Radaras

Senas ir nebrangus civilinis laivo radaras iš kokių 1990 metų. Savo veikimu labai panašus į tuos karinius radarus, kokie buvo naudojami apie 1970 metus, tik daugybę kartų mažesnis ir pigesnis. Iš to, kaip neaiškiai radaro ekrane matosi neaišku kas, galima suprasti, kad ne taip jau paprasta su tais radarais dirbti.

Radaras - toksai įrenginys, skirtas lėktuvų, laivų ar dar kokių nors daiktų paieškai. Veikia radaras aido principu, panašiai kaip pingas: pasiunčia į kur nors signalą radijo bangomis, o tada laukia, kada tas signalas atgal sugrįš. Kai yra žinoma poasiųsto ir atgal grįžusio signalo kryptis ir taip pat žinomas laikas, per kiek tas signalas sugrįžo, galima sužinoti, kur tiksliai yra tasai dalykas, nuo kurio radaro bangos atsispindėjo.

Taigi, klasikinis radaras tiesiog suka savo anteną ratu, siuntinėja signalus, o gautus signalus rodo ekrane. Kuo vėliau signalas gautas, tuo toliau nuo ekrano centro į pakraštį jis rodomas. Taip ekranas tiesiog atvaizduoja visą tą radaro matomą vaizdą.

Radarų tipai pagal bangos ilgį

Pagrindinis radarų skirstymas yra pagal radijo bangos ilgį, kuriuo jie dirba. Šis skirstymas yra esminis todėl, kad nuo bangos ilgio priklauso, kokio dydžio objektas gali būti aptiktas, kaip toli jis gali būti aptiktas ir kiek jis gali užsimaskuoti nuo radaro visokiais triukšmais. Mažiausias objektas, kurį gali aptikti radaras - pusės bangos ilgio. Jei objektas yra mažesnis, radaras jo nemato.

Taigi, skirstymas yra toksai:

• Dekametriniai - dirba dešimties ar daugiau metrų bangomis. Naudojami tiktai balistinių raketų aptikimui už horizonto. Jas aptinka dėl to, kad raketų reaktyvinė čiurkšlė yra įkaitusi plazma, laidi elektrai, o todėl - atspindinti ir radijo bangas. Antenos gali būti tik stacionarios, dešimčių ar šimtų metrų dydžio.
• Metriniai - dažniausiai dirba maždaug vieno metro ar vos vos ilgesnėmis bangomis. Esminis privalumas - gali aptikti nematomus lėktuvus. Trūkumas - smarkiai neatsparūs trikdžiams, negebėjimas identifikuoti lėktuvo tipą. Dėl ilgos bangos gana atsparūs priešradarinėms bomboms ar raketoms, nes šios negali gerai nusitaikyti. Antenos - labai didelės, paprastai bent 3-5, o kartais ir keliolikos metrų dydžio.
• Decimetriniai - dirba 10 ar daugiau centimetrų bangomis, gana neblogai, nors ir ne visada gali aptikti nematomus lėktuvus. Lėktuvo tipą identifikuoja gana prastai, atsparumas trukdžiams vidutinis. Atsparumas antiradarinėms raketoms gana prastas, ypač tiems radarams, kurie dirba artimomis 10cm, t.y., trmpiausiomis bangomis. Antenos paprastai bent kelių metrų dydžio.
• Centimetriniai - dirba 1 ar daugiau centimetrų bangomis, gerai leidžia nustatyti lėktuvo tipą (pagal dydžio parametrus), gana atsparūs trukdžiams, yra kompaktiški, antena gali būti labai nedidelė, kartais net mažiau kaip metro skersmens. Lengvai ir tiksliai naikinamas antiradarinėmis raketomis.
• Milimetriniai - gali būti itin maži, antenos vos kelių dešimčių centimetrų dydžio. Gana neatsparūs prastam orui, nes šių dažnių radijo bangas neblogai sugeria vandens lašeliai (lietus, sniegas, debesys ir pan.). Gali būti naudojami labai mažų ir silpnų taikinių aptikimui, pvz., žmonių aptikimui, panašiai, kaip infraraudonosiomis bangomis. Gali būti labai taupūs energetiškai, tačiau patys lengvai aptinkami ir sunaikinami.

