Մասնակցի քննարկում:Sivol

Ռադիոլոկացիոն կայանների նշանակությունը

Ռադիոլոկացիոն կայանը էլեկտրոնիկական սարք է, որի նպատակն է օբյեկտի հայտնաբերումը և տեղորոշումը: Նրա աշխատանքի սկզբունքը կայանում է որոշակի ազդանշանի ճառագայթման և անդրադարձած ազդանշանի դետեկտման մեջ: Ռադիոլոկացիոն կայանները համընդհանուր կերպով ընդունված է անվանել ռադար: «Ռադար» բառը ի սկզբանե եղել է հապավում անգլերեն “radio detection and ranging” արտահայտության, բայց այսօր այդ տեխնոլոգիան այնքան տարածված է, որ այն դարձել է սովորական գոյական: Ռադիոլոկացիոն կայանները օգտագործվում են մարդու՝ իր շրջապատին հետևելու զգացողության՝ մասնավորապես տեսողական զգացողության, հնարավորությունները ընդարձակելու համար: Ռադարները նպտակ ունեն ոչ թե փոխարինել մարդու աչքին, այլ այն, ինչ աչքը ի վիճակի չէ անել: Դրանք կոչված են փոխարինելու տեսանելիությանը մարդու համար անտեսանելի այնպիսի բնական պայմաններում ինչպիսին են մթութոյւնը, ծուխը, մառախուղը, անձրևը, ձյունը, ինչպես նաև տեսնելու որոշ պատնեշների ու մակերևույթների միջով: Բացի այդ ռադարները ունեն մի առավելության ևս՝ մինչև օբյեկտը եղած հեռավորությունը չափելու հնարավորություն, որը հավանաբար նրանց կարևորագույն հատկություններից է:

Ռադարի պարզագույն տարբերակը՝ պատկերված նկարում, բաղկացած է հաղորդիչ անտենայից, որը ճառագայթում է որոշակի օսցիլյատորի կողմից գեներացված ազդանշանը, ընդունիչ անտենայից և էներգիա գրանցող սարքից՝ ընդունիչից: Ճառագայթված ազդանշանի մի մասը օբյեկտի կողմից վերաճառագայթվում է տարբեր ուղղություններով, և այն բաժինը որը դեպի ետ է անդրադարձել ընդունվում է ռադարի կողմից: Այդ էներգիան հավաքվում է ընդունիչ անտենայով և տրվում ընդունիչին, որտեղ այն ենթարկվում է մշակման թիրախի առկայության փաստը պարզելու և նրա հեռավորությունն ու հարաբերական արագությունը գնահատելու համար:

Ռադարի աշխատանքի պարզագույն նկարագրություն

Մինչև թիրախը եղած հեռավորությունը որոշվում է այն ժամանակահատվածի չափման միջոցով, որն անհրաժեշտ է ազդանշանին մինչև թիրախը գնալու և հետ վերադառնալու համար: Եթե թիրախի և ռադիոլոկացիոն կայանի միջև կա հարաբերական շարժում, ապա անդրադարձած ազդանշանի կրող հաճախության՝ դոպլերի էֆեկտով պայամանվորված շեղման, չափման շնորհիվ կարելի է հաշվարկել թիրախի հարաբերական արագությունը, որը թույլ է տալիս տարանջատել շարժվող թիրախները անշարժ օբյեկտներից: Ինչ վերաբերվում է ուղղության չափմանը դա սովորաբար իրականցվում է նեղփունջ անտենայով սկանավորման միջոցով:

