PŘEDNÁŠKA 1. Jiří Šebesta MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy 22.9.2014 Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

MRAR: PŘEDNÁŠKA 1. Úloha radiolokace Typy radarů Aplikace radarů Kmitočtová pásma Parametry radarů Historický vývoj radiolokace

MRAR-P1: Úloha radiolokace (1/1) Radiolokací rozumíme zjišťování objektů v prostoru a určování jejich polohy a parametrů pohybu pomocí elektromagnetických vln. Zařízení určená pro plnění zmíněných úkolů nazýváme radiolokátory, zkr. RLS (radiolokační systém), nebo lokátory nebo radary RADAR = Radio Detection and Ranging SONAR = Sound Navigation and Ranging Radiolokační cíl = TARGET

MRAR-P1: Typy radarů (1/1)  Primární radiolokátory (aktivní RLS) impulsní kontinuální (cca do 1 km) Sekundární radiolokátory (aktivní RLS s aktivním odpovídačem) Poloaktivní radiolokátory Pasivní radiolokátory směroměrné dopplerovské časoměrné

MRAR-P1: Aplikace radarů (1/6) PRIMÁRNÍ RLS: PŘEHLEDOVÝ RADIOLOKÁTOR (ATC) RL-64 (ŘLP Brno Tuřany) ATC = Air Traffic Control

MRAR-P1: Aplikace radarů (2/6) PRIMÁRNÍ RLS: PŘISTÁVACÍ RADIOLOKÁTOR (ATC) RP-5PAR PAR = Precision Approach Radar

MRAR-P1: Aplikace radarů (3/6) PRIMÁRNÍ RLS: METEOROLOGICKÝ DOPPLEROVSKÝ RADAR Weather radar Reflectivity – Rayleigh scattering

MRAR-P1: Aplikace radarů (4/6) PRIMÁRNÍ RLS: RADAR PROTIVZDUŠNÉ LETECKÉ OBRANY RAT31SL Dole - fázované anténní pole primárního radaru DBF = Digital Beam Forming Nahoře – anténa pro sekunární přehledový radar SSR = Secondary Surveillance Radar

MRAR-P1: Aplikace radarů (5/6) PRIMÁRNÍ RLS: RADAR PROTIRAKETOVÉ OBRANY XBR Impulsní primární radar 10,5 GHz Fázované anténní pole – 17000 zářičů (horn) Nízkoztrátový kryt proti povětrnostním vlivům Radom = RAdar DOMe

MRAR-P1: Aplikace radarů (6/6) PASIVNÍ RLS: RADAR TDOA Stanice radarového systému TAMARA Pasivní časoměrný systém TDOA = Time Difference of Arrival

MRAR-P1: Kmitočtová pásma (1/1)

MRAR-P1: Parametry radarů (1/3) Parametry technické - charakterizují vlastnosti jednotlivých dílčích částí radiolokátoru : pracovní kmitočet druh použité modulace výkon vysílače citlivost přijímače vyzařovací diagram anténního systému počet a druh výstupních zařízení schopnost potlačení odezev od pevných cílů

MRAR-P1: Parametry radarů (2/3) Parametry taktické - parametry určující použití a celkové schopnosti lokátoru identifikovat cíl a jeho prostorové parametry: oblast přehledování doba přehledu počet a druh určovaných souřadnic a přesnost jejich určení rozlišovací schopnost (v dálce a úhlu) odolnost proti rušení (z hlediska taktického)

MRAR-P1: Parametry radarů (3/3) Ke zhodnocení většiny taktických vlastností (dosah, přesnost, rozlišovací schopnost) se používají statistické metody – hledá se pravděpodobnost dosažení určitých hodnot daných vlastností. (Např. dosahem lokátoru rozumíme vzdálenost, která odpovídá tzv. 50% zjištění cíle) Radiolokátor je obecně měřící zařízení, pro které platí obecné vlastnosti měřící systémy charakterizující včetně chyb měření: chyby systematické (opakující se soustavně při každém měření – chyba kalibrace) chyby nahodilé (způsobuje zpracování signálu, šum)

MRAR-P1: Historický vývoj (1/17) 1886 Hertz demonstroval odraz elektromagnetické vlny v lab. podmínkách 1900 Tesla popsal matematicky řešení detekce odrazu elmag. vlny od objektu a výpočty pro radarové měření rychlosti 1904 patent „Telemobilskopu“ Hülsmeyer – měření velkých objektů (vlaky, lodě) 1924 Appleton (NP) a Barnett měřili výšku ionosféry pomocí systému s kmitočtovou modulací Patent „Telemobilskopu“

MRAR-P1: Historický vývoj (2/17) Princip měření výšku ionosféry pomocí systému s kmitočtovou modulací Princip využívají FM-CW radary výškoměry malých výšek (4,3 GHz) antikolizní radary (76 GHz)