Radarų tipai pagal veikimo principą

Keli esminiai radarų tipai išsiskiria pagal tai, kokie jų veikimo principai. Jų yra keletas, tad pagal kiekvieną iš jų gali būti išskriami paskiri radarai:

• Aktyvūs radarai - patys siunčia signalą, patys gauna jį atgal. Privalumai - kai ta pati antena ir siunčia signalą, ir priima, radaras yra gana kompaktiškas, lengvai ir greitai pastatomas, lengvai sureguliuojamas. Trūkumas - sunaikinus siunčiančią anteną, sunaikinama ir daug sudėtingesnis priimantis kompleksas.
• Pusiau aktyvūs radarai arba pusiau pasyvūs radarai - radarai su atskirtomis siunčiančiomis ir priimančiomis antenomis, kur viena antena siunčia signalą, o kita priima. Trūkumas - daug sudėtingesnis konfigūravimas. Privalumas - siunčianti antena gali būti gana primityvi, pigi, pastatyta gana toli nuo priimančios, tad pagrindinė radaro dalis lieka saugi, kai ją bandoma sunaikinti antiradarinėmis priemonėmis.
• Pasyvūs radarai - naudojama tik viena ar kelios priimančios antenos, tuo tarpu vietoje siunčiančių yra naudojami kiti aplinkoje esantys radijo spinduliavimo šaltiniai, pvz., TV stotys, mobilaus ryšio stotys ir pan.. Esminis trūkumas - labai dideli reikalavimai radaro jautrumui, reikalingas gana sudėtingas signalų analizatorius (kompiuteris ir programinė įranga), paprastai negalimumas dirbti tik su viena priimančia antena (reikia 2-3). Privalumas - ne tik radaro buvimo vieta, bet net ir pats radaro veikimas išvis niekaip neidentifikuojamas.

Pagal signalo siuntimo pobūdį:

• Nuolatinės spinduliuotės, šiais laikais gana retas variantas, nes turi silpną galią, mažai atsparus trukdžiams. Teorinis privalumas - dėl nuolatinio signalo galima stebėti taikinių judėjimą dideliu praktiškai be uždelsimo, iškart, todėl tinka itin greitiems taikiniams sekti. Šiais laikais radarų variantai artimesni pastovios spinduliuotės radarams - tai radarai su signalo kaupimu ar ultraplataus spektro radarai - dalis jų naudoja nuolatinį spinduliavimą.
• Impulsiniai radarai, šiais laikais tipiški. Esmė - tos pačios bendros galios radaras siunčia pvz., 1/1000 laiko trukmės impulsus, kurių galia 1000x didesnė. Toksai režimas leidžia permušti trikdžius, todėl radaras gali veikti ir esant dideliam elektroninio triukšmo kiekiui, dėl aukštos galios gali lengviau pastebėti nematomus lėktuvus, veikti gali didesniais atstumais.
• Radarai su priimto signalo kaupimu - jų esmė ta, kad gana silpnas atsispindėjęs radaro signalas, kurio lygis artimas aplinkos triukšmo lygiui, ilgą laiką kaupiamas. Kadangi įprastas aplinkos triukšmas yra artimas baltąjam triukšmui, triukšminis signalas nesisumuoja, tuo tarpu naudingas signalas sumuojasi. Taigi, pvz., radaras gali sukaupti 100 impulsų atspindžius ir pagal tai nustatyti, kad iš kažkur ateina signalas, netgi jei triukšmo lygis ryškiai didesnis už naudingo signalo lygį. Esminis tokių radarų trūkumas - kadangi reikia priimti dešimtis, šimtus ar tūkstančius pasikartojančių naudingų signalų, tai trunka labai ilgai, todėl tokie radarai prastai tinkami greitiems taikiniams (pvz., lėktuvams) sekti.
• Ultraplataus spektro radarai - savo principais artimi radarams su signalo kaupimu, tačiau dirbantys kraštutinai plačiame diapazone. Esminis skirtumas - signalas siunčiamas labai plačiame diapazone (mažiausiai tūkstančius kartų platesniame už įprastą), naudojant pagal diapazonus skirtingus koduotus impulsus. Tokios technologijos leidžia naudoti bendrą didesnę radaro galią, nei įprastu signalo kaupimo atveju, todėl radaro greitaveika daug didesnė. Kartu tokie radarai leidžia pamatyti taikinius, prasimušant per didelį triukšmų kiekį, tuo tarpu paties radaro veikimas gali būti netgi išvis nepastebėtas priešo, nes bendras signalo lygis gali būti labai žemas.

