Научная статья

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

We know that sound travels approximately 1100 feet per second through air at normal temperatures or about 1 mile in 5 seconds therefore the time interval between the flash of lightning and our knowledge of the. If now we have also permitted the transmitted pulse to produce a response in the receiver at the precise instant that it left...



57 KB

0 чел.

                          FUNDAMENTALS OF RADAR


The design of  radar begins with consideration of its intended use, that is, the Function to be performed by the radar as a whole. The uses generally divide into three categories:

1.  Warning and surveillance of activity, including identification.

2.   Aids to the   direction   of   weapons, that is, gunfire control and searchlight control.

3.   Observation of terrain echoes or beacons for navigation and control of bombing.

There is nothing mysterious or complex about radiolocation. It rests on the foundations of ordinary radio theory, and is a technique based on the transmission, reception, and interpretation of radiofrequency pulses. Considered as a whole, it must be admitted that even the most elementary of radar equipment is' difficult to visualize, but this is simply due to the fact that so many (normally) curious circuits and pieces of apparatus are gathered together under one roof. No particular circuit or detail of the equipment is in itself especially difficult to understand,  and once the elements are known the complete assembly Is no longer

mentally unmanageable.

The word  "radar"  is derived from the phrase  "radio direction-Hading and range", and it may   be   more expressive than the older  "radiolocation",   or   it   may   not.   Finding   the   position of  an   aircraft or a ship by means of radio covers a very wide field of electronic application, covers, in fact, the whole area of radio direction-finding (R. D. F.) from the elementary bearing-loop to the principle of the reflected pulse which represents   the   latest   principle of the   technique.  In this article the term will be used to cover only those methods of detection which depend upon the reflected pulse, the characteristic (by popular opinion) which distinguishes radar from all other methods of position-finding in that no  co-operation is required   on the   part   of the target. We shall not dwell, therefore, upon the older and more   familiar methods winch depends upon the reception at two or more points of a signal transmitted by the body under location itself.

The actual equipments in use, which employ the reflected pulse principle, are greatly varied from the point of view of physical appearance, but their basic principles are the same.

First, let us tabulate   and   briefly   analyse  the   problem to be met. The aim of radar is to find the position of a target with respect to a fixed point on the ground — say the position of an aeroplane or a barrage balloon with respect to the radar equipment situated in a field a mile or so away*. Three quantities must be measured in order to define the position   of   the   aeroplane   or   the   barrage balloon: first, the slant range, the length of the most direct line   drawn   from the   radar site to the target; second, the angle of bearing, i.e. which point of the compass the target occupies; third, the angle of elevation. Fig. 6 should make these    points    clear   for   you.   When the   target    is    an   aeroplane,   these three    quantities     are     continuously varying so that the problem of  position-finding  is somewhat  complicated by the fact that the radar equipment has to   "follow"   as well   as find.  In the   case   of   barrage   balloon, things are   not   quite   so   difficult,  and the three important factors may be found at leisure.


The measurement of slant range is, in principle at least, a surprisingly simple procedure.

Post Office engineers lay claim to being the first people to recognize that aircraft reflections were detectable, for they suffered "interference"   on their short-wave  equipment when  aircraft were flying in the vicinity. This was in 1933, but pulse measurements, equivalent to range-

1 finding,   -had   been   carried  out successfully on the upper ionized layers

of the earth's atmosphere long before that time. The   application of the

latter to the problems of the former came later, in 1935.  -

Consider for a moment the familiar business of "measuring" the distance of a thunderstorm. We watch for a flash of lightning, observe . it at a particular moment, then we wait for the peal of thunder. We know that sound travels approximately 1100 feet per second through air at normal temperatures, or about 1 mile in 5 seconds, therefore the time interval between the flash of lightning and our knowledge of the. thunder noise is a measure of the distance from where we are standing to the center of the atmospheric disturbance,- The method is correct, though crude, for the velocity of sound is liable to quite large variation and our estimate of 1 mile in five seconds is rough in the extreme*. However, we have at least a method, and a very simple method it is. So it is with the measurement, by radio, of slant range.

