دانلود پروژه رادار



عنوان:
رادار

فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه ز

فصل اول: اساس کار رادار
1-1- تاریخچه رادار 2
2-1- شناخت و تعریف رادار 5
3-1- اساس کار رادار 5
4-1- انعکاس امواج 8
5-1- شکل موج رادار 11
6-1- فرکانس تکرار پالس 12
7-1- زمان تکرار پالس 12
8-1- عرض پالس 13
9-1- زمان استراحت پالس 13
10-1- فرمول تعیین فاصله هدف 14
1-10-1- مایل راداری 15
2-10-1- تعیین فاصله به وسیله رادار 15
3-10-1- خطای محاسبه فاصله و سمت 17

فصل دوم: عوامل موثر در عملکرد رادار
1-2- عوامل موثر در عملکرد رادار 20
1-1-2- شرایط جوی 20
2-1-2- ارتفاع هدف نسبت به ارتفاع آنتن 22
3-1-2- مشخصههای هدف 22
2-2- عوامل موثر در تعیین حداکثر برد رادار 25
3-2- عوامل موثر در تعیین حداقل برد رادار 27
1-3-2- بازتاب دوبل 28
4-2- معادله رادار 29
5-2- قدرت رادار 31
1-5-2- سیکل کار رادار 33

فصل سوم: کاربردهای رادار
1-3- انواع مختلف سیستمهای رادار 36
1-1-3- سیستم رادار پالسی 36
2-1-3- سیستم رادار داپلریی موج پیوسته 37
3-1-3- سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس 39
4-1-3- سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون پالسی 40
5-1-3- سیستم رادارهای آرایه فازی 40
6-1-3- مقایسه رادارهای پالسی و رادارهای موج پیوسته یاCW 41
2-3- کاربردهای مختلف سیستم رادار 42
1-2-3- رادارهای ناوبری 43
2-2-3- رادارهای جستجوگر 44
3-2-3- رادارهای مراقبت 46
4-2-3- رادارهای ردگیری یا کنترل آتش 49
5-2-3- رادارهای ارتفاع یاب 50
6-2-3- رادارهای بیکن 52

فصل چهارم: اجزای سیستم رادار
1-4- بلوک دیاگرام سیستم رادار 55
2-4- فرستنده رادار 57
3-4- گیرنده رادار 58
4-4- آنتن رادار 59
5-4- نشاندهنده رادار 60
6-4- کاربری سیستم رادار 60
2-6-4- نحوهی روشن کردن رادار 61
3-6-4- ایمنی 61
فهرست منابع و مآخذ 63

فهرست شکلها
شکل صفحه
شکل 1-1- بلوک دیاگرام یک رادار ابتدایی 7
شکل 2-1- انتشار امواج رادیویی و بازتاب آن 7
شکل 3-1- نحوهی انعکاس امواج از سطوح منعکسکننده موانع 9
شکل 4-1- اسپکتروم امواج الکترومغناطیس 10
شکل 5-1- نمونه یک پالس رادار 11
شکل 6-1- مفهوم زمان تکرار پالس 12
شکل 7-1- مفهوم عرض پالس و زمان استراحت پالس 13
شکل 8-1- زمان رفت و برگشت 15
شکل 9-1- تعیین فاصله به وسیله رادار 16
شکل 1-2- انعکاس در تمام جهات 23
شکل 2-2- انعکاس از سطح ناهموار 24
شکل 3-2- پالس رادار 25
شکل 4-2- حداکثر فاصله واضح 26
شکل 5-2- حداقل فاصله رادار 28
شکل 6-2- بازتاب ثانویه 29
شکل 7-2- توان قله (PEAL POWER) و توان متوسط 32
شکل 8-2- 34
شکل 1-3- یک رادار C.W. داپلر ساده 37
شکل 2-3- یک رادار C.W. داپلر با دو آنتن مجزا 38
شکل 3-3- تصویری از یک رادار ناوبری 44
شکل 4-3- یک نوع رادار جستجوگر و ناوبری سطحی 45
شکل 5-3- یک نوع رادار جستجوگر و ردیاب هوایی 46
شکل 6-3- یک نوع رادار مراقبت سطحی و هوایی 47
شکل 7-3- یک نوع رادار مراقبت هوایی برد زیاد 47
شکل 8-3- نمایی از آنتن یک رادار کنترل ترافیک هوایی 48
شکل 9-3- نمایی از اتاق رادار برج کنترل ترافی فرودگاه 48
شکل 10-3- یک نوع رادار کنترل آتش دریایی 50
شکل 11-3- یک نوع رادار ارتفاع یاب 51
شکل 12-3- تعیین ارتفاع به وسیله رادار 51
شکل 1-4- بلوک دیاگرام یک سیستم رادار پالسی 55
شکل 2-4- بلوک دیاگرام یک فرستنده رادار 57
شکل 3-4- بلوک دیاگرام یک گیرنده رادار 58
شکل 4-4- فرم تشعشعی یک آنتن جهتدار 59
شکل 5-4- موج برهای با مقطع دایرهای و مستطیلی 60
شکل 6-4- تصویری از یک سیستم رادار 61

مقدمه
به طور کلی رادار وسیله ای است برای جمعآوری اطلاعات از اشیاء یا هدفهای دور به وسیله ی فرستادن امواج الکترومغناطیس به سمت آنها و تجزیه و تحلیل سیگنال برگشتی و در نهایت به تصویر کشاندن نتایج حاصل.
رادار به عنوان یکی از وسایل عمده کمک ناوبری، دستگاهی است که استفادهکننده را قادر میسازد اشیاء یا هدفهای موجود در فواصل دور را تقریباً در هر شرایطی، از جمله وضعیت نامناسب جوّی، تاریکی شب و هوای مه آلود، کشف و موقعیت آنها را تعیین کند. همچنین رادار وسیلهای است برای اندازهگیری دقیق فاصله هر جسم یا هدفی که میبیند و کشف میکند.
رادار علاوه بر این که موقعیت سایر اجسام و اهداف نظیر هواپیماها و کشتیها را به صورت اطلاعات فاصله و سمت نسبت به موقعیت خود مشخص میکند، برای تعیین موقعیت خودمان نیز مورد استفاده قرار میگیرد. این همان نقطهیابی برای ناوبری است.
کاربردهای مختلف یک دستگاه رادار باعث شده تا از آن به عنوان یکی از با اهمیتترین وسایل در عملیات ناوبری نام برده شود. در این پایان نامه طی چهار فصل، اساس کار رادار، عوامل موثر در عملکرد رادار، کاربردهای رادار و اجزای سیستم رادار به ترتیب تشریح میشوند. از آنجا که این پایان نامه صرفاً به منظور ارائه یک شناخت عمومی و مقدماتی تدوین شده، از این رو سعی شده است که مطالب به صورت کلّی و ساده بیان شوند.

فصل اول

اساس کار رادار

1-1-تاریخچه رادار
پیدایش و توسعهی رادار تقریباً همزمان و به طور مستقل در کشورهای آمریکا، انگلستان، آلمان و فرانسه با نامهای متفاوتی چون دستگاه کشف رادیویی (Detection Radio) یا دستگاه جهتیاب رادیویی (Radio Location) در طول دههی1930 پدید آمد. در سال 1942 نیروی دریایی آمریکا لفظ رادار (Radar) را به عنوان نام این دستگاه به کار برد که پس از آن، این لفظ به طور جهانی مورد استفاده قرار گرفت. این موضع که رادار به طور همزمان اما در پی فعالیتهای تحقیقاتی و علمی مستقلی در کشورهای مختلف پدید آمده و شناخته شده است جای چندان تعجبی ندارد، زیرا که اصل اولیه در اساس کار رادار یعنی بازتاب امواج رادیویی از سالها قبل از پیدایش رادار شناخته شده و در مجامع علمی مطرح بوده است.
این که امواج رادیویی تولید پژواک یا بازتاب (Echo)1 میکنند، قبل از سال 1920 شناخته شده بود. در خقیقت از این پدیده در اثبات وجود یونسفر (Ionosphere)2 و دستیابی به ارتفاع لایه های مختلف آن، با اندازه گیری زمان لازم برای رسیدن بازتاب امواج رادیویی از لایههای یونسفر به زمین استفاده شده بود و این امر در ارتباطات رادیویی راه دور بسیار مهم بود. شناخت اصل بازتاب امواج به کارهای تحقیقاتی فیزیکدان آلمانی "هرتز" (Hertz) در زمینه امواج الکترومغناطیسی برمیگردد. هرتز در دههی 1880 توانست امواج رادیویی را در لابراتوار خود ایجاد کرده نشان دهد که این امواج در اثر برخورد با اجسام فلزی منعکس می شوند، همان طوری که نور به وسیله آینه منعکس میشود.
هنگامی که دانشمند و مخترع ایتالیایی "مارکونی" (Marconi) و سایر همکارانش در ادامه کارهای هرتز به دنبال امکان ایجاد ارتباطات رادیویی بودند، یک دانشمند آلمانی به نام "کریستین هالزمایر" (Christian Hulsmeyer) به منظور جلوگیری از تصادم کشتیها یک دستگاه رادار ساده را به وجود آورده و حتی در سال 1904 آن را در چندین کشور به ثبت رسانید، اما در آن مقطع زمانی علاقه مندی کمی به وجود چنین دستگاهی وجود داشت.
به طور کلی قبل از دههی 1930، موضوع بازتاب امواج رادیویی بارها در لابراتورها و آزمایشگاههای علمی مطرح بوده و درباره ی کاربردهای احتمالی آن نظریاتی ارائه می شد. در سال 1900 "نیکلاتسلا" (Nikola Tesla) مخترع آمریکایی که در یوگسلاوی متولد شده بود، درخصوص این که میتوان به وسیله امواج رادیویی، اجسام متحرک مانند کشتی را کشف کرده و موقعیت آن را تعیین کرد مطالبی را بیان کرده بود. همچنین وقتی از رابرت واتسون- وات (Robert Watson – Watt) مخترع رادار در انگلستان که مشغول انجام تحقیقات بر روی موضوع بوده، در خصوص احتمال وجود تشعشعات مرگبار (Death Ray) به صورت امواج رادیویی بسیار قوی به عنوان یک وسیله دفاعی برعلیه حملات هوایی دشمن سوال می شود، او پاسخ میدهد که گرچه این امر به طور کلی عملی نیست، اما استفاده از امواج رادیویی برای کشف یک هواپیما خیلی پیش از این که دیده شده یا صدایش شنیده شود کاری عملی و امکان پذیر خواهد بود. فعالیتهای دو دانشمند آمریکایی به نامهای تیلور (Taylor) و یانگ (Young) که در لابراتوارهای تحقیقاتی نیروی دریایی آمریکا در واشنگتن کار میکردند، نیز منجر به این شد که میتوان دستگاهی ساخت تا به وسیله امواج انتشاری و بازتاب آن، موجودیت اجسامی را که حتی در پناه دود، تاریکی و هوای مهآلود قرار گرفته باشند کشف و آشکار کرد.
در دههی 1930 به علت نیاز ضروری برای کشف و تعیین موقعیت هواپیماهای دشمن در شب یا در هوای ابری، تحقیقات پیرامون کشف به وسیله امواج رادیویی (شکف رادیویی) در چندین کشور توجه بیشتری را به خود معطوف داشت. این تحقیقات به طور عموم تحت نظارت ارتش و به طور سرّی انجام می گرفت. در انگلستان فعالیت در جهت ایجاد سیستم راداری، در سال 1934 با کار گروهی دانشمندان آغاز شد و اولین سیستم راداری آزمایشی که به وسیلهی آقای واتسون پیشنهاد شده بود، در اواخر بهار سال 1935 در سواحل شرقی انگلستان نصب شد. در شروع جنگ جهانی دوم ایستگاههای رادار برای اعلام وقوع حملات هوایی ایجاد و عملیاتی شدند. اگر چه اکثر قدرتهای بزرگ اساس کار رادار را قبل از شروع جنگ کشف کرده بودند و تلاش وافری نیز در جهت توسعه آن برای کاربردهای نظامی انجام داده بودند، اما سیستم دفاعی انگلستان در سال 1939 احتمالاً پیشرفته ترین نوع به حساب میآمد.
در اوایل سال 1940 دانشمندان انگلیسی موفق به طراحی و ساخت دستگاهی به نام مگنترون (Magnetron) شدند که با بهکارگیری آن درسیستم رادار امکان تولید فرستندههای راداری با قدرت زیاد میسرشد. این اختراع پیدایش رادارهای مایکروویوی (Microwave Radar) را برای اولین بار عملی کرد و در حقیقت تاریخ پیدایش رادار مدرن را میتوان از تاریخ طراحی و ساخت دستگاه مگنترون دانست.
هر چند که در سالهای قبل از جنگ جهانی دوم، کشورها کارهای تحقیقاتی خود را بر روی موضوع رادار به طور مستقل دنبال میکردند، اما در اواخر سال 1940 پس از ورود آمریکا به جنگ، انگلستان و آمریکا به طور مشترک فعالیتهای خود را ادامه دادند. در طول سالهای جنگ، کارهای تحقیقاتی بر روی رادار به صورتی گسترده ادامه داشت و به طور عمده بر مدرنتر کردن رادار متمرکز بود؛ به همین علت میبینیم که در انگلستان آمار نفراتی که بر روی سیستم رادار فعالیتهای تحقیقاتی می کردند، از 40 نفر در سال 1941 به 4000 نفر در سال 1945 می رسد و این روند در سایر کشورها نیز مشهود بود.
استفاده موثر و موفقیت آمیز از سیستم رادار در انگلستان در طول جنگ جهانی دوم به منظور مقابله با حملات هوایی دشمن، بروشنی کاربرد موثر رادار را در ماموریت اصلی آن که نقش نظامی یعنی کشف و تعیین موقعیت هواپیماها در فواصل دور و تحت شرایط نامناسب جوی بود، نشان داد. در این مدت از رادار در کاربردهای مختف آن، از جمله کشف و تعیین موقعیت شناورهای نظامی در پهنهی دریاها نهایت بهره برداری به عمل آمد.
توسعهی رادار پس از پایان جنگ جهانی دوم همچنان ادامه داشت. بسیاری از کاربردهای غیرنظامی رادار در اثر توسعه ی مصارف نظامی پدید آمد. رادارهای ناوبری برای کشتیها و هواپیماها، رادار کنترل ترافیک هوایی، رادارهای تعیین ارتفاع، رادارهای هواشناسی، رادار کنترل سرعت اتومبیلها برای پلیس و… از جمله ی این موارد هستند. بلافاصله پس از پایان جنگ جهانی دوم چندین کارخانه سازنده رادار در آمریکا و انگلستان سیستمهای راداری سادهای را معرفی و ارائه کردند که برای ناوبری ساحلی مناسب بود. این شروعی بود برای آن که در ادامه بهترین، توسعه یافتهترین و مدرن ترین دستگاههای راداری ساخته و به جهانیان عرضه شود. این روند با سرعت در راستای توسعه دستگاه رادار که امروزه نه تنها به عنوان یک وسیله کمک ناوبری بر روی شناورهای نظامی و تجارتی کاربرد دارد بلکه در تمامی زمینه ها به طور وسیع مورد استفاده قرار میگیرد، کماکان ادامه دارد.

