رادار

ردیاب، رادار (به فرانسوی و انگلیسی: Radar)، یک دستگاه رادیویی است که برای مشاهده، تشخیص یا آشکارسازی اجسام و نیز اندازه‌گیری برخی ویژگی‌های آن‌ها به کمک موج‌های رادیویی به کار می‌رود. کاربرد اولیهٔ رادار و محل پیدایش و رشد آن در صنایع نظامی و هوانوردی بوده‌است. در صنایع نظامی، نقش اصلیِ یک سامانهٔ راداری، نظارت بر یک گسترهٔ بزرگ و تشخیص جسم‌های متحرک، ردیابی هدف‌ها و استخراج مشخصه‌هایی مانند فاصله، جهت، سرعت، ارتفاع و اندازهٔ هدف است. رادارهای نظامی برای کاربردهای نظارت، ردیابی هدف، هدایت و ناوبری، و دیدن از پشت موانع ساخته می‌شوند. کاربردهای غیرنظامیِ رادار در سیستم‌های تصویربرداری ماهواره‌ای، هدایت کشتی و هواپیما، هواشناسی، کنترل ترافیک و اتومبیل‌های هوشمند است.

آنتن رادار برد بلند، که برای ردیابی اشیا فضایی و موشک‌های بالستیک استفاده می‌شود.

نوعی رادار که برای ردیابی هواپیما استفاده می‌شود. به‌طور مرتب می‌چرخد و فضای هوایی را با یک پرتو باریک جارو می‌کند.

رادار به‌طور مخفیانه برای کاربردهای نظامی توسط چندین کشور در دوره قبل و در طی جنگ جهانی دوم ساخته شد. یکی از پیشرفت‌های کلیدی در ساخت رادار، اختراع مگنترون‌ها در انگلیس بود که اجازه ساخت سیستم‌هایی نسبتاً کوچک با رزولوشن زیر یک متر را فراهم کرد. اصطلاح RADAR در سال ۱۹۴۰ توسط نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا به عنوان مخفف عبارت "RAdio Detection And Ranging" ابداع شد. اصطلاح radar از آن زمان به بعد به عنوان یک اسم متداول وارد انگلیسی و زبان‌های دیگر شده و دیگر با حروف بزرگ نوشته نمی‌شود.

کاربردهای مدرن رادار بسیار متنوع است، از جمله: کنترل ترافیک هوایی و زمینی، نجوم راداری، سامانه‌های پدافند هوایی، سیستم‌های ضد موشک، رادارهای دریایی برای تعیین نشان‌ها و سایر کشتی‌ها، سیستم‌های ضد برخورد هواپیما، سیستم‌های نظارت بر اقیانوس‌ها، نظارت بر فضای خارج از اتمسفر و سیستم‌های پهلوگیری فضایی، پایش بارندگی هواشناسی، ارتفاع سنجی و سیستم‌های کنترل پرواز، سیستم‌های مکان‌یابی موشک هدایت شونده، اتومبیل‌های خودران و رادار زمین نفوذ برای مشاهدات زمین‌شناسی. سیستم‌های راداری با تکنولوژی پیشرفته با پردازش سیگنال دیجیتال، و یادگیری ماشین همراه هستند و قادر به استخراج اطلاعات مفید از سطح نویز بسیار بالا می‌باشند.

سایر سیستم‌های مشابه رادار از قسمت‌های دیگر طیف الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند. یک مثال LIDAR است که بیشتر از نور مادون قرمز لیزر استفاده می‌کند تا امواج رادیویی. انتظار می‌رود با ظهور وسایل نقلیه بدون راننده، رادار به سیستم عامل خودکار برای نظارت بر محیط خود کمک کند، تا از حوادث ناخواسته جلوگیری کند.

