רדאר הוא קבוצה של שיטות מדעיות ואמצעים טכניים המשמשים לקביעת הקואורדינטות והמאפיינים של עצם באמצעות גלי רדיו. האובייקט הנחקר מכונה לעתים קרובות יעד מכ ם (או פשוט יעד).
עקרון הרדאר
ציוד ומתקנים רדיו המיועדים לביצוע משימות מכ"ם נקראים מערכות או התקני מכ"ם (רדאר או מכ"ם). היסודות של המכ"ם מבוססים על התופעות והתכונות הפיזיקליות הבאות:
- במדיום ההתפשטות מפוזרים עליהם גלי רדיו הפוגשים עצמים בעלי תכונות חשמליות שונות. הגל המוחזר מהמטרה (או מהקרינה שלו) מאפשר למערכות מכ"ם לזהות ולזהות את המטרה.
- במרחקים ארוכים, ההנחה היא שהתפשטות גלי הרדיו היא ישר, עם מהירות קבועה במדיום ידוע. הנחה זו מאפשרת למדוד את הטווח למטרה ואת הקואורדינטות הזוויתיות שלה (עם שגיאה מסוימת).
- בהתבסס על אפקט הדופלר, התדר של האות המוחזר המתקבל מחשבת את המהירות הרדיאלית של נקודת הקרינהלגבי RLU.
רקע היסטורי
היכולת של גלי רדיו להשתקף הודגשה על ידי הפיזיקאי הדגול G. Hertz ומהנדס החשמל הרוסי A. S. פופוב בסוף המאה ה-19. על פי פטנט משנת 1904, המכ"ם הראשון נוצר על ידי המהנדס הגרמני ק. הולמאייר. המכשיר, שאותו כינה טלמובילוסקופ, שימש בספינות שחרשו את הריין. בקשר לפיתוח טכנולוגיית התעופה, השימוש במכ"ם נראה מבטיח מאוד כמרכיב של הגנה אווירית. מחקר בתחום זה נערך על ידי מומחים מובילים ממדינות רבות בעולם.
בשנת 1932, פאבל קונדראטיביץ' אושצ'פקוב, חוקר ב-LEFI (המכון האלקטרופיזי של לנינגרד), תיאר את העיקרון הבסיסי של המכ"ם בעבודותיו. הוא, בשיתוף עם הקולגות ב.ק. שמבל ו-V. V. צימבלין בקיץ 1934 הדגים אב טיפוס של מתקן מכ"ם שזיהה מטרה בגובה 150 מ' במרחק של 600 מ'.
סוגי רדאר
אופי הקרינה האלקטרומגנטית של המטרה מאפשרת לנו לדבר על מספר סוגים של מכ ם:
- רדאר פסיבי חוקר את הקרינה שלו (תרמית, אלקטרומגנטית וכו') שמייצר מטרות (רקטות, מטוסים, עצמים בחלל).
- פעיל עם תגובה פעילה מתבצע אם האובייקט מצויד במשדר משלו ובאינטראקציה איתומתרחש על פי אלגוריתם "בקשה - תגובה".
- פעיל עם תגובה פסיבית כולל מחקר של אות הרדיו המשני (המשתקף). תחנת המכ"ם במקרה זה מורכבת ממשדר ומקלט.
- מכ"ם פעיל למחצה הוא מקרה מיוחד של פעיל, במקרה שבו מקלט הקרינה המוחזרת ממוקם מחוץ לרדאר (לדוגמה, זהו אלמנט מבני של טיל איתור).
לכל מין יתרונות וחסרונות משלו.
שיטות וציוד
כל אמצעי המכ"ם לפי השיטה הנהוגה מחולקים למכ"מים של קרינה רציפה ופועמת.
הראשונים מכילים משדר ומקלט קרינה, הפועלים בו זמנית וברציפות. על פי עיקרון זה נוצרו מכשירי הרדאר הראשונים. דוגמה למערכת כזו היא מד גובה רדיו (מכשיר מטוס הקובע את המרחק של כלי טיס מפני השטח של כדור הארץ) או מכ ם הידוע לכל הנהגים הקובע את מהירותו של כלי רכב.
