Радар (Radio Detection And Arranging)-система за определяне на разположението на даден обект и неговото идентифициране от разстояние. Радио-сигналите се отразяват от обекти в тяхното поле на движение, а радарът засича ехото на сигналите, които се връщат. Чрез радара могат да се определят разстоянието, скоростта, посоката на движение и формата на обекта. Радарът може да открива обекти, които са извън обсега на нашето зрение, независимо от промените във времето, което му качество го прави важно устройство за индустрията.
Много са приложенията на радара: спомага за морската и въздушната навигация, използва се за военни цели. Чрез него се осигурява безопасност в пътуването и ни снабдява с точни научни  данни.

Но безспорно едно от най-важните му приложения е в авиоконтрола, където големи мрежи от наземи радарни системи помагат  на авиодиспечарите да следят самолетите и да ги предпазват от сблъсък. Търговските военни кораби също използват радари, за да се предпазят от някои пречки, пред които могат да се изправят, особено в лошо време, когато видимостта е слаба.

В света на науката, метеоролозите използват радари, за да наблюдават и предвиждат промени във времето. Други учени си служат с радари, за да съставят план на земната повърхност, както и на други планети и техните луни.
 

КАК  РАБОТИ  РАДАРЪТ

Радарът разчита на изпращането и приемането на електромагнитна радиация, обикновено под формата на радиовълни или микровълни. Електромагнитната радиация е енергия при вълни, движещи се  със скорост, близка или еднаква на тази на светлината. Характеризирането на вълните зависи от дължината на вълната. Радарните системи използват лъчения с голяма честота на вълната, защото радиовълните и микровълните се отразяват по-добре от късодължинните вълни, които се разпръскват или абсорбират преди да достигнат целта си. Радиовълните с много голяма дължина на вълната дори се отразяват от йоносферата.

Радарът започва излъчвайки електромагнитно радиация, наречена сигнал. Сигналът се отблъсква от обекти в неговото поле на движение. Когато вълите се отразят, част от сигналът се връща в радара. Системата отчита ехото и в зависимост от осъвършенствеността й, просто съобщава данните или анализира сигнала за повече информация. Въпреки че радиовълните и микровълните се отразяват по-добре от електромагнитните вълни с други честоти, само малка част от сигнала се завръща чрез отражението. За това, системата трябва да има възможност да предава големи количества енергия и да улавя минимални количества в обратната посока.
Радарът е съставен от четири основни компонента: предавател, антена, приемник и екран. Предавателят създава електричните сигнали в зависимост от формата и типа на системата. Антената изпраща тези сигнали като електромагнитна радиация. Тя също събира връщащите се сигнали и ги предава на приемателя, който анализира и ги прекарва на дисплея (екрана). Той позволява на оператора да следи данните.

Всички радарни системи извършват едни и същи основни задачи, но начина по който ги изпълняат зависи от частите на системата. Пулсовият радар, например, изпраща струи на определени интервали. Този тип радар изисква устройство за определяне на времето на изблиците, което го прави по-сложен от обикновения радар. Друг вид радар изпраща продължителен сигал. Този радар получава много от информацията си от леките промени в ехото. Приемникът на този тип радар е по-сложен отколкото други системи.
 

СИСТЕМА ЗА ПРЕДАВАНЕ НА РАДАРНИТЕ СИГНАЛИ

Системата за предаване на радарните сигнали се състои от три части:
1. осцилатор (генератор на трептения)
2. модулатор
3. предавател

Осцилаторът образува чисти електросигнали на желаната честота, като при повечето е от няколко милиона херца до няколко стотин милиона херца.
Модулторът бързо променя или модулира сигналите от осцилатора, като той просто включва или изключва сигналите.
Предавателят  увеличава силата на сигнала от осцилатора, след което той се предава до антената и се отделят елекромагнитни вълни с подходяща дължина.