Pagal signalų filtavimą:

• Įprasti, be jokio filtravimo priemonių, kurie rodo viską, ką gauna. Tokiu atveju tik operatorius, nuolat stebintis ekraną, pastebi pasikeitimus, todėl gali aptikti ir taikinius. Tokių radarų privalumas - kadangi jie rodo ir statinius, nesikeičiančius ar labai lėtai besikeičiančius objektus, jie tinka bendram aplinkos skanavimui, pvz., kaip jūriniai radarai, leidžiantys pamatyti aplinkui esančias salas. Trūkumas - dėl didelio kiekio atspindžių būna sunku pamatyti realiai pavojingus, judančius taikinius.
• Radarai su viršhorizontinio signalo išskyrimu. Tokių radarų esmė - didelis antenos kryptingumas leidžia sekti tik taikinius, kurie virš horizonto, nesekant žemai skrendančių. Tokiu atveju radaras nemato atspindžių nuo žemės paviršiaus. Esminis trūkumas - radarų antenos nėra idealiai kryptingos, tad toksai signalo išskyrimas praktiškai leidžia išskirti tik tuos taikinius, kurie skrenda gana aukštai, maždaug nuo 500-1500m aukštyje ar aukščiau. Taigi, žemai skrendantys taikiniai lieka nematomi.
• Radarai su pokyčių signalo išskyrimu. Tokie radarai pašalina nesikeičiantį signalą, tuo tarpu sustiprina tą, kuris pasikeitė nuo ankstesnio skanavimo ciklo. Taip galima išskirti judančius taikinius, kartu ignoruojant nejudančius. Tokie radarai gerai tinka oro gynybos sistemoms. Tačiau dėl filtravimo ribotumų kartais gali išfiltruoti per daug greitai, per daug lėtai judančius taikinius ar taikinius, kurie yra pridengti triukšmų šaltiniais. Senuose radaruose signalas būdavo išsaugomas specialiose radijo lempose (saugomas įelektrintas ankstesnio skanavimo atvaizdas lempoje, panašioje į ekraną), šiuolaikiniai radarai saugo ir kaupia signalą kompiuteriuose, kurie leidžia signalus analizuoti daug efektyviau ir tiksliau.
• Doplerio radarai - jie pagrįsti Doplerio efektu (dažnio pokyčiu bangoms, kurios atsispindi nuo judančių taikinių). Esminis privalumas - labai geras judančių taikinių filtravimas, nes žemės paviršius nejuda, tuo tarpu taikiniai juda. Problema - radaras negali išfiltruoti ir pamatyti taikinių, kurie juda pagal radaro apskritimo liestines, o gali matyti tik artėjančius ar tolstančius taikinius.
• Kombinuoti radarai naudoja kelis mechanizmus. Kaip pvz., jau vieni iš pirmųjų JAV radarinių kompleksų naudojo dvi paskiras posistemes - viena viršhorizontiniam stebėjimui su pokyčių signalo išskyrimu, o kita buvo Doplerio posistemė, skirta pavojingų netoli ir labai žemai skrendančių, artėjančių taikinių aptikimui.

