สถานีเรดาร์: ประวัติและหลักการพื้นฐานของการทำงาน

สงครามสมัยใหม่นั้นรวดเร็วและรวดเร็ว บ่อยครั้งที่ผู้ชนะในการต่อสู้คือผู้ที่เป็นคนแรกที่สามารถตรวจจับภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นและตอบสนองอย่างเพียงพอ เป็นเวลากว่าเจ็ดสิบปีที่ผ่านมามีการใช้วิธีเรดาร์บนพื้นฐานของการปล่อยคลื่นวิทยุและการลงทะเบียนการสะท้อนจากวัตถุต่าง ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อค้นหาศัตรูบนพื้นดินทะเลและอากาศ อุปกรณ์ที่ส่งและรับสัญญาณดังกล่าวเรียกว่าสถานีเรดาร์ (เรดาร์) หรือเรดาร์

คำว่า "เรดาห์" เป็นตัวย่อภาษาอังกฤษ (การตรวจจับด้วยคลื่นวิทยุและอาหาร) ซึ่งเปิดตัวในปี 2484 แต่กลายเป็นคำที่เป็นอิสระมานานและได้เข้ามาในภาษาส่วนใหญ่ของโลก

การประดิษฐ์เรดาร์เป็นเหตุการณ์สำคัญอย่างแน่นอน โลกสมัยใหม่ยากที่จะจินตนาการได้หากไม่มีสถานีเรดาร์ พวกเขาจะใช้ในการบินในการขนส่งทางทะเลด้วยความช่วยเหลือของสภาพอากาศเรดาร์คาดการณ์การฝ่าฝืนกฎจราจรมีการตรวจจับพื้นผิวโลก ระบบเรดาร์ (RLK) พบแอปพลิเคชั่นของพวกเขาในอุตสาหกรรมอวกาศและระบบนำทาง

อย่างไรก็ตามเรดาร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่พบในกิจการทหาร มันควรจะกล่าวว่าเทคโนโลยีนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อความต้องการทางทหารและถึงขั้นตอนของการปฏิบัติจริงก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ประเทศที่ใหญ่ที่สุดทั้งหมดที่เข้าร่วมในความขัดแย้งนี้ใช้เรดาร์เพื่อตรวจการณ์และตรวจจับเรือและอากาศยานของศัตรู มันปลอดภัยที่จะบอกว่าการใช้เรดาร์ตัดสินใจผลลัพธ์ของการต่อสู้ที่โดดเด่นหลายรายการทั้งในยุโรปและในโรงละครแห่งมหาสมุทรแปซิฟิกของการสู้รบ

ทุกวันนี้เรดาร์ถูกใช้เพื่อแก้ไขภารกิจทางทหารที่หลากหลายอย่างมากตั้งแต่การติดตามการเปิดตัวขีปนาวุธข้ามทวีปไปจนถึงการลาดตระเวนด้วยปืนใหญ่ เครื่องบินเฮลิคอปเตอร์เรือประจัญบานแต่ละลำมีเรดาร์ที่ซับซ้อน Radars เป็นพื้นฐานของระบบป้องกันภัยทางอากาศ เรดาร์ใหม่ล่าสุดพร้อมชุดเสาอากาศแบบแบ่งส่วนจะถูกติดตั้งบนรถถังรัสเซีย "Armata" โดยทั่วไปความหลากหลายของเรดาร์ยุคใหม่นั้นน่าทึ่งมาก อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงซึ่งมีขนาดลักษณะและวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน

มันปลอดภัยที่จะบอกว่าวันนี้รัสเซียเป็นหนึ่งในผู้นำระดับโลกที่ได้รับการยอมรับในการพัฒนาและการผลิตสถานีเรดาร์ อย่างไรก็ตามก่อนที่เราจะพูดถึงแนวโน้มในการพัฒนาระบบเรดาร์ควรพูดคำสองสามคำเกี่ยวกับหลักการของการทำงานของเรดาร์รวมถึงเกี่ยวกับประวัติของระบบเรดาร์

เรดาร์ทำงานอย่างไร

สถานที่ตั้งเป็นวิธีการหนึ่งในการกำหนดที่ตั้งของบางสิ่งบางอย่าง ดังนั้นรัศมีจึงเป็นวิธีการตรวจจับวัตถุหรือวัตถุในอวกาศโดยใช้คลื่นวิทยุซึ่งถูกปล่อยออกมาและรับโดยอุปกรณ์ที่เรียกว่าเรดาร์หรือเรดาร์