MRAR-P1: Historický vývoj (3/17) 1925 použil Breit a Tuve k měření výšky ionosféry impulsní metodu. Tento způsob zjišťování vzdálenosti je založen na přesném měření doby, která uplyne mezi vysláním radiového impulsu k ionosféře a návratem odražené energie k vysílači používá se v leteckých výškoměrech Princip se používá se v leteckých výškoměrech  1928 první praktický radiolokační systém - radiovýškoměr pracující s kmitočtovou modulací

MRAR-P1: Historický vývoj (4/17) 1930 Taylor dokázal, že i malé cíle mohou být zdrojem měřitelných odrazů 1931 - 1933 byly v Anglii a USA publikovány údaje o odrazu rádiových vln od letadel. Zjistilo se, že takové cíle jsou zdrojem slabých, ale technicky detekovatelných odrazů. Od této doby se stala konstrukce RLS problémem technologickým 1938 byl vybudován řetěz výstražných radiolokátorů CH (Chain Home) pro obranu Londýna a ústí Temže - vlnová délka 15 m, výkon vysílače v impulsu 150 kW (později 1 MW), délka impulsu 12 s a opakovací kmitočtem 25 Hz, dosahem do 200 km

MRAR-P1: Historický vývoj (5/17) Chain Home = Early Warning Radar

MRAR-P1: Historický vývoj (6/17) 1939 byl sestrojen první letecký lokátor typ AI,  = 1,5 m 1940 byl v Anglii vyvinut první magnetron, pro radiolokaci ho však nejdříve použili Američané od 1940 byly výzkumné práce amerických a anglických vědců sjednoceny, USA se zaměřili na vývoj centimetrového radiolokátoru pro stíhací letouny a centimetrového RLS pro řízení protiletadlové palby Aplikace magnetronu ve vysílačích radiolokačních systémů pozvedl úroveň americké radiolokace v období války na světovou špičku

MRAR-P1: Historický vývoj (7/17) 1940 soustava přehledových radiolokátorů s pracovním kmitočtem 106 MHz na tichomořských ostrovech Na Hawai v provozu v době napadení přístavu Pearl Harbour japonskými letadly, bohužel operační středisko vyhodnotilo situaci špatně a mylně se domnívalo, že cíle zaměřené radarem jsou spojenecké bombardéry. 1942 dutinový magnetron se špičkovým výkonem 2 MW pro pásmo 10 cm a 300 kW v pásmu 3 cm Vývoj centimetrového radiolokátoru pro stíhací letouny a centimetrového RLS pro řízení protiletadlové palby

MRAR-P1: Historický vývoj (8/17) Němečtí odborníci sestrojili na začátku 2. světové války výstražný radiolokátor Freya, pracující s  = 2,4 m a s dosahem 120 km a lokátor pro řízení protiletadlové palby Würzburg s  = 50 cm s dosahem 30 km. V roce 1942 sestrojili palubní RLS Fug s  = 2 m a dosahem až 6 km. Při přechodu ke kratším vlnovým délkám však narazili na technické problémy a přijali závěr, že cm vlny nejsou pro konstrukci RLS vhodné. To byl osudový omyl, který byl způsoben neschopností sestrojit vhodné magnetrony a klystrony, které jsou pro zajištění většího dosahu centimetrových radiolokátorů bezpodmínečně nutné.

MRAR-P1: Historický vývoj (9/17) Jedna Freya po válce A taky jeden Wuerzburg v Normandii, jeden je ve VTM Lešany

MRAR-P1: Historický vývoj (10/17) Současně s rozvojem radiolokace se objevila i řada prostředků pro rušení jejich činnosti Během 2. světové války se ke zmatení nepřítele používaly staniolové proužky s délkou odpovídající polovině vlnové délky elektromagnetické vlny radaru protivníka K eliminaci tohoto způsobu rušení, resp. maskování, byly záhy aplikovány metody indikace pohyblivých cílů MTI = Moving Target Indication Aplikace rádiových prostředků pro rušení

MRAR-P1: Historický vývoj (11/17) Po druhé světové válce budování velkých systémů pro snímání vzdušných prostorů Studená válka nutí vybudovat systémy zahorizontálních radarů OTHR = Over the Horizon Radar Využití radarů v civilním sektoru Polovodičová technika Signálové procesory Techniky potlačení clutteru (nežádoucí odrazy) Pokročilé metody zpracování, např. technika syntetických antén SAR = Synthetic Aperture Radar Fúze informací z radarů a dalších čidel.

MRAR-P1: Historický vývoj (12/17) Přijímací anténa amerického OTHR

MRAR-P1: Historický vývoj (13/17) Anténa sovětského OTHR Jedna ze stanic: Černobyl-2, cca 5 km od JE

MRAR-P1: Historický vývoj (14/17) Dosažitelný vf. výkon - elektronky vs. polovodiče

MRAR-P1: Historický vývoj (15/17) Georadar (Ground Penetrating Radar)

MRAR-P1: Historický vývoj (16/17) Radar se syntetickou aperturou (Synthetic Aperture Radar)

MRAR-P1: Historický vývoj (17/17) Antikolizní radar (Collision Avoidance Radar)

Děkuji za vaši pozornost Anténní pole radaru XBR obsahuje cca 17000 ant. elementů