Radar – definition, virkemåde, anvendelser og historie

Radar: definition, virkemåde, anvendelser og historie — forstå radiobølgernes rolle i lokalisering, hastigheds- og rækkeviddemåling samt radarteknikkens udvikling.

Radar er en maskine, der bruger radiobølger til ekkolokalisering for at finde objekter som f.eks. fly, skibe og regn. Radaren bestemmer ikke blot om et objekt er til stede, men kan også måle afstand, retning, størrelse og bevægelse, afhængigt af systemets udformning og frekvensområde.

De grundlæggende dele af en radar er:

• Senderen skaber radiobølgerne.
• Antennen leder radiobølgerne.
• Modtageren måler de bølger, der bliver kastet tilbage af objektet.
• Signalbehandling: elektronikken, der bearbejder de modtagne signaler, fjerner støj og registrerer ekkoer.
• Visning og registrering: skærm eller computer, der viser objekternes position og bevægelse for en operatør eller et automatiseret system.

Virkemåde

Radarsenderen sender korte eller kontinuerlige radioimpulser ud. Ved at kontrollere, hvor ofte de hurtige impulser af radarenergi sendes ud af en radarsender (kaldet senderens "pulsrepetitionsfrekvens"), og hvor lang tid det tager for den reflekterede impulsenergi at komme tilbage til radarmodtageren, kan man se, hvor objekter befinder sig, og hvor langt væk de er. Digitale kredsløb i en radarmodtager beregner afstanden til et objekt ved at kende tidsintervallet mellem energipulserne. Radarmodtagerens digitale kredsløb tæller, hvor lang tid det tager mellem pulserne, før et objekts reflekterede energi bliver registreret af radarmodtageren. Da radarimpulser sendes og modtages med omtrent lysets hastighed, kan afstanden til et objekt let beregnes. Dette gøres i digitale kredsløb ved at multiplicere lysets hastighed med den tid, det tager at modtage den radarenergi, der reflekteres tilbage fra et objekt.

Ud over tidsmåling benytter mange radarer også Doppler-effekten: hvis et objekt bevæger sig mod eller væk fra radaren, ændres frekvensen af det reflekterede signal en smule. Denne frekvensforskydning giver mulighed for at måle objektets hastighed langs radarlinjen (radialhastighed). Kombinationen af pulsteknik og Doppler-måling kaldes ofte pulse-Doppler-radar.

Tiden mellem impulserne har indflydelse på, hvor langt væk et objekt kan detekteres. Denne afstand kaldes "rækkevidden" for en radarsender og -modtager. Radarsendere og -modtagere bruger langsomme gentagelsesfrekvenser til at finde afstanden til objekter, der er langt væk. Dette gør det muligt at bestemme afstanden til f.eks. månen nøjagtigt. Hurtig gentagelse bruges til at registrere objekter, der er meget tættere på, som f.eks. skibe på havet, højtflyvende fly eller til at bestemme hastigheden af hurtigt kørende biler på motorveje.

Typer af radar

• Pulseradar: sender korte kraftige impulser og måler tiden til ekkoet vender tilbage – almindelig til rangeringsmålinger.
• Kontinuerlig bølge (CW) og Doppler-radar: måler bevægelse og hastighed ved hjælp af Doppler-effekten; ofte brugt i fartmåling og vejr-radarer.
• Fasedarray og elektronisk scanningsradar (AESA/ PESA): styrer retningen af strålen elektrisk uden at bevæge antennen mekanisk, hvilket giver hurtig sporing og flere samtidige spor.
• Meteorologisk radar: måler nedbør og skyer, ofte med polarimetri for bedre bestemmelse af regn, hagl og sne.
• Sø- og navigationsradar: designet til at finde både og kystlinjer under dårlige sigtforhold.
• Primær og sekundær luftfartsradar: primær radar detekterer objekter ved refleksion; sekundær radar kommunikerer med flyets transponder for identifikation og højde.