หลักการทางกายภาพของการทำงานของเรดาร์หลักหรือพาสซีฟค่อนข้างง่าย: มันส่งคลื่นวิทยุไปสู่อวกาศซึ่งสะท้อนจากวัตถุรอบข้างและกลับไปที่มันในรูปแบบของสัญญาณสะท้อน เมื่อทำการวิเคราะห์เรดาร์สามารถตรวจจับวัตถุที่จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศและเพื่อแสดงคุณสมบัติหลักของมัน: ความเร็วความสูงขนาด เรดาร์ใด ๆ เป็นอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง

องค์ประกอบของเรดาร์ใด ๆ รวมถึงสามองค์ประกอบหลัก: เครื่องส่งสัญญาณเสาอากาศและตัวรับสัญญาณ สถานีเรดาร์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่:

• การสลับ;
• การกระทำอย่างต่อเนื่อง

เครื่องส่งสัญญาณพัลส์เรดาร์ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงเวลาสั้น ๆ (เสี้ยววินาที) สัญญาณถัดไปจะถูกส่งเฉพาะหลังจากที่พัลส์แรกส่งกลับและเข้าสู่เครื่องรับ ความถี่การเกิดซ้ำของพัลส์ - หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเรดาร์ เรดาร์ความถี่ต่ำส่งคลื่นหลายร้อยครั้งต่อนาที

เสาอากาศของเรดาร์เรดาห์ทำงานได้ทั้งที่ส่วนต้อนรับและขณะถ่ายโอน หลังจากสัญญาณถูกปล่อยออกมาตัวส่งสัญญาณจะถูกปิดชั่วขณะหนึ่งและตัวรับสัญญาณจะเปิดขึ้น หลังจากการรับสัญญาณของเขาเป็นกระบวนการย้อนกลับ

เรดาร์พัลส์มีทั้งข้อเสียและข้อดี พวกเขาสามารถกำหนดช่วงของเป้าหมายหลาย ๆ อันในครั้งเดียวเรดาร์ดังกล่าวสามารถทำกับเสาอากาศเดียวได้อย่างง่ายดายตัวบ่งชี้ของอุปกรณ์ดังกล่าวนั้นเรียบง่าย อย่างไรก็ตามสัญญาณที่ปล่อยออกมาจากเรดาร์ดังกล่าวควรมีกำลังค่อนข้างใหญ่ นอกจากนี้คุณยังสามารถเพิ่มเรดาร์ติดตามที่ทันสมัยทั้งหมดที่ดำเนินการโดยรูปแบบพัลส์

ในสถานีเรดาร์ที่พัลซิ่งแมกนีตรอนหรือตะเกียงเดินทางคลื่นมักใช้เป็นแหล่งสัญญาณ

เสาอากาศเรดาร์มุ่งเน้นไปที่สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและส่งมันไปรับพัลส์ที่สะท้อนกลับและส่งไปยังเครื่องรับ มีเรดาร์ที่การรับและส่งสัญญาณจะทำโดยเสาอากาศที่แตกต่างกันและพวกมันสามารถอยู่ในระยะที่ห่างจากกันและกัน เสาอากาศเรดาร์สามารถปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในวงกลมหรือทำงานในภาคเฉพาะ ลำแสงเรดาร์สามารถหมุนวนหรือรูปทรงกรวย หากจำเป็นเรดาร์สามารถติดตามเป้าหมายที่เคลื่อนที่ได้โดยชี้ไปที่มันด้วยความช่วยเหลือของระบบพิเศษ

ฟังก์ชั่นของผู้รับคือการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับและโอนไปยังหน้าจอที่ผู้ประกอบการอ่าน

นอกจากเรดาร์พัลซิ่งแล้วยังมีเรดาร์ต่อเนื่องที่ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สถานีเรดาร์ดังกล่าวในงานของพวกเขาใช้เอฟเฟกต์ Doppler มันอยู่ในความจริงที่ว่าความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสะท้อนจากวัตถุที่เข้าใกล้แหล่งกำเนิดสัญญาณจะสูงกว่าจากวัตถุที่เคลื่อนที่ไป ความถี่ของพัลส์ที่ปล่อยออกมาจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง Radars ประเภทนี้ไม่ได้แก้ไขวัตถุที่คงที่ตัวรับจะรับคลื่นที่มีความถี่สูงหรือต่ำกว่าที่ปล่อยเท่านั้น