2-1- شناخت و تعریف رادار
واژه رادار (RADAR) که اولین بار در سال 1941 به وسیله نیروی دریایی آمریکا مورد استفاده قرار گرفت، از اولین حروف (ACRONYM) کلمات (Radio Detection and Ranging) به معنی آشکار سازی و تعیین فاصله رادیویی تشکیل یافته است. استفاده موثر از رادار در آشکارسازی (کشف)، تعیین موقعیت و مسافت براساس اندازهگیری زمان انرژی منتشر شده از رادار و انعکاس (بازتاب) آن پس از برخورد به هدف است.
در یک سیستم رادار، یک آنتن که بسرعت می چرخد پرتوی از امواج الکترومغناطیسی را شامل پالسهای کوتاه از انرژی زیاد امواج رادیویی، به خارج از کشتی و در تمام جهات منتشر میکند. هرگونه هدف یا مانعی نظیر خشکی یا سایر کشتیها که د معرض انرژی این امواج قرار گیرند، بخش کوچکی از این انرژی را برگشت میدهند. این امواج بازتاب شده به خود آنتن فرستنده که در این حالت به عنوان آنتن گیرنده عمل میکند، میرسد. پژواک به دست آمده از هدفها که پس از پروسه کردن سیگنالهای برگشتی و بازتاب شده که بسیار ضعیف هم هستند پدید میآید، برای بهره برداری بر روی صفحات نشاندهنده رادار به نمایش درمیآید.

3-1- اساس کار رادار
اصلی که رادار برمبنای آن کار می کند، در عمل شبیه به اصل انعکاس صدا است. پدیده انعکاس امواج صوتی یک پدیده شناخته شده است. برای مثال، هرگاه شخصی در یک روز مهآلود در رودخانه یا دریاچه مشغول قایق سواری باشد و بداند که در مقابل خود ارتفاعات و موانعی وجود دارند، میتواند برای تعیین موقعیت این موانع که به لحاظ شرایط جوی موجود قابل رویت نیستند، دستهای خود را به طور بوقی شکل در جلوی دهان گرفته با صدای بلند فریاد بزند و شروع به شمردن ثانیه ها (زمان) کند تا انعکاس صدای خود را بشنود. پس از مشخص شدن زمان رفت و برگشت صوت (صدای فریاد) و با استفاده از سرعت صوت که در حدود 340 متر بر ثانیه (1100 پا در ثانیه) است، شخص میتواند محاسبه کند که امواج صوتی او چه فاصلهای را طی کرده است (مسیر رفت و برگشت). نصف رقم به دست آمده، فاصله قایق تا مانع خواهد بود.
رادار به طور دقیق بر مبنای اصل ذکر شده در بالا عمل میکند، با این تفاوت که به جای امواج صوتی از امواج رادیویی استفاده میکند. اکواج رادیویی با سرعتی معادل 300000 کیلومتر بر ثانیه (186000 مایل بر ثانیه) که به مراتب بیشتر از سرعت امواج صوتی است، حرکت میکند و از اینرو قادر است فواصل بسیاری را از نظر وجود موانع مورد بررسی قرار دهد.
در شکل 1-1 بلوک دیاگرام یک رادار ابتدایی نشان داده شده است. وقتی فرستنده به وسیله سیگنالی که مشخصکننده شروع زمان است تریکر (Trigger) شود، تولید پالسهای خیلی کوتاه امواج رادیویی میکند و این امواج از طریق آنتن به صورت پرتو باریکی انتشار مییابد. دوپلکسور (Duplexer) به مشابه یک کلیدی است که بموقع آنتن را بنا بر مورد به فرستنده یا گیرنده وصل میکند، بنابراین زمانی که فرستنده تولید پالس میکند، آنتن به فرستنده وصل است. آنتن که به صورت از پیش تعیین شدهای (از نظر سرعت و نحوه چرخش) میچرخد و معمولاً از نوع جهتی است، پالس تولید شده را در سمتی که در هر لحظه به خود میگیرد منتشر میسازد. سرعت چرخش آنتن آن قدر که زیاد باشد، در مقایسه با زمانی که طول میکشد پالسها از هدف یا هدفها به آنتن برگردند خیلی کم است. وقتی پالسهای ارسال شده با یک شیء مثلاً یک کشتی دیگر برخورد کند و قسمتی از انرژی امواج رادیویی ارسالی به وسیله ی سطح کشتی که در کلیه جهات ازجمله به طرف خود کشتی ارسالکنندهی امواج منعکس میشود، به آنتن سیستم رادار که در این شرایط به گیرنده وصل شده است برسد، آنتن هنوز در همان جهتی است که امواج را ارسال کرده بود، از این رو بازتاب امواج براحتی به وسیلهی آنتن دریافت خواهند شد و جهت آنتن نیز نشانگر جهتی است که مانع یا هدف وجود داشته است.

شکل 1-1 بلوک دیاگرام یک رادار ابتدایی

نحوه ی انتشار امواج رادیویی و بازتاب آن پس از برخورد با یک هدف مانند هواپیما در شکل (2-1) نشان داده شده است. درعمل بلافاصله پس از اینکه پالس تولید شده درفرستنده منتشر شد، دوپلکسور فرستنده را از آنتن قطع کرده گیرنده را به آنتن وصل میکند تا امکان دریافت سیگنالهای بازتاب شده ازموانع و هدفهای موجود درمحیط بهوسیلهی آنتن فراهم شود.

شکل 2-1- انتشار امواج رادیویی و بازتاب آن
بازتاب پاس ارسال شده پس از دریافت به وسیلهی آنتن وارد گیرنده رادار شده، پس از پروسه شدن به صورت یک پژواک یا اکو (Echo) بر روی دستگاه نشاندهنده به تصویر در میآید. در مراحل مختلف تولید پژواک، فاصله زمانی بین انتشار پالس و دریافت بازتاب آن بدقت اندازه گیری میشود. چون سرعت انتشار امواج رادیویی مشخص و ثابت است، میتوان براحتی فاصله مانع یا هدفی را که موجود بوده و باعث شده است بخشی از امواج منتشر شده منعکس شوند، محاسبه کرد. علاوه بر محاسبه فاصله، از آنجا که سمت و جهتی که آنتن در هنگام دریافت بازتاب امواج قرار داشته همان جهت مانع یا هدف است، با به کارگیری سیستم رادار توانستهایم سمت و فاصله یک مانع یا هدف را به طور دقیق مشخص کنیم.
آنتن گیرنده تنها مقدار خیلی کمی از انرژی انتشار یافته را دریافت میکند، بنابراین فرستنده باید پالسهای بسیار قوی تولید کند تا آنچه که بازتاب میشود قابل بهرهبرداری باشد. با توجه به این که آنتن با سرعت ثابتی میچرخد و پرتوهای امواج رادیویی را به صورت پالس در فواصل مساوی خیلی کوتاه منتشر میکند، مشاهده میشود که سیستم رادار تمام افق را تحت کاوش خود قرار داده موانع و هدفهای موجود را در اطراف کشتی مشخص کرده، وجود آنها را با تعیین سمت و فاصله به تصویر خواهد کشانید.

4-1- انعکاس امواج
هنگامی که امواج الکترومغناطیسی از طریق آنتن در فضا منتشر میشوند، در برخورد یا مواجه شدن با موانع و اشیایی که در مسیر انتشار آنها قرار گرفته باشند تولید بازتاب میکنند. انعکاس یا بازتاب از سطوح موانع و اشیاء برابر قانون انعکاس امواج انجام میشود؛ بدین ترتیب که امواج ارسالی و منعکس شده در جهتی حرکت خواهند کرد که با خط عمود بر سطح منعکسکننده، زوایای مساوی تشکیل دهند. بدیهی است چنانچه امواج ارسالی عمود بر سطح منعکسکننده باشد، این زوایا برابر با صفر بوده در نتیجه امواج بازتاب شده نیز در همان جهت به منبع خود برمیگردند. انعکاس از سطوح ناهموار در جهتهای گوناکون صورت میپذیرد، از این رو امواج بازتاب شده پراکنده میشوند و ممکن است تنها بخش ناچیز از آن به منبع منتشرکننده برگردد.
در سیستم رادار میزان انرژی بازتاب شده از مانع یا هدف بسیار مهم است. گاه انرژی امواج ارسالی به علت وجود موانع طبیعی چون گرد و غبار، برف و بخار آب، در مسیر انتشار پراکنئده شده از قدرت آن کاسته میشود که این امر در عملکرد موثر سیستم رادار تاثیر بدی خواهد داشت. علاوه بر این، ناهمواری و ناهنجاری در سطوح منعکسکننده موانع از مواردی است که باعث می شود راکندگی در امواج بازتاب شده ایجاد شود. در شکل (3-1) چند نوع از سطوح منعکسکننده و وضعیت امواج ارسالی و بازتاب شده نشان داده شده است.

شکل 3-1- نحوهی انعکاس امواج از سطوح منعکسکننده موانع

با در نظر گرفتن این که اساس کار رادار برمبنای انعکاس امواج است و گیرنده رادار با دریافت موج بازتاب شده قادر خواهد بود وجود مانع یا هدف را کشف و فاصله آن را تعیین کند، لازم است که میزان پراکندگی امواج کم باشد تا به مقدار کافی از انرژی امواج بازتاب شده به گیرنده رادار وادار شود. برای این که امواج به صورت خطی مستقیم حرکت کند و میزان پراکندگی و تفرقه آن کم باشد، معمولاً سعی میشود در سیستمهای رادار از فرکانسهای بسیار زیاد استفاده شـود. این باند فرکانس را باند مایکروویو (Microwave) مینامند که فرکانس آن از 1000 مگاهرتز به بالا است. در شکل (4-1) اسپکتروم امواج الکترومغناطیس که بر جسب فرکانس و طول موج ترسیم گردیده نشان داده شده است.

شکل 4-1- اسپکتروم امواج الکترومغناطیس

هر چند که امواج راداری همچون امواج نور در فضا تقریباً در یک خط مستقیم انتشار مییابند، اما به هر حال از آنجا که میزان غلظت هوا در اتمسفر با افزایش ارتفاع کاهش پیدا میکند، در امواج راداری کمی انحناء ایجاد خواهد شد؛ بنابراین رادار تقریباً کمی بیش از افق را می تواند ببیند و برای همین است که برد یک رادار جستجو یا ناوبری محدود به انحناء زمین است. این امر یک موضوع مهم در کشف هدفهای ارتفاع پایین به شمار میرود.
افزایش ارتفاع آنتن رادار، افق دید رادار را افزایش میدهد، اما برای این که بتوان افق دید رادار را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش داد تا بسهولت هواپیماهای ارتفاع پست را کشف کرد، لازم است که رادار را در داخل یک هواپیما نصب کرده و عملیات کشف را در هوا انجام داد. این وضعیت به عنوان یک سیستم کنترل و هشدار دهنده هوایی (Airborne Warning And Control System) نامیده میشود که به اختصار با لفظ آواکس (AWACS) که از اولین حروف کلمات اشاره شده در بالا تشکیل شده است، شناخته میشود.
تمام اشیاء و اجسام در برخورد با امواج رادار قادر به انعکاس بخشی از امواج دریافت شده هستند. میزان انرژی منعکس شده بستگی به شکل و اندازه جسم و همچنین طول موج پرتوهای راداری استفاده شده دارد. اشیاء و اجسام بزرگ مانند کشتیها و هواپیماها تقریباً برای طول موجهای تا 10 متر و بیشتر منعکس کننده های خوبی هستند و طول موج مناسب برای اشیاء و اجسام کوچک در حدود چند سانتیمتر است. بیشتر رادارها امروزه از طول موجهای در حدود 25 تا 250 میلیمتر استفاده میکنند.

5-1- شکل موج رادار
همان گونه که در اساس کار رادار گفته شد، رادارهای باصطلاح پالسی (Pulse Radar) قادرند با اندازهگیری زمان رفت و برگشت پالس رادار، فاصله موانع و هدفهای موجود در مسیر انتشار را محاسبه کنند. نمونه ی یک پالس رادار در شکل (5-1) نشان داده شده است.

