0
Radar jest narzędziem obserwacji przestrzeni dostarczającym danych niedostępnych ludzkiemu oku – czy to o zjawiskach atmosferycznych wykrywanych przez radar pogodowy, prędkości aut kontrolowanych przez fotoradar, czy odległości samolotów od siebie.
Radar – co to jest? Krótka historia urządzenia
Radar, od angielskiego terminu Radio Detection And Ranging, tj. wykrywanie oraz namierzanie radiowe, to urządzenie zdolne do wykrywania różnego rodzaju obiektów w przestrzeni z pomocą fal radiowych. W swojej prototypowej formie został opracowany na początku XX wieku przez Christiana Hülsmeyera. Niemiecki fizyk zaprezentował w 1904 roku telemobiloskop, umożliwiający wykrycie oddalonego o maksymalnie kilkaset metrów statku w gęstej mgle. Wynalazek nie posiadał jednak jeszcze możliwości dokładnego określenia dystansu od przekaźnika, w jakim znajdowałby się wykrywany obiekt.
W 1935 roku, w związku z rosnącym zagrożeniem ze strony III Rzeszy, Brytyjczycy Robert Watson-Watt oraz Arnold Wilkins poszukiwali metod detekcji statków powietrznych z wykorzystaniem zjawiska odbicia. 26 lutego przeprowadzili tajną prezentację w Daventry, używając nowo wybudowanej, krótkofalowej radiostacji BBC do namierzania bombowca RAF klasy Handley Page Heyford – użyty do eksperymentu wyświetlacz CRT prawidłowo wskazał trzy z czterech przelotów dwupłatowca, dowodząc możliwości radaru do wykrywania obiektów powietrznych z odległości ośmiu mil.
W 1940 roku Harry Boot oraz John Randall skonstruowali wielorezonatorowy magnetron, który umożliwił wykorzystanie do radiolokacji mikrofal o dużo niższym stopniu dyfrakcji i zakłóceń. W tym samym roku Chain Home, czyli sieć stacji radarowych rozmieszczonych na południowo-wschodnich wybrzeżach Wysp Brytyjskich odegrała kluczową rolę w trakcie Bitwy o Anglię. Strategicznie rozmieszczone radary umożliwiły odpowiednio wczesne ostrzeganie pilotów RAF oraz załogantów stanowisk przeciwlotniczych przed nadlatującymi nazistami.
Sam skrót RADAR został przyjęty przez wojska alianckie w 1943 roku, a dynamiczny rozwój tak nazywanej technologii trwał znacznie dłużej niż tylko do końca II wojny światowej. Radar w szczególności mocno zyskał na znaczeniu w czasach zimnej wojny i wyścigu kosmicznego. Wtedy też, obserwacja i zdolność gromadzenia danych wywiadowczych stanowiły dla rządów USA oraz ZSRR najwyższy priorytet, co przyczyniło się m.in. do ekstensywnego obwarowania wewnętrznej, niemieckiej granicy stacjami radiolokacyjnymi.
Jak działa radar?
System radarowy zawiera aktywny nadajnik przesyłający radiowe fale elektromagnetyczne (czyli po prostu sygnały radiowe) w postaci skoncentrowanej wiązki mikrofalowej w uprzednio zdefiniowanym kierunku. W przypadku zderzenia się fal z obiektem w przestrzeni ulegają one zjawisku odbicia i rozproszenia (choć w szczególnych przypadkach może się zdarzyć, że obiekt wchłonie część z nich). Odbity w ten sposób sygnał, zwany echem radiolokacyjnym, powraca do pasywnego odbiornika, gdzie następnie może zostać wzmocniony i przetworzony w postać czytelnej informacji na wskaźniku.
Rodzaje radarów:
Radar samolotowy
Precyzyjna nawigacja jest kluczowym filarem awiacji – bez dokładnych urządzeń radiolokacyjnych, sprawna komunikacja lotnicza nie byłaby możliwa, zarówno z perspektywy obarczonych ryzykiem zderzenia pilotów, jak i w przypadku zarządzania lotniskami przez wieże kontroli.
