انواع رادار و کاربرد آنها

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
فهرست مطالب
فصل اول
مقدمه:
1-1-اصول كلي رادار و عملكرد آن
فصل دوم
رادارهاي ردياب و انواع آنها
1-2-رديابي با رادار
2-2-سوئيچ كردن شعاع آنتن (Sequential lobing)
3-2-مرور مخروطي (Conical Scan)
4-2-مولد باكسار (Boxcar Generator)
فصل سوم
رادار ردياب تك پالس
1-3-اصول عملكرد رادار ردياب تك پالس
2-3-مقايسه گر دامنه تك پالسي
3-3-سيستم رديابي هايبريد
4-3-رديابي تك پالس با مقايسه گر فاز
فصل چهارم
شبيه سازي رادار مونوپالس
1-4-بلوك دياگرام شبيه سازي رادار مونوپالس
2-4-شبيه‌سازي مسير هدف
3-4- شبيه سازي سيگنال دريافتي
4-4-شبيه سازي آنتن منو پالس :

اصول كلي رادار و عملكرد آن
رادار يك سيستم الكترومغناطيسي است كه براي تشخيص و تعيين موقعيت هدفها به كار مي رود. اين دستگاه بر اساس يك شكل موج خاص به طرف هدف براي مثال يك موج سينوسي با مدولاسيون پالسي(Pulse- Modulated) و تجزيه وتحليل بازتاب (Echo) آن عمل مي كند. رادار به منظور توسعه توانايي حسي‏هاي چندگانه انساني براي مشاهده محيط اطراف مخصوصاً حس بصري به كار گرفته شده است. ارزش رادار در اين نيست كه جايگزين چشم شود بلكه ارزش آن در عملياتي است كه با چشم نمي توان انجام داد. رادار نمي تواند جزئيات را مثل چشم مورد بررسي قرار دهد و يا رنگ اجسام را با دقتي كه چشم دارد تشخيص داد بلكه با رادار مي توان درون محيطي را كه براي چشم غير قابل نفوذ است ديد مثل تاريكي، باران، مه، برف و غبار و غيره. مهمترين مزيت رادار، توانايي آن در تعيين فاصله يا حدود هدف مي باشد.
يك رادار ساده شامل آنتن فرستنده، آنتن گيرنده و عنصر آشكارساز انرژي يا گيرنده مي‏باشد. آنتن فرستنده پرتوهاي الكترومغناطيسي توليد شده توسط نوسانگر (Oscillator) را منتشر مي كند. بخشي از سيگنال ارسالي (رفت) به هدف خورده و در جهات مختلف منعكس مي گردد. براي رادار انرژي برگشتي در خلاف جهت ارسال مهم است.