شکل 5-1- نمونه یک پالس رادار

هنگامی که فرستنده رادار به وسیله ی سیگنال زمان تحریک یا تریگر میشود، یک پالس رادار شامل نوسانات فرکانس زیاد امواج الکترومغناطیسی با انرژی زیاد که در داخل فرستنده تولید میشود، از طریق آنتن انتشار مییابد. زمان این انتشار همانگونه که در شکل (5-1) نشان داده شده است، از نقطه A تا B است. وقتی پالس ارسال شد، فرستنده در طول زمان بین B تا C از آنتن قطع شده و آنتن به گیرنده رادار وصل میشود تا در طول این زمان بازتابهای پالس ارسال شده را پس از برخورد با موانع و هدفها دریافت کند. این عمل با ارسال پالس دیگری (حد فاصل C تا D) تکرار میشود.
پالس راداری مشخصههای گوناگونی دارد که براساس آنها عملکرد و خصوصیات رادارها تعیین می شوند. این مشخصهها در قسمتهای بعدی تشریح میشوند.

6-1- فرکانس تکرار پالس
برابر تعریف، تعداد پالسهای فرستاده شده در طول زمان یک ثانیه را فرکانس تکرار پالس (Pulse Repitition Frequency) مینامند. برای مثال، چنانچه در طول یک ثانیه 1000 پالس ارسال شود، PRF این رادارا برابر با 1000 است. میزان PRF یک رادار همان گونه که در فصل دوم به آن اشاره خواهد شد، تعیینکننده حداکثر برد موثر یک رادار است.

7-1- زمان تکرار پالس
برابر تعریف، مدت زمان بین شروع یک پالس تا شروع پاس بعدی را زمان تکرار پالس (Pulse Repitition Time) می نامند. همان طور که در شکل (6-1) نشان داده شده است، فاصله زمانی بین A تا C را زمان تکرار پالس می گویند. زمان تکرار پالس (PRT) و فرکانس تکرار پالس (PRF) عکس یکدیگرند؛ یعنی:
یا

شکل 6-1- مفهوم زمان تکرار پالس
برای مثال، اگر زمان تکرار پالس برابر با 1000 میکروثانیه باشد، مقدار PRF به شرح زیر محاسبه میشود:

8-1- عرض پالس
عرض پالس (Pulse Width) فاصله زمانی است که طول میکشد تا پالس ارسال شود. به تعبیری دیگر، مدت زمان دوام پالس را عرض پالس مینامند. مفهوم عرض پالس به صورت تصویری نیز در شکل (7-1) نشان داده شده است. این زمان را زمان فرستنده نیز میگویند، زیرا فرستنده تنها در محدوده این زمان است (A تا B) که در حال انتشار امواج از طریق آنتن است. در ضمن، گاه عرض پالس را پهنای پالس نیز می نامند. میزان عرض پالس نشاندهنده میزان انرژیی است که فرستنده ارسال میدارد.

شکل 7-1- مفهوم عرض پالس و زمان استراحت پالس

9-1-زمان استراحت پالس
در شکل (7-1)، فاصله زمان B تا C را که فرستنده قطع بوده و سیستم رادار در حالت گیرندگی است، زمان استراحت پالس (Pulse Rest Time) یا زمان استراحت فرستنده مینامند. اطلاق عبارت زمان گیرنده نیز به مفهوم فوق مصطلح است؛ به سبب این که در این مدت گیرنده بازتابهای امواج ارسالی را می تواند دریافت کند.
با توجه به مفهوم عرض پالس و زمان استراحت پالس (یا زمان گیرنده) که درشکل (7-1) نیز نشان داده شده اند، مشاهده می شود که مجموع عرض پالس و زمان استراحت پالس بابر است با زمان تکرار پالس، یعنی:
PRT = PW + RT

10-1- فرمول تعیین فاصله هدف
وقتی در حرکت سرعت ثابت باشد، مسافت از حاصلضرب سرعت در زمان طی شده به دست میآید. این رابطه را میتوان به صورت زیر نوشت که در آن R مسافت پیموده شده، t زمان و V سرعت است.
R = V.t
تعیین فاصله یا برد در یک سیستم رادار به طور دقیق، بستگی به توانایی رادار در اندازه گیری فاصله برحسب زمان طی شده دارد. سرعت امواج الکترومغناطیس در فضا برابر است با 300000 کیلومتر بر ثانیه (186000 مایل بر ثانیه یا 162000 مایه دریایی بر ثانیه3) که همان سرعت نور است. وقتی که این امواج پس از برخورد با مانع بازتاب می شوند، هیچگونه تغییری در سرعت آنها رخ نمیدهد و با همان سرعت انتشار، بازتاب شده مسیر برگشت را طی میکنند. از آنجا که زمان اندازهگیری شده در سیستم، زمان رفت و برگشت موج است، در محاسبه و تعیین فاصله آنچه که نتیجه خواهد شد دو برابر فاصله مانع است. پس باید فرمول تعیین فاصله را به شرح زیر در نظر بگیریم که در آن C سرعت نور و t زمان رفت و برگشت است.

در شکل (8-1) زمان رفت و برگشت موج برای چند هدف (هوایما) در فواصل مختلف به صورت تصویری نشان داده شده است.

شکل 8-1- زمان رفت و برگشت

1-10-1- مایل راداری
برای سهولت اندازهگیری فاصلهی موانع، زمان رفت و برگشت موج را برای مانعی که در فاصله یک مایل دریایی قرار گرفته باشد محاسبه می کنیم و این زمان را به عنوان یک مایل راداری در نظر گرفته زمان رفت و برگشت موج را برای هر فاصلهای با یک تناسب ساده و با استفاده از زمان یک مایل راداری به دست میآوریم. یک مایل راداری همان طوری که در زیر محاسبه شده است، برابر است با 35/12 میکروثانیه.
مایل دریایی بر ثانیه 162000=C 1 مایل دریایی= R
برای اندازهگیری فواصل کوتاهتر معمولاً فاصله را برحسب یارد محاسبه میکنند. سرعت نور یا سرعت امواج الکترومغناطیس برحسب یارد برابر است با 328 یارد بر میکروثانیه؛ بنابراین زمان رفت و برگشت موج برای مانعی که در فاصله 164 یاردی باشد، 1 میکروثانیه خواهد بود.

2-10-1-تعیین فاصله به وسیله رادار
به منظور آشنایی و درک بهتر نحوهی اندازهگیری فاصله در یک سیستم رادار، شرح خلاصهای را با بهرهگیری از تصاویر شکل (9-1) بیان خواهیم کرد. در این شکل یک هدف (کشتی) در فاصله 20 مایلی از رادار کشتی خودی قرار گرفته است. با استفاده از زمان مایل راداری (35/12 میکروثانیه) درمییابید که در مجموع 247 میکروثانیه طول خواهد کشید تا موج تابشی ارسال شده، به هدف برخورد کرده و دوباره به سیستم رادار باز گردد. در طول این مدت مراحل زیر انجام میگیرد.

شکل 9-1- تعیین فاصله به وسیله رادار

1- با ملاحظه تصویر شماره 1(در شکل 9-1) میبینیم که در لحظهی صفر، پالس فرستاده شده از آنتن منتشر میشود. در همین موقع یک خط عمود نیز بر صفحهی نشاندهندهی رادار و در درجهبندی صفر فاصله ظاهر میشود.
2- 75/61 میکروثانیه بعد پالس ارسال شده 10 مایل به طرف دهنده پیش رفته است. خط فاصله بر روی صفحه نشاندهنده رادار در این مدت تنها به میزان 5 مایل پیش میرود.
3- با توجه به تصویر شماره 4 (در شکل 9-1)، مشاهده می کنیم که 25/185 میکروثانیه بعد از شروع پالس اولیه، موج بازتاب که در مسیر برگشت خود است تا نیمه راه به سمت رادار رسیده است. در این لحظه فاصله نگار رادار 15 مایل را نشان میدهد.
4- هنگامی که موج بازتاب پالس اولیه به آنتن رادار رسیده وارد گیرنده میشود، زمان طی شده برای این مسیر و رفت و برگشت به 247 میکروثانیه میرسد و فاصله نار رادار نیز 20 مایل را که همان فاصله هدف است، نشان میدهد. توضیح این که موجب بازتاب که بسیار ضعیف است، پس از دریافت، به وسیله ی گیرنده تقویت شده باعث می شود تا بر روی صفحه نشاندهنده رادار و در فاصله 20 مایلی یک خط عمودی ظاهر شود که در حقیقت موقعیت هدف نسبت به کشتی خودی است.

3-10-1- خطاهای محاسبه فاصله و سمت
هر چند در فاصله زمانی که طول میکشد تا امواج راداری مسیر رفت و برگشت خود را به سمت هدف طی کنند، آنتن و خود هدف به لحاظ سرعتی که دارند از موقعیت اولیه خود جابهجا خواهند شد، اما با انجام محاسبات لازم مشاهده میکنیم که خطاهای ایجاد شده در فاصله و حتی سمت به حدی ناچیز است که در عمل میتوان از آنها صرفنظر کرد. برای مثال، چنانچه یک هواپیما در فاصله 50 مایلی در حال پرواز باشد، بازتاب یا اکوی مربوطه مجبور است 50 مایل دریایی را طی کند که زمانی حدود 00031/0 ثانیه به طول خواهد انجامید. چنانچه سرعت هواپیما 600 مایل بر ساعت (حدود 300 متر بر ثانیه) باشد، در همین زمان هواپیمای مذکور تنها حدود 1/0 متر (1/0=00031/0×300) جابه جا شده که تاثیر چندانی بر فاصله و سمت هواپیما نخواهد داشت. این اختلاف و خطا درخصوص کشتیها که به مراتب دارای سرعت کمتری نسبت به هواپیما هستند بسیار ناچیز است.
به گونه ای مشابه میتوان خطای ناشی از گردش آنتن را نیز محاسبه کرد. در وضعیتی که سرعت گردش آنتن 25 دور در دقیقه باشد، تغییرات زاویهای در زمان یک ثانیه برابر با 150 درجه خواهد بود. این تغییر در زمان 00031/0 ثانیه به 046/0 درجه خواهد رسید که با توجه به ناچیز بودن این رقم میتوان از این اختلاف صرف نظر کرد.
بنابراین چنین نتیجه میشود که به لحاظ سرعت فوقالعاده زیاد انتشار امواج راداری در زمان ایجاد اکو (پژواک) بر روی صفحه نشاندهنده رادار، خطاهای مربوط به فاصله و سمت کاملاً قابل گذشت است.

فصل دوم

عوامل موثر در عملکرد رادار

1-2- عوامل موثر در عملکرد رادار
علاوه بر مشخصههای فنی دستگاههای مختلف یک سیستم رادار از قبیل قدرت فرستنده، حساسیت گیرنده، عرض پالس، زمان تکرار پالس، … و فرکانس تکرار پالس که بر عملکرد رادار تاثیرهای مختلفی دارند، عوامل دیگری نیز وجود دارند که هر یک به گونهای خاص بر روی نحوهی کار و عملکرد رادار تاثیر میگذارند. عمدهترین این عوامل عبارتند از:
1- شرایط جوی؛
2- ارتفاع هدف نسبت به ارتفاع آنتن؛
3- مشخصههای هدف.

1-1-2-شرایط جوی
امواج آبهای اطراف کشتی که در مسیر انتشار امواج راداری قرار میگیرند، به عنوان مانع مقداری از انرژی منتشره را در جهات مختلف منعکس میکنند. بخشی از این انرژی بازتاب شده که دوباره از طریق آنتن دریافت میشود، باعث میشود تا اموهایی بر روی صفحه نشاندهنده رادار ظاهر شوند که به طور عمده از اکوی هدفهای واقعی ضعیفتر هستند. این اکوهای حاصل از امواج دریا را پژواک دریا (SEA ECHO OR SEA CLUTTER) میگویند. مقدار این اکوها بستگی به وضعیت سطح دریا دارد. بدیهی است در هوای طوفانی میزان پژواک دریا بر روی صفحه رادار زیاد بوده تا فواصل بیشتری توسعه مییابد و این امر، تشخیص هدفهایی را که پژواک آنها در محدودهی این پژواکهای دریا قرار گرفته باشند بسیار دشوار میکند. در شرایط جوی نامساعد، پدیده پژواکهای دریا ضمن این که باعث پراکندگی پرتوهای منتشره راداری خواهند شد که خود سبب می شود تا عمکرد رادار در تشخیص و کشف هدفهای دور دست ضعیف شود، در تشخیص اکوی هدفهایی که در فواصل نزدیکتر قرار گرفته اند نیز ایجاد دشواری خواهند کرد.
همانگونه که قبلاً نیز ذکر شد، برد رادار معمولاً محدود به افق است، زیرا لایه یونسفر برای فرکانسهای امواج راداری به عنوان یک سطح منعکس کننده عمل نمیکند. گاه شرایط جوی خاصی به وجود میآید که سبب میشود افق رادار کمی بیشتر از افق دید باشد. اگر چه فرض بر این است که امواج رادار و نور کاملاً مستقیم حرکت می کنند، اما تغییرات درجهی حرارت و رطوبت لایه تروپوسفر4 (Tropospher) باعث کاهش ضریب دی الکتریک آن با افزایش ارتفاع میشود؛ از این رو تشعشعات راداری همواره به سمت پایین انکسار5 (Refraction) پیدا کرده در نتیجه افق دید رادار به گونهای میشود که گویی شعاع کره زمین 3/4 میزان واقعی آن شده است. فرکانسهای پایین بیشتر انکسار پیدا میکنند؛ به همین دلیل در رادارهای دوربرد از فرکانسهای پایین استفاده میشود.
شرایطی که ذکر شد و درنتیجه آن امواج رادار مسیر منحنی شکلی را طی میکنند، باعث ایجاد بردهای غیرعادی زیاد یا کم رادار خواهد شد. برای مثال، هدفی که معمولاً در فاصله 20 مایلی به وسیلهی رادار کشف میشود، ممکن است تحت شرایط خاص جوی در 120 مایلی نیز کشف شود یا برعکس اصلاً کشف نشود. به این پدیده که باعث افزایش یا کاهش غیرعادی برد رادار میشود، پدیده فوق انکسار (super refraction یا Ducting) میگویند. توضیح این که وقتی انحنای پرتوهای رادار به سمت پایین باشد، افزایش برد را به دنبال خواهد داشت و برعکس وقتی انحنای پرتوها به سمت بالا باشد، نتیجهی آن کاهش شدید برد خواهد بود.
در محدودهی فرکانسهای راداری، اتمسفر، به گونهای که برای امواج الکترومغناطیسی با فرکانس کمتر از 1000 مگاهرتز شفاف و بدون مانع است، عمل نمی کند که این امر، کاهش انرژی امواج راداری را که در اتمسفر منتشر می شوند، پدید خواهد آورد. این کاهش انرژی به دلایل زیر است:
1- جذب مستقیم انرژی به وسیلهی گازهای موجود در اتمسفر؛
2- جذب و پراکندگی انرژی به وسیله مواد متراکم موجود در اتمسفر نظیر قطرات باران. از گازهای موجو در اتمسفر، اکسیژن و بخار آب انرژی امواج راداری را جذب میکنند. قطرات آب موجود در اتمسفر، اکسیژن و بخار آب انرژی امواج راداری را جذب میکنند. قطرات آب موجود در اتمسفر به صورت مه، ابر یا باران نیز باعث جذب یا پراکنده شدن امواج راداری میشوند؛ بنابراین اتمسفر خود نیز باعث تضعیف امواج راداری می شود که این در عملکرد رادار تاثیر منفی خواهد داشت.