เรดาร์ Doppler ทั่วไปเป็นเรดาร์ซึ่งตำรวจจราจรใช้เพื่อกำหนดความเร็วของยานพาหนะ

ปัญหาหลักของ radars การกระทำอย่างต่อเนื่องคือความเป็นไปไม่ได้ของการใช้พวกมันเพื่อกำหนดระยะห่างจากวัตถุ แต่ในระหว่างการดำเนินการของพวกเขาไม่มีการรบกวนจากวัตถุคงที่ระหว่างเรดาร์และเป้าหมายหรือด้านหลัง นอกจากนี้เรดาร์ดอปเลอร์เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างง่ายซึ่งเพียงพอต่อการใช้งานสัญญาณที่ใช้พลังงานต่ำ ควรสังเกตว่าสถานีเรดาร์ที่ทันสมัยที่มีการฉายรังสีต่อเนื่องมีความสามารถในการกำหนดระยะห่างจากวัตถุ สิ่งนี้ทำได้โดยการเปลี่ยนความถี่ของเรดาร์ในระหว่างการใช้งาน

หนึ่งในปัญหาหลักในการใช้งานเรดาร์พัลซิ่งคือสัญญาณรบกวนที่มาจากวัตถุที่คงที่ - ตามกฎแล้วนี่คือพื้นผิวโลกภูเขาเนินเขา เมื่อเรดาร์ทางเดินหายใจของเครื่องบินใช้งานวัตถุทั้งหมดด้านล่างจะ“ ถูกบดบัง” โดยสัญญาณที่สะท้อนจากพื้นผิวโลก หากเราพูดคุยเกี่ยวกับพื้นดินหรือเรดาร์ที่ซับซ้อนจากนั้นปัญหานี้จะปรากฏในการตรวจจับเป้าหมายที่บินในระดับความสูงต่ำ เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนดังกล่าวจึงใช้เอฟเฟกต์ Doppler เดียวกัน

นอกเหนือจากเรดาร์หลักแล้วยังมีเรดารองซึ่งใช้ในอากาศยานเพื่อระบุอากาศยาน องค์ประกอบของระบบเรดาร์ดังกล่าวนอกเหนือจากเครื่องส่งสัญญาณเสาอากาศและอุปกรณ์รับสัญญาณยังมีช่องสัญญาณดาวเทียม เมื่อถูกฉายรังสีด้วยสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าผู้ตอบแบบสอบถามจะออกข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสูง, เส้นทาง, หมายเลขบอร์ดและสัญชาติ

นอกจากนี้สถานีเรดาร์สามารถแบ่งตามความยาวและความถี่ของคลื่นที่ใช้งานได้ ตัวอย่างเช่นเพื่อศึกษาพื้นผิวของโลกรวมถึงการทำงานในระยะทางที่สำคัญใช้คลื่น 0.9-6 ม. (ความถี่ 50-330 MHz) และ 0.3-1 ม. (ความถี่ 300-1000 MHz) เรดาร์ที่มีความยาวคลื่น 7.5-15 ซม. ใช้สำหรับการควบคุมการจราจรทางอากาศและเรดาร์ตรวจจับการยิงขีปนาวุธบนขอบฟ้าที่ทำงานบนคลื่นที่มีความยาว 10 ถึง 100 เมตร

ประวัติเรดาร์

แนวคิดเรื่องเรดาร์ปรากฏขึ้นเกือบจะทันทีหลังจากค้นพบคลื่นวิทยุ ในปี 1905 Christian Hülsmeierจาก Siemens ซึ่งเป็น บริษัท เยอรมันได้สร้างอุปกรณ์ที่สามารถตรวจจับวัตถุโลหะขนาดใหญ่โดยใช้คลื่นวิทยุ นักประดิษฐ์เสนอให้ติดตั้งลงบนเรือเพื่อหลีกเลี่ยงการชนในสภาวะที่ทัศนวิสัยไม่ดี อย่างไรก็ตาม บริษัท จัดส่งไม่สนใจอุปกรณ์ใหม่

ทำการทดลองด้วยเรดาร์ในรัสเซีย ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวโปปอฟค้นพบว่าวัตถุโลหะป้องกันการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ

ในช่วงต้นยุค 20 อัลเบิร์ตเทย์เลอร์วิศวกรชาวอเมริกันและลีโอยางสามารถตรวจจับเรือที่แล่นผ่านโดยใช้คลื่นวิทยุ อย่างไรก็ตามสถานะของอุตสาหกรรมวิทยุในเวลานั้นเป็นเรื่องยากที่จะสร้างการออกแบบอุตสาหกรรมของสถานีเรดาร์