СИСТЕМА ЗА ПРИЕМАНЕ НА РАДАРНИТЕ СИГНАЛИ

Приемникът засича, а същто така често анализира ехото, резултат от отразените вълни в далечни обекти. Това всъщност става с помощта на антена, същата както при предавателя. Дуплексерът предпазва приемателя от силните сигнали, идващи от предавателя, а също така осигурява постъпването на слабите сигнали в приемника. Дуплексерът на пулсовия радар свързва предавателя с антената, само когато е засечен пулс. Между два пулса дуплексерът свърва приемника с антената, защото ако предавателят е свързан с антената докато пулсът се пренася, той ще нанесе повреди на чувствителната верига на приемника.

Най-модерните радарни системи използват дигитално оборудване, но за целта са нужни аналого-дигитални конвертори, които променят формата на сигнала от аналогова в дигитална. Входящият аналогов сигнал може да бъде от всякаква стойност- от нула до десетки милиони, включително и дробни числа. Дигиталната информация трябва да има определени стойности като 0,1,2,3…., но не и стойности между тях. След като аналоговата информация е преведена в отделни интервали, дигиталните числа обикновено се изразяват в поредица от единици и нули. Аналого-дигиталният конвертор измерва многократно всяка секунда влизащите аналогови сигнали като изразява всеки сигнал чрез двойно число. Когато вече сигналът е в дигитална форма, приемникът може да извърши много сложни функции. Една от тях е Доплеровото филтриране. Отразените сигнали от движещия се обект се завръщат с по-различна дължина на вълната поради ефекта на Доплер. Ако един обект се отдалечава от нас, всяка следваща вълна ще се отразява от по-далеко, така че сигналът ще има по-голяма дължина на вълната (и обратно).

С помощта на ефекта на Доплер, приемникът усилва силата на връщащия се сигнал и елиминира шума или други ненужни сигнали. Екранизирането на резултата е финалната стъпка в преработването на сигналите в полезна информация. Ранните радари използвали прост екран на приетата амплитуда на сигнала или силата му като зависима от разстоянието от антената. В такава система един шип се появява на мястото на екрана, което отговаря на отдалечеността на целта. По-модерен е екранът, наречен ППИ(Планово Позиционен Индикатор). ППИ екранизира посоката на обекта, като ъгъл, измерен от върха на екрана. Някой радарни системи, които използват ППИ показват точната амплитуда на сигнала, докато други обработват сигнала предварително и обозначават целите със символи.

ТИПОВЕ РАДАРИ

Всички радарни системи изпращат електромагнитна радиация в радио- или микровълнови честоти и използват ехото от тази радиация, за да засичат обекти. Но различните системи използват различни методи за излъчване и приемане на сигнали. Всички радарни системи изпращат електромагнитна радиация в радио- или микровълнови честоти и използват ехото от тази радиация, за да засичат обекти.
 

ПРОСТ ПУЛСОВ РАДАР

Простият пулсов радар е най-обикновният радар. В тази система предавателят излъчва кратки импулси енергия с радиочестота. Между импулсите приемателят засича ехото от радиацията, която обектите отразяват. Повечето антени на пулсови радари се въртят, за да сканират по-широка област. Простият пулсов радар изисква точно определяне на времевия цикъл в дуплексера, за да не се позволи на приемателя да се опитва да разчете сигнал от антената докато трансмитерът работи. Пулсовият радар е добър в откриванто на обекти, но не е много точен в отмерването на скоростта им.
 

РАДАР ЗА ПРОДЪЛЖИТЕЛНИ ВЪЛНИ

Радарът за продължителни вълни (РПВ) предава постоянен сигнал. Предаването е продължително, така че освен в системи с много ниска мощност, приемателят не може да използва същата антена като предавателя, защото радарните излъчвания ще се смесят с ехото, което приемателят отчита. РПВ системите могат да различават вторично наслагване и подвижни цели като отчитат Доплеровата промяна в сигналите, без да се налага да се използва точно определяне на времевия цикъл. РПВ системите са отлични в измерването на скоростта и посоката на обекта, но не са толкова добри в измерването на позицията му. Някои системи  комбинират РПВ и пулсовия радар, за да постигнат по-добри резултати. Тези системи се наричат Пулс-Доплерови.