בשיטת הפולס, אנרגיה אלקטרומגנטית נפלטת בפולסים קצרים תוך מספר מיקרו-שניות. לאחר הפקת אות, התחנה פועלת רק עבור קליטה. לאחר לכידת ורישום גלי הרדיו המוחזרים, המכ ם משדר דופק חדש והמחזורים חוזרים על עצמם.
מצבי הפעלה של מכ"ם
ישנם שני מצבי פעולה עיקריים של תחנות ומכשירים מכ"ם. הראשון הוא סריקת שטח. זה מתבצע על פי קפדנותמערכת. עם סקירה רציפה, התנועה של אלומת המכ"ם יכולה להיות מעגלית, ספירלית, חרוטית, סקטוריאלית. לדוגמה, מערך אנטנות יכול להסתובב לאט במעגל (באזימוט) ובו זמנית לסרוק בגובה (הטיה למעלה ולמטה). בסריקה מקבילה, הסקירה מתבצעת על ידי אלומת קרני מכ"ם. לכל אחד יש מקלט משלו, מספר זרימות מידע מעובדות בו-זמנית.
מצב מעקב מרמז על כיווניות קבועה של האנטנה לאובייקט שנבחר. כדי להפוך אותו, לפי מסלול של מטרה נעה, נעשה שימוש במערכות מעקב אוטומטיות מיוחדות.
אלגוריתם לקביעת הטווח והכיוון
מהירות ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים באטמוספירה היא 300 אלף קמ ש. לכן, לדעת את הזמן המושקע על ידי אות השידור כדי לכסות את המרחק מהתחנה למטרה ובחזרה, קל לחשב את המרחק של האובייקט. לשם כך, יש צורך לרשום במדויק את זמן שליחת הדופק ואת רגע קבלת האות המשתקף.
כדי לקבל מידע על מיקום המטרה, נעשה שימוש במכ"ם בעל כיווניות גבוהה. קביעת האזימוט והגובה (הגובה או הגובה) של עצם נעשית על ידי אנטנה בעלת אלומה צרה. מכ"מים מודרניים משתמשים לשם כך במערכי אנטנה מדורגים (PAR), המסוגלים להגדיר אלומה צרה יותר ומאופיינים במהירות סיבוב גבוהה. ככלל, תהליך סריקת החלל מתבצע על ידי לפחות שתי אלומות.
פרמטרי מערכת ראשיים
מאתמאפיינים טקטיים וטכניים של ציוד תלויים במידה רבה ביעילות ובאיכות של המשימות.
האינדיקטורים הטקטיים של המכ ם כוללים:
- הצג אזור מוגבל על ידי טווח זיהוי יעד מינימלי ומקסימלי, זוויות אזימוט וגובה מותרים.
- רזולוציה בטווח, אזימוט, גובה ומהירות (היכולת לקבוע את הפרמטרים של יעדים קרובים).
- דיוק המדידה, הנמדד על ידי נוכחות של שגיאות גסות, שיטתיות או אקראיות.
- חסינות ואמינות רעשים.
- מידת האוטומציה לחילוץ ועיבוד זרם הנתונים הנכנסים.
מאפיינים טקטיים ספציפיים נקבעים בעת תכנון מכשירים באמצעות פרמטרים טכניים מסוימים, כולל:
- תדר נושא והאפנון של תנודות שנוצרו;
- תבניות אנטנה;
- כוח של התקני שידור וקבלה;
- מידות ומשקל כוללות של המערכת.
בתפקיד
רדאר הוא כלי אוניברסלי בשימוש נרחב בצבא, במדע ובכלכלה הלאומית. תחומי השימוש מתרחבים בהתמדה עקב פיתוח ושיפור של אמצעים טכניים וטכנולוגיות מדידה.