Systemy radarowe montowane we współczesnych samolotach składają się z radiowysokościomierza, który emituje fale w kierunku ziemi, dzięki czemu można uzyskać informację o czasie, w jakim zostają one odbite z powrotem. Na tej podstawie jest możliwe obliczenie względnej wysokości nad poziomem terenu.
Naziemne, wtórne radary dozorowania, w które wyposażone są jednostki służby kontroli ruchu lotniczego cechują się zakodowanym sygnałem, który wymaga zainstalowania na pokładzie samolotu odbierającego sygnał specjalnego transpondera. Przyrząd ten odbiera, przetwarza, wzmacnia, a następnie odsyła ponownie kodowany sygnał z powrotem do radaru. Zaistniałe w fazie odbioru opóźnienie pozwala na dokładne określenie odległości obiektu wyposażonego w transponder. A także innych, bardziej szczegółowych danych, takich jak np. stan techniczny samolotu.
Aktualnie wykorzystywane w awiacji wysokościomierze są radarami z falą ciągłą. Emisja tego typu sygnału nosi nazwę CW (ang. continuous waveform) i charakteryzuje się stałą, niezmienną częstotliwością. W momencie, w którym sygnał radaru z falą ciągłą zostanie odbity od obiektu, następuje zjawisko rozproszenia wstecznego, na skutek czego częstotliwość sygnału ulega przekształceniu. Pozwala to na odczytanie szczegółowych informacji o obiekcie i jego odległości od radaru za pomocą porównania zniekształconego, odbitego sygnału do oryginalnie emitowanej w czasie rzeczywistym częstotliwości.
Radar pogodowy
Radar meteorologiczny używany jest do przewidywania i śledzenia opadów, dostarczając informacji na temat ich intensywności, lokalizacji oraz rodzaju. Analiza odbić, przystosowanego do obserwacji obiektów meteorologicznych, radaru pozwala ustalić prognozę pogody, a także strukturę burz.
Radar pogodowy wyposażony w technologię impulsowo-dopplerowską, umożliwia dokładny pomiar ruchu opadu dzięki zdolności detekcji względnej prędkości cząsteczek w powietrzu. Cecha ta jest spowodowana efektem Dopplera – zjawiskiem fizycznym fal, które polega na występowaniu zmian w częstotliwości sygnału emitowanego przez źródło względem sygnału odbitego od obiektu poruszającego się względem źródła. Częstotliwość odbitego sygnału, czyli tzw. echa rośnie w przypadku zbliżania się obiektu do źródła, a maleje wraz z jego oddalaniem się. Dzięki tej właściwości częstotliwość może posłużyć za pomocniczą miarę określenia prędkości ruchu obiektów meteorologicznych i wynikających z nich zjawisk atmosferycznych.
Przykładem radaru pogodowego jest ten używany przez serwis Windy – wskazuje on ruch burz i prądów w czasie rzeczywistym, dostarczając danych radarowych z Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych. Polecamy rzucić okiem na tą stronę, gdy następnym razem będziesz chciał wiedzieć gdzie pada deszcz.
Sprawdź też: Antistorm — najdokładniejszy radar burzowy? Jak sprawdzić, gdzie jest burza — wszystko o antistorm.eu
Radar w samochodzie
Podstawowym dla prawidłowego działania radaru samochodowego parametrem jest skuteczna powierzchnia odbicia (ang. Radar Cross Section). Określa ona zdolność obiektu do odbijania fal, a zależy od użytego do konstrukcji materiału, kształtu oraz wielkości pola przekroju. Algorytmy radaru analizują potencjalne ukształtowanie terenu w jakim poruszają się pojazdy. Dzięki temu istnieje możliwość precyzyjnego określenia, z jaką siłą odbija się fala od różnego rodzaju infrastruktury i obiektów.
Właściwości fal powodują, że instalowane w samochodach radary, zdolne nawet do określenia prędkości innych uczestników ruchu, radzą sobie dużo lepiej z detekcją potencjalnych zagrożeń niż klasyczna kamera. Często pojawiającą się przeszkodą dla systemu pozbawionego radaru stanowi niska widoczność spowodowana warunkami pogodowymi. Należy jednak pamiętać, że dopiero zintegrowanie obydwu tych układów wraz z komputerem pokładowym samochodu gwarantuje uzyskanie większego stopnia bezpieczeństwa na drodze. Pierwszymi producentami samochodowych systemów radarowych była Toyota oraz Daimler, wprowadzający usprawnienie tego typu w latach 1998-1999.