СИНТЕТИЧНО-АПЕРТУРЕН РАДАР

Синтетично-апертурният радар (САР) проследява цели на земята от въздуха. Името му идва от факта, че системата използва движението на самолета или сателита, който я носи, за да работи антената като много по-голяма отколкото е. Способността на радара да различава два близки обекта зависи от широчината на лъча, който антената изпраща. Колкото по-тесен е лъчът, толкова по-добра е резолюцията. Тесният лъч обаче изисква голяма антена. Системата САР обикновено е ограничена с широк лъч и малка антена, за да бъде подходяща за летателния апарат или сателита. Благодарение на движението на летатения апарат или сателита, САР има възможността да прави измервания от различни позиции. Приемателят обработва сигналите, за да изглежада сякаш са приети от голяма стационарна антена. Резолюцията на този радар може да бъде достатъчно висока, за да различи обекти, малки колкото автомобил.
В обратния синтетично-апертурен радар, целта се движи около радарната антена. Обратният САР може да даде също толкова добри резултати.
 

МНОГОФАЗЕН РАДАР

Повечето радарни системи използват една голяма антена, която стои на едно място, но може да се върне върху основата си, за да промени посоката на радарния лъч. Антената на многофазния радар съчетава много малки отделни антени, всяка от които може да бъде въртяна. Системата комбинира събраните сигнали от всички малки антени. Голям радар от този вид може да променя посоката на лъча на антената, електронно, много по-бързо отколкото, който и да е механичен радар.
 

ВТОРИЧЕН РАДАР

Радарна система, която изпраща радарни сигнали и засича отразеното ехо се нарича първична (първоначална) радарна система. Вторичните радарни системи отчитат кодираните сигнали, които целта излъчва в отговор на приетите сигнали вместо да отчитат отразените.  Въздушният контрол разчита основно на използването на вторичен радар. Летателните апарати носят малки предаватели, наречи “фарове” или транспондери. Приемателите в кулите за въздушен контрол отчитат сигналите на транспондерите. Тези сигнали не само информират за мястото на летателния апарат, но могат също да пренасят кодирани данни за целта. Например, сигналът може да съдържа код, който да показва дали летателният апарат е съюзнически.
 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Работата на много идустрии зависи от радарите:

А> Контрол на въздушния трафик.
Радарът е жизнено важен инструмент в избягването на сблъсъци между различните летателни апарати във въздушното пространство. Интернационалните системи за въздушен контрол използват и първичен, и вторичен радар. Мрежа от радарни системи с голям радиус на действие засича самолетите, а самите летища разполагат със системи, чрез които още по-точно могат да определят положението на самолетите в близост до летището.

Б> Морска навигация.
Радарите също помагат за навигацията на корабите през опасно за плаване време за избягване на сблъсък. Морските радари почти изцяло зависят от радарни системи, инсталирани във всеки плавателен съд. Тези системи “претърсват” повърхността на водата за  пространства от суша, фарове както и други кораби. За навигаторите ехото от сушата и други неподвижни обекти е толкова важно, колкото са и движещите се тела. Затова морските радарни системи зависят от разстоянието и посоката, за да направят разлика между земята, кораби и нежелани сигнали.

В>Военна защита и атака.
Исроически, войната е играла важна роля в развитието и използването на радара. Засичането и заглушаването на противниковите военни самолети са били главните приложения на радара. Войските също използвали въздушни радари, за да сканират големи бойни полета за присъствието на противникови сили и тяхното оборудване. А също така и за да открият точните мишени за бобми и реактивни заряди.