2-1-2- ارتفاع هدف نسبت به ارتفاع آنتن
ارتفاع رادار و همچنین خود هدف (بلندی هدف نسبت به سطح آب) از عوامی هستند که در تعیین فاصله هدف موثرند. بدیهی است هر چه آنتن رادار در ارتفاع بلندتری قرار گرفته باشد، میدان دید رادار وسیع تر شده و برد آن افزایش مییابد. به همین منوال هر چه هدف از سطح آب بالاتر باشد زودتر در میدان دید رادار قرار می گیرد. در اثر همین عوامل است که هواپیماهای دور پرواز در فاصله دورتری نسبت به کشتیها کشف میشوند. به طور کلی حداکثر برد رادار که به وسیله دو عامل یاد شده محدود می شود، از رابطه زیر به دست میآید که:

در آن Rmax حداکثر برد برحسب مایل، h1 ارتفاع آنتن رادار برحسب فوت و h2 ارتفاع یا بلندی هدف نسبت به سطح آب برحسب فوت است.

3-1-2- مشخصه های هدف
نوع جنس تشکیلدهنده هدف، شکل و اندازه آن از مشخصههایی است که هر یک به گونهای بر عملکرد رادار تاثیر میگذارد. اشعههای نور که با یک جسم برخورد میکنند، یا منعکس میشوند یا جذب میشوند و یا مانند شیشه شعاعهای نور را از خود عبور میدهند. همین شرایط در مورد امواج رادار نیز حکمفرما است و همواره جذب بخشی از امواج راداری به وسیلهی هدف، قابل انتظار است. بعضی از عناصر، نظیر پوشش مخصوص انتهای خروجی کانال هادی موج در آنتن، امواج را از خود عبور میدهد. در بحث رادار، عمل انعکاس که اساس کار بوده از اهمیت ویژهای برخوردار است و تا مقدار زیادی به عناصر تشکیلدهنده جسم منعکسکننده بستگی دارد. برای نمونه، عمل انعکاس در عناصری مثل فلز و آب بهتر از چوب، سنگ، زمین و نباتات صورت میگیرد.
شکل جسم یا هدف نیز یکی از دیگر مشخصههای هدف است که بر نحوهی کار رادار تاثیر میگذارد. پرتوهای رادار پس از برخورد با هدف و با توجه به شکل آن، ممکن است در یک جهت منعکس شده یا در تمام جهات منعکس شوند. بدیهی است در شرایطی که بازتاب از هدف در یک جهت صورت گیرد، در نحوهی کار رادار تاثیر مثبت خواهد داشت. در مواردی که سطح منعکسکننده هدف غیرهموار باشد، انعکاس بیشتر در یک جهت همراه با انعکاساتی در سایر جهات صورت خواهد پذیرفت. روشن است که هر چه بازتابهای برگشتی به آنتن گیرنده بیشتر باشد، تصویر بهتری بر روی صفحه ی نشاندهنده رادار ظاهر خواهد شد. در شکل 1-2 نحوهی انعکاس از یک گوی که در تمام جهات بازتاب می شوند، نشان داده شده است. همچنین در شکل 2-2 نیر نحوهی انعکاس از یک سطح ناهموار نشان داده شده است.

شکل 1-2- انعکاس در تمام جهات

شکل 2-2- انعکاس از سطح ناهموار

علاوه بر نوع جنس و شکل جسم که بر بازتاب امواج راداری اثر میگذارند، اندازه جسم نیز بر انرژی اکوهای بازتاب شده اثر میگذارد. از این طریق میتوان به کوچکی یا بزرگی دو اکو که در فاصله مساوی از کشتی خودی قرار دارند پی برد، زیرا اکوی مربوط به یک کشتی بزرگ قویتر از اکوی یک کشتی کوچک که در همان فاصله نسبت به کشتی خودی قرار گرفته است، خواهد بود. در بحث اندازه جسم در مورد هدفهای راداری واژهای به کار گرفته میشود که نشانگر اندازه هدف است. این واژه "سطح مقطع راداری" است (Radar Cross Section6) که مشخص میکند سطح موثر هدف که امواج را منعکس میکنند، به چه میزانی است.
برای تشریح مفهوم سطح مقطع راداری، چنانچه یک سطح منعکسکننده ایده آلی را در نظر بگیریم که به طور دقیق همان مقدار از انرژی امواج راداری را که خود هدف حقیقی نیز بازتاب میدهد منعکس کند، در این صورت میزان مساحت این سطح منعکس کننده ایده آل مجازی را سطح مقطع راداری هدف میگویند. لازم به توضیح است که وقتی صحبت از اندازه ی هدف کنیم، درحقیقت منظورمان اندازهای است که امواج رادار در زاویه و حالتی که به هدف برخورد میکنند هدف را میبینند. برای روشن شدن مطلب به این نکته اشاره میکنیم که وقتی یک کشتی را از سینه مشاهده کنیم تصویری از آن حاصل میشود که با تصویر به دست آمده از حالتی که کشتی را از پهلو (برد راست یا چپ) مشاهده کنیم کاملاً متفاوت خواهد بود و این، همان چیزی است که به عنوان سطح مقطع راداری مطرح است.

2-2- عوامل موثر در تعیین حداکثر برد رادار
شکی نیست که به نوعی، برد حداکثر متناسب با قدرت امواج ارسالی رادار است و هر چه قدرت امواج بیشتر باشد، پرتوهای ارسالی فاصله دورتری را طی خواهند کرد. در این مبحث آنچه که مورد نظر است، تعیین حداکثر برد رادار با توجه به مشخصه های پالس رادار است. در شکل 3-2 یک پالس رادار نشان داده شده است. همان طور که قبلاً شرح داده شد، در فاصله A تا B پالس ارسال می شود و در فاصله B تا C که تحت عنوان زمان استراحت یا زمان گیرنده نامیده می شود، گیرنده رادار آمادگی دریافت بازتابهای پالس ارسال شده را دارد؛ بنابراین طولانی ترین فاصله ای که رادار میتواند ببیند، از نظر زمانی به وسیله مقدار PRT مشخص میشود.

شکل 3-2- پالس رادار

در حالتی که PRT رادار خیلی کم باشد (PRF زیاد)، مشاهده میشود که زمان گیرنده کوتاه است؛ از این رو سیگنال بازتاب برخی از هدفها که در فواصل دورتر قرار دارند، ممکن است پس از ارسال پالس بعدی به گیرنده برسند. بروز چنین وضعی بدیهی است که باعث ابهام در اندازهگیری فاصله میشود، زیرا رادار بازتاب را مربوط به پالس دوم در نظر گرفته (چون بازتاب در زمان گیرنده بعد از پاس بعدی وارد گیرنده خواهد شد) فاصله ای کوتاهتر از مقدار واقعی را نشان میدهد؛ بنابراین حداکثر فاصلهای که رادار قادر است برد هدف را به طور واقعی نشان دهد، فاصلهای است که بازتاب هدف قبل از شروع پالس بعدی (نقطه C در شکل 3-2) به گیرنده رسیده باشد. این فاصله را تخت عنوان "حداکثر فاصله واضح" مینامند و مقدار آن از رابطه زیر بدست می آید.
حداکثر فاصله واضح
در این رابطه فاصله برحسب مایل دریایی و PRT برحسب میکرو ثانیه است. توضیح این که عدد 35/12 همان مایل راداری، یعنی زمان رفت و برگشت پالس برای فاصله یک مایل دریایی است و رابطه فوق با یک تناسب ساده حاصل میشود.

شکل 4-2- حداکثر فاصله واضح

برای درک بهتر مطلب به شکل 4-2 توجه کنید. در این شکل یک پالس راداری با PRT برابر 610 میکروثانیه نشان داده شده است. این مقدار PRT مشخص میکند که حداکثر فاصله واضح این رادار حدود 50 مایل است. فرض کنید این پالس در مسیر انتشار خود به دو هدف برخورد کند که هدف اول در فاصله 20 مایلی و هدف دوم در فاصله 65 مایلی قرار گرفته باشند. بازتاب مربوط به هدف اول، 247 میکروثانیه و بازتاب مربوط به هدف دوم 803 میکروثانیه پس از انتشار پالس اول به گیرنده خواهند رسید. همان طوری که در شکل 4-2 نیز مشاهده میشود، بازتاب هدف اول به طور صحیح و در موقعیت زمانی خود نشان داده می شود، زیرا فاصله هدف کمتر از حداکثر فاصله واضح رادار (حدود 50 مایل) است؛ اما بازتاب هدف دوم چون زمان رفت و برگشت پالس بیش از مقدار PRT است، موقعی به گیرنده خواهد رسید که پالس دوم انتشار یافته، گیرنده این بازتاب را در اثر برخورد پالس دوم با هدفی که در فاصله نزدیک قرار گرفته باشد در نظر گرفته و لذا بر روی صفحه نشان دهنده رادار فاصله هدف دوم را 15 مایل نشان خواهد داد که صحیح نمیباشد. بنابراین حداکثر فاصله واضح و یا به عبارت دیگر حداکثر فاصله یا برد موثر رادار بستگی به میزان PRT داشته و هر قدر PRT بیشتر باشد، حداکثر برد رادار بیشتر خواهد شد.

3-2- عوامل موثر در تعیین حداقل برد رادار
عرض پالس یا زمان فرستنده مدت زمانی است که فرستنده در حال انتشار پالس رادار است و در این فاصله زمانی گیرنده رادار به آنتن وصل نبوده هیچگونه بازتابی دریافت نخواهد شد. حال چنانچه هدفی آن قدر به کشتی خودی نزدیک باشد که سیگنال بازتاب آن قبل از سپری شدن زمان فرستنده، یعنی قبل از خاموش شدن فرستنده و در مدار آمدن گیرنده به آنتن برسد دریافت نخواهد شد، زیرا گیرنده هنوز خاموش است. همان طور که در شکل 5-2 نشان داده شده است، کوتاهترین فاصلهای که بازتاب یک هدف میتواند وارد گیرنده شده بر روی صفحه نشان دهنده رادار ظاهر شود، فاصله ای است که بازتاب آن در نقطه B، یعنی بلافاصله در شروع به کار گیرنده وارد آنتن رادار شود. با توجه به این که زمان رفت و برگشت پالس باید برابر با زمان عرض پالس (PW) باشد؛ بنابراین حداقل فاصله از رابطه ی زیر به دست خواهد آمد:
PW × 164= حداقل فاصله رادار
در این رابطه فاصله برحسب یارد و عرض پالس (PW) برحسب میکروثانیه خواهد بود. توضیح این که بنا بر تعریف مایل راداری، زمان رفت و برگشت پالس برای هدفی که در فاصله 164 یاردی واقع شده باشد، برابر یک میکروثانیه خواهد بود و رابطه فوق با یک تناسب ساده حاصل خواهد شد.
در راستای توضیح بیشتر دربارهی حداقل فاصله یا برد رادار، چنانچه کل زمان ارسال پالس (عرض پالس) برابر با 2 میکروثانیه باشد، هیچ پالسی در این محدودهی زمانی 2 میکروثانیه دریافت نخواهد شد. به عبارت دیگر، هیچ بازتابی از هدفهای نزدیکتر از 328 یارد (328=2×164= حداقل فاصله) دریافت نمی شود. بدین ترتیب عامل تعیین کننده حداقل برد رادار، عرض پالس است. هر قدر عرض پالس کمتر باشد هدفهای با فاصه کمتر از کشتی خودی بیشتر قابل کشف خواهند بود.

