世界中のさまざまな物体を観察できます。同様に、レーダーのような無線検出と測距は、パイロットがどこに移動しているかに気付かないため、霧の中を飛行しているパイロットを支援するために使用されます。飛行機で使用されるレーダーは、光の代わりに電波で動作するトーチライトに似ています。飛行機は点滅するレーダー信号を送信し、近くの物体からのその信号の兆候を聞き取ります。兆候に気付くと、飛行機は何かが近くにあることを識別し、兆候が到達するのにかかる時間を使用して、それがどれだけ離れているかを発見します。この記事では、レーダーとその動作の概要について説明します。

レーダーを発明したのは誰ですか？

いくつかの発明と同様に、レーダーシステムは、の特性に関する以前の研究の結果であったため、個人に信用を与えることは容易ではありません。電磁多数の電子機器のアクセシビリティのための放射線。主な関心事の問題は、第二次世界大戦の初期にさまざまな国で無線ロケーション技術が調査された軍事プライバシーの隠蔽によってさらに複雑になっています。

このレビューライターは、レーダーシステムが直接作成の明確な事例である場合、50年前に発行された航空機の無線による検出と位置に関するロバートワトソンワットのメモを最終的に結論付けました。したがって、この分野で最も重要な単独の出版物でした。英国の戦いにおける英国の業績は、運用の実現可能性を伴う技術的成長を含むレーダーシステムの拡張に多くを割り当てました。

レーダーシステムとは何ですか？

レーダーの略無線検出およびレンジングシステム。これは基本的に、レーダーが配置されているポイントからオブジェクトの位置と距離を検出するために使用される電磁システムです。これは、エネルギーを空間に放射し、オブジェクトからのエコーまたは反射信号を監視することによって機能します。 UHFおよびマイクロ波範囲で動作します。

レーダーは電磁センサーであり、特定の距離にあるさまざまな物体を認識、追跡、特定、および識別するために使用されます。レーダーの働きは、ターゲットの方向に電磁エネルギーを送信してエコーを観測し、ターゲットから戻ることです。ここでのターゲットは、船、航空機、天体、自動車、宇宙船、雨、鳥、昆虫などに他なりません。ターゲットの位置と速度に気付く代わりに、ターゲットの形状とサイズを取得することもあります。

赤外線および光学センシングデバイスと比較したレーダーの主な目的は、困難な気候条件の下で遠くのターゲットを発見し、それらの距離、範囲を精度で決定することです。レーダーには、ターゲットを配置するための照明源として知られている独自の送信機があります。一般に、周波数が400MHzから40GHzに及ぶ場合、ヘルツで計算される電磁スペクトルのマイクロ波領域で機能します。レーダーで使用される必須コンポーネント

レーダーは1930年から40年代にかけて急速に発展し、軍隊の要件に到達しました。それは、いくつかの技術的進歩が生み出されたところならどこでも、軍隊を通してまだ広く使われています。同時に、レーダーは、特に航空交通管制、気象観測、船舶の航行、環境、遠隔地からの検知、惑星の観測、産業用途での速度測定、宇宙監視、法執行などの民間用途でも利用されています。

動作原理

ザ・ レーダーの動作原理 電磁力を伝達するだけでなく、ターゲットに戻されるエネルギーを検査するため、非常に簡単です。返された信号がそれらのソースの位置で再び受信される場合、障害物が伝送経路にあります。これがレーダーの動作原理です。

レーダーの基礎

レーダーシステムは一般に、アンテナによって宇宙に放射される電磁信号を生成する送信機で構成されています。この信号が物体に当たると、さまざまな方向に反射または再放射されます。この反射信号またはエコー信号は、レーダーアンテナによって受信され、受信機に配信されます。レーダーアンテナでは、オブジェクトの地理的統計を決定するために処理されます。

範囲は、信号がレーダーからターゲットに移動して戻るまでにかかる時間を計算することによって決定されます。ターゲットの位置は、アンテナが指す最大振幅のエコー信号の方向から角度で測定されます。移動するオブジェクトの範囲と位置を測定するには、ドップラー効果を使用します。

このシステムの重要な部分は次のとおりです。

送信機： クライストロン、進行波管のようなパワーアンプ、またはマグネトロンのようなパワーオシレーターの場合があります。信号は最初に波形発生器を使用して生成され、次にパワーアンプで増幅されます。
導波管： 導波管は、レーダー信号を伝送するための伝送線路です。
アンテナ： 使用されるアンテナは、放物面反射鏡、平面アレイ、または電子的に操作されるフェーズドアレイです。
デュプレクサ： デュプレクサを使用すると、アンテナを送信機または受信機として使用できます。これは、送信機が動作しているときに受信機への入力で短絡を生成するガス状のデバイスである可能性があります。
レシーバー： これは、スーパーヘテロダイン受信機、または信号を処理して検出するプロセッサで構成されるその他の受信機にすることができます。
しきい値の決定： 受信機の出力は、オブジェクトの存在を検出するためにしきい値と比較されます。出力がいずれかのしきい値を下回っている場合は、ノイズが存在すると見なされます。