ویژگی‌ها

رادار N036-1-01-X-band یک رادار آرایه فازی اسکن الکترونیکی که بر روی نمونه اولیه یک جنگنده Sukhoi Su-57 نصب شده‌است. (سال ۲۰۰۹)

رادار، با ارسال و دریافت موج‌های رادیویی کار می‌کند. هدف‌هایی که رادار تشخیص می‌دهد، معمولاً هدف‌های فلزّی یا اجسامی با انعکاس زیاد امواج رادیویی هستند. ویژگی‌های رادار نسبت به دید چشمی:

بُرد زیاد
وابسته نبودن به نور
عبور موج‌ها از مانع‌ها؛ مانند مه، باران، برف
اندازه‌گیری دقیق مشخّصه‌هایی مانند فاصله، ارتفاع و سرعت
کار در باندهای فرکانسی مختلف

اگر جسمی نسبت به طول موج امواج رادار کوچکتر باشد، آشکار نخواهد بود؛ بنابراین از امواج با فرکانس بالاتر و در نتیجه طول موج پایین‌تر استفاده می‌شود تا اجسام با ابعاد کوچک‌تر نیز آشکار شوند.

عملکرد

رادار، ابتدا موج‌های خود را توسط فرستنده(Transmitter) تولید کرده و توسط آنتن فرستنده آنرا می‌گسلید و در صورتی که مانعی مانند یک شیء پرنده در آسمان، مقابل موج‌های گسیلیده قرار داشته باشد، موج‌های ضعیف‌تری را بازمی‌تاباند. اگر آنتن گیرنده رادار، مقداری از این موج‌ها را دریافت کند، گیرنده(Reciever) موج را از طریق آنتن گیرنده دریافت کرده و پردازشگر می‌تواند مشخصات شیء مانند فاصله را با ضرب سرعت موج در مدت زمان دریافت موج، محاسبه کند.

گسترهٔ دید رادار

فرستنده رادار، مدت زمانی را به انتشار موج‌ها اختصاص می‌دهد (در رادارهای پالسی) و بخش گیرندهٔ رادار عمل نمی‌کند. اگر جسمْ مقابل رادار، چنان نزدیک باشد که در همین مدت، موج‌های بازتابیده به آنتن رادار برخورند، رادار متوجه نخواهد شد. اگر جسم چنان دور باشد که دیگر موج‌های بازتابی آن پس از مدت زمان دریافت به رادار برسند نیز رادار تشخیص نمی‌دهد.

انواع رادار از نظر ارسال موج

رادار پالسی (تپی)
رادار موج پیوسته، مانند سینوسی یا با مدولاسیون FM

معادلهٔ رادار یکجا

رادار یکجا، راداری است که آنتن گیرنده و فرستنده‌اش در یکجا باشند و اغلب آنتن گیرنده و فرستنده در این گونه رادار، یکیست. معادلهٔ رادار یکجا اصولی‌ترین معادله برای شناختن اغلب سامانه‌های راداری است.

P_{r}={{PtGtAr\sigma } \over {{(4\pi )}^{2}R_{t}^{4}}}

P_r: توانی است (با یکای «وات») که آنتن گیرنده پس از فرستادن موج پس می‌گیرد.

G_t: بهرهٔ تقویت آنتن فرستنده است.
A_r: مساحت مؤثر آنتن گیرنده است و با مساحت فیزیکی بدنی آنتن، فرق دارد.
σ: سطح مقطع راداری (در انگلیسی Radar Cross Section یا RCS می‌گویند) و پراگندگی نیروی برگشت از هدف، تقسیم بر نیروی فرستاده بر هدف است.
R_t: دوری هدف است که با یکای «متر» سنجیده می‌شود.

کاربردها

آنتن غیرنظامی رادار دریایی. این آنتن دوار پرتویی فن-شکل و عمودی تابش می‌کند.

اطلاعات ارائه شده توسط رادار شامل جهت و بردِ جسم از اسکنر رادار است (یعنی موقعیت). به همین دلیل در کاربردهای مختلفی که نیاز به موقعیت‌یابی بسیار مهم است، استفاده می‌شود. اولین استفاده از رادار برای اهداف نظامی بود: مکان‌یابی اهداف هوایی، زمینی و دریایی. این امر در زمینه غیرنظامی به کاربرد در هواپیما، کشتی و اتومبیل تبدیل شد.