شکل 5-2- حداقل فاصله رادار

1-3-2- بازتاب دوبل
هنگامی که فاصله هدف تا کشتی کمتر از حداقل فاصله رادار باشد، بازتاب پالس وقتی از هدف به کشتی فرستنده امواج میرسد گیرنده خاموش بوده قابل دریافت نخواهد بود. در این حالت چنانچه موج ارسال شده به اندازه کافی قوی باشد و شرایط خاصی از نظر نحوهی استقرار کشتی و هدف نسبت به یکدیگر وجود داشته باشد، موج بازتاب شده به سطح کشتی خودی برخورد کرده دوباره بازتاب میشود. این موج اخیر که در جهت هدف انتشار مییابد، در برخورد با هدف همانند یک موج رادار عمل کرده دوباره منعکس میشود و به طرف کشتی خودی بازمیگردد. چون به اندازه کافی زمان سپری شده است و گیرنده روشن است، این بازتاب وارد گیرنده شده به عنوان اکوی هدفی که در فاصلهای دو برابر فاصله حقیقی هدف باشد ظاهر میشود، زیرا در حقیقت دو بار این مسیر رفت و برگشت را طی کرده است. چنین بازتابهایی را بازتاب دوبل (Double Echo) مینامند. این حالت در شکل 6-2 نشان داده شده است. البته لازم به ذکر است که وقوع چنین حالتی برای هدفهایی هم که در فاصله نزدیک اما بیشتر از حداقل فاصله رادار از کشتی قرار گرفته باشند امکانپذیر است. در این صورت اکوی حقیقی نیز بر روی صفحه نشاندهنده رادار ظاهر خواهد شد. همان طور که مشاهده میشود، شکل 6-2 این حالت را نشان میدهد.

شکل 6-2- بازتاب ثانویه

4-2- معادله رادار
یک سیستم رادار باید سیگنالهای ضعیفی را که از هدفهای دور دست منعکس میشوند، کشف و دریافت کند. معادله رادار به لحاظ این که روابط عوامل مختلفی را که بر روی قدرت سیگنالهای برگشتی رادار تاثیر دارند، نشان میدهد از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در این جا بدون این که وارد جزئیات بشویم، معادله رادار را جهت آشنایی مقدماتی با آن مطرح کرده و شرح مختصری نیز در مورد آن بیان میکنیم. معادله رادار که در آن حداکثر فاصله (یا برد) رادار برمبنای سایر اطلاعات و عوامل مختلف نوشته میشود، به شرح زیر است:

در رابطه ذکر شده برای معادله رادار:
Rmax= برد حداکثر رادار
P= قدرت (توان) ارسالی
A= سطح دریافتی آنتن گیرنده
S= سطح مقطع راداری هدف
= طول موج
Pmin= حداقل توان قابل دریافت به وسیله گیرنده رادار
نتایج بسیار جالب و مهمی را با بررسی دقیق معادله رادار میتوان به دست آورد. اولین و روشنترین این نتایج عبارت است از این که برد حداکثر رادار متناسب با ریشه چهارم توان ارسالی پالسی7 است. این بدان معنی است که با ثابت بودن تمام عوامل دیگر، توان پالسی باید شانزده برابر افزایش یابد تا برد حداکثر رادار دو برابر شود. در نتیجه روشن است که چنین افزایش توانی در هر سیستم خاص راداری یا عملی نبوده و یا غیر اقتصادی خواهد بود.
به همین ترتیب روشن است که هر کاهشی در حداقل توان قابل دریافت (Pmin) همان اثر افزایش توان ارسالی را خواهد داشت. هر چند که این روش بسیار جالب توجهی در برابر روش قبلی (افزایش توان ارسالی) محسوب میشود. اما عوامل مختلفی مقدار Pmin را کنترل میکنند که باعث میشود کاهش میزان Pmin نیز حد و حدودی داشته باشد، چون در غیر این صورت بر روی سایر عواملی که بر کارکرد نامطلوب رادار موثر خواهند بود اثرات منفی خواهند داشت.
روش دیگر برای افزایش برد حداکثر رادار، افزایش سطح دریافتی آنتن است که در عمل به معنی افزایش قطر موثر آنتن است. متاسفانه در انجام این روش نیز محدودیت وجود دارد، زیرا عرض پرتو (BEAM WIDTH) یک آنتن متناسب با نسبت طول موج به قطر آنتن است و در نتیجه هرگونه تغییر در ابعاد آنتن، عرض پرتو را نیز تغییر خواهد داد و این در بعضی موارد در عملکرد مطلوب رادار محدودیت ایجاد می کند.
به طور کلی معادله رادار نحوه ی ارتباط عوامل مختلف را که در عملکرد رادار موثرند، بیان میکند. از این معادله میتوان در طراحی سیستمهای راداری متناسب با نوع کاربرد و خصوصیات مورد نظر آن بهرهبرداری کرده و مشخصههای مختلف را تعیین کرد.
مثال 1- حداکثر برد سیستم راداری را به دست آورید که در طول موج 3 سانتیمتر کار کرده و دارای توان قله پالسی 500 کیلووات باشد. فرض کنید که حداقل توان قابل دریافت برابر با 13-10 وات، سطح دریافتی آنتن رادار برابر با 5 متر مربع و سطح مقطع راداری هدف برابر با 20 متر مربع باشد.

مایل دریایی

5-2- قدرت رادار
در یک سیستم رادار، فرستنده امواج الکترومغناطیسی را با انرژی زیاد به صورت پالسهای کوتاه ایجاد کرده از طریق آنتن منتشر میسازد. از آنجا که زمان دوام پالس (یا عرض پالس) باید کم باشد تا امکان دریافت اکو هدفهای بسیار نزدیک فراهم باشد و از طرفی نیز پالس رادار باید توان (قدرت) کافی داشته باشد تا بازتاب قابل دریافتی از هدفهای دوردست و در حداکثر برد وجود داشته باشد، لازم است فرستنده رادار خروجی بسیار قوی داشته باشد تا بتواند پالسهای راداری با انرژی زیاد و کافی را تولید کند. توان موثر و مفید فرستنده رادار در پالس منتشر شده نهفته است و میزان آن را توان قله پالسی (PEAK POWER) مینامند.
چون فرستنده یک سیستم رادار در طول سیکل کار خود، تنها برای مدت زمان کوتاهی عمل فرستندگی انجام داده، در بقیه زمان که طولانی نیز است، به حالت خاموش درمیآید، توان متوسط فرستنده (AVERAGE POWER) در مقایسه با توان قله (PEAK POWER) در طول زمان تکرار پالس (PRT) بسیار کم خواهد بود.
در شکل (7-2) مفهوم توان قله و توان متوسط نشان داده شده است. در زمان فرستنده که از نقطه A تا B ادامه داد، قدرت خروجی وجود دارد و این همان قدرت یا توان قله یا به عبارتی، قدرت پیک است. در بقیه زمان یعنی از نقطه B تا C که گیرنده شروع به کار میکند تا بازتابهای پالسهای ارسالی را دریافت کند، مقدار توان صفر است. از آنجا که اندازهگیری میزان توان قله عملی نیست، معمولاً توان متوسط فرستنده اندازهگیری شده و برمبنای روابطی که میان توان قله و توان متوسط وجود دارد، میزان توان قله فرستنده مشخص میشود.

شکل 7-2-توان قله (PEAL POWER) و توان متوسط

همان طور که در شکل (7-2) مشاهده می شود، توان متوسط میزانی از توان است که چنانچه در طول زمان تکرار پالس تولید شود برابر خواهد بود با توان قله که تنها در مدت زمان کوتاهی (برابر با عرض پالس) تولید خواهد شد. این موضوع در شکل (7-2) به وسیله سطوح هاشور زده نشان داده شده است. رابطه ی میان توان متوسط که در طول یک سیکل کامل (زمان تکرار پالس- PRT) مصرف میشود و توان قله که در طول زمان عرض پالس تولید می شود، به شرح فرمول زیر است:
PW/PRT= زمان تکرار پالس/ عرض پالس= توان قله / توان متوسط
این رابطه نشان میدهد که هر چه عرض پالس بیشتر باشد، توان متوسط بیشتر خواهد بود و همچنین هر چه زمان تکرار پالس بیشتر باشد، توان متوسط کمتر خواهد شد.

1-5-2- سیکل کار رادار (DUTY CYCLE)
سیکل کار رادار (DUCY CYCLE) عبارت است از نسبت زمانی که فرستنده رادار مشغول کار است به کل زمان یک سیکل رادار که همان زمان تکرار پالس (PRT) است. این تعریف را میتوان به صورت رابطهی زیر نوشت:
PW/PRT= زمان تکرار پالس/ عرض پالس= سیکل کار رادار
مشاهده میشود که سیکل کار رادار ضمن این که نسبت عرض پالس به زمان تکرار پالس است، همزمان برابر است با نسبت توان متوسط پالس به توان قله. رابطه زیر در این خصوص وجود دارد:
توان قله / توان متوسط = PW/PRT= سیکل کار رادار
مثال 1: سیکل کار رادار را برای راداری که عرض پالس آن 2 میکرو ثانیه و فرکانس تکرار پالس آن 5000 هرتز باشد، حساب کنید.
هرتز 5000= PRF میکروثانیه 2= PW
میکروثانیه 200 = 5000 / 1= PRT=1 / PRF
01/0 = 200 / 2 = PW / PRT= سیکل کار
همان طور که در مثال 1 مشاهده شد، چون بین PRT و PRF یک رابطه عکس (PRT=1/PRF) وجود دارد، میتوان فرمول مربوط به سیکل کار رادار را به صورت زیر نیز نوشت:
PRF × PW = توان قله / توان متوسط = PW / PRT = سیکل کار رادار
مثال 2: با توجه به شکل زیر و مقادیر داده شده، چنانچه توان متوسط این رادار 10 وات باشد، سیکل کار و توان قله را حساب کنید.
میکروثانیه 2000 = 1998 + 2 = PRT=PW+RT
001/0=2000 / 2= PW / PRT= سیکل کار
سیکل کار / توان متوسط = توان قله توان قله / توان متوسط = سیکل کار
وات 10000 = 001/0 / 10 = سیکل کار / توان متوسط = توان قله
کیلووات 10 = توان قله

شکل 8-2

فصل سوم

کاربردهای رادار

1-3- انواع مختلف سیستمهای رادار
تا این جا آنچه که در رابطه با سیستمای رادار مطرح شد، تاکید خاص بر سیستم رادار پالسی داشت. هر چند که به طور کل اساس کار کلیه سیستمهای رادار همان است که در فصلهای قبل از آن سخن گفته شد، اما برای آگاهی و آشنایی لازم است اشاره ای هر چند مختصر به این سیستمها بشود. به طور کلی انواع مختلف سیستمهای رادار به شرح موارد زیر هستند:
1- سیستم رادار پالسی؛
2- سیستم رادار داپلری موج پیوسته
(CONTINUOUS- WAVE DOPPLER RADAR)؛
3- سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس
(FEREQUENCY-MODULATED C.W.RADAR)؛
4- سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون پالسی
(PULSE-MODULATED C.W.RADAR)؛
5- سیستم رادارهای آرایه فازی
(PHASED ARRAY RADAR SYSTEM)؛

1-1-3-سیستم رادار پالسی
همان طور که قبلاً ذکر شده است، رادارهای پالسی مبادرت به ارسال پالسی از امواج الکترومغناطیسی میکنند که این امواج از طریق آنتن در فضا منتشر و در مسیر انتشار خود، پس از برخورد با هرگونه مانعی یا هدفی منعکس میشوند و بازتاب آن به وسیلهی گیرنده دریافت و بر روی صفحه نشان دهنده رادار ایجاد اکو میکند. چون در این مورد قبلاً به تفصیل صحبت شده و در فصل چهارم کتاب نیز به طور مشروح اجزای مختلف یک سیستم رادار پالسی که کاربرد وسیعی در شناورها دارد مورد بررسی قرار خواهد گرفت، در این قسمت به ذکر این نکته اکتفا میکنیم که رادارهای پالسی بیشترین کاربرد را در روی شناورها چه نظامی و چه غیرنظامی دارند و خود به چند دسته تقسیمبندی میشوند. رادارهای ناوبری، جستجوگر و رادارهای ردگیری از جمله این دسته بندیها هستند؛ ضمن این که رادارهای بیکن (RADAR BEACON) نیز از نوع رادارهای پالسی به شمار میروند.

2-1-3-سیستم رادار داپلریی موج پیوسته (Continuos- Wave Doppler Radar)
یک رادار داپلر ساده مانند آنچه در شکل 1-3 نشان داده شده است، به جای ارسال پالس، امواج سینوسی پیوسته (CONTINUOS-WAVE) را از طریق آنتن به خارج میفرستد. در این سیستم راداری از اثر داپلر (DOPPLER EFFECT) برای آشکارسازی و تعیین تغییر فرکانسی که به وسیله یک هدف متحرک در برخورد با این امواج ایجاد میشود، استفاده شده و از آن سرعت نسبی هدف مشخص میشود.

شکل 1-3- یک رادار C.W. داپلر ساده

وقتی امواج راداری پیوسته (C.W.) از یک منبع ثابت انتشار مییابند، با یک فرکانس مشخص و ثابتی مسیر خود را طی میکنند. این امواج پس از برخورد با یک هدف متحرک دور شونده یا نزدیک شونده و براساس اصل انعکاس امواج، منعکس شده به سمت منبع اولیه بازتاب می شوند. فرکانس امواج منعکس شده باتوجه به سرعت هدف تغییر خواهد کرد که این تغییر در فرکانس را اثر داپلر (DOPPLER EFFECT) مینامند. چنانچه هدف متحرک دور شونده بوده و به طوف منبع اولیه (محل فرستنده رادار) در حرکت باشد. فرکانس موج منعکس شده افزایش خواهد یافت. اختلاف فرکانس موج ارسالی و موج منعکس شده نشانگر وجود یک هدف متحرک و میزان این اختلاف نیز تعیین کننده سرعت هدف متحرک خواهد بود.
برخلاف آنچه که در شکل 1-3 نشان داده شد، در رادارهای داپلری معمولاً به جای یک آنتن از دو آنتن مجزا، یکی به عنوان فرستنده و دیگری به عنوان گیرنده استفاده میشود. در شکل 2-3 تصویری از یک سیستم رادار داپلری که در آن از دو آنتن مجزا استفاده شده است، نشان داده میشود.