Ռադարների զարգացումն ու կիրառությունները

Ռադարների պատմությունը հասնում է մինչև ժամանակակից էլեկտրամագնիսական տեսության վաղ ժամանակաշրջան [4,5]: 1886թ.-ին Հերցը ցուցադրում է էլեկտրամագնիսական ալիքների անդրադարձումը, իսկ 1900թ.-ին հարցազրույցի ժամանակ Տեսլան նկարագրում է էլեկտրամագնիսական հայտնաբերման և արագության չափման հասկացությունը: 1903 և 1904 թթ. Գերմանացի ինժեներ Հյուլսմեյերը իրականացնում է ռադիոալիքների անդրադարձումների միջոցով նավերի հայտնաբերման փորձարկումներ, որի գաղափարը հետագայում 1922թ.-ին պաշտպանվում է Մարկոնիի կողմից: Նույն թվականին ԱՄՆ-ի ծովային գիտահետազոտական լաբորատորիայի (ԾԳԼ) աշխատակիցներ Թեյլորի և Յունգի կողմից ցուցադրվում է նավի հայտնաբերումը ռադարի օգնությամբ, և 1930թ.-ին Հայլենդը նույն լաբորատորիայից ռադարի օգնությամբ (թեև պատահաբար) հայտնաբերում է ինքնաթիռ՝ հիմքն հանդիսանալով ավելի խորացված հետազոտությունների, որոնք հանգեցրեցին 1934թ.-ին ԱՄՆ-ում՝ ներկայումս անընդհատ գործողության (ԱԳ) ռադար անունով հայտնի պատենտի գրանցման: Ռադարների զարգացումը արագացավ և ընդլայնվեց 1930-ական թվականների կեսերին և վերջում, հիմնականում միմյանցից անկախ զարգանալով ԱՄՆ-ում, Մեծ Բրիտանիայում, Ֆրանսիայում, Գերմանիայում, Ռուսաստանում, Իտալիայում և Ճապոնիայում: Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ավարտին ռադարները, միկոալիքային հաճախությունները և իմպուլսային ազդանշանները ստացան իրենց արժանի գնահատականը: Վաղ շրջանում ռադարների զարգացումը պայմանավորված էր ռազմական նպատակներով, և մինչ հիմա ռազմական ոլորտը ռադարային տեխնոլոգիաների հիմանական սպառողն ու զարգազնողն է: Ռազմական կիրառությունները ներառում են հսկողություն, կողմնորոշում և զենքերի զեկավարում երկրային, ծովային և օդային սարքերի համար: Ռազմական ռադարները ընդգրկում են հսկայական տիրույթ սկսած հսկայական բալիստիկ հակահրթիռային համակարգերից, վերջացրած բռունցքի չափեր ունեցող տակտիկական հրթիռներ փնտրողներով: Հիմա ռադաները արձանագրում են կիրառությունների ոլորտի մեծացում: Հիմնականներից են արագության վերահսկման համար ճանապարհային ոստիկանության կողմից կիրառվող ռադարները, ինչպես նաև թենիսի և բեյսբոլի գնդակների արագության չափում: Մեկ այլ տարածում գտած ռադարներից է «գունավոր եղանակային ռադարը», որը մեկն է եղանակային ռադարներից, որոնք առավել բարդ համակարգեր են և կիրառվում են լայնամասշտաբ եղանակային դիտարկուների ու կանխատեսումների համար և մթնոլորտային հետազոտություններում: Ռադարների մեկ այլ՝ բազմաթիվ մարդկանց հետ մեծ առնչություն ունեցող, կիրառության ոլորտներից է օդային երթևեկության կառավարման համակարգերը, որոնց նպատակն է կողմնորոշել ինքնաթիռներին ինչպես թռիչքի ընթացքում, այնպես էլ օդանավակայանի անմիջական մոտակայքում: Ավիացիայում նաև կիրառվում են ռադարներ բարձրության չափման և վտանգավոր եղանակային պայմանների մասին նախազգուշացման համար, և արդեն սկսել են կիրառվել վատ եղանակային պայմաններում թռիչքուղու պատկերավորման համար: Ռադարները սովորաբար կիրառվում են նաև նավերի կողմից, բախման նախազգուշացման համմակարգերում, որոնք սկսել են նույն դերն իրականացնել նաև ավտոմեքենաների և բեռնափոխադրման կազմակերպությունների համար: Տիեզերանավերում և ինքնաթիռներում տեղադրվող ռադարները մեծ դեր են խաղում երկրաբանական հետազոտությունների, միջավայրի հատկությունների, անտառային հատկությունների, տարածքի օգտագործման և աղտոտվածության պատկերավորման մեջ: Չնայած թվարկվածները դեռ ռադարների կիրառության ամբողջ ոլորտները չեն, բայց լիարժեք ցուցադրում է թե կիրառությունների ինչ մեծ տիրույթ են ընդգրկում այս հիասքանչ տեխնոլոգիաները:

