معرفی رادارها و ردیابی موشک با استفاده از سیستم‌های راداری

معرفی رادارها و ردیابی موشک با استفاده از سیستم‌های راداری

اسلاید 1: 1

اسلاید 2: معرفی رادارها و رديابي موشک با استفاده از سيستم هاي رادارياستاد راهنما:جناب آقای دکتر امامیگردآورنده:عسگرجلیل شش بهرهEmail:softvillagejalil@yahoo.com دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلسی

اسلاید 3: مقدمه:رادار یک دستگاه رادیویی است که برای مشاهده اجسام و اندازه‌گیری برخی ویژگی‌های آنها به وسیله امواج الکترومغناطیسی به کار می‌رود. کاربرد اصلی رادار و