شکل 2-3- یک رادار C.W. داپلر با دو آنتن مجزا

رادار داپلر قادر است که اندازهگیری دقیق سرعتهای نسبی هدفهای متحرک را با استفاده از توان ارسالی کم، مدارهای ساده، توان مصرفی کم و دستگاههای با ابعاد خیلی کوچکتر از دستگاههای مشابه شان در رادارهای پالسی به دست آورد. عملکرد این سیستم رادار بدون تاثیر از حضور هدفهای ساکن و ثابت بوده و علاوه بر این، چون گیرنده همواره روشن است (به واسطه داشتن آنتن مجزا) بر خلاف سیستم پالسی میتواند تا مسافتهای خیلی نزدیک را نیز تحت پوشش خود داشته باشد.
از محدودیتهای این نوع سیستم رادار این است که رادار داپلر قادر به تعیین فاصله هدف نیست. رادار داپلر تنها میتواند سرعت هدف را نشان دهد علت این امر این است که سیگنال ارسالی بدون مدولاسیون بوده گیرنده قادر نخواهد بود حس کند که کدام سیکل بخصوصی از نوسانات (امواج ارسالی) در هر لحظه دریافت شده است؛ و به همین جهت نخواهد توانست زمان رفت و برگشت سیکل بخصوص دریافت شده را تعیین کند و درنتیجه فاصله هدف تشخیص داده نمی شود. با وجود محدودیت ذکر شده، سیستم رادار داپلری کاربردهای زیادی دارد که نمونههایی از آن اندازهگیری سرعت در ناوبری هواپیمایی یا اندازه گیری سرعت در رادارهای پلیس است.

3-1-3- سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس
سیستم رادار داپلری که در قسمت قبل تشریح شد، قادر است هدفهای متحرک را تشخیص داده سرعت آنها را اندازهگیری کند، اما نمیتواند فاصله هدف را اندازهگیری کند. میتوان به وسیله مدولاسیون فرکانس حامل بر این نقص داپلری، یعنی ناتوانی در اندازهگیری فاصله غلبه کرد. با انجام این کار اشکال اصلی رادار داپلری C.W. یعنی ناتوانی تشخیص یک سیکل از سیکل دیگر از بین خواهد رفت.
یکی از کاربردهای مهم و اصلی رادار C.W. با مدولاسیون فرکانس (FEREQUENCY-MODULATED C.W.RADAR) در ارتفاعیاب هواپیما (ALTIMETER) است. در این سیستم اختلاف فرکانسی متناسب با ارتفاع هواپیما بین سیگنالهای فرستنده و گیرنده به وجود خواهد آمد. سیگنالی که پس از برخورد با مانع (زمین در مورد ارتفاع یاب هواپیما) دریافت میشود، قبلاً با فرکانس لحظهای متفاوتی ارسال شده بود (در اثر مدولاسیون فرکانس) و لذا اگر نسبت تغییرات فرکانس با زمان مربوط به روند FM معلوم باشد، به سهولت میتوان اختلاف زمان بین سیگنالهای ارسالی و دریافت شده را محاسبه کرد که در نتیجه این کار، ارتفاع هواپیما به دست مآید.
ارتفاع یاب کاربرد اصلی رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس (FMCW)8 است، زیرا رادار C.W. هیچ محدودیتی در حداقل برد ندارد و این برعکس رادارهای پالسی است که در حداقل برد، دارای محدودیت بودند. علاوه بر این هما طوری که قبلاً نیز گفته شد، رادار داپلری C.W.، توان کم و سادگی و کوچک بودن تجهیزات را در بر خواهد داشت که در نتیجه برای استفاده در هواپیما که محدودیت وزن همواره مطرح است، مناسب خواهد بود.

4-1-3- سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون پالسی
رادارهای داپلری موج پیوسته قادر به اندازهگیری فاصله نیستند، از طرف دیگر، رادارهای پالسی توانایی اندازهگیری فاصله را دارند، اما قدرت تشخیص هدفهای متحرک و ثابت را از یکدیگر ندارند. سیستم متشکل از این دو نوع سیستم رادار قادر خواهد بود فاصله و همچنین سرعت هدفهای متحرک را محاسبه و تعیین کند. یکی از کاربردهای این نوع رادار در سیستم نشاندهنده هدفهای متحرک (MOVING TARGET INDICATOR) یا MTI است. با توجه به این که نحوهی کار مشابه رادارهای FMCW است، در این مورد به همین شرح مختصر بسنده می کنیم.

5-1-3-سیستم رادارهای آرایه فازی
در سیستمهای راداری برای این که امواج راداری در کلیه جهات انتشار یابند لازم است آنتن رادارها همواره در حال چرخش باشند. چرخش آنتنها برای کاربردهای عمومی سیستم رادار مشکلی در بر ندارد، اما در کاربردهای خاص محدودیت حداکثر سرعت چرخش آنتن که ناشی از مکانیزم خود آنتن است، وجود خواهد داشت.
سیستمهای رادارهای آرایه فازی (PULSE ARRAYRADAR) از نوعی آنتن استفاده میکنند که خود آنتن مجموعهای ثابت است و پرتو امواج رادار به وسیله مکانیزمهای بسیر پیچیده الکترونیکی در جهات مختلف منتشر میشوند. به عبارت دیگر، به جای این که آنتن بچرخد، خود پرتو موج میچرخد. در این سیستم آنتن، آرایهای شامل تعداد زیادی آنتن تکی است که با اعما تغییر فازهای مختلف به تغذیه کنهای آنتنهای تکی و تغییر الکترویکی تغییردهندههای فاز، پرتو به چرخش درخواهد آمد.
به طور کلی یک ارایه آنتن عبارت است از سیسم تشعشعی که شامل چندین تشعشعکننده یا عنصر تکی است. اینها آنقدر نزدیک یکدیگر قرار گرفتهاند که هر یک در میدان القایی بقیه واقع میشوند؛ بنابراین، این عناصر بر روی هم اثر گذاشته یک پرتو کلی را ایجاد میکنند که به صورت جمع برداری تک تک پرتوها حاصل می شود. جمع یا حذف پرتوها در جهت بخصوصی نه تنها به سبب مشخصههای هر عنصر، بلکه به وسیله ی فواصل میان آنها بر حسب طول موج و اختلاف فاز میان نقاط مختلف تغذیه حاصل خواهد شد؛ از این رو با انتخاب مناسبی میتوان حذف یا جمع پرتو تشعشعی تمام جهتی در صفحهی همچنین ممکن است که آرایه ای را برای به دست آوردن پرت تشعشعی تمام جهتی در صفحهی افقی طرح کرد (مانند آرایههای چهار بازویی که برای فرستنده تلویزیونی استفاده میشود).

6-1-3- مقایسه رادارهای پالسی و رادارهای موج پیوسته یا CW
تا این جا روشن است که رادارهای پالسی با اندازهگیری زمان رفت و برگشت یک پالس به هدف، فاصله آن را اندازهگیری میکنند. در رادارهای با موج پیوسته (CW) از آنجا که پالسی وجود ندارد تا به وسیلهی آن بتوان زمان را اندازه گرفت، توانایی اندازهگیری فاصله وجود ندارد. روشهای مختلفی وجود دارد که بتوان با اعمال آنها با سیستم رادارهای موج پیوسته نیز فاصله را اندازهگیری کرد؛ هر چند که دقت عمل هیچ یک با آنچه که در سیستم رادارهای پالسی وجود دارد برابری نخواهد کرد. به این ترتیب در مواردی که نیاز است موقعیت و نقطه جغرافیایی یک هدف به طور دقیق تعیین شود، سیستم رادارهای پالسی کاربرد و عملکرد بهتری خواهند داشت.
رادارهای پالسی هر چند که میتوانند فاصله هدف را اندازهگیری و تعیین کنند، اما قادر نیستند اکوی بازتاب شده از هدفهای ثابت و ساکن را فیلتر کنند.
یکی از عواملی که در حداکثر برد رادار در هر سیستمی مطرح و موثر است میزان توانی است که فرستنده باید ارسال کند. رادارهای پالسی این مقدار توان را باید در یک زمان کوتاه ارسال کنند، در صوتی که رادارهای CW همین مقدار توان در طول کل زمان یک سیکل ارسال میشود و نیازمندی رادارهای CW به نیروی برق بسیار کمتر خواهد بود. برای مثال، برای ارسال سیگنالی با توان 1020 کیلووات در فضا برای رادارهای پالسی حدود 46 کیلووات نیروی برق لازم است؛ در صورتی که این نیازمندی برای رادارهای CW که بتواند همان مقدار توان را در طول یک سیکل انتشار دهد حدود 1/2 کیلووات خواهد بود. تجهیزات و دستگاههای مورد استفاده در رادارهای CW همواره از سادگی، کوچکی ابعاد فیزیکی و سبکی وزن برخوردار خواهند بود که این خود یکی از مزیتهای این نوع سیستم راداری است و آن را مناسب استفاده در وسایل پروازی میکند.

2-3- کاربردهای مختلف سیستم رادار
رادار به عنوان وسیله ای برای کشف هدف بیش از 60 سال است که پدید آمده است. هر چند که تکنولوژی ساخت آن نسبت به آنچه که در دههی 1930 وجود داشت، پیشرفتهای چشمگیری داشته است، اما علت وجودی و نیاز به رادار کماکان همان نیازی است که 60 سال قبل نیز وجود داشت؛ یعنی اندازه گیری سمت و فاصله هدف.
بدون در نظر گرفتن این که رادار سطحی، هوایی یا زمینی است، این خواسته بالا تغییر نمیکند، زیرا هدف هر چه که باشد همگی در مقابل امواج منتشر شده رادار از خود بازتاب نشان خواهد داد. آنچه که به طور وسیع و گسترده تغییر کرده است طراحی سیستم، نحوه و سرعت پروسته کردن بازتابهای امواج، نحوهی به تصویر کشاندن اطلاعات به دست آمده و همچنین میزان اطلاعاتی است که میتوان از بازتاب امواج استخراج و بهرهبرداری کرد. کلید اصلی در سیستمهای مدرن امروزی، کامپیوترهای دیجیتال و سیستم پروسه کردن اطلاعات هستند که قادرند اطلاعات زیادی را از سیگنال خام بازتاب شده رادار استخراج کنند و در فرمهای مختلف به تصویر کشانیده یا به نمایش گذارند و علاوه بر اینها شناسایی و ردیابی هدف را نیز انجام دهند.
سیستمهای راداری را ابتدا میتوان به سه گروه عمده دریایی، هوایی و زمینی تقسیم کرد. در هر یک از دسته بندیهای ذکر شده نیز میتوان رادارها را با توجه به نوع کاربرد آن به انواع مختلف تقسیم کرد. در بخش دریایی این تقسیم بندی به شرح زیر خواهد بود:
1- رادارهای ناوبری (NAVIGATION RADAR)؛
2- رادارهای مراقبت (SURVEILLANCE RADATS)؛
3- رادارهای جستجوگر (SEARCH RADARS)؛
4- رادارهای کنترل آتش (FIRE CONTROL RADARS) یا ردگیری؛
5- رادارهای ساحلی (LAND- BASED COASTAL SURVEILLANCE RADARS).
علاوه بر موارد فوق، امروزه در امور غیرنظامی نیز به طور وسیع و گسترده از رادار استفاده میشود که متداولترین آنها عبارتند از:
1- رادار سرعت سنج برای کنترل عبور و مرور ماشین در اتوبانها و شاهراههای عظیم و چند باندی؛
2- سیستم رادار هواشناسی برای تعیین وضعیت جوی؛
3- سیستم رادار به منظور راهنمایی و عبور و مرور هوایی و کشتیهای تجاری؛
4- سیستم رادار برای کنترل هواپیماها (کنترل ترافیک هوایی).

1-2-3- رادارهای ناوبری (NAVIGATION RADAR)
این نوع رادار تقریباً بر روی کلیه شناورهای موجود بوده کاربرد آن برای نقطهیابی و همچنین موقعیت موانع و هدفها با اندازهگیری سمت و فاصله آنها است.

شکل 3-3- تصویری از یک نمایشگر رادار ناوبری

تصویری از یک رادار ناوبری که در داخل پل فرماندهی یک کشتی نصب بوده و به وسیله نفر مسوول برای امور ناوبری مورد استفاده قرار گرفته، در شکل (3-3) نشان داده شده است. رادارهای ناوبری هر چند که صرفاً برای ناوبری کشتی به کار گرفته میشوند، اما میتوانند درخصوص کشتیهای نظامی تکمیلکننده سیستم دفاعی کشتی بوده در صورت لزوم و بنا بر مورد، اطلاعاتی را به این سیستم ارائه دهند.

