PŘEDNÁŠKA 1 .

1. MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy PŘEDNÁŠKA 1. 24.9. 2013 Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

2. MRAR:PŘEDNÁŠKA 1. • Úloha radiolokace • Typy radarů • Aplikace radarů • Kmitočtová pásma • Parametry radarů • Historický vývoj radiolokace Radiolokační a radionav. systémy

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

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

5. MRAR-P1:Aplikace radarů (1/6) • PRIMÁRNÍ RLS: PŘEHLEDOVÝ RADIOLOKÁTOR (ATC) • RL-64 (ŘLP Brno Tuřany) • ATC =Air Traffic Control Radiolokační a radionav. systémy

6. MRAR-P1:Aplikace radarů (2/6) • PRIMÁRNÍ RLS:PŘISTÁVACÍ RADIOLOKÁTOR (ATC) • RP-5PAR • PAR = Precision Approach Radar Radiolokační a radionav. systémy

7. MRAR-P1:Aplikace radarů (3/6) • PRIMÁRNÍ RLS:METEOROLOGICKÝ DOPPLEROVSKÝ RADAR • Weather radar • Reflectivity – Rayleigh scattering Radiolokační a radionav. systémy

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

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

10. MRAR-P1:Aplikace radarů (6/6) • PASIVNÍ RLS:RADAR TDOA • Stanice radarového systému TAMARA • Pasivní časoměrný systém TDOA = Time Difference of Arrival Radiolokační a radionav. systémy

11. MRAR-P1:Kmitočtová pásma (1/1) Radiolokační a radionav. systémy

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

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

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

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

16. MRAR-P1:Historický vývoj (2/17) • Princip měření výšku ionosféry pomocísystému s kmitočtovou modulací • Princip využívají FM-CW radary • výškoměry malých výšek (4,3 GHz) • antikolizní radary (76 GHz) Radiolokační a radionav. systémy

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

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

19. MRAR-P1:Historický vývoj (5/17) • Chain Home = Early Warning Radar Radiolokační a radionav. systémy

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

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

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

23. MRAR-P1:Historický vývoj (9/17) • Jedna Freya po válce • A taky jeden Wuerzburg v Normandii, jeden je ve VTM Lešany Radiolokační a radionav. systémy

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

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

26. MRAR-P1:Historický vývoj (12/17) • Přijímací anténa amerického OTHR Radiolokační a radionav. systémy

27. MRAR-P1:Historický vývoj (13/17) • Anténa sovětského OTHR Radiolokační a radionav. systémy

28. MRAR-P1:Historický vývoj (14/17) • Dosažitelný vf. výkon - elektronky vs. polovodiče Radiolokační a radionav. systémy

29. MRAR-P1:Historický vývoj (15/17) • Georadar (Ground Penetrating Radar) Radiolokační a radionav. systémy

30. MRAR-P1:Historický vývoj (16/17) • Radar se syntetickou aperturou (Synthetic Aperture Radar) Radiolokační a radionav. systémy

31. MRAR-P1:Historický vývoj (17/17) • Antikolizní radar (Collision Avoidance Radar) Radiolokační a radionav. systémy

32. Děkuji za vaši pozornost Anténní pole radaru XBR obsahuje cca 17000 ant. elementů Radiolokační a radionav. systémy