Հիմանական ֆունկցիաները

Ռադարի հիմանական խնդիրն է օբյեկտի կամ ֆիզիկական երևույթի հայտնաբերումը: Սա պահանջում է որոշման կայացում, արդյոք տրված պահին ընդունիչի ելքում գոյություն ունի օբյեկտից անդրադարձած ազդանշան, թե պարզապես աղմուկ է: Դետեկտման մասին որոշումը կայացվում է համեմատելով ընդունիչի ելքային ազդանշանի A(t) ամպլիտուդը (որտեղ t-ն նեկայացնում է ժամանակը) T(t) մակարդակի հետ, որը կարող է հաստատվել ապրիորի կերպով, ելնելով ռադարի նախագծից, կամ հաշվարկվել ադապտիվ կերպով՝ ելնելով ընդունված ազդանշանից: Ժամանակը, որը անհրաժեշտ է ազդանշանին մինչև R հեռավորություն տարածվելու և հետ վերադառնալու համար, այսինքն՝ գումարային կերպով 2R ճանապարհ անցնելու համար, հավասար է 2R/c: Ցանկացած տեսակի ռադարի դեպքում հեռավորության չափումը հիմնված է այս տրամաբանության վրա, բայց իմպուլսային ռադարի դեպքում այն առավել քան պարզ է՝ եթե իմպուլսի ճառագայթվելուց որոշակի τ ժամանակ հետո բավարարվում է y(t)>T(t) , ապա կարելի է ենթադրել որ առկա է թիրախ՝

R=cτ/2

հեռավորությամբ, որտեղ c -ն լույսի տարածման արագությունն է: Սովորաբար թիրախը հայտնաբերելուց հետո ցանակալի է հետևել նրա տեղաշարժին կամ արագությանը: Մոնոստատիկ ռադարները որոշում են թիրախի դիրքը գնդային կոորդինատական համակարգում, որի կենտրոնը համընկնում է անտենայի փուլային կենտրոնի հետ՝ ինչպես պատկերված է Նկարում:

Թիրախի դիրքի որոշումը գնդային կոորդինատական համակարգում

Այս կոորդինատական համակարգում անտենայի դիտարկման ուղղությունը՝ տվյալ պարագայում X առանցքի դրական ուղղությունը, երբեմն ընդունված է անվանել «նշանառության ուղղություն»: θ–ն կոչվում է ազիմուտային անկյուն, իսկ φ –ն բարձրության անկյուն: Ինչպես արդեն նկարագրվեց՝ օբյեկտի R հեռավորությունը անմիջականորեն որոշվում է ճառագայթումից մինչև ընդունում ընկած ժամանակահատվածի միջոցով: Բառձրության և ազիմուտային անկյունները որոշվում են անտենայի ուղվածությունից, քանի որ նորմալ հայտնաբերման համար թիրախը պետք է գտնվի անտենայի գլխավոր թերթիկում: Արագությունը գնահատվում է թիրախից անդրադարձած ազդանշանի դոպլերյան շեղման չափման միջոցով: Դոպլերյան շեղում ապահովում է միայն շառավղային բաղադրիչը, բայց թիրախի դիրքի բազմակի չափումները և շառավղային արագությունը թույլ են տալիս ստանալ թիրախի շարժման նկարագրությունը բոլոր երեք ուղղություններով: