Radar – co to jest i do czego służy

Radar to dziś dość powszechnie stosowane urządzenie. W wyniku postępu technologicznego, miniaturyzacji oraz stałego cięcia kosztów przestał być wielkim ustrojstwem kojarzonym z wojskiem lub w najlepszym przypadku z lotnictwem cywilnym. Dziś radar znaleźć można w coraz tańszych samochodach i należy się spodziewać, że liczba jego zastosowań będzie tylko rosła. Sprawdźmy zatem, jak działa radar.

Radar. Co to tak właściwie jest za urządzenie i kiedy powstało?

Zacznijmy może od podstaw, czyli wytłumaczenia słowa radar, które tak naprawdę jest akronimem powstałym z połączenia pierwszych liter przeznaczenia radaru – RAdio Detection And Ranging. Jak widać po samej nazwie, radar to urządzenie, które pozwala wykrywać fale radiowe oraz wskazywać odległość.

Pierwsze poważne prace nad radarem rozpoczęły się w latach 30 ubiegłego wieku, choć już kilkadziesiąt lat wcześniej prowadzono badania oraz eksperymenty, które pozwoliły na przyspieszony rozwój technologii radarowej tuż przed drugą wojną światową. Głównymi naukowcami w programie rozwoju badań nad falami byli Heinrich Hertz i James Clerk Maxwell.

Pierwszym koncepcyjnym radarem, który zaoferowano siłom zbrojnym, był radar zaproponowany marynarce wojennej Niemiec. Za jego opracowanie odpowiadał Christian Hülsmeyer. Z punktu widzenia dowódcy okrętu urządzenie takie było bezcenne. Znajomość odległości pozwalała prowadzić precyzyjny ogień przy pomocy artylerii pokładowej, a w tamtym czasie to działa, a nie samoloty i rakiety decydowały o wyniku bitwy morskiej.

Pomimo swoich oczywistych zalet projekt jak to mówią, „nie chwycił” od razu. Dopiero pojawienie się bombowców o coraz większym zasięgu szybko uzmysłowiło wojskowym, że trzeba się nad tematem pochylić.

Współczesne okręty są wręcz naszpikowane radarami. Źródło: Royal Navy

Jak działa radar?

Tak się jakoś składa, że na świecie energia emitowana jest na różnych częstotliwościach i na różnych długościach fal. Fale te można wykorzystać, na różne sposoby, a jednym z nich jest pomiar odległości realizowany przez radary, które emitują mikrofale.

W trakcie pracy radaru w przestrzeń wysyłane są krótkie impulsy elektromagnetyczne, zwane pulsami. Wysyła się je za pomocą anteny kierunkowej, która działa trochę tak jak promień światła latarki. Fale radarowe rozchodzą się w kierunku, w którym skierujemy naszą antenę. Po natrafieniu na przeszkodę, na przykład samolot, fale radarowe odbijają się od niego i wracają w postaci echa. W związku z tym, że znamy położenie stacji radarowej oraz prędkość fal, która jest stałą i wynosi tyle, ile prędkość światła, możemy łatwo obliczyć odległość od namierzanego obiektu i ustalić jego położenie.

Większość radarów nie nadaje i odbiera sygnałów jednocześnie, więc zazwyczaj tryb pracy radaru wygląda tak, że nadawanie i odbieranie odbywa się w naprzemiennych blokach czasowych. Tak w wielkim skrócie działa typowy radar.

Oczywiście sprawa nie jest wcale taka prosta, jak by się wydawało. Wyemitowana fala radarowa może natrafić na chmurę deszczową i do radaru powróci informacja zwrotna. Jeśli szukamy samolotów, to taka informacja musi zostać odfiltrowana. Co innego, gdy nasz radar jest radarem pogodowym. Wtedy to samolot będzie „szumem informacyjnym”, a deszcz informacją.

Radary potrafią również przewidywać przemieszczanie się obiektu. Nie są oczywiście wróżbitami, ale na podstawie ciągłego śledzenia danego obiektu wyznaczana jest pewna linia i na tej podstawie można domniemywać, gdzie cel znajdzie się za czas jakiś. No, chyba że cel jest myśliwcem i gwałtownie skręci. Na szczęście chmury deszczowe są o wiele mniej dynamiczne w swych poczynaniach, choć dla sprawdzalności prognoz najwyraźniej nie ma to znaczenia…

MBDA meteor radar aktywny
Radary aktywne montowane są rówineż na pociskach takich jak MBDA Meteor. Źródło: MBDA

Jakie rodzaje radarów wyróżniamy?

Przez niemal 30 lat prac nad radarami trochę się nam tych wersji i typów nazbierało, ale najprostszy podział sprowadza się do wydzielenia radarów aktywnych i pasywnych. Radary aktywne emitują sygnały i następnie odbierają fale odbite. Z kolei radary pasywne jedynie „nasłuchują”, wyłapując emisję z otoczenia.

Wchodząc w szczegóły, wśród radarów aktywnych wyróżnić możemy radary impulsowe, o fali ciągłej (radary dopplerowskie) i impulsowo-doplerowskie. Tych impulsowych mamy najwięcej, gdyż opierają się na fundamentalnej zasadzie działania radaru od czasu jego powstanie i sprowadzającej się do nadania sygnału i nasłuchu odpowiedzi fali odbitej. W radarach ciągłych antena emituje i odbiera w sposób ciągły fale modulowane i niemodulowane. Radary impulsowo-dopplerowskie łączą niejako cechy obu poprzednio wymienionych i zapewniają dużą dokładność i skuteczność wykrywania.

Dzięki radarom pogodowym montowanym na samolotach latania stało się o wiele bezpieczniejsze. Źródło: Honeywell

Radar w samolocie

Trudno sobie dziś wyobrazić samolot bez zainstalowanego na nim systemu radarowego. Dzięki niemu możemy spokojnie przemieszczać się z miejsca na miejsce bez strachu o kolizję w powietrzu lub wpadnięcie znienacka w strefę ciężkiej pogody.

W samolotach wojskowych radary poza wykonywaniem zadań z maszyn cywilnych otrzymały tyle nowych funkcji, że stały się prawdziwymi kombajnami do pozyskiwania informacji. Śledzą ogromną liczbę celów, są w stanie naprowadzać pociski jednocześnie na kilka z nich oraz zbierają dane o emisji przeciwnika.

Radary trafiają do coraz tańszych aut i trend ten będzie raczej postępował. Źródło: Audi

Radar w samochodzie

Samoloty to nie wszystko. Miniaturyzacja dotarła też do sektora radiolokacji i zaowocowała miniaturowymi radarami coraz powszechniej stosowanymi w samochodach. Urządzenia te umożliwiają coraz bezpieczniejsze poruszanie się po drogach. Radary pozwalają m.in. na adaptacyjne tempomaty. , gdy samochód przed nim zwalnia. W wersjach aktywnych, dzięki radarowi auto samo może dostosować prędkość do aktualnego tempa ruchu kolumny pojazdów. Jeśli taki system mamy spięty z automatyczną skrzynią biegów to kierowca ma już naprawdę mało do zrobienia.

Co ciekawe Tesla wiosną tego roku ogłosiła, że odchodzi od radarów i przechodzi na kamerki. Czy reszta producentów podąży za tym trendem? Wydaje się, że póki co nie. Czujniki radarowe są coraz częściej montowane, i to nie tylko z przodu pojazdu, ale również z tyłu. Dzięki temu śledzą martwe pole z tyłu, mogą pomóc przygotować auto do kolizji z tyłu, czy też pomóc włączyć się do ruchu.

Radary pogodowe pozwalają na coraz dokładniejsze przewidywanie zjawisk atmosferycznych. Źródło: IMGW

Jak działa radar pogodowy?

Wydaje się, że pogoda interesuje każdego, więc zerknijmy na ten obszar zastosowań radarów bliżej. Radar pogodowy może być urządzeniem stacjonarnym lub mobilnym, czyli być zainstalowany nawet na pojeździe, ale najczęściej na samolocie. Systemy tego typu pozwalają na bieżąco rejestrować niebezpieczne zjawiska pogodowe takie jak burze i wpływają coraz mocniej na rozwój radarów burz. Dzięki odpowiedniej konfiguracji systemu wykrywane są pojawiające się w zasięgu pracy radaru chmury burzowe.

Dalej dane te mogą być przekazywane na serwery i trafiać na nasze aplikacje pogodowe lub służyć do ilustracji danych w coraz popularniejszych radarach burz. Jak już wspominaliśmy, w przypadku radarów pogodowych coś, co jest zakłóceniem dla radarów innych typów, jest głównym obiektem zainteresowania fal radarowych. Tak jak w przypadku monitorowania samolotów, tak i tutaj czas powrotu sygnału służy do określenia odległości chmury od stacji radarowej. Siła powracającego sygnału mówi natomiast o rodzaju opadu, z jakim możemy mieć do czynienia.

Radary pogodowe mają pewne ograniczenia wynikające z choćby kształtu kuli ziemskiej. Powyżej 200 kilometrów stają się nieskuteczne, gdyż mogą pokazywać opad w górnych warstwach atmosfery, a w tym czasie nad ziemią deszczu nie będzie. Dlatego radary pogodowe rozmieszcza się w znacznie mniejszych odległościach od siebie, by uniknąć tego typu zakłamań.

Pomimo takich starań i tak czasem radar rejestruje opad, który nie dociera do ziemi i wyparowuje. Dodatkowo nierzadko nie jest w stanie wychwycić opadu z bardzo niskich chmur oraz w bezpośredniej bliskości urządzenia. Inne obiekty w powietrzu w połączeniu z warunkami atmosferycznymi mogą również wprowadzić radar w błąd więc… najlepiej wyjrzeć za okno.

Na koniec można dodać, że radary pogodowe, ale również inne radary, są często „chowane” w specjalnych osłonach przypominających nieco piłki golfowe (polecam wizytę w RAF Menwith Hill – robi wrażenie).

fotoradary
Fotoradary potrafią być skutecznym batem na kierowców. Trochę się ich nam w Polsce już nazbierało. Źródło: CANARD

Jak działa fotoradar?

Zazwyczaj fotoradar jak już zadziała, to działa dość boleśnie. Oczywiście, jeśli jedziemy za szybko. Zasada działania odpowiada typowym systemem radarowym. W kierunku zbliżającego się pojazdu wysyłana jest wiązka i po jej odbiciu i zarejestrowaniu wyliczana jest prędkość pojazdu. Gdy poruszamy się ze zbyt dużą prędkością, włączany jest aparat fotograficzny, który wykonuje nam zdjęcie, zapisując jednocześnie naszą prędkość i czas zdarzenia.

Dla wygody procesowej system od razu podaje dane radaru, numer zdjęcia czy też miejsce, w którym popełnione zostało wykroczenie. Na zdjęciu podana będzie również nasza prędkość, jak i prędkość maksymalna na tym odcinku. Jeśli poruszamy się w nocy, dodatkowo zadziała lampa błyskowa. Wszystko po to by nie było wątpliwości, jaką głupotę zrobiliśmy. To tyle. Proste prawda?

Jeśli głębiej zastanowić się nad radarami to można dojść do wniosku, że najlepsze dopiero przed nami. Dalsza miniaturyzacja, zwiększenie efektywności przeszukiwania oraz ograniczenie poboru mocy pozwolą na coraz szersze zastosowanie w życiu codziennym. Słowem, stay tuned!

eśli poza radarami interesują Was inne systemy wykrywające, to zerknijcie na noktowizory w ofercie combat.pl

Źródła:

  • http://www.bom.gov.au/australia/radar/about/what_is_radar.shtml
  • https://www.eol.ucar.edu/content/how-do-radars-work
  • https://www.britannica.com/technology/radar/History-of-radar
  • https://www.abc.net.au/science/articles/2014/03/17/3964782.htm
  • https://www.britannica.com/technology/radar
  • https://media.bom.gov.au/social/blog/1459/how-does-a-weather-radar-work/
  • https://www.tesla.com/support/transitioning-tesla-vision
  • https://www.iparts.pl/artykuly/czujnik-radarowy-w-samochodzie-jak-dziala-co-robi-i-w-jaki-sposob-moze-ulatwic-prowadzenie-pojazdu,617.html
  • https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/radar;3965342.html