Pagal antenas:

• Apskritiminio skanavimo - sukasi 360 laipsnių kampu, skanuodami visą aplinką. Daugeliu atvejų radaras turi parabolinę anteną, kuri visa sukasi. Tokios antenos būna naudojamos ir signalo siuntimui, ir priėmimui.
• Sektoriniai - stebi tam tikrą ribotą kampą, pvz., 60 laipsnių kampą. Paprastai tokiu atveju radaras turi nejudančią parabolinę anteną ir judantį spinduliuoklį, kurio signalas, atsispindėjęs nuo antenos, skanuoja kampinį sektorių kairėn-dešinėn. Tokie radarai naudojami, pvz., Buk zenitinėse sistemose ar daugelyje naikintuvų radarų. Savo veikimu išties artimi apskritimines antenas turintiems radarams, tiesiog turi kitokią krypčių trajektoriją.
• Aukštimačiai arba taikinio susekmo radarai, kurie turi mažą korizontalų kryptingumą, tačiau didelį vertikalų kryptingumą, naudojami pirmiausiai perimti tam tikro taikinio sekimą iš apskritinio skanavimo radaro, o paskui nustatyti tikslų taikinio aukštį ir erdvines koordinates, kurios perduodamos zenitinei sistemai.
• Sekimo ir nutaikymo radarai - turi gana didelio vertikalaus ir horizontalaus kryptingumo anteną, kuri siunčia signalą tiesiai į taikinį. Krypties į taikinį tikslumas palaikomas pagal tai, kad dėl riboto tyčinio antenos nuokrypio nuo parabolės, antenos spindulio centre yra aukštos galios signalas, o pakraščiuose silpnas. Taigi, galima tiksliai nukreipti radarą į taikinį. Paleista zenitinė raketa lygiai taip pat seka taikinį, pagal savo imtuvus nustatydama, ar nukrypsta nuo spindulio centro ir koreguodamasi. Priartėjusi prie taikinio, raketa ima gauti ir nuo taikinio atsispindėjusį signalą ir taip galutinai nusitaiko į taikinį.
• Pasyvios antenos su sintetine apertūra arba taip vadinamos pasyvios fazinės anteninės gardelės - turi didelį kiekį mažų antenų ir priėmimo stiprintuvų, kurie priimtą signalą gali išanalizuoti ir nustatyti jo kryptį, nejudant pačiai antenai. Tokia signalo analizė reikalauja gana sudėtingo priėmimo, fazės sukimo skaičiavimų priimtam signalui, todėl daug kainuoja. Privalumai - antenai nereikia judėti, ji gali vienu metu stebėti daug taikinių, esančių įvairiomis kryptimis.
• Aktyvios antenos su sintetine apertūra arba taip vadinamos aktyvios fazinės anteninės gardelės - turi daug antenų su paskirais valdomais siųstuvais, kurių signalai pagal fazę sumuojasi įvairiomis kryptimis. Kompiuteris, valdantis siųstuvus, parenka jų fazes taip, kad antena susintetina vieną ar kelis spindulius tam tikromis kryptimis, nors pati antena ir nejuda. Privalumai - galimybė turėti daug siuntimo spindulių įvairiomis kryptimis, atlikti visiškai visas skanavimo, aukštimačių, sekimo ir nutaikymo antenų funkcijas. Tokie radarai naudojami moderniausiose radarinėse sistemose.

Dar žr.

• Magnetronas - ta radijo lempa, kurios dėka atsirado galingi šiuolaikiniai radarai
• Mikrobangė krosnelė - toksai buitinis prietaisas, kuris yra faktiškai radaro siųstuvas, uždarytas į dėžę