2-2-3- رادارهای جستجوگر (SEARCH RADARS)
هر چند رادارهای ناوبری نیز از جمله رادارهای جستجوگر هستند، اما آنها را جداگانه مورد اشاره قرار دادیم، به لحاظ این که لفظ رادارهای جستجوگر بیشتر برای مصارف نظامی این گونه رادارها به کار میرود، رادارهای جستجوگر بر روی انواع شناورها برای دفاع سطحی، هوایی و همچنین ناوبری مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده به منظورهای ناوری در کشتیهای تجارتی از کاربردهای وسیع این گونه رادارها است.
یک رادار جستجوگر باید هدفی را بدون این که موجودیت آن را بداند، در یک حجم وسیعی از فضا کشف و مشخص کند و اطلاعات موقعیت هدف را که همانا سمت و فاصله است، تعیین و ارائه دهد. پس کاربرد اصلی این نوع رادار کشف هدف است. بدیهی است در مصارف نظامی اطلاعات به دست آمده در خصوص موقعیت هدف به رادارهای ردیابی منتقل می شود تا هدف مورد نظر را دنبال کنند و بنا بر مورد، اقدامات لازم را انجام دهند.
در شکل (4-3) آنتن یک نوع رادار جستجوگر و ناوبری سطحی نشان داده شده است.

شکل 4-3- یک نوع رادار جستجوگر و ناوبری سطحی

در شکل (5-3) تصویری از یک نوع رادار جستجوگر و ردیاب هوایی که به صورت یک مجموعه در داخل یک محفظه گنبدی شکل (RADAR DOME) قرار گرفتهاند، نشان داده شده است.

شکل 5-3- یک نوع رادار جستجوگر و ردیاب هوایی

3-2-3- رادارهای مراقبت (SURVEILLANCE RADATS)
همانطوری که از نام این نوع رادارها مشخص است، رادارهای مراقبت برای کشف و شناسایی هواپیماها یا موشکهای پرتاب شده دشمن در فواصل بسیار دور به کار میرود. رادارهای مراقبت از مهمترین و ضروریترین سیستمهای یک نیروی دریایی به شمار میآید. یک نمونه تاریخی که نتیجه عدم عملکرد صحیح این نوع رادار را نشان میدهد، در طول جنگ فالکند9 اتفاق افتاد که منجر به غرق شدن ناوشکن انگلیسی شفیلد شد. امروزه با وجود سیستمهای موشکی مدرن علیه شناورهای دریایی، وجود سیستم راداری مراقبت بر روی کشتیها و هواپیماها از ضروریات است، زیرا لازم است که دشمن را در فواصل بسیار دور کشف کرد تا زمان کافی برای انجام مقابله موثر امکانپذیر باشد.
تصاویری از رادارهای مراقبت سطحی و هوایی با برد متوسط و زیاد در شکلهای (6-3 و 7-3) نشان داده شده است.

شکل 6-3-یک نوع رادار مراقبت سطحی و هوایی

شکل 7-3- یک نوع رادار مراقبت هوایی برد زیاد
ازجمله این نوع رادارها میتوان به رادارهای کنترل ترافیک هوایی اشاره کرد که کاربرد بسیار وسیع در فرودگاهها، اعم از نظامی و غیرنظامی دارند. رادارهای کنترل ترافیک هوایی را رادارهای مراقبت پرواز نیز میگویند. در شکل (8-3) نمایی از آنتن یک رادار کنترل ترافیک هوایی نشان داده شده است. همچنین در شکل (9-3) نمایی از نشان دهنده های رادارهای مراقبت پرواز در برج کنترل ترافیک فرودگاه نشان داده شده است. بر روی این نشان دهندهها، هر هواپیما با یک علامت + به همراه شماره شناسایی، ارتفاع و مقصد آن نشان داده میشود.

شکل 8-3-نمایی از آنتن یک رادار کنترل ترافیک هوایی

شکل 9-3- نمایی از اتاق رادار برج کنترل ترافیک فرودگاه
رادارهای هشدار دهنده پیشرس (EARLY-WARNING RADARS) نیز نمونه دیگری از این نوع رادارها هستند که عمل موقعیتیابی هدف را در فواصل خیلی دور انجام داده حضور هدفها را به یکانهای عملیاتی و غیره هشدار میدهد. رادارهای آواکس10 از این نمونه است که بر روی هواپیما نصب میشود و از آن به عنوان یک سیستم کنترل و هشداردهنده هوایی استفاده میشود.

4-2-3- رادارهای ردگیری یا کنترل آتش
کاربرد این نوع رادارها همانطور که از نام آنها مشخص است، ردیابی یا بکارگیری در یک سیستم سلاح به منظور هدایت سیستم توپخانه موشکی است. یک رادار ردگیری عمل جستجو را انجام نمیدهد، بلکه بر روی یک هدف قفل میشود و به طور دایم آن را ردگیری میکند. در مارد استفاده از رادارهای ردگیری در سیستمهای کنترل آتش، هنگامی که رادار بر روی هدف قفل شده است (یعنی پرتو موج رادار تنها در جهت هدف بوده و به طور دائم آن را دنبال میکند) اطلاعات به دست آمده از هدف را به طور مرتب به کامپیوتر سیستم میدهد. کامپیوتر با توجه به موقعیت هدف، سرعت هدف و همچنین سرعت کشتی خودی و سایر عواملی که در پرواز موشک یا حرکت گلولههای توپ در مسیرشان به سمت هدف موثرند، نقطهی فرضی مشخصی را در فضا پرتاب میکنند. بدیهی است که در نهایت موشک و هدف در یک نقطه به هم تلاقی کرده هدف منهدم می شود. تصویر یک نوع رادار کنترل آتش دریایی در شکل 10-3 نشان داده شده است.
از دیگر کاربردهای این نوع رادارها، ردگیری اجسام آسمانی مانند ماهوارهها یا سفینههای فضایی است. برای این کار فرستندههایی با توانهای زیاد، گیرندههایی با حساسیت بسیار زیاد و آنتنهایی عظیم و قابل چرخش مورد نیاز است. برای مثال، آنتن بشقابی مستقر در کالیفرنیای آمریکا به قطر 64 متر، قادر به ردگیری مسیر آپولو در راه ماه بوده است. در ضمن توان قله فرستنده این رادار در حدود 25 مگاوات تخمین زده است.

شکل 10-3- یک نوع رادار کنترل آتش دریایی

5-2-3-رادارهای ارتفاع یاب
از کاربردهای دیگر رادار، محاسبه ارتفاع هواپیماها است که تحت عنوان رادارهای ارتفاع یاب نامیده میشوند. در شکل (11-3) تصویری از آنتن یک رادار ارتفاع یاب نشان داده شده است. این نوع رادار، ارتفاع هواپیما را با استفاده از روابط مثلثاتی محاسبه می کند. آنتن ر یک سطح عمود شروع به حرکت در جهت بالا و پایین می کند (VERTICAL SCAN)11؛ در حالی که همزمان امواج راداری را همانند سایر رادرها از طریق آنتن منتشر میکند. با استفاده از ارتفاع زاویهای آنتن که همان ارتفاع زاویهای هدف کشف شده نیز است و همچنین فاصله هدف که به وسیله رادار تعیین شده است، ارتفاع هدف محاسبه میشود. در شکل (12-3) نحوهی محاسبه ارتفاع هدف هنگامی که هدف به وسیلهی رادار کشف و مشخص شد، نشان داده شده است. فاصله هدف به وسیلهی رادار تعیین میشود و ارتفاع زاویهای نیز همان زاویهای است که آنتن رادار هنگام کشف هدف داشته است. با استفاده از روابط مثلثاتی به شرح زیر، ارتفاع هدف محاسبه میشود:
فاصله هدف ارتفاع هدف فاصله هدف / ارتفاع هدف =

شکل 11-3- یک نوع رادار ارتفاع یاب

شکل 12-3-تعیین ارتفاع به وسیله رادار

اگر ارتفاع هدف را با H و فاصله هدف را با R نشان دهیم، فرمول تعیین ارتفاع به شرح زیر خواهد شد:

6-2-3- رادارهای بیکن (BEACON RADARS)
یک سیستم رادار بیکن مجموعه کوچکی است شامل یک گیرنده، یک فرستنده و یک آنتن که بیشتر اوقات تمام جهتی است. وقتی که رادار دیگری یک سری پالس کد شده را به بیکن بفرستد یا به عبارتی دیگر آن را مورد سوال قرار دهد، بیکن به وسیله ارسال پالسهایی با کد بخصوصی به آن جواب خواهد داد. پالسهای بیکن ممکن است دارای همان فرکانس رادار سوال کننده باشد که در این صورت آنها به وسیله ایستگاه اصلی همراه با برگشتیهای پالس ارسالی دریافت میشوند. چنانچه پالسهای بیکن دارای فرکانس مخصوص خود باشد، در این صورت یک گیرنده مجزا در سیستم رادار سوالکننده مورد نیاز خواهد بود. توجه داشته باشید که بیکن برخلاف سیستمهای راداری دیگر، پالسها را به طور دائم نمیفرستد، بلکه تنها وقتی مورد سوال قرار می گیرد و سوال نیز به طور صحیح و با کد مشخص باشد، پاسخ خواهد داد. در این سیستم رادار سوال کننده را INTROGATOR و رادار پاسخدهنده را که بر روی بیکن نصب است، TRANSPONDER میگویند.
یکی از کاربردهای یک بیکن راداری، شناساندن خودش است. این کاربرد وقتی است که مثلاً یک بیکن راداری در داخل یک هدف مانند هواپیما نصب شده باشد و وقتی مورد سوال قرار میگیرد، با ارسال یک پالس پاسخ می دهد و سپس این پالس بر روی صفحه نشان دهنده ی رادار ایستگاه سوال کننده ظاهر شده و هویت هدف آشکار میشود. این سیستمی است که در مراقبت پرواز فرودگاه به کار میرود. کاربرد نظامی این سیستم تحت عنوان سیستم تشخیص دوست یا دشمن، معروف به (IDENTIFICATION FRIEND OR FOR) IFF است که برای شناسایی هدفها به عنوان دوست یا دشمن به کار گرفته میشود.
کاربرد دیگر بیکنهای راداری شبیه فانوسهای دریایی است. در این کاربرد یک هواپیما یا کشتی با تعدادی بیکن راداری که موقعیت آنها به طور دقیق شناخته شده است، در ارتباط بوده (ارتباط راداری) در نتیجه قادر خواهد بود که محل خودش را به طور اتوماتیک و دقیق به وسیله پالسهای دریافتی تعیین کند.
یکی از مزیتهای بیکنهای راداری که باعث شده این سیستم کاربردهای وسیعی داشته باشد این است که وجود یک بیکن راداری در یک هدف، فاصلهای را که هدف میتواند ردگیری شود به شدت افزایش میدهد. چنین ردگیری فعالی برد خیلی زیادتری نسبت به سیستم ردگیری غیرفعال خواهد داشت. و این ویژگی به خاطر این است که توان فرستاده شده به وسیله ی بیکن راداری خیلی بیشتر از میزان توانی است که این هدف بدون وجود بیکن به طرف ایستگاه ارسال کننده پالسها منعکس می سازد و به لحاظ همین مزیت است که بیکنهای راداری کاربردی وسیع در ردگیری اجرام آسمانی دارد.

فصل چهارم

اجزای سیستم رادار

1-4- بلوک دیاگرام سیستم رادار
سیستمهای مختلف راداری اگر چه در جزئیات به لحاظ خصوصیات هر یک، تفاوتهای زیادی با هم دارند، اما مشخصات اساسی تمام سیستمهای پالسی مشابه هستند. بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل 1-4 مربوط به یک سیستم رادار پالسی بوده، شامل اجزای اصلی تشکیل دهندهی یک سیستم رادار پالسی است. به طور کلی میتوان گفت که یک سیستم رادار پالسی، همان گونه که در شکل 1-4 نیز مشخص است، از هفت قسمت مختلف تشکیل شده است که عبارتند از:
1- تایمر (TIMER)؛
2- فرستنده (TRANSMITTER)؛
3- مدولاتور (MODULATOR)؛
4- سیستم آنتن (ANTENNA SYSTEM)؛
5- سوئیچ TR و TR- anti (TR and anti- TR SWICH)؛
6- گیرنده (RECEIVER)؛
7- نشان دهنده (DISPLAY یا INDICATOR).

شکل 1-4- بلوک دیاگرام یک سیستم رادار پالسی
تایمر برای سینکرونیزه کردن (همزمان کردن یا همزمانی) فرستنده و مبنای زمان نشاندهنده رادار است.
فرستنده، پالسهای پرقدرتی تولید میکند که حاوی انرژی امواج راداری است و این امواج به گونهای در سیستم هدایت میشوند که از طریق آنتن در فضا منتشر شوند.
مدولاتور با تولید یک پالس ولتاژ قوی و تغذیه آن به فرستنده سبب میشود تا پالسهای فرستنده شکل بگیرند.
مجموعهی سیستم آنتن ضمن این که اطلاعات سمت هدف را مشخص میکند، به طور کلی دو منظور اساسی دارد که عبارتند از:
1- انتشار انرژی امواج راداری که از خروجی فرستنده به آنتن تغذیه می شود. این انتشار یک جهتی بوده که با چرخش آنتن در نهایت در کلیه جهات منتشر خواهد شد.
2- کشف و دریافت بازتابی از هدف و هدایت آن به سمت گیرنده رادار.
اکثر سیستمهای رادار پالسی برای ارسال و دریافت پالس از یک آنتن استفاده میکنند. سوئیچهای TR و anti-TR (ATR) این امکان را به وجود میآورند که برای ارسال و دریافت پالس از یک آنتن مشترک استفاده کرد. این دستگاه که به طور عموم تحت عنوان سوئیچ TR (TRANSMIT- RECEITIVE) نامیده می شود، همان دوپلکسور است و در عمل وقتی فرستنده کار میکند، گیرنده را از آنتن قطع کرده، آن را در مقابل انرژی بسیار زیاد امواج فرستنده محافظت میکند و برعکس در زمانی که گیرنده فعال میشود، گیرنده را به آنتن وصل کرده، اجازه نمیدهد انرژی امواج بازتابی وارد فرستنده بشوند.
گیرنده رادار پس از دریافت سیگنالهای بازتابی، آنها را تقویت کرد، پس از آشکارسازی و تقویت سیگنالهای اکوی هدف، آنها را جهت تصویرسازی به نشاندهنده ارسال میدارد.
نشاندهنده رادار با دریافت اطلاعات مربوط به هدف از طریق گیرنده برمبنای سیگنال هماهنگکننده زمانی از تایمر، نمای تصویری از اطلاعات رادار را به وجود آورده، به نمایش میگذارد.