Suppose a transmitter situated at the same point as a receiver sends forth a short, powerful pulse of high-frequency carrier wave. This wave will be radiated in all directions, traveling out from the transmitter site like a rapidly expanding ball. At a certain point this wave will strike the target, say, the barrage balloon, and induce in its conducting parts a radiofrequency current which in turn will radiate its own carrier into space — that is, the balloon will re-radiate or reflect, part of the original transmitted pulse. Same of this re-radiated energy, also expanding in every direction from the balloon will make its way back to the receiver where, by suitable means, which need not concern us at the moment, it may be made to produce a response. If now we have also permitted the transmitted pulse to produce a response in the receiver at the precise instant that it left the- transmitting aerials, and then clearly the response caused by the reflected pulse will occur some finite time after that due to the pulse received directly, for the former has had to travel a much greater distance. The interval between these two responses therefore represents the time taken by the transmitted pulse to travel from the transmitter to the receiver by way of the target*. Since the velocity of propagation of electromagnetic waves is constant at 3.28 >< 108 yards per second ( = 2000 yards in 6.1 microseconds), the distance between the receiver and the target is proportional to the time elapsing between responses. We have only, then, to devise a method of measuring the time interval and the problem of slant range is solved for us.

It must be admitted that the solution is not at first sight a very simple one to visualize, for the velocity of propagation is so great that even for targets at distances up to 30 miles the time interval involved is of the order of microseconds, and the accurate measurement of such minute intervals may seem difficult, if not impossible, to achieve. However, the difficulty is capable of solution, and methods have been devised to give range accuracies to within a few yards for targets situated many miles from the radar station.

The simplest way to measure extremely short time intervals is by means of a cathode-ray indicator tube, and nearly all radar receivers are equipped with one or more of these devices. Suppose a transmitter is sending out a series of radio pulses of some few microseconds duration, a regular repetition of short bursts of radiofrequency carrier wave. The signals reflected from a target are detected by the receiver and are presented to a cathode-ray tube. In the most elementary instances, a linear "time-base"—a deflection of the electron beam that is proportional to time — is provided and this time-base is "fired" in synchronism with the transmitted pulse; that is, the spot on the tube commences to sweep the screen every time a pulse leaves the transmitter aerial array. Then two vertical deflections appear along the time-base as shown in Fig. 7; the direct transmitter pulse causes the large deflection on the extreme left of the time-base, while the reflected pulse appears a little farther along. The amount by which these two deflections are displaced depends upon the distance of the target, and by measuring the length of the time-base between them, provided the speed of the latter is known, the range of the target can be found. This simple system is, of course, not very accurate as it stands *, for even with a large cathode-ray tube and a linear scale a measurement of range within, say +- 100 yards on a time-base whose length represents, perhaps, up to 20 miles is hardly to be expected. This elementary idea is, however, the basis of all range measurement in radar technique, and must not therefore be dismissed lightly as an impracticable scheme.


The determination of bearing is not quite so easy as finding range, but it is, nevertheless, much simpler than the determination of elevation. Target bearing is determined by the use of special aerial arrays.

Proud owners of portable broadcast receivers    who regard their loop aerial as a "special" array, may find the bearing of the local B.B.G. station by suitable orientation of their equipment. Radar, requiring a somewhat more refined method, with corresponding-accuracy, finds itself unable to rely on simple loops and generally uses such a system

as that of the Slowcock array. This system consists essentially of two collinear horizontal half-wave dipoles with centres one wavelength apart connected to the receiver as shown in Fig. 8. When the line of the aerials is perpendicular to the horizontal direction of arrival of the reflected pulse, zero signal is presented to the receiver, even if the wave is arriving obliquely from above. If now the receiver moves slightly off bearing, the direction of arrival of the reflected signal departs from the zero-signal position and a small signal is presented to the receiving circuits, the phase of this signal reversing as the direction of it passes through that of "on bearing" or zero signal.


             ОСНОВЫ РАДАРА


Проект радара начинает с обсуждения его предполагаемого использования, то есть, функций, которые  выполняются радаром в целом. Они обычно делятся на три категории:

1.  Предупреждение и надзор деятельности, включая идентификацию.

2.   Средства в направление оружия, то есть, орудийный огонь управляющее и управление наведения огня.

3.   Наблюдение местности или маяков для навигации и управления бомбардировкой.

Нет ничто загадочного или сложного в радиолокации. Это лежит на основах обычной радио теории, и  техника основанная на передаче, приеме, и интерпретации радиочастотных импульсов. Рассматривая радар в  целом, нужно понимать, что даже наиболее элементарный радар имеет оборудование которое трудно представить  себе, но это – известный факт,  что так много странных  цепей и частей прибора собираются вместе под одной крышей. Никакая конкретная цепь или деталь оборудования не  сложная для понимания, но как только элементы собраны  вместе

То мозг отказывается понимать хоть что-то.