レーダーはどのようにラジオを使用しますか？

レーダーが船や飛行機に設置されると、無線信号を生成し、それらを宇宙に送信して何かで受信し、最後にそれを理解するための情報を表示するために、同様の重要なコンポーネントのセットが必要になります。マグネトロンは、無線を介して使用される無線信号を生成するために使用されるデバイスの一種です。これらの信号は同じ速度で伝わるため光信号に似ていますが、信号ははるかに長く、周波数が低くなります。

光信号の波長は500ナノメートルですが、レーダーで使用される無線信号は通常センチメートルからメートルの範囲です。電磁スペクトルでは、ラジオや光などの信号は両方とも、空気中の磁気および電気エネルギーのさまざまな設計で作られています。レーダーのマグネトロンは、電子レンジと同じようにマイクロ波を生成します。主な違いは、レーダー内のマグネトロンが信号をわずかな距離ではなく数マイル送信する必要があるため、より強力であり、はるかに大きいことです。

無線信号が送信されると、アンテナは送信機として機能し、無線信号を空中に送信します。一般に、アンテナの形状は曲がっているため、主に信号を正確で狭い信号に集中させますが、レーダーアンテナも通常は回転するため、広い領域での動作に気付くことができます。

無線信号は、何かに当たってアンテナに戻るまで、毎秒300,000kmの速度でアンテナから外に出ます。レーダーシステムには、デュプレクサという重要なデバイスがあります。このデバイスは、送信機と受信機の間でアンテナを左右に交換するために使用されます。

レーダーの種類

レーダーには、次のようなさまざまな種類があります。

バイスタティックレーダー

このタイプのレーダーシステムには、推定された物体の距離に相当する距離で分割されたTx送信機とRx受信機が含まれます。送信機と受信機は同じような位置にあり、修道院レーダーと呼ばれますが、非常に長距離の地対空および空対空の軍事ハードウェアはバイスタティックレーダーを使用します。

ドップラーレーダー

これは、ドップラー効果を使用して特定の距離にあるターゲットに関するデータ速度を生成する特殊なタイプのレーダーです。これは、オブジェクトの方向に電磁信号を送信して、オブジェクトの動作が返された信号の周波数にどのように影響したかを分析することで取得できます。

この変更により、レーダーに向かっているオブジェクトの速度の半径方向成分を非常に正確に測定できます。これらのレーダーのアプリケーションには、気象学、航空、ヘルスケアなどのさまざまな業界が含まれます。

モノパルスレーダー

この種のレーダーシステムは、多くの方向で観測された信号を対比することにより、その隣にある特定のレーダーパルスを使用して、取得された信号を比較します。最も頻繁なタイプのモノパルスレーダーは、コニカルスキャンレーダーです。この種のレーダーは、物体の位置を直接測定する2つの方法からの戻りを評価します。 1960年に開発されたレーダーはモノパルスレーダーであることに注意することは重要です。

パッシブレーダー

この種のレーダーは、主に周囲の照明からの指示を処理することにより、ターゲットに気づき、追跡するように設計されています。これらのソースには、通信信号と民間放送が含まれます。このレーダーの分類は、バイスタティックレーダーの同じカテゴリで行うことができます。

計装レーダー

これらのレーダーは、航空機、ミサイル、ロケットなどをテストするために設計されています。後処理とリアルタイムの両方の分析で、空間、位置、時間などのさまざまな情報を提供します。

気象レーダー

これらは、円偏波または水平偏波による無線信号を使用して方向と天気を検出するために使用されます。気象レーダーの周波数選択は、主に、大気中の水蒸気の結果としての降水反射だけでなく、減衰の間の性能の妥協に依存します。一部のタイプのレーダーは、主にドップラーシフトを使用して風速を計算し、二重偏波を使用して降雨のタイプを認識するように設計されています。

レーダーのマッピング

これらのレーダーは、主にリモートセンシングと地理学のアプリケーションのために広い地理的領域を調べるために使用されます。合成開口レーダーの結果として、これらは非常に静止したターゲットに制限されます。壁の後ろの人間を検出するために使用されるいくつかの特定のレーダーシステムがあり、建設資材内に見られるものと比較してより異なっています。

ナビゲーションレーダー

一般に、これらは検索レーダーと同じですが、地面や石から複製できる短波長で利用できます。これらは、商用船や長距離飛行機で一般的に使用されています。船舶に一般的に配置されている船舶レーダーのようなさまざまな航法レーダーがあり、衝突や航行目的を回避します。