สถานีเรดาร์แห่งแรกที่สามารถใช้ในการแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นจริงปรากฏในอังกฤษช่วงกลางทศวรรษที่สามสิบ อุปกรณ์เหล่านี้มีขนาดใหญ่มากสามารถติดตั้งได้เฉพาะบนบกหรือบนดาดฟ้าของเรือขนาดใหญ่เท่านั้น ในปี 1937 มีการสร้างต้นแบบของเรดาร์ขนาดเล็กซึ่งสามารถติดตั้งบนเครื่องบินได้ ในตอนต้นของสงครามโลกครั้งที่สองอังกฤษมีการพัฒนาสถานีเรดาร์ที่เรียกว่าเชนโฮม

มีส่วนร่วมในทิศทางใหม่ที่มีแนวโน้มในประเทศเยอรมนี ยิ่งไปกว่านั้นมันต้องบอกว่าไม่สำเร็จ เร็วเท่าที่ 2478 ผู้บัญชาการทหารสูงสุดแห่งกองทัพเรือเยอรมัน Reder ได้แสดงให้เห็นถึงการทำงานของเรดาร์ด้วยการแสดงลำแสงอิเล็กตรอน ต่อมาบนพื้นฐานของมันถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องตัวอย่างของเรดาร์: Seetakt สำหรับกองทัพเรือและเฟรยาเพื่อป้องกันทางอากาศ ในปีพ. ศ. 2483 ระบบควบคุมไฟเรดาร์Würzburgเริ่มไหลเข้าสู่กองทัพเยอรมัน

อย่างไรก็ตามแม้จะมีความสำเร็จที่ชัดเจนของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวเยอรมันในด้านการถ่ายภาพรังสี แต่กองทัพเยอรมันก็เริ่มใช้เรดาร์ในภายหลังในอังกฤษ ฮิตเลอร์และคนชั้นนำของเรคมองว่าเรดาร์เป็นอาวุธป้องกันพิเศษซึ่งกองทัพเยอรมันที่ได้รับชัยชนะไม่ต้องการ ด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้ชาวเยอรมันมีเรดาร์ของเฟรยาเพียงแปดตัวเท่านั้นที่ถูกนำไปใช้โดยจุดเริ่มต้นของการต่อสู้กับอังกฤษแม้ว่าในแง่ของคุณลักษณะของพวกเขาพวกเขาก็ยังดีเท่ากับคู่ของอังกฤษ โดยทั่วไปแล้วเราสามารถพูดได้ว่ามันเป็นการใช้เรดาร์ที่ประสบความสำเร็จอย่างแม่นยำซึ่งกำหนดผลลัพธ์ของการต่อสู้ในสหราชอาณาจักรและการเผชิญหน้าที่ตามมาระหว่างกองทัพอากาศและกองทัพอากาศพันธมิตรในท้องฟ้าของยุโรป

ต่อมาเยอรมันบนพื้นฐานของระบบWürzburgสร้างแนวป้องกันทางอากาศซึ่งเรียกว่า "แนว Kammuber" ด้วยการใช้กองกำลังพิเศษพันธมิตรสามารถคลี่คลายความลับของงานเรดาร์ของเยอรมันซึ่งทำให้สามารถติดขัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตามข้อเท็จจริงที่ว่าอังกฤษเข้าสู่การแข่งขัน "เรดาร์" ในภายหลังโดยชาวอเมริกันและชาวเยอรมันพวกเขาสามารถแซงพวกเขาที่เส้นชัยและเข้าใกล้จุดเริ่มต้นของสงครามโลกครั้งที่สองด้วยระบบตรวจจับเรดาร์ของเครื่องบินที่ทันสมัยที่สุด

เมื่อเดือนกันยายน พ.ศ. 2478 อังกฤษเริ่มสร้างเครือข่ายสถานีเรดาร์ซึ่งรวมเรดาร์ยี่สิบดวงก่อนสงคราม มันปิดกั้นวิธีการไปยังเกาะอังกฤษจากชายฝั่งยุโรป ในฤดูร้อนของปี 2483 แมกนีตรอนจังหวะถูกสร้างขึ้นโดยวิศวกรชาวอังกฤษซึ่งต่อมาได้กลายเป็นพื้นฐานของสถานีเรดาร์ทางอากาศที่ติดตั้งบนเครื่องบินอเมริกาและอังกฤษ

