Доплеров ефект в радара

Ефектът на Доплер е едно от забележителните открития в областта на изучаването на свойствата на вълновите явления. Универсалният му характер се определя от факта, че днес хиляди и хиляди различни устройства в различни области на човешката дейност работят на базата на този ефект. Феноменът, който тогава е кръстен на своя откривател, е открит от австрийския физик Кристиан Доплер още в средата на деветнадесети век. Доплер измерва свойствата на вълните, които идват към приемника от движещ се и неподвижен източник.

Ако разгледаме ефекта на Доплер в неговата най-проста форма, тогава трябва да се отбележи, че това физическо явление описва промяна в честотата на сигнала по отношение на количеството на изместване на източника на този сигнал от приемника, който го получава. Например, вълна, която идва от определен източник и която има определена фиксирана честота, ще бъде получена от приемника вече на различна честота, ако по време на преминаването й източникът и приемникът са променили местоположението си един спрямо друг, т.е. те са се преместили. В този случай индикаторът за честота ще се увеличи или намали в зависимост от посоката, в която източникът се измества спрямо приемника. Като се вземе предвид ефектът на Доплер, може недвусмислено да се каже, че ако приемникът се отдалечи от източника, стойността на честотата на вълната намалява. Ако приемникът се приближи до източника на вълново излъчване, тогава индикаторът за големината на честотата на вълната се увеличава. Съответно от тези закономерности се заключава, че ако източникът и приемникът на вълната не са променили местоположението си по време на нейното преминаване, тогава стойността на честотата на вълната ще остане същата.

Доплеровата честота е от голямо значение врадаравъв връзка с електромагнитните вълни.Въз основа на този ефект всички радарни станции и други устройства за откриване на движещи се обекти работят в голямо разнообразие от отрасли на човешката дейност.

Първичният (пасивен) радар служи главно за откриване на цели, като ги осветява с електромагнитна вълна и след това получава отражения (ехо) на тази вълна от целта. Тъй като скоростта на електромагнитните вълни е постоянна (скоростта на светлината), става възможно да се определи разстоянието до целта въз основа на измерването на различни параметри на разпространение на сигнала.

В сърцето на радарната станция са три компонента: предавател, антена и приемник.

Предавателят (предавателно устройство) е източник на електромагнитен сигнал с висока мощност. Може да бъде мощен генератор на импулси. За импулсни радари с сантиметров обхват обикновено е магнетрон или импулсен генератор, работещ по схемата: главният осцилатор е мощен усилвател, който най-често използва като генератор лампа с пътуваща вълна (TWT), а за радари с метров диапазон често се използва триодна лампа.

Антената извършва фокусиране на сигнала на предавателя и формиране на лъча, както и приемане на отразения от целта сигнал и предаване на този сигнал към приемника. В зависимост от изпълнението, приемането на отразения сигнал може да се извърши или от същата антена, или от друга, която понякога може да бъде разположена на значително разстояние от предавателното устройство. Ако предаването и приемането се комбинират в една антена, тези две действия се извършват последователно и така че мощен сигнал, изтичащ от предаващия предавател към приемника, да не заслепява приемника със слабо ехо, пред приемника се поставя специално устройство, което затваря входа на приемника по време на излъчванесондиращ сигнал.

Приемник (приемащо устройство) усилва и обработва получения сигнал. В най-простия случай полученият сигнал се прилага към лъчева тръба (екран), която показва изображение, синхронизирано с движението на антената.

Вторичен радар

Вторичният радар се използва в авиацията за идентификация. Основната характеристика е използването на активен транспондер в самолета.

Принципът на работа на вторичния радар е малко по-различен от принципа на първичния радар. Устройството на вторичната радиолокационна станция се основава на следните компоненти: предавател, антена, генератори на азимутни маркери, приемник, сигнален процесор, индикатор и самолетен транспондер с антена.

Предавателят се използва за генериране на заявени импулси в антената на честота 1030 MHz.

Антената се използва за излъчване на запитващи импулси и приемане на отразения сигнал. Според стандартите на ICAO за вторичен радар, антената излъчва на честота 1030 MHz и приема на честота 1090 MHz.

Генераторите на азимутни маркери се използват за генериране наазимутални маркери(англ.Azimuth Change Pulse, ACP) имаркировкиСевер (англ.Azimuth Reference Pulse, ARP). За едно завъртане на радарната антена се генерират 4096 малки азимутални марки (за стари системи) или 16384 подобрени малки азимутни марки (английскиImproved Azimuth Change pulse, IACP- за нови системи), както и една северна марка. Северната маркировка идва от генератора на азимутална маркировка с антената в такова положение, когато е насочена на север, а малките азимутни маркировки служат за отчитане на ъгъла на завъртане на антената.

Приемникът се използва за приемане на импулси с честота 1090 MHz.

Сигналният процесор служи за обработка на получените сигнали.

Индикаторът служи за показване на обработената информация.

Транспондер на самолет с антена се използва за предаване на импулсен радиосигнал, съдържащ допълнителна информация, обратно към радара при поискване.

Предимства на вторичен радар:

по-висока точност;
допълнителна информация за самолета (борден номер, надморска височина);
ниска мощност на излъчване в сравнение с първичните радари;