فرستنده ، گیرنده و پردازشگر سیگنال رادار قطبی هوا "Meteor 1500 S"

در هوانوردی، هواپیماها می‌توانند به رادارهایی مجهز شوند که نزدیک شدن هواپیما یا سایر موانع موجود در مسیر را به آنها هشدار دهند، یا اطلاعات آب و هوایی و یا ارتفاع دقیق را نشان دهند. اولین رادار تجاری نصب شده در هواپیما، واحدی ساخته شده توسط آزمایشگاه بل در سال ۱۹۳۸ بود که بر روی تعدادی از هواپیماهای یونایتد ایرلاینز نصب شد.

نظارت و رهگیری هواپیماها و موشک‌ها
نظارت و رهگیری هدف‌های دریایی یا زمینی
نظارت و رهگیری جسم‌های فضایی
هواشناسی
اندازه‌گیری سرعت ترابرها
رادار دهانه-ترکیبی برای تصویر دو-بعدی و سه-بعدی
یافتن مین در زمین
فرود (برای نمونه برای هواپیما) دقیق
عکس‌برداری از دیگر کره‌ها با رادار تصویری
پرهیز از تصادف
یافتن آب در منطقه‌های شنزار و خشک
نظارت بر هدف‌های جنبنده در زمین
نظارت بر هدف‌های جنبنده در منطقه‌های پُردرخت
نقشه‌برداری

منابع

↑ Translation Bureau (2013). "Radar definition". Public Works and Government Services Canada. Archived from the original on 4 January 2014. Retrieved November 8, 2013.
↑ McGraw-Hill dictionary of scientific and technical terms / Daniel N. Lapedes, editor in chief. Lapedes, Daniel N. New York; Montreal: McGraw-Hill, 1976. [xv], 1634, A26 p.
↑ Fakhrul Razi Ahmad, Zakuan; et al. (2018). "Performance Assessment of an Integrated Radar Architecture for Multi-Types Frontal Object Detection for Autonomous Vehicle". 2018 IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS). Retrieved 9 January 2019.
↑ «نگاهی اجمالی به مفهوم رادار (RADAR) و لیدار (LIDAR) و تفاوتهای آن‌ها». مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی. ۱۶ خرداد ۱۳۹۶.
↑ Kline, Aaron. "AIS vs Radar: Vessel Tracking Options". www.portvision.com. Archived from the original on 2 February 2019. Retrieved 2019-02-01.
↑ Quain, John (26 September 2019). "These High-Tech Sensors May Be the Key to Autonomous Cars". NYTimes. Retrieved 5 June 2020.
↑ "Odd-shaped Boats Rescue British Engineers". Popular Mechanics. Hearst Magazines: 26. September 1941.

[1] Translation Bureau (2013). "Radar definition". Public Works and Government Services Canada. Archived from the original on 4 January 2014. Retrieved November 8, 2013.

[2] McGraw-Hill dictionary of scientific and technical terms / Daniel N. Lapedes, editor in chief. Lapedes, Daniel N. New York; Montreal: McGraw-Hill, 1976. [xv], 1634, A26 p.

[3] Fakhrul Razi Ahmad, Zakuan; et al. (2018). "Performance Assessment of an Integrated Radar Architecture for Multi-Types Frontal Object Detection for Autonomous Vehicle". 2018 IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS). Retrieved 9 January 2019.

[4] «نگاهی اجمالی به مفهوم رادار (RADAR) و لیدار (LIDAR) و تفاوتهای آن‌ها». مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی. ۱۶ خرداد ۱۳۹۶.

[5] Kline, Aaron. "AIS vs Radar: Vessel Tracking Options". www.portvision.com. Archived from the original on 2 February 2019. Retrieved 2019-02-01.

[6] Quain, John (26 September 2019). "These High-Tech Sensors May Be the Key to Autonomous Cars". NYTimes. Retrieved 5 June 2020.

[Hearst_Magazines_26-7] "Odd-shaped Boats Rescue British Engineers". Popular Mechanics. Hearst Magazines: 26. September 1941.