Слово "радар" производное от фразы "радио нахождение и положение", и это возможно более выразительный термин, чем более старый "радиолокация", а может и нет.   Обнаруживая позицию самолета или судна посредством радиолокации это  очень широкая область которая использует  электронные инструменты, покрывает, фактически, целую область радиотехники от элементарного компаса до принципа отраженного импульса, который представляет самый последний принцип техники.  В этой статье, терминология будет использована, чтобы покрывать только те методы обнаружения, которое зависит от отраженного импульса, характеристика , которая отличает радар от всех других методов позиции-обнаружения в том что никакое сотрудничество не требуется  со стороны цели. Мы не должны задерживаться, на более старых и более знакомых методах, которые работают от приема сигнала с двух или больше точек.

Фактические оборудование, которое применяет отраженный принцип импульса существенно отличается с точки зрения физики, от других методов, но их основные принципы - те же.

Сначала, позвольте кратко проанализировать проблему. Цель радара в том, чтобы найти позицию цели касается фиксированной точки на земле - сообщать позицию самолета или аэростата относительно радиолокационного оборудования расположенного на местности на расстоянии мили или около того . Три величены должны быть измерены для того, чтобы определять позицию самолета или аэростата: сначала, диапазон наклона, длина наиболее прямой линии от радиолокационного места до цель; во-вторых, угол отношения, то есть направление цели по компасу; третий, угол повышения.

Когда цель - самолет, эти три величены непрерывно изменяются, так что  проблема позиции-обнаружения отчасти  усложнена тем, что радиолокационное оборудование должно "следовать за самолетом".  В случае  аэростата, это  не так и трудно, и эти  три важных показателя могут быть легко обнаружены.

                                                       ДИПАЗОН НАКЛОНА

Измерение диапазона наклона - удивительно простая процедура.

Почтовые инженеры могут быть  первыми  людьми, которые  узнали, что волны отраженные  самолетами можно зафиксировать. Они страдали от помех на своем коротковолновом оборудовании, когда авиация летала в окрестности. Это было в 1933, но измерение импульсов, эквивалентных по диапазону выполнялось успешно в верхних ионизированных слоях земной атмосферы задолго до этого времени. Исследование этой проблемы проводилось позже, в 1935. Для примера мы приведем измерение  расстояния до грозы. Мы ожидаем вспышку молнии, наблюдаем, это в конкретном моменте, затем мы ждем раскат грома. Мы знаем, что гром преодолевает  приблизительно 1100 футов в секунду через воздух в нормальных температурах, или около 1 мили в течение 5 секунд, следовательно интервал времени между вспышкой молнии и наше знание про скорость звука дает нам возможность узнать расстояние до молнии. Етот метод правильный , но  все же очень грубый , потому что  скорость звука подвержена  большому изменению и наша оценка 1 миля за пять секунд очень грубая. Тем не менее, мы имеем по крайней мере метод, и к тому же простой метод. Примерно тоже случается при измерении диапазона наклона.

Полагаем что передатчик расположен в той же точке что и получатель, он выпускает четыре, мощных  импульса высокочастотной волны. Эта волна будет излучена во все направления, перемещаясь с места передатчика . В определенной точке, эта волна настигнет цель, для примера аэростат и это станет причиной отражения волны. Аэростат будет отражаеть, часть подлинного импульса. Отраженные волны отразятся во всех направлениях, и смогут быть зафиксированы на радаре, методами которые  не должны беспокоить нас в данное время. Если мы получили переданный импульс, то мы можем пощитать диапазон наклона. Интервал между этими двумя ответами следовательно представляет время нужное переданному импульсу, чтобы преодолеть расстояние от передатчика до получателя с помощью  цели. С тех пор как скорость распространения электромагнитных волн является константой на 3.28 >< 108 ярдов в секунду ( = 2000 ярдов в течение 6.1 микросекунд), расстояние между получателем и целью пропорциональная во времени, между ответами. Мы должны только, придумать как измерить этот интервал времени и проблема диапазона наклона решена для нас.

Должно быть сказано, что решение не является таким же простым, скорость распространения такая большая, что даже для целей на расстояния вплоть до 30 миль, интервал времени измеряется в микросекундах, и точное измерение таких интервалов может оказаться трудной работой. Тем не менее, эту трудность можно решить, и методы разработаны, чтобы давать точность диапазона, чтобы в пределах нескольких ярдов для целей расположенных на расстоянии многих  миль от радиолокационной станции.

Самый простой путь измерять чрезвычайно короткое время, интервалы - посредством трубки катодно-лучевого указателя, и почти все радиолокационные получатели оснащены одним или более из этих устройств. Предположим, что передатчик будет послать серию радио импульсов длительностью в несколько микросекунд. Сигналы, отраженные от цели обнаружены получателем и представлены в катодную трубку. В наиболее элементарных примерах, это линия которая показует зависимость импульса от времени, то есть, точка в трубке начинает выводится на экран каждый раз, который импульс возвращается в передатчик. Эта простая система конечно, очень не точная так как , для даже с большой катодной трубкой и шкала измерение диапазона колеблется в пределах +- 100 . Эта элементарная идея является, тем не менее, основой всего измерения диапазона в радиолокационной технике.