Anvendelser

Radar anvendes på et utal af måder i både civil og militær sammenhæng:

• Lufttrafikstyring: overvågning af flytrafik og konfliktundgåelse.
• Maritim navigation: kollisionsadvarsel, kystovervågning og søredning.
• Meteorologi: overvågning af regn, stormsystemer og vejrudsigter.
• Fartkontrol: politiets hastighedsmålinger på veje.
• Bilindustri: adaptiv fartpilot, automatisk nødbremsning og parkeringshjælp.
• Rumsensorik og radarastronomi: afstands- og hastighedsmåling af asteroider, kortlægning af planeter og måneoverflader.
• Militære systemer: tidlig varsling, ildledning, missildetektion og overvågning.

Historie

Radar blev første gang brugt i 1904 af Christian Hülsmeyer. Han fik et patent på radar (Reichspatent nr. 165546). Den tidlige teknologi var enkel, men ideen om at bruge radiobølger til at finde objekter blev videreudviklet i 1930'erne og tidligt i 1940'erne. Radar var af afgørende betydning under slaget om England og andre dele af Anden Verdenskrig. Den hurtige krigsudvikling førte til store forbedringer i rækkevidde, pålidelighed og signalbehandling, og det lykkedes ikke for akselandene at holde trit med den britiske og amerikanske radarteknologi under krigen.

Efter krigen blev radarteknologi udbredt til civile formål som vejrudsigter, luftfart og maritim navigation. Siden er teknologien løbende forbedret med digitale signalprocessorer, højfrekvente komponenter og avancerede antenneteknikker.

Ordet RADAR

Ordet RADAR blev skabt i 1942 som en forkortelse for Radio Detection and Ranging. Dette akronym erstattede den britiske initialiseringsbetegnelse RDF (Radio Direction Finding). Mange mennesker opfatter nu ordet som et almindeligt ord og ikke længere som et akronym.

FAA og radartyper i luftfart

FAA (Federal Aviation Administration) bruger flere forskellige slags radarer:

• Primary Surveillance Radar (PSR): registrerer fly ved at måle tilbagekastet energi fra flyets overflade.
• Secondary Surveillance Radar (SSR): kommunikerer med flyets transponder og kan give identifikation og højdeoplysninger (Mode A/C/S).
• Airport Surveillance Radar (ASR): lokaliserer og sporer fly i lufthavnens nærområde.
• Terminal Doppler Weather Radar (TDWR) og NEXRAD: meteorologiske systemer, der hjælper med at opdage farligt vejr i og omkring lufthavne.
• Airport Surface Detection Equipment (ASDE): overvåger bevægelser på lufthavnsbaner og rullebaner for at forhindre sammenstød på jorden.

Begrænsninger og udfordringer

• Støj og klutter: refleksioner fra terræn, havoverflade, bygninger eller nedbør kan skjule svage mål.
• Rækkevidde og opløsning: højere frekvenser giver bedre opløsning, men kortere rækkevidde og større dæmpning i atmosfæren.
• Stealth og elektronisk krigsførelse: materialer og former kan mindske radarrefleksion (radar cross-section), og modforanstaltninger kan forstyrre radardrift.
• Multipath og interferens: signaler, der reflekteres flere gange, kan forårsage fejltolkninger.

Fremtid

Udviklingen bevæger sig mod stadig mere digital behandling, aktive elektronisk scannende antenner (AESA), multiple-input multiple-output (MIMO) radarer, og brug af kunstig intelligens til at genkende og klassificere mål samt reducere støj og falske alarmer. I mange anvendelser supplerer radar andre sensorer som lidar og kameraer for at give robuste, fler-sensor løsninger.

Samlet set er radar en alsidig teknologi, der fortsat udvikles og tilpasses nye opgaver inden for både civil og militær anvendelse.

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er Radar?

Q: Hvad er de grundlæggende dele af en radar?

Spørgsmål: Hvordan måler radaren afstanden?

Spørgsmål: Hvad blev radaren først brugt til?

Spørgsmål: Hvordan blev radar populært under Anden Verdenskrig?

Spørgsmål: Hvad står RADAR for?

Spørgsmål: Hvilke typer radarer bruger FAA?

Søg efter bogstav