1. Въздушна защита:
Типичната въздушно-отбранителна система разчита на няколко радарни системи. Първо, нискочестотен радар с мощен предавател и голяма антена, претърсва въздушното пространство за самолети /и приятелски и вражески/. Вторичната радарна система чете сигналите, изпратени от всеки самолет, за да прави разлика между съюзниците и варговете. След като неприятелите са засечени, операторите ги проследяват като използват високочестотни вълни от специални радарни системи. Въздушно-отбранителната система се опитва да свали застрашаващите я самолети с изстрели и реактивни снаряди. Въздушно-отбранителните радарни системи с голям радиус на действие използват реакционни снаряди с вътрешно управление. Тези системи засичат мишените си, използвайки данните от радарни системи в реактивните снаряди. Такива снярядно-преносими радарни системи са наречени “търсачи”. Търсачът използва радарни сигнали от реактивните снаряди или радарни сигнали от предавателя на земята, за да определи позицията на обекта, който е най-близо до снаряда. След това се предава информация до системата, управляваща снаряда.

Войските използват система “земя-въздух” за защита от балистични реактивни снаряди както и от самолети. По време на Студената война и САЩ, и СССР направили доста проучвания в отбраната срещу интерконтинентални балисични снаряди и подводни балистични снаряди.

Модерните военни сили използват радари въздух-земя, за да засекат наземните мишени и да наблюдават движението на войниците. Съвременната доплерова техника и синтетичните радари увеличават точността и ползата от радарите въздух-земя. Военните сили по света използват тези радари като оръжия и за наблюдаване на бойните полета.

2. Войската използва няколко начина, за да избегне засичането от вражеските радари.
Единият начин е чрез изпращане на лъжливи сигнали до вражеската радарна система. По време на Втората световна война нападнатите летци заглушават вражеските радарни системи, хвърляйки големи облаци от метални ленти, жици. Лъжливото ехо прикрива точното местоположение на самолетите. Модерните станции за активни смущения използват сложни електронни системи, които анализират вражеските радари, тогава изпращат лъжливо радарно ехо, което заблуждава радара за точното положение на мишената.

3. Безопасност на движението.
От 1950 година полицията използва радари, за да засече щофъорите, привишили ограничението на скоростта. Повечето то тях използват доплерова технология, за да определят скоростта на превозното средство. Такива системи са прости, но понякога довеждат до грешни резултати. Радарният лъч на такива системи е значително широк, което ще рече, че радарните електеронни смущения могат да бъдат засечени от шофъорите, но новите популярни радарни системи използват лазери, за да формират тесни, подбиращи радарни лъчи. По-тесния лъч подсигурява, че радарът ще отрази сигналите от избрания обект и нямалява възможносста на грешни данни. Вместо да разчитам на Доплеровия ефект, за да измерва скоростта, тази система използва пулсов радар, за да измери разстоянието до автомобила и след това да изчисли скоростта, делейки промяната в разстоянието на промяната във времето. Лазерните радари са също по-надеждни от обикновените радари тъй като техните лъчи са по-тесни за засичане от автомобил с радарни детектори.

4. Метеорология:
Метеоролозите използват радари, за да определят времето. Радарните системи разположени по целия свят, засичат и разкриват районите, в които ще вали дъжд, сняг и др. Радарните системи за определяне на времето използват Доплеров радар, за да определят скоростта на вятъра по време на буря. Радарните сигнали се отразяват от водните капчици или от ледените кристали, засичат и разкриват районите, в които ще вали. Радарните системи за определяне на времето използват Доплеров радар за установяване на състоянието на вятъра, особенно ако валежи или големи количества от прах съпътстват бурята. Много летища използват тези усъвършенствани радари, за да направят приземяването по-безопасно.

6. Научни приложения:
Учените използват радарите в няколко приложения, свързани с космоса. Космическата система за проследяване е плод на общото усилие на САЩ, Канада и Великобритания. Тя използва данни от няколко големи системи за наблюдаване и проследяване на всички обекти в орбита. Това помага на учените да проследяват изоставените сателити, захвърлените парчета от ракети, както и други неизползвани части от космически кораби, които могат да бъдат заплаха за работещите кораби.      Друго приложение на радарните системи е да засичат сателитите, излъчващи сигнали за насочването на космически обекти. Една от най-важните системи е Глобалната позиционна система, задвижвана от американския отдел по отбраната.
Глобалната позиционна система осигуява точни навигационни данни за американската войска и за всеки притежаващ Глобална позиционна система.

