www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

2D nebo 3D radary

Obrázek 1: Schéma typického 2D radaru, rotační Cosecans² diagram.

Obrázek 1: Schéma typického 2D radaru, rotační Cosecans² diagram.

2D nebo 3D radary

2D radar

Přehledový radar musí prohledávat prostor o určité velikosti kolem radaru a hledat v něm echo signály z letadel. Jeho anténní diagram je přizpůsoben danému úkolu. Nejčastěji se používá rotační vějířovitý nebo kosekant-čtvercový radiační diagram. Tato forma prostorového skenování se pak nazývá 2D radar. U takového radaru lze k určení polohy měřit pouze dvě souřadnice. Dvě letadla letící nad sebou lze tímto radarem detekovat pouze jako jeden (ale pak větší) cíl.

Pro třetí souřadnici, informaci o výšce (buď jako elevační úhel, nebo jako vypočtenou výšku), musely na počátku radarové techniky (kolem druhé světové války a dokonce i v poválečném období) spolupracovat dva radary. Jeden radar pracoval jako přehledový radar a druhý radar byl tehdy specializován jako tzv. výškoměr. Oba typy radarů, tedy radar pro kruhové vyhledávání i radar pro vyhledávání výšky, mohly měřit každý pouze dvě souřadnice, takže v obou případech šlo o 2D radar.

V případě radarových zařízení používaných armádou hraje faktor nákladů spíše podružnou roli. U radarů pro řízení letového provozu naopak nesmí být radar příliš drahý. Z tohoto důvodu se pro průzkum vzdušného prostoru obvykle používají pouze 2D radary. Výšku letu pak zajišťuje sekundární radar.

Obrázek 2: Schéma typické 3D radarové jednotky, kombinace rychlého elektronického otáčení tužkového svazku a mechanického otáčení.

Obrázek 2: Schéma typické 3D radarové jednotky, kombinace rychlého elektronického otáčení tužkového svazku a mechanického otáčení.

3D radar

Pokud se měření všech tří prostorových souřadnic provádí v rámci jedné radarové jednotky, nazývá se 3D radar.

Speciální formou 3D radaru je meteorologický radar. Ten snímá prostor ve spirálovém tvaru s vertikálně a horizontálně velmi úzkým vyzařovacím diagramem antény. Kompletní průlet s otáčením a natáčením antény ve všech směrech však trvá až 15 minut. Tento časový postup nepřipadá pro průzkumný letecký radar v úvahu, protože velmi rychlá letadla mohou za těchto 15 minut překonat obrovskou vzdálenost. Letadlo letící rychlostí zvuku urazí za 15 minut téměř 300 km!

3D radar pro letecký průzkum původně vyžadoval velké technické úsilí. Muselo existovat několik paralelních přijímacích kanálů a anténa musela poskytovat několik vzorů příjmu. Takovým radarem byl například radar Medium Power Radar (MPR), který dnes již není v provozu. Jeho obrovská parabolická anténa měla 36 rohových zářičů a tvořila celkem 12 různých úzkých přijímacích diagramů, které byly seřazeny nad sebou pod různými elevačními úhly. Z informace, ve kterém z 12 přijímacích kanálů byl zpracováván echo signál a kterým směrem směřovaly jejich diagramy, bylo možné interpolovat přesný elevační úhel a na základě naměřené vzdálenosti vypočítat výšku cíle. V případě vysílání bylo třeba vyslat extrémně velký vysílací výkon do všech 12 směrů současně. Proto se oba výstupní stupně vysílače skládaly z pulzních vysokovýkonných klystronů, které poskytovaly pulzní výkon až 20 megawattů.

Starší 3D radary s planární nebo pouze lineární fázovanou anténou nevysílají ve všech směrech, které mají být sledovány současně. Tyto antény mohou snímat prostor pouze v omezeném sektoru. Existují zde dvě možnosti: buď se anténa otáčí v bočním úhlu a elektronicky skenuje pouze výškový úhel, nebo jsou kolem nosiče staticky rozmístěny čtyři antény, z nichž každá pokrývá pouze 90°, ale umožňuje celkem 360° průzkumu. V tomto případě anténa i při vysílání vysílá pouze v určitém směru a pak čeká na signál ozvěny z tohoto směru.

Rotační anténa má rozhodující nevýhodu. Protože se jednotlivé elevační úhly snímají postupně v čase, nesmí se otáčet příliš rychle, aby omezený časový rozpočet nezpůsobil mezery v průzkumu. Verze se statickými anténami má naproti tomu časovou výhodu v tom, že prakticky čtyři radary snímají prostor současně a podléhají pouze jednomu společnému zpracování radarových dat. Zde lze radarový systém využívat mnohem pružněji a jako multifunkční radar může převzít několik úkolů. Moderní radary jsou proto vždy multifunkční radary.

Teprve s možností digitálního formování svazku a z toho vyplývajícího paralelního zpracování všech přijímacích kanálů bude tento časový problém zcela překonán. Stejně jako v případě MPR však musí být pak celá snímaná oblast v okamžiku vysílání osvětlena vysílanou energií. S jedinou, velmi speciální anténou typu vraní hnízdo, která je patentem Fraunhoferova institutu pro vysokofrekvenční fyziku a radarovou techniku (FHR), by bylo možné sledovat celou polokouli kolem radarového stanoviště současně.

Existuje něco takového jako 4D radar?

Čtvrtý rozměr je někdy fyzikálně definován jako čas. Při aplikaci na souřadnice cíle radaru by to byla Dopplerova frekvence. Dopplerovu frekvenci však měří i klasické 2D radary, aniž by zmutovaly do 3D radarů. Protože 3D radar měří Dopplerovu frekvenci jako čtvrtý parametr vedle bočního úhlu, elevačního úhlu a šikmého dálku (a to by měl umět každý moderní průzkumný radar), má to být najednou 4D radar?

Takže 4D radar je jen módní slovo na podporu prodeje, které nemá se čtvrtým rozměrem nic společného.