолета, летящи един над друг, могат да бъдат открити само като една (но тогава по-голяма) цел с този радар.

За третата координата, информацията за височината (като ъгъл на място или като изчислена височина), в началото на радарната технология (около Втората световна война и дори в следвоенния период) два радара е трябвало да работят заедно. Единият радар е работил като обзорен радар, а вторият радар е бил специализиран като така нареченият радиовисотомер. И двата вида радари - обзорен радар и радиовисотомера - можеха да измерват само по две координати, така че и в двата случая ставаше дума за двуизмерен радар.

При радарното оборудване, използвано от армията, факторът цена играе по-скоро второстепенна роля. От друга страна, за радарите за контрол на въздушното движение радарът не трябва да бъде твърде скъп. По тази причина за разузнаване на въздушното пространство обикновено се използват само 2D радари. В този случай височината на полета се определя от вторичния радар.

Изображение 2: Схема на типичен 3D радарен модул, комбинация от бързо електронно завъртане на иглообразен лъч и механично въртене.

Изображение 2: Схема на типичен 3D радарен модул, комбинация от бързо електронно завъртане на иглообразен лъч и механично въртене.

Триизмерен радар

Когато измерванията на трите пространствени координати се извършват в рамките на един радар, той се нарича триизмерен радар или 3D радар.

Специална форма на 3D радар е метеорологичният радар. Той сканира пространството по спираловидна схема с вертикално и хоризонтално много тясна диаграма на насоченост на антена. Въпреки това за едно пълно преминаване са необходими до 15 минути с въртене и завъртане на антената във всички посоки. Това време е изключено за въздушен разузнавателен радар, тъй като много бързи самолети могат да изминат огромно разстояние за тези 15 минути. Самолет, движещ се със скоростта на звука, изминава почти 300 км за 15 минути!

Първоначално 3D радарът за въздушно разузнаване изискваше много технически усилия. Няколко канала за приемане трябваше да съществуват паралелно, а антената трябваше да осигурява няколко начина на приемане. Такъв радар беше например Medium Power Radar (MPR), който днес вече не е в експлоатация. Огромната му параболична антена имаше 36 рупорни излъчвателя и образуваше общо различни тесни диаграми на приемане, които бяха подредени една над друга под различни ъгли на място. От информацията за това в кой от 12-те приемни канала се обработва ехосигналът и в каква посока сочат диаграмите им, можеше да се интерполира точният ъгъл на височина и да се изчисли височината на целта, като се използва измереното разстояние. В случай на предаване е трябвало да се изпрати изключително голяма мощност на предаване във всичките посоки едновременно. Поради това и двете изходни стъпала на предавателя се състояха от импулсни високомощни клистрони, които осигуряваха импулсна мощност до 20 мегавата.

По-старите 3D радари с плоска или само линейна фазирана антенна решетка не предават във всички посоки, които трябва да се наблюдават едновременно. Тези антени могат да сканират пространства само в рамките на ограничен сектор. Тук има две възможности: или антената се върти под страничен ъгъл и електронно сканира само ъгъла на височина, или четири антени са статично разпределени около носителя, като всяка покрива само 90°, но позволява общо 360° разузнаване. В този случай, дори когато предава, антената излъчва само в определена посока и след това изчаква ехосигнал от тази посока.

Въртящата се антена има решаващ недостатък. Тъй като отделните височинни ъгли се сканират един след друг във времето, тя не трябва да се върти твърде бързо, за да не се получат пропуски в разузнаването поради ограничения бюджет от време. Вариантът със статични антени, от друга страна, има времевото предимство, че на практика четири радара сканират пространството едновременно и подлежат само на една обща обработка на радиолокационните данни. Тук радарната система може да се използва много по-гъвкаво и да поема няколко задачи като многофункционален радар. Затова съвременните радари винаги са многофункционални радари.

Само с възможността за цифрово формиране на лъча и произтичащата от това паралелна обработка на всички приемни канали този времеви проблем ще бъде напълно преодолян. Въпреки това, както и при MPR, цялата сканирана зона трябва да бъде осветена с излъчената енергия в момента на предаването. С помощта на една-единствена, много специална антена тип «гарваново гнездо», патент на Института за високочестотна физика и радарни технологии «Фраунхофер» (FHR), може да се наблюдава едновременно цялата полусфера около радарната площадка.

Съществува ли такова нещо като 4D радар?

Четвъртото измерение понякога се определя физически като време. Пренесено към координатите на целта на радара, това би било доплеровата честота. Доплеровата честота обаче се измерва и от класическите 2D радари, без те да се превръщат в 3D радари. Тъй като 3D радарът измерва доплеровата честота като четвърти параметър в допълнение към страничния ъгъл, ъгъла на място и разстояние на наклона (а всеки съвременен разузнавателен радар би трябвало да може да прави това), изведнъж ли се предполага, че той е 4D радар?

Така че 4D радарът е просто модна дума за насърчаване на продажбите, която няма нищо общо с четвъртото измерение.