השימוש במכ"ם בתעשייה הצבאית מאפשר לנו לפתור את המשימות החשובות של סקירה ושליטה בחלל, זיהוי מטרות ניידות אוויר, קרקע ומים. לְלֹאמכ"מים, אי אפשר לדמיין ציוד המשרת לתמיכת מידע של מערכות ניווט ומערכות בקרת ירי.
המכ ם הצבאי הוא מרכיב הליבה של מערכת התרעה אסטרטגית מפני טילים והגנה משולבת מפני טילים.
רדיו אסטרונומיה
נשלחים מפני השטח של כדור הארץ, גלי רדיו מוחזרים גם מעצמים בחלל קרוב ורחוק, כמו גם ממטרות קרובות לכדור הארץ. אובייקטים בחלל רבים לא ניתנו לחקור במלואו רק בשימוש במכשירים אופטיים, ורק השימוש בשיטות מכ"ם באסטרונומיה איפשר לקבל מידע עשיר על טבעם ומבנהם. מכ"ם פסיבי לחקר הירח שימש לראשונה על ידי אסטרונומים אמריקאים והונגרים ב-1946. בערך באותו זמן, גם אותות רדיו מהחלל החיצון התקבלו בטעות.
בטלסקופי רדיו מודרניים, לאנטנת הקליטה יש צורה של קערה כדורית קעורה גדולה (כמו מראה של רפלקטור אופטי). ככל שהקוטר שלו גדול יותר, האות שהאנטנה תוכל לקלוט חלש יותר. לעתים קרובות, טלסקופי רדיו פועלים בצורה מורכבת, ומשלבים לא רק מכשירים הממוקמים קרוב זה לזה, אלא גם ממוקמים ביבשות שונות. בין המשימות החשובות ביותר של אסטרונומיה הרדיו המודרנית היא חקר פולסרים וגלקסיות עם גרעינים פעילים, חקר המדיום הבין-כוכבי.
שימוש אזרחי
בחקלאות וייעור, מכ"םהתקנים הכרחיים לקבלת מידע על התפלגות וצפיפות המוני הצמחים, לימוד המבנה, הפרמטרים והסוגים של קרקעות וזיהוי בזמן של שריפות. בגיאוגרפיה ובגיאולוגיה, מכ"ם משמש לביצוע עבודה טופוגרפית וגיאומורפולוגית, קביעת מבנה והרכבם של סלעים וחיפוש אחר מרבצי מינרלים. בהידרולוגיה ובאוקיאנוגרפיה משתמשים בשיטות מכ"ם כדי לנטר את מצב דרכי המים הראשיים של המדינה, כיסוי השלג והקרח, ולמפות את קו החוף.
Radar הוא עוזר הכרחי עבור מטאורולוגים. המכ ם יכול לברר בקלות את מצב האטמוספירה במרחק של עשרות קילומטרים, ובאמצעות ניתוח הנתונים המתקבלים מתבצעת תחזית לשינויים בתנאי מזג האוויר באזור מסוים.
סיכויים לפיתוח
עבור תחנת מכ"ם מודרנית, קריטריון ההערכה העיקרי הוא היחס בין יעילות ואיכות. יעילות מתייחסת למאפייני הביצועים המוכללים של ציוד. יצירת מכ"ם מושלם היא משימה הנדסית ומדעית וטכנית מורכבת, שיישומה אפשרי רק עם שימוש בהישגים האחרונים באלקטרומכניקה ואלקטרוניקה, אינפורמטיקה וטכנולוגיית מחשבים, אנרגיה.
לפי תחזיות המומחים, בעתיד הקרוב, היחידות הפונקציונליות העיקריות של תחנות ברמות מורכבות ומטרות שונות יהיו מערכי פאזות אקטיביים במצב מוצק (מערכי אנטנה מדורגים), הממירים אותות אנלוגיים לאותות דיגיטליים.. התפתחותמתחם המחשבים יבצע אוטומציה מלאה של השליטה והפונקציות הבסיסיות של המכ ם, ויספק למשתמש הקצה ניתוח מקיף של המידע המתקבל.