การทำงานในสนามเรดาร์ทางทหารได้ดำเนินการในสหภาพโซเวียต การทดลองที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกในการตรวจจับอากาศยานโดยใช้เรดาร์ในสหภาพโซเวียตได้ดำเนินการในช่วงกลางทศวรรษที่ 30 ในปี 1939 เรดาร์ RUS-1 ตัวแรกถูกนำมาใช้โดยกองทัพแดงและในปี 1940 - RUS-2 ทั้งสองสถานีนี้ถูกนำไปผลิตเป็นจำนวนมาก

สงครามโลกครั้งที่สองแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีประสิทธิภาพสูงในการใช้สถานีเรดาร์ ดังนั้นหลังจากเสร็จสิ้นการพัฒนาเรดาร์ใหม่จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ทางทหาร ทันเวลาเรดาร์ทางอากาศได้รับโดยไม่มีข้อยกเว้นเครื่องบินทหารและเรือทุกลำและเรดาร์ก็กลายเป็นพื้นฐานสำหรับระบบป้องกันภัยทางอากาศ

ในช่วงสงครามเย็นสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตมีอาวุธทำลายล้างใหม่ - ขีปนาวุธข้ามทวีป การตรวจจับการปล่อยจรวดเหล่านี้กลายเป็นเรื่องของชีวิตและความตาย นักวิทยาศาสตร์โซเวียต Nikolai Kabanov เสนอแนวคิดในการใช้คลื่นวิทยุสั้น ๆ เพื่อตรวจจับเครื่องบินข้าศึกในระยะไกล (มากถึง 3,000 กิโลเมตร) มันค่อนข้างง่าย: Kabanov ค้นพบว่าคลื่นวิทยุที่มีความยาวประมาณ 10-100 เมตรสามารถกระเด็นออกไปจากบรรยากาศรอบนอกและการฉายรังสีเป้าหมายบนพื้นผิวโลกกลับมาในลักษณะเดียวกันกับเรดาร์

ต่อมาบนพื้นฐานของความคิดนี้การตรวจจับเรดาร์แบบข้ามเส้นขอบฟ้าของการเปิดตัวขีปนาวุธได้รับการพัฒนา ตัวอย่างของเรดาร์ดังกล่าวสามารถทำหน้าที่เป็น "ดาริล" - สถานีเรดาร์ที่หลายทศวรรษเป็นพื้นฐานของระบบเตือนการยิงขีปนาวุธโซเวียต

ปัจจุบันหนึ่งในพื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีเรดาร์คือการสร้างเรดาห์เรย์เรดาร์ (PAR) เรดาร์ดังกล่าวไม่ได้มีเพียงคลื่นเดียว แต่มีคลื่นวิทยุ emitters นับร้อยซึ่งทำงานโดยคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง คลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดที่แตกต่างกันในไฟหน้าสามารถขยายซึ่งกันและกันหากพวกมันเกิดขึ้นพร้อมกันในเฟสหรือตรงกันข้ามลดลง

สัญญาณเรดาร์แบบแบ่งเฟสจะให้รูปร่างที่ต้องการสามารถเคลื่อนที่ในอวกาศได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนตำแหน่งของเสาอากาศเองโดยทำงานกับความถี่การแผ่รังสีที่แตกต่างกัน เรดิโอเรดิโอเรดิโอน่าเชื่อถือและไวกว่าเรดาร์ที่มีเสาอากาศทั่วไป อย่างไรก็ตามเรดาร์เหล่านี้มีข้อบกพร่อง: ปัญหาใหญ่คือการระบายความร้อนของเรดาร์ด้วยไฟหน้านอกจากนี้พวกเขายากที่จะผลิตและมีราคาแพง

มีการติดตั้งสถานีเรดาร์ใหม่พร้อมอาเรย์แบบแบ่งลำบนเครื่องบินรบรุ่นที่ห้า เทคโนโลยีนี้ใช้ในระบบเตือนภัยล่วงหน้าของขีปนาวุธของอเมริกา เรดาร์ที่ซับซ้อนพร้อมอาเรย์จะถูกติดตั้งบนรถถังรัสเซียรุ่นล่าสุด "Armata" ควรสังเกตว่ารัสเซียเป็นหนึ่งในผู้นำระดับโลกในการพัฒนาเรดาร์ด้วย PAR

ดูวิดีโอ: ขาว3มต เรดารชายฝง 2 สถานแรกของฝงอนดามน 13 มกราคม 2562 (เมษายน 2024).