2-4- فرستنده رادار (RADAR TRANSMITTER)
همان طوری که گفته شد، فرستنده حتی کنترل تایمر (زمان سنج رادار) مبادرت به تولید پالسهای بسیار قوی میکند. فرستنده برای تولید این پالسها از یک نوسان ساز فرکانس زیاد (High Frequency Osillator) استفاده میکند که تحت عنوان مگنترون نامیده میشود. فرکانس تولید شده در مگنترون، طول موج امواج راداری را که در فضا انتشار مییابند تعیین میکند. از آنجا که فرکانس و طول موج رابطه عکس با یکدیگر دارند، هر چه فرکانس مگنترون بیشتر باشد، طول موج امواج منتشر شده کوتاهتر خواهد بود.
در شکل 2-4 بلوک دیاگرام ساده یک فرستنده رادار نشان داده شده است. همان طوری که مشاهده میشود، یک فرستنده از دو قسمت اساسی به شرح زیر تشکیل یافته است:
1- مدولاتور (modulator)؛
2- مگنترون (magnetron)؛
علاوه بر مدولاتور و مگنترون که اساسیترین قسمتهای یک فرستنده راداری هستند، چون تایمر و همچنین دوپلکسور یا سوئیچهای TR و ATR در ارتباط نزدیک با فرستنده به کار گرفته میشود، از این رو در ادامه مطلب این دو قسمت نیز در قالب دستگاههای دهنده فرستنده رادار تشریح خواهند شد.

شکل 2-4- بلوک دیاگرام یک فرستنده رادار

3-4- گیرنده رادار
گیرنده رادار، یک نوع خاص گیرنده سوپر هتروداین است. کار آن دریافت سیگنالهای بازتاب شده ضعیفی است که از طریق آنتن وارد گیرنده می شوند و پروسه کردن این سیگنال در نهایت آشکارسازی پالسهای مربوط به اکوی هدف و تغذیه آن به نشان دهنده رادار.
بلوک دیاگرام یک گیرنده رادار در شکل (3-4) نشان داده شده است. سیگنالهای دریافتی به وسیلهی آنتن وارد یک مخلوط کننده شده در آن جا با سیگنال تولی شده به وسیلهی یک نوسان ساز محلی (LOCAL OSCILATOR) مخلوط و تبدیل به سیگنالی می شود که دارای فرکانس ثابت و مشخصی به مراتب کمتر از فرکانس اولیه است. سیگنال ایجاد شده در مخلوط کننده (MIXER) تقویت می شود و سپس تحت آشکارسازی قرار میگیرد تا پالسهای مربوط به بازتاب اکو از هدف مشخص شده پس از تفویت جهت ایجاد تصویر ویدئویی به نشان دهعنده رادار وارد شود. معمولاً فرکانس نوسان ساز محلی به گونهای است که سیگنال خروجی از مخلوط کننده دارای فرکانس متوسط 60 مگاهرتز خواهد بود.
از نظر فیزیکی معمولاً فرستنده و گیرنده رادار در یک مجموعه دستگاهی قرار گرفته و تحت عنوان TRANSCEIVER نامیده میشود.

شکل 3-4-بلوک دیاگرام یک گیرنده رادار

4-4- آنتن رادار
آنتنها به دو دسته عمومی تقسیم بندی میشوند: آنتنهای جهتدار یا جهتی (DIRECTIONAL ANTENNA) و آنتنهای تمام جهتی (OMNI DIRECTIONAL ANTENNA) . آنتنهای تمام جهتی انرژی یا امواج راداری را در کلیه جهات منتشر میکنند. کاربرد این نوع آنتنها به طور عمده در وسایل ارتباطی و جهتیابها است و بندرت در سیستمهای راداری مدرن مورد استفاده قرار میگیرند.
آنتنهای جهتدار امواج راداری را در جهت خاصی انتشار میدهند. شکل (4-4) فرم تشعشعی یک آنتن جهتدار را نشان میدهد. ماکزیمم شدت تشعشع در مرکز پرتو یا لوب (LOBE) قرار دارد و به عبارت دیگر هر چه از محور مرکزی پرتو به طرفین برویم از شدت تشعشع کاسته خواهد شد. در نقاط A و B توان انتشار نصف توان ماکزیمم است؛ از این رو این نقاط را نقاط نیم توان (HALF POWER POINTS) گفته زاویه را عرض (یا پهنای) پرتو مینامند. معمولاً پهنای پرتو رادارها بین یک تا دو درجه و گاهی نیز تا چند درجه است.

شکل 4-4- فرم تشعشعی یک آنتن جهت دار

کار یک سیستم آنتن عبارت است از انتشار امواج پرانرژی راداری که در قسمت فرستنده تولید و به شکلی به آنتن هدایت میشوند و نیز دریافت بازتاب سیگنالهای ارسالی پس از برخورد با موانع و هدفها و هدایت آن به سمت گیرنده رادار.

شکل 5-4- موج برهای با مقطع دایره ای و مستطیلی

5-4- نشاندهنده رادار (RADAR DISPLAY)
نشاندهنده رادار دستگاهی است که بازتاب دریافت شده از هدف و سایر موانع را به صورت نقاطی روشن روی صفحهی یک لامپ اشعهی کاتودیک یا CRT (CATHODE RAY TUBE) نشان میدهد. نمایی از یک صفحهی نشاندهنده رادار در شکل (6-4) نشان داده شده است.

6-4- کاربری سیستم رادار
استفاده از سیستم رادار که امروزه به صورت متداول تقریباً بر روی انواع شناورها نصب میشود، مستلزم آشنایی عملی با یک سیستم رادار است. بر روی شناورها معمولاً یک سیستم رادار به شرح شکل (7-4) قرار گرفته است. موتور ژنراتور و رگولاتور ولتاژ مربوطه برای تامین برق مورد نیاز سیستم رادار است. فرستنده و گیرنده (TRANSCE VER) به صورت یک یونیت شامل مدولاتور، مگنترون و قسمتی از گیرنده است. در برخی از انواع رادار فرستنده و بخشی از گیرنده در سیستم آنتن قرار دارد و سایر قسمتهای دیگر گیرنده نیز در داخل کنسول رادار نصب می شود. قسمت کنسول رادار که شامل لامپ تصویر و کلیدهای کنترلی است، معمولاً در اتاق سکان، پل فرماندهی یا هر مکان مناسب دیگری که استفاده کننده اشراف کاملی بر سطح دریای جلوی کشتی داشته باشد (درخصوص رادارهای ناوبری)، نصب میشود.

شکل 6-4- تصویری از یک سیستم رادار

1-6-4- نحوهی روشن کردن رادار
روش روشن کردن و تنظیم هر نوع خاصی از رادارها در کتابچهای که همراه خود دستگاه ارائه میشود، نگارش شده است که ضرورت دارد قبل از بهره برداری از سیستم رادار مورد مطالعه قرار گیرد. موارد مهمی که باید در هنگام روشن کردن سیستم رادار رعایت کرد، بشرح زیر هستند:
1- حصول اطمینان از این که آنتن می تواند آزادانه چرخش کند و مانعی بر سر راه آن وجود ندارد.
2- مطمئن شوید که کلیدهای کنترلی مربوط به محو اکوی امواج، شفافیت و تقویت گیرنده در وضعیت حداقل قرار گرفته باشد.
3- برای روشن کردن رادار برابر دستورالعمل کتاب راهنمای مربوطه عمل کنید.

3-6-4- ایمنی
سلولهای زنده بدن قادر به جذب یک حد مجاز از امواج رادیویی هستند. این عمل باعث افزایش درجه حرارت بدن میشود و البته ممکن است اثرات نامطلوب نیز به همراه داشته باشد. تشعشع امواج الکترومغناطیسی در محدوده باند فرکانسی رادار به وسیلهی آنتنها، هر چند که قادر به کشتن افراد نیست، اما ایجاد جراحات و سوانح قابل تصور است. شدت سیگنالهای راداری که به ایجاد اثرات سوء منجر شود، بالا است؛ از این رو تنها رادارهای بسیار پرقدرت، نظیر رادارهایی که برای کشف موشکهای قارهپیما در بردهای زیاد به کار میرود، میتوانند خطرناک باشند، البته آن هم در فاصلههای نزدیک به رادار.
رادارهایی که برای موارد عادی به کار گرفته میشوند به طور عمده بیخطر هستند، مگر این که سلولهای زنده بدن به طور مستقیم در معرض انتشار امواج راداری ساطع شده از آنتن و در فاصله چند فوتی از آن قرار گرفته باشند.
ولتاژهای RF ممکن است در اشیاء فلزی زمین نشده، نظیر مهارتهای سیمی یا نردبانها، جریانهای القایی به وجود آورد؛ از این رو ممکن است اشخاصی که در آن زمان با این اشیاء در تماس باشند، شوک دریافت کرده و به سویی پرت شوند. به همین منظور لازم است قبل از نزدیک شدن و کار بر روی آنتنها، احتیاطهای لازم ایمنی را به عمل آورده، مطمئن شویم دستگاه مربوطه خاموش است.
مهارها، کابلها و نردبانها باید دارای اتصال به زمین باشند. در هنگام کار در ارتفاع حتماً از کمربند ایمنی استفاده کرده از قرار دادن مواد قابل اشتعال در نزدیکی و در مسیر انتشار امواج RF خودداری شود.
چشمان انسان نسبت به حرارت ایجاد شده در اثر جذب بیش از حد امواج رایویی حساس است؛ از این رو هیچ گاه نباید به طور مستقیم به انرژی RF تشعشعی نگاه کرد. در ضمن ارگانهای حیاتی بدن نیز به این حرارت حساس هستند و به منظور حفظ سلامتی نباید به طور مستقیم در مسیر تشعشع آنتنها ایستاد.
آنتنها و خطوط انتقال به طور عموم دارای یک محدوده خطر انرژی RF هستند که به وسیلهی خطوط قرمز مشخص شده است و در موقع انتشار نباید در داخل این محدودهها ایستاد.

فهرست منابع و مآخذ
1- اصول تئوری رادیو، رادار و آنتن؛ نشریه آموزشی 1-3-1575؛ فرماندهی آموزشهای هوایی نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران؛ تهران؛ 1365.
2- تکنسین رادار و جنگهای الکترونیکی؛ نشریه آموزشی؛ فرماندهی آموزش تخصصهای دریایی نیروی دریایی ارتش جمهوری اسلامی ایران؛ انزلی؛ 1363.
3- سلطانی، جواد؛ ناوبری الکترونیک و رادار؛ ژی جی سونن برگ؛ موسسه آموزشی علوم و فنون دریایی و صیادی کیش؛ تهران؛ 1370.
4- دکتر حجت کاشانی، فرخ؛ سیستمهای مخابرات الکترونیکی؛ (جلد دوم)، جرج کندی؛ انتشارات فنی حسینیان؛ تهران؛ چاپ دوم 1369.
5- G.J. Sonnenberg,radar and electronic navigation,sixth edition, butterworths. 1988.

1- اکو (Echo): به معنی بازتاب یا پژواک بوده، به بخشی از امواج صوتی و یا الکترومغناطیسی اطلاق می شود که پس از برخورد با یک مانع منعکس می شود که پس از برخورد با یک مانع منعکس می شود و دوباره به منبع منتشر کننده امواج می رسد.
2- یونسفر (Ionosphere): به لایه ای از گازهای یونیزه شده نزدیک قسمت فوقانی اتمسفر گویند که امواج رادیویی فرکانس لالا (High Frequency) را منعکس می کند. این عمل ارتباطات رادیویی راه دور را امکان پذیر می کند.
1- مایل دریایی (NAUTICAL MILE) واحد طول بوده برابر است با 1852 متر. (هر مایل معمولی برابر است با 1609 متر یا 5280 فوت).
1- تروپوسفر: پایینترین قسمت اتمسفر را تروپوسفر میگویند. این لایه معمولاً از سطح زمین تا فاصله 10 تا 20 کیلومتری امتداد دارد.
2- انکسار: شکست امواج را در اثر تغییرات چگالی ناحیه ای که امواج از آن عبور میکند، انکسار مینامند. اگر انکسار وجود نداشت، افق رادار با افق دید برابر میشد، در حالی که در اثر ایجاد پدیده انکسار افق رادار تقریباً 25/1 برابر افق دید است.
1- سطح مقطع راداری را Echo Area یا Target Cross- Section نیز مینامند.
1- منظور از توان، همان توان قله پالس رادار (PEAK POWER) است که به طور مشروح تر در قسمت بعدی این فصل مطرح خواهد شد.
1- FMCW مخفف (FEREQUENCY-MODULATED CONTINUOUS WAVE) است.
1- جنگ فالکند، یک جنگ دریایی بود که بین انگلستان و آرژانتین در دهه اخیر اتفاق افتاد.
1- لفظ آواکس (AWACS) از اولین حروف کلمات Airborne Warning And Control System گرفته شده است.
11 چرخش آنتن را SCAN یا مرور مینامند. در مرور عمودی یا VERTICAL SCAN، آنتن فضا را در یک سطح عمودی تحت پوشش خود قرار میدهد.
—————

————————————————————

—————

————————————————————

ا

63