パルスレーダー

パルスレーダーは、高出力および高周波パルスをターゲットオブジェクトに送信します。次に、オブジェクトからのエコー信号を待ってから、別のパルスが送信されます。レーダーの範囲と分解能は、パルス繰り返し周波数に依存します。ドップラーシフト法を使用しています。

ドップラーシフトを使用して移動物体を検出するレーダーの原理は、静止物体からのエコー信号が同じ位相にあるため、移動物体からのエコー信号の位相がいくらか変化する間にキャンセルされるという事実に基づいて機能します。これらのレーダーは2つのタイプに分類されます。

パルスドップラー

ドップラーのあいまいさを回避するために、高いパルス繰り返し周波数を送信します。送信信号と受信エコー信号は、ドップラーシフトを取得するために検出器で混合され、差分信号は、不要なノイズ信号が拒否されるドップラーフィルターを使用してフィルター処理されます。

パルスドップラーレーダーのブロック図

移動目標指示計

範囲のあいまいさを避けるために、低いパルス繰り返し周波数を送信します。 MTI RADARシステムでは、オブジェクトから受信したエコー信号はミキサーに向けられ、そこで安定した局部発振器（STALO）からの信号と混合されてIF信号が生成されます。

このIF信号は増幅されてから位相検出器に送られ、そこでその位相がコヒーレント発振器（COHO）からの信号の位相と比較され、差信号が生成されます。コヒーレント信号は、送信機信号と同じ位相を持っています。コヒーレント信号とSTALO信号が混合されてパワーアンプに送られ、パワーアンプはパルス変調器を使用してオンとオフを切り替えます。

MTIレーダー

連続波

連続波レーダーは、ターゲットの距離を測定するのではなく、戻り信号のドップラーシフトを測定することによって距離の変化率を測定します。 CWレーダーでは、パルスの代わりに電磁放射が放出されます。基本的には速度測定。

RF信号とIF信号はミキサーステージで混合され、局部発振器周波数を生成します。次に、RF信号が送信信号になり、RADARアンテナによる受信信号はRF周波数とドップラーシフト周波数で構成されます。受信信号は、第2混合ステージで局部発振器周波数と混合され、IF周波数信号が生成されます。

この信号は増幅され、第3混合ステージに送られ、そこでIF信号と混合されて、ドップラー周波数の信号が得られます。このドップラー周波数またはドップラーシフトは、ターゲットの範囲の変化率を示し、したがって、ターゲットの速度が測定されます。

CWレーダーを示すブロック図

レーダー範囲方程式

レーダー距離方程式にはさまざまな種類のバージョンがあります。ここで、次の式は、唯一のアンテナシステムの基本的なタイプの1つです。オブジェクトがアンテナ信号の中央にあると想定される場合、レーダーの最大検出範囲は次のように記述できます。

Rmax =4√Ptλ2G2σ/（4π）3Pmin

=4√PtC2G2σ/ fo2（4π）3Pmin

「pt」=送信電力

「pmin」=検出可能な最小信号

‘λ’ =送信波長

“cseの技術セミナートピック ”

‘σ’ =ターゲットレーダーの断面

‘fo’ =周波数（Hz）

「G」=アンテナのゲイン

「C」=光速

上記の式では、変数は安定しているだけでなく、RCSのようなターゲットとは別にレーダーに依存しています。送信電力の次数は1mW（0 dBm）で、ERP（効率的な放射電力）が20 dBm（100 mW）の場合、アンテナのゲインは約100（20 dB）になります。最も目立たない信号の順序はピコワットであり、車両のRCSは100平方メートルである可能性があります。

したがって、レーダー距離方程式の正確さは入力データになります。 Pmin（最小の目立つ信号）は、主に受信機の帯域幅（B）、F（雑音指数）、T（温度）、および必要なS / N比（信号対雑音比）に依存します。

帯域幅が狭い受信機は、広い帯域幅の受信機と比較して応答性が高くなります。雑音指数は、受信機が信号に対してどれだけのノイズを与えることができるかを計算したものとして定義できます。雑音指数が小さいほど、デバイスが提供する雑音指数は少なくなります。温度が上昇すると、入力ノイズの上昇を通じて受信機の感度に影響を与えます。

Pmin = k T B F（S / N）min

上記の式から、

「Pmin」は最も検出されにくい信号です

「k」は、1.38 x 10-23（ワット*秒/°ケルビン）のようなボルツマン定数です。

「T」は温度（°ケルビン）です

「B」は受信機の帯域幅（Hz）です

「F」は雑音指数（dB）、雑音指数（比率）です

（S / N）最小=最小S / N比

利用可能なi / p熱雑音電力は、「k」がボルツマン定数、「T」が温度、「B」がヘルツ単位の受信機ノイズの帯域幅である場合は常に、kTBに比例する可能性があります。

T = 62.33°Fまたは290°K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz