Nous pouvons observer différents objets à travers le monde. De même, la détection et la télémétrie de type radar sont utilisées pour aider les pilotes lorsqu'ils volent dans le brouillard, car le pilote ne peut pas remarquer l'endroit où ils se déplacent. Le radar utilisé dans les avions est similaire à une lampe torche qui fonctionne avec des ondes radio à la place de la lumière. L'avion transmet un signal radar clignotant et écoute toute indication de ce signal provenant des objets proches. Une fois que les indications sont remarquées, l'avion identifie alors que quelque chose est proche et utilise le temps nécessaire aux indications pour découvrir à quelle distance il est. Cet article présente un aperçu de Radar et de son fonctionnement.
Qui a inventé le radar?
Semblable à plusieurs inventions, le système radar n'est pas facile à attribuer à un individu car il était le résultat de travaux antérieurs sur les propriétés de électromagnétique rayonnement pour l'accessibilité de nombreux appareils électroniques. La question la plus préoccupante est plus compliquée par la dissimulation de la vie privée militaire sous laquelle les techniques de localisation radio ont été examinées dans différents pays au début de la Seconde Guerre mondiale.
Cet auteur critique a finalement conclu que lorsque le système radar est un cas clair de création directe, la note de Robert Watson-Watt sur la détection et la localisation des avions par Radio Methods a été publiée il y a 50 ans immédiatement. C'était donc la publication solitaire la plus importante dans ce domaine. Les réalisations britanniques dans la lutte contre la Grande-Bretagne ont largement contribué à l'expansion d'un système radar qui comprenait une croissance technique et une faisabilité opérationnelle.
Qu'est-ce qu'un système radar?
RADAR signifie Détection radio et système de télémétrie. Il s'agit essentiellement d'un système électromagnétique utilisé pour détecter l'emplacement et la distance d'un objet par rapport au point où le RADAR est placé. Il fonctionne en rayonnant de l'énergie dans l'espace et en surveillant l'écho ou le signal réfléchi par les objets. Il fonctionne dans la gamme UHF et micro-ondes.
Un radar est un capteur électromagnétique utilisé pour remarquer, suivre, localiser et identifier différents objets situés à certaines distances. Le fonctionnement du radar est, il transmet de l'énergie électromagnétique en direction des cibles pour observer les échos et les retours d'eux. Ici, les cibles ne sont que des navires, des avions, des corps astronomiques, des véhicules automobiles, des engins spatiaux, de la pluie, des oiseaux, des insectes, etc. Au lieu de remarquer l’emplacement et la vitesse de la cible, elle obtient aussi parfois sa forme et sa taille.
Le principal objectif du radar par rapport aux capteurs infrarouges et optiques est de découvrir des cibles lointaines dans des conditions climatiques difficiles et de déterminer leur distance, leur portée, grâce à la précision. Le radar a son propre émetteur qui est connu comme une source d'éclairage pour placer des cibles. Généralement, il fonctionne dans le domaine des micro-ondes du spectre électromagnétique qui est calculé en hertz lorsque les fréquences s'étendent de 400 MHz à 40 GHz. Les composants essentiels qui sont utilisés dans le radar
Le radar subit un développement rapide au cours des années 1930-années 40 pour répondre aux besoins de l'armée. Il est encore largement utilisé par les forces armées, partout où plusieurs avancées technologiques se sont produites. Simultanément, le radar est également utilisé dans des applications civiles notamment dans le contrôle du trafic aérien, l'observation de la météo, la navigation des navires, l'environnement, la détection à partir de zones éloignées, l'observation de planétaires, la mesure de la vitesse dans les applications industrielles, la surveillance spatiale, l'application de la loi, etc.
Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement du radar est très simple car il transmet de l'énergie électromagnétique et examine l'énergie renvoyée vers la cible. Si les signaux renvoyés sont à nouveau reçus à la position de leur source, alors un obstacle se trouve dans la voie de transmission. C'est le principe de fonctionnement du radar.
Fondamentaux du radar
Le système RADAR se compose généralement d'un émetteur qui produit un signal électromagnétique qui est rayonné dans l'espace par une antenne. Lorsque ce signal frappe un objet, il est réfléchi ou réémis dans de nombreuses directions. Ce signal réfléchi ou écho est reçu par l'antenne radar qui le délivre au récepteur, où il est traité pour déterminer les statistiques géographiques de l'objet.
La distance est déterminée en calculant le temps mis par le signal pour voyager du RADAR à la cible et en revenir. L'emplacement de la cible est mesuré en angle, à partir de la direction du signal d'écho d'amplitude maximale vers lequel pointe l'antenne. Pour mesurer la portée et l'emplacement des objets en mouvement, l'effet Doppler est utilisé.
Les éléments essentiels de ce système sont les suivants.
- Un émetteur: Il peut s'agir d'un amplificateur de puissance comme un Klystron, d'un tube à ondes mobiles ou d'un oscillateur de puissance comme un magnétron. Le signal est d'abord généré à l'aide d'un générateur de forme d'onde, puis amplifié dans l'amplificateur de puissance.
- Guides d'ondes: Les guides d'ondes sont des lignes de transmission pour la transmission des signaux RADAR.
- Antenne: L'antenne utilisée peut être un réflecteur parabolique, des réseaux planaires ou des réseaux phasés électroniquement dirigés.
- Duplexeur: Un duplexeur permet à l'antenne d'être utilisée comme émetteur ou récepteur. Il peut s'agir d'un appareil gazeux qui produirait un court-circuit à l'entrée du récepteur lorsque l'émetteur fonctionne.
- Destinataire: Il peut s'agir d'un récepteur superhétérodyne ou de tout autre récepteur composé d'un processeur pour traiter le signal et le détecter.
- Décision de seuil: La sortie du récepteur est comparée à un seuil pour détecter la présence de tout objet. Si la sortie est inférieure à un seuil, la présence de bruit est supposée.
Comment Radar utilise-t-il la radio?
Une fois que le radar est placé sur un navire ou un avion, il nécessite un ensemble de composants essentiels similaire pour produire des signaux radio, les transmettre dans l'espace et les recevoir par quelque chose, et enfin afficher les informations pour le comprendre. Un magnétron est un type d'appareil utilisé pour générer des signaux radio qui sont utilisés par radio. Ces signaux sont similaires aux signaux lumineux car ils se déplacent à la même vitesse mais leurs signaux sont beaucoup plus longs avec moins de fréquences.
La longueur d'onde des signaux lumineux est de 500 nanomètres, alors que les signaux radio utilisés par les radars vont normalement de centimètres à mètres. Dans un spectre électromagnétique, les signaux tels que la radio et la lumière sont fabriqués avec des conceptions variables d'énergie magnétique et électrique dans l'air. Le magnétron du radar génère des micro-ondes de la même manière qu'un four à micro-ondes. La principale disparité est que le magnétron du radar doit transmettre les signaux sur plusieurs kilomètres, plutôt que sur de petites distances, il est donc plus puissant et beaucoup plus grand.
Chaque fois que les signaux radio ont été transmis, une antenne fonctionne comme un émetteur pour les transmettre dans les airs. En général, la forme de l'antenne est courbée, de sorte qu'elle concentre principalement les signaux dans un signal exact et étroit, mais les antennes radar tournent également normalement afin qu'elles puissent remarquer des actions sur une vaste zone.
Les signaux radio se déplacent à l'extérieur de l'antenne à une vitesse de 300 000 km par seconde jusqu'à ce qu'ils heurtent quelque chose et certains d'entre eux reviennent à l'antenne. Dans un système radar, il existe un dispositif essentiel à savoir un duplexeur. Cet appareil est utilisé pour faire changer l'antenne d'un côté à l'autre entre un émetteur et un récepteur.
Types de radar
Il existe différents types de radars, dont les suivants.
Radar bistatique
Ce type de système radar comprend un émetteur Tx et un récepteur Rx qui sont divisés sur une distance équivalente à la distance de l'objet estimé. L'émetteur et le récepteur sont situés à une position similaire qui s'appelle un radar monastique, tandis que le matériel militaire à très longue portée surface-air et air-air utilise le radar bistatique.
Radar Doppler
Il s'agit d'un type spécial de radar qui utilise l'effet Doppler pour générer la vitesse des données concernant une cible à une distance particulière. Cela peut être obtenu en transmettant des signaux électromagnétiques en direction d’un objet afin d’analyser la manière dont l’action de l’objet a affecté la fréquence du signal renvoyé.
Ce changement donnera des mesures très précises de la composante radiale de la vitesse d’un objet en relation avec le radar. Les applications de ces radars impliquent différentes industries comme la météorologie, l'aviation, la santé, etc.
Radar monopulse
Ce type de système radar compare le signal obtenu en utilisant une impulsion radar particulière à côté de lui en contrastant le signal tel qu'observé dans de nombreuses directions sinon des polarisations. Le type de radar monopulse le plus fréquent est le radar à balayage conique. Ce type de radar évalue le retour de deux façons pour mesurer directement la position de l'objet. Il est important de noter que les radars qui ont été développés en 1960 sont des radars monopulse.
Radar passif
Ce type de radar est principalement conçu pour remarquer et suivre les cibles en traitant les indications de l'éclairage dans l'environnement. Ces sources comprennent des signaux de communication ainsi que des émissions commerciales. La catégorisation de ce radar peut se faire dans la même catégorie de radar bistatique.
Radar d'instrumentation
Ces radars sont conçus pour tester des avions, des missiles, des fusées, etc. Ils donnent différentes informations, notamment l'espace, la position et le temps à la fois dans l'analyse du post-traitement et en temps réel.
Radars météorologiques
Ceux-ci sont utilisés pour détecter la direction et la météo en utilisant des signaux radio par polarisation circulaire ou horizontale. Le choix de la fréquence du radar météorologique dépend principalement d'un compromis de performance entre l'atténuation ainsi que la réflexion des précipitations comme résultat de la vapeur d'eau atmosphérique. Certains types de radars sont principalement conçus pour utiliser des décalages Doppler pour calculer la vitesse du vent ainsi que la double polarisation pour reconnaître les types de précipitations.
Cartographie radar
Ces radars sont principalement utilisés pour examiner une vaste zone géographique pour les applications de la télédétection et de la géographie. En raison du radar à ouverture synthétique, ceux-ci sont limités à des cibles assez stationnaires. Il existe des systèmes de radar particuliers utilisés pour détecter les humains après des murs qui sont plus différents que ceux trouvés dans les matériaux de construction.
Radars de navigation
Généralement, ce sont les mêmes pour les radars de recherche, mais ils sont disponibles avec de petites longueurs d'onde capables de se répliquer à partir du sol et des pierres. Ceux-ci sont couramment utilisés sur les navires commerciaux ainsi que sur les avions longue distance. Il existe différents radars de navigation comme les radars marins qui sont placés couramment sur les navires pour éviter une collision ainsi qu'à des fins de navigation.
RADAR pulsé
Le RADAR pulsé envoie des impulsions haute puissance et haute fréquence vers l'objet cible. Il attend ensuite le signal d'écho de l'objet avant qu'une autre impulsion ne soit envoyée. La portée et la résolution du RADAR dépendent de la fréquence de répétition des impulsions. Il utilise la méthode de décalage Doppler.
Le principe de la détection par RADAR d'objets en mouvement à l'aide du décalage Doppler fonctionne sur le fait que les signaux d'écho des objets stationnaires sont dans la même phase et sont donc annulés tandis que les signaux d'écho des objets en mouvement auront des changements de phase. Ces radars sont classés en deux types.
Pulse-Doppler
Il transmet une fréquence de répétition d'impulsion élevée pour éviter les ambiguïtés Doppler. Le signal émis et le signal d'écho reçu sont mélangés dans un détecteur pour obtenir le décalage Doppler et le signal de différence est filtré à l'aide d'un filtre Doppler où les signaux de bruit indésirables sont rejetés.
Schéma fonctionnel du RADAR Doppler pulsé
Indicateur de cible mobile
Il transmet une faible fréquence de répétition des impulsions pour éviter les ambiguïtés de portée. Dans un système MTI RADAR, les signaux d'écho reçus de l'objet sont dirigés vers le mélangeur, où ils sont mélangés avec le signal d'un oscillateur local stable (STALO) pour produire le signal IF.
Ce signal IF est amplifié puis transmis au détecteur de phase où sa phase est comparée à la phase du signal de l'oscillateur cohérent (COHO) et le signal de différence est produit. Le signal Coherent a la même phase que le signal de l'émetteur. Le signal cohérent et le signal STALO sont mélangés et transmis à l'amplificateur de puissance qui est allumé et éteint à l'aide du modulateur d'impulsions.
Radar MTI
Onde continue
Le RADAR à onde continue ne mesure pas la portée de la cible mais plutôt le taux de changement de distance en mesurant le décalage Doppler du signal de retour. Dans un RADAR CW, un rayonnement électromagnétique est émis au lieu d'impulsions. Il est essentiellement utilisé pour mesure de la vitesse .
Le signal RF et le signal IF sont mélangés dans l'étage mélangeur pour générer la fréquence de l'oscillateur local. Le signal RF est alors un signal émis et le signal reçu par l'antenne RADAR se compose de la fréquence RF plus la fréquence de décalage Doppler. Le signal reçu est mélangé à la fréquence de l'oscillateur local dans le deuxième étage de mélange pour générer le signal de fréquence FI.
Ce signal est amplifié et transmis à la troisième étape de mélange où il est mélangé avec le signal IF pour obtenir le signal avec la fréquence Doppler. Cette fréquence Doppler ou décalage Doppler donne le taux de changement de portée de la cible et ainsi la vitesse de la cible est mesurée.
Schéma fonctionnel montrant le RADAR CW
Équation de portée radar
Il existe différents types de versions disponibles pour les équations de portée radar. Ici, l'équation suivante est l'un des types fondamentaux pour un système d'antenne unique. Lorsque l'objet est supposé être au milieu du signal d'antenne, alors la plage de détection radar la plus élevée peut être écrite comme
Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin
= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin
«Pt» = puissance d’émission
«Pmin» = signal détectable minimum
«Λ» = longueur d’onde de transmission
«Σ» = coupe transversale du radar cible
«Fo» = fréquence en Hz
«G» = gain d’une antenne
«C» = vitesse de la lumière
Dans l'équation ci-dessus, les variables sont stables et dépendent du radar en dehors de la cible comme RCS. L'ordre de la puissance d'émission sera de 1 mW (0 dBm) et le gain de l'antenne d'environ 100 (20 dB) pour un ERP (puissance rayonnée efficace) de 20 dBm (100 mW). L'ordre des signaux les moins visibles sont les picowatts et le RCS d'un véhicule peut être de 100 mètres carrés.
Ainsi, l'exactitude de l'équation de distance radar sera les données d'entrée. Pmin (signal perceptible minimum) dépend principalement de la bande passante du récepteur (B), F (facteur de bruit), T (température) et du rapport S / N nécessaire (rapport signal sur bruit).
Un récepteur avec une bande passante étroite sera plus réactif qu'un récepteur large BW. Le facteur de bruit peut être défini car il s'agit d'un calcul de la quantité de bruit que le récepteur peut contribuer à un signal. Lorsque le facteur de bruit est moindre, le bruit sera moindre que l'appareil donne. Lorsque la température augmente, cela affectera la sensibilité du récepteur par l'augmentation du bruit d'entrée.
Pmin = k T B F (S / N) min
À partir de l'équation ci-dessus,
«Pmin» est le signal le moins détectable
«K» est la constante de Boltzmann comme 1,38 x 10-23 (Watt * sec / ° Kelvin)
«T» est une température (° Kelvin)
«B» est la bande passante d’un récepteur (Hz)
«F» est la figure de bruit (dB), facteur de bruit (rapport)
(S / N) min = le plus petit rapport S / N
La puissance de bruit thermique i / p disponible peut être proportionnelle vers le kTB où «k» est la constante de Boltzmann, «T» est la température et «B» est la bande passante du bruit du récepteur en hertz.
T = 62,33 ° F ou 290 ° K
B = 1 Hz
kTB = -174 dBm / Hz
L'équation de distance radar ci-dessus peut être écrite pour la puissance reçue comme une plage de fonction pour une puissance d'émission, un gain d'antenne, un RCS et une longueur d'onde fournis.
Préc = Pt λ2G2σ / (4π) 3R4max = Pt C2G2σ / (4π) 3R4fo2
Préc = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2
À partir de l'équation ci-dessus,
«Prec» est la puissance reçue
«Pt» est la puissance d’émission
«Fo» est la fréquence d’émission
«Λ» est la longueur d’onde de transmission
«G» est le gain d’une antenne
«Σ» est la section transversale du radar
«R» est la plage
«C» est la vitesse de la lumière
Applications
Le applications du radar inclure les éléments suivants.
Applications militaires
Il a 3 applications majeures dans l'armée:
- En défense aérienne, il est utilisé pour la détection des cibles, la reconnaissance des cibles et le contrôle des armes (diriger l'arme vers les cibles suivies).
- Dans un système de missile pour guider l'arme.
- Identifier les emplacements ennemis sur la carte.
Le contrôle du trafic aérien
Il a 3 applications majeures dans le contrôle du trafic aérien:
- Contrôler le trafic aérien à proximité des aéroports. Le RADAR de surveillance aérienne est utilisé pour détecter et afficher la position de l’avion dans les terminaux de l’aéroport.
- Pour guider l'avion à atterrir par mauvais temps à l'aide du RADAR d'approche de précision.
- Pour scanner la surface de l'aéroport pour les positions des avions et des véhicules au sol
Télédétection
Il peut être utilisé pour observer si ou observer les positions planétaires et surveiller la glace de mer pour assurer une route fluide pour les navires.
Contrôle de la circulation au sol
Il peut également être utilisé par la police de la circulation pour déterminer la vitesse du véhicule, contrôler le mouvement des véhicules en donnant des avertissements sur la présence d'autres véhicules ou de tout autre obstacle derrière eux.
Espacer
Il a 3 applications principales
- Pour guider le véhicule spatial pour un atterrissage en toute sécurité sur la lune
- Observer les systèmes planétaires
- Pour détecter et suivre les satellites
- Pour surveiller les météores
Alors, maintenant, j'ai donné une base compréhension de RADAR , que diriez-vous de concevoir un projet simple impliquant RADAR?
Crédits photo
- Schéma fonctionnel montrant le RADAR CW par Radartutoriel