По време на космически полети радарите дават точни измерения за разстоянието между космически кораб и други обекти. През 1860 година по време на американската мисия до Луната, радарите измерили височината на сондата над лунната повърхност, за да помогнат на сондата да контролира своето спускане. По време на мисията Аполо, отново радари измерили височината на лунния модул, частта от летателния апарат Аполо, която донесла двамата астронафти от лунната орбита до лунната повърхност. Аполо също е използвал радари за измерване на разстоянието между Лунния модул и командния и обслужващия модул, частта от кораба, която е останала в орбита около Луната.

Астрономите използват наземни радари, за да наблюдават Луната, някои от най-големите астероиди в Слънчевата ни система и някои планети и техните Луни. Няблюдението чрез радари осигурява информация за орбитите и повърхностите на рзлични обекти.

ТЕСТОВИ ЗАДАЧИ

1.Кой от изброените компоненти не е основна част на радара:
    а)екран
    б)модулатор
    г)предавател

2.Финалната стъпка в преработката на сигналите в полезна информация е:
    а)наслагването
    б)преработването
    в)екранизирането

3.Пулсовият радар не е добър в:
    а)откриването на обекти
    б)отмерването на скоростта на обектите
    в)определяне разстоянието до обекта

4.Въздушния контрол разчита основно на използването на:
    а)вторичния радар
    б)многофазния радар
    в)радара за продължителни вълни
 

МЕТОДИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ ВЪРХУ РАЗРАБОТКА НА ТЕМА “РАДАР И РАДАРНИ СИСТЕМИ”

Цели и задачи: При разглеждане на темата основните цели и задачи се определят:
- да се разширят знанията на учениците по въпроса за приложението на радиовълните в различни области на живота и науката
- да се открият отново свойствата на радиовълните при конкретното им приложение при радарите
- от историко-философска гледна точка да се насочи вниманието към откриването на първите радари и усъвършенстването им. Търсене на отговор може ли да се открият нови уреди и как и къде ще се използват.
- да се “съживят” и “приземят” теоретичните и формализирани физични знания  от училище чрез интересни факти, но преди всичко с материали от реалния свят на техниката и изобретателската практика
- освен това да се покаже, че физиката и физичните задачи са навсякъде около нас и просто трябва да се осмислят
- чрез предоставения текст се дава възможност за развитие на творческото мислене на учениците и уменията за самостоятелна работа
- снимковият материал и схеми дават възможност да се добие и визуална представа за изучения физичен  обект

При разглеждане на въпроса могат да се използват различни методи както от учителя, така също и от ученика – индуктивен, дедуктивен анализ и синтез. Метода, по който моделираме дава възможност за творческото развитие на учениците.

Ученици, учители и родители, като проявяват интерес към тези въпроси, могат да използват разработката за допълнителна информация, а учителите за онагледяване на учебното съдържание.

Предложените тестови въпроси могат да се използват при разглеждане на конкретната тема, но могат да се включат и като част от обобщителната тема, а също така могат и да се допълнят с нови въпроси или от учителя, или от учениците.

Разработената тема може да се използва в подготовка на въпросите от раздела “Електромагнитни трептения и вълни” в ученбика по физика за 9 клас в урока “Приложения на радиовълните”. Може да се използва и в час по ЗИП  в  горна степен на обучение.

Темата има връзка с биология, астрономия, химия, военно дело.
 
 

УЧАСТНИЦИ:
           -Росица Веселинова Василева 11”а”
           -Йосиф Христов Йосифов 11”а”

НАУЧЕН РЪКОВОДИТЕЛ:
           -Росица Конова

УЧИЛИЩЕ:
           -СОУ”Васил Левски”

ГРАД:
          -Севлиево