Utrapienie kierowców – fotoradar
Pierwszym fotoradarem na świecie był wynalazek kierowcy rajdowego Maurice’a Gatsonidesa, który poszukiwał sposobu na dokładniejszy pomiar prędkości na torze. Jego urządzenia pojawiły się w sprzedaży po raz pierwszy w 1967 roku. W Polsce, pierwsze fotoradary pojawiły się w latach 90. – był to model Multanova 6F, który stanął w Warszawie na Trasie Łazienkowskiej oraz na trasie do Gdańska. Aktualnie, trasy polskich kierowców monitoruje 445 tego typu radarów.
Znamy już liczby ale nadal nie wiemy czym wyróżnia się fotoradar. Co to jest? Otóż, podobnie jak w przypadku radaru opadów, fotoradar wykorzystuje odbijające się od metalowych karoserii mikrofale. Kluczowe jest też zjawisko związane z efektem Dopplera, pozwalające określić potencjalną prędkość pojazdu na podstawie różnicy w częstotliwościach fal.
W momencie, w którym fala wyemitowana przez fotoradar odbija się od nadjeżdżającego pojazdu, komputer nadajnika wylicza prędkość z parametru długości fal – ulegają one skróceniu proporcjonalnie do zwiększającej się częstotliwości. Z kolei w przypadku zmniejszenia odległości między radarem a obiektem, wydłużają się wraz ze zmniejszającą się częstotliwością. Czynnikiem ułatwiającym działanie fotoradaru jest fakt, że echa fal odbitych od powierzchni ziemi nie powodują przesunięć w zakresie częstotliwości, co nie wpływa znacząco na poprawny odczyt i rozróżnienie pomiędzy odbiciami od pojazdów, a tymi spowodowanymi ukształtowaniem terenu. Jeśli doszło do przekroczenia dopuszczalnej na określonym terenie prędkości, czujnik aktywuje zainstalowany w fotoradarze aparat, który rejestruje czas, miejsce zdarzenia oraz wartość prędkości.
Radary celownicze
Dostarczające szczegółowych informacji balistycznych radary kierowania ogniem służą do dokładnego określania potencjalnej trajektorii pocisku, azymutu, zasięgu oraz kąta między płaszczyzną poziomą a kierunkiem osiowym lufy broni. Radary celownicze są dzięki temu w stanie zapewnić operatorowi zwiększoną precyzję ostrzału, emitując wysoce skoncentrowaną wiązkę silnych fal radiowych, które zapewniają dokładne śledzenie celu.
Współczesne radary balistyczne często wyposażone są w funkcje śledzenia ze skanowaniem TWS (ang. track-while-scan), która umożliwia jednoczesne korzystanie z radaru w formie celowniczej oraz obserwacyjnej. Precyzyjne ustalenie odległości celu od radaru jest możliwe dzięki wysyłaniu bardzo krótkich sygnałów o szerokości wiązki wynoszącej 1 do 2 stopni. Urządzenia tego typu są obecnie wykorzystywane w każdym z rodzajów sił zbrojnych, służąc jednostkom naziemnym jako źródło danych artyleryjskich, ale i również marynarce na statkach rakietowych oraz torpedowych.
W przypadku radarów celowniczych na pokładach statków powietrznych, dominującym systemem jest AESA (ang. active electronically scanned array). Stosuje on wiele przekaźników nadawczo-odbiorczych, z których każdy jest zdolny do pracy na innych częstotliwościach, co zapewnia zdolność do śledzenia wielu obiektów naraz.
Radar stanowi obecnie jedno z najważniejszych dokonań człowieka w zakresie komunikacji i transportu – omijanie niebezpiecznych warunków atmosferycznych czy innych obiektów, zwłaszcza w przestrzeni powietrznej i morskiej, nie byłoby możliwe bez wykorzystującego zjawiska fal urządzenia. Potencjał badawczy, wojskowy i meteorologiczny urządzenia nie tylko zmienił oblicze II wojny światowej, ale i całego świata po niej.