آنتن گيرنده انرژي برگشتي را دريافت و به گيرنده مي دهد. در گيرنده بر روي انرژي برگشتي عملياتي، براي تشخيص وجود هدف و تعيين فاصله و سرعت نسبي آن، انجام مي‌شود. فاصله آنتن تا هدف با اندازه گيري زمان رفت و برگشت سيگنال رادار معين مي‌شود. تشخيص جهت، يا موقعيت زاويه اي هدف توسط جهت دريافت موج برگتشي از هدف امكان پذير است. روش معمول بري مشخص كردن جهت هدف، به كار بردن آنتن با شعاع تشعشعي باريك مي باشد. اگر هدف نسبت به رادار داراي سرعت نسبي باشد، تغيير فركانس حامل موج برگشتي (اثر دوپلر) (Doppler) معياري از اين سرعت نسبي (شعاعي) ميباشد كه ممكن است براي تشخيص اهداف متحرك از اهداف ساكن به كار برود.در رادارهايي كه بطور پيوسته هدف را رديابي مي كنند، سرعت تغيير محل هدف نيز بطور پيوسته آشكار مي‌شود.
نام رادار براي تاكيد روي آزمايشهاي اوليه دستگاهي كه آشكارسازي وجود هدف و تعيين فاصله آن را انجام مي داده بكار رفته است. كلمه رادار (RADAR) اختصاري از كلمات: Radio Detection And Ranging است، چرا كه رادار در ابتدا به عنوان وسيله اي براي هشدار نزديك شدن هواپيماي دشمن به كار مي رفت و ضدهوائي را در جهت مورد نظر مي گرداند. اگر چه امروزه توسط رادارهاي جديد و با طراحي خوب اطلاعات بيشتري از هدف، علاوه بر فاصله آن بدست مي آيد، ولي تعيين فاصله هدف (تا فرستنده) هنوز يكي از مهمترين وظايف رادار مي باشد. به نظر مي رسد كه هيچ تكنيك ديگري به خوبي و به سرعت رادار قادر به اندازه گيري اين فاصله نيست.
معمولترين شكل موج در رادارها يك قطار از پالسهاي باريك مستطيلي است كه موج حامل سينوسي را مدوله مي كند. فاصله هدف با اندازه گيري زمان رفت و برگشت يك پالس، TR به دست مي آيد. از آنجا كه امواج الكترومغناطيسي با سرعت نور در فضا منتشر مي شوند. پس اين فاصله، R، برابر است با:
(1-1)
به محض ارسال يك پالس توسط رادار، بايستي قبل از ارسال پالس بعدي يك مدت زمان كافي بگذرد تا همه سيگنالهاي انعكاسي دريافت و تشخيص داده شوند.
بنابراين سرعت ارسال پالسها توسط دورترين فاصله‏اي كه انتظار مي رود هدف در آن فاصله باشد تعيين مي گردد. اگر تواتر تكرار پالسها (Pulse Repetiton Frequency) خيلي بالا باشد، ممكن است سيگنالهاي برگشتي از بعضي اهداف پس از ارسال پالس بعدي به گيرنده برسند و ابهام در اندازه گيري فاصله ايجاد گردد. انعكاسهايي كه پس از ارسال پالس بعدي دريافت مي شوند را اصطلاحاً انعكاسهاي مربوط به پريود دوم (Second-Time-Around) گويند چنين انعكاسي در صورتي كه به عنوان انعكاس مربوط به دومين پريود شناخته نشود ممكن است فاصله راداري خيلي كمتري را نسبت به مقدار واقعي نشان بدهد.
حداكثر فاصله اي كه پس از آن اهداف به صورت انعكاسهاي مربوط به پريود دوم ظاهر مي گردند را حداكثر فاصله بدون ابهام (Maximum Unambiguous Range) گويند و برابر است با:
(2-1)
كه در آن =تواتر تكرار پالس بر حسب هرتز مي باشد. در شكل زير حداكثر فاصله بدون ابهام بر حسب تواتر تكرار پالس رسم شده است.
اگر چه رادارهاي معمولي يك موج با مدولاسيون پالسي(pulse-Modulated Waveform) ساده را انتشار مي دهند ولي انواع مدولاسيون مناسب ديگري نيز امكان پذير است حامل پالس ممكن است داراي مدولاسيون فركانس يا فاز باشد تا سيگنالهاي برگشتي پس از دريافت در زمان فشرده شوند. اين عمل مزايايي درقدرت تفكيك بالا در فاصله (High Range Resolution) مي‌شود بدون اين كه احتياج به پالس باريك كوتاه مدت باشد. روش استفاده از يك پالس مدوله شده طولاني براي دسترسي به قدرت تفكيك بالاي يك پالس باريك، اما با انرژي يك پالس طولاني، به نام فشردگي پالس (Pulse Compression) مشهور است.
در اين مورد موج پيوسته (CW) را نيز مي توان به كاربرد و ازجابجايي تواتر دوپلر. براي جداسازي انعكاس دريافتي از سيگنالرفت و انعكاسهاي ناشي از عوامل ناخواسته ساكن(Cluttre) استفاده نمود. با استفاده از موج CW مدوله نشده نمي توان فاصله را تعيين كرد و براي اين كار بايد مدولاسيون فركانس يا فاز به كار رود.
2-1-فرم ساده معادله رادار
معادله رادار برد رادار را به مشخصات فرستنده، گيرنده، آنتن، هدف و محيط مربوط مي سازد. اين معادله نه تنها جهت تعيين حداكثر فاصله هدف تا رادارمفيد است بلكه براي فهم عملكرد رادارو پايه‏اي براي طراحي رادار به كار مي رود.
در اين قسمت فرم ساده معادله رادار ارائه مي گردد.