Определение направления не такой легкий вопрос, как обнаружение диапазона, но это , тем не менее, значительно проще чем определение высоты. Направления цели определяют с использованием специальных антенн.

Владельцы портативных широковещательных приемников, которые имеют специальные  антенны, может найти положение локальной станции B.B.G. с помощью ориентации на их оборудование. Радар требует более тонкий метод, с соответствующей точностью, и радар не в состоянии использовать простые методы и обычно использует сложную систему. Эта система состоит из двух коллинеарных  горизонтальных  половинно-волновых диполей со смещением одного поле в сторону. Когда линия антенны перпендикулярная к горизонтальному направлению прибытия отраженного импульса, нулевой сигнал передается на получателю, даже если волна прибывает со стороны. Если получатель движется, то направление принятия сигнала зависит от нуль сигнала, направление принятия зависит от направления нулевого сигнала.


design-                • разрабатывать

                 • предназначать

                 • проект

                 • разработка

                 • расчетный

perform-                • выполнять

direction-              • направление

terrain-                  •местность

transmission-         • передача

reception-              • прием

interpretation-       • интерпретация

tabulate-                • табулировать

                             • рассматривать

briefly-                  • кратко

measured-             • измерять

                             • измеренный

                             • мерный

barrage-                 • преграда

slant-                      • наклонять

                       • наклон

surprisingly-          • удивительно

application-          • приложение

thunder-storm-    • гроза

rough-             • грубый

transmitter-       • передатчик

receiver-          • получатель

carrier-           • носитель

                  • перевозчик

                  • несущая

                  • транспортный

radiate-           • излучать

precise-           • точный

velocity-          • скорость

reflect-           • отражать

admitted-          • допускать

                  • допущенный

propagation-       • распространение

involved-          • включать

                  • связывать

                 • вовлеченный

bursts-            • взрываться

tube-              • трубка

deflection-        • отклонение

determination-    • определение

require-           • требовать

rely-              • полагаться

loop-              • зацикливать

essentially-       • по существу

apart-             • отдельно

arrival-           • прибытие

slightly-          • немного


А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

  Изучить влияние магнитного насыщения и нелинейной индуктивности катушки на электрический резонанс в последовательном колебательном контуре и рассмотреть применение явления феррорезонанса напряжений.
22209. Клееные балки 785.5 KB
  Существующие виды клееных балок можно разделить на две основные группы: 1 дощатоклееные балки состоящие из склеенных между собой досок; 2 клеефанерные балки состоящие из дощатых поясов и приклеенных к ним стенок из водостойкой фанеры. Дощатоклееные балки применяют главным образом в качестве основных несущих конструкций покрытия сельских общественных и промышленных зданий используют их также в виде прогонов пролеты и нагрузки которых не позволяют применять прогоны цельного сечения а также в виде главных балок перекрытий мостов и...
22210. Рамные конструкции 1.42 MB
  Деревянные рамы обычно применяют однопролетными при пролетах 1230 м. В мировой практике строительства встречаются рамы пролетом до 60 м. Рамы классифицируются по нескольким признакам По статической схеме рамы могут быть 1 трехшарнирными статически определимыми Рисунок 1 Трехшарнирная рама 2 двухшарнирными жестко опертыми такие рамы являются статически неопределимыми Рисунок 2 Двухшарнирная жестко опертая рама 3 двухшарнирными шарнирно опертыми тоже статически неопределимые Рисунок 3 Двухшарнирная шарнирно опертая рама...
22211. Арки. Общая характеристика. Схемы арок, конструкция и расчет 1.47 MB
  Схемы арок конструкция и расчет Арки также как и рамные относятся к распорным конструкциям т. Арки используются в качестве основных несущих конструкций зданий различного назначения. В зарубежном строительстве с успехом применяют арки пролетом до 100 м и более.
22212. Деревянные стойки 1.37 MB
  Нагрузки воспринимаемые плоскими несущими конструкциями покрытия балки арки покрытия фермы передаются на фундамент через стойки или колонны. В зданиях с деревянными несущими конструкциями покрытия целесообразно применять деревянные стойки хотя иногда возникает необходимость установки железобетонные или металлические колонны. Деревянные стойки являются сжатыми или сжатоизгибаемыми несущими конструкциями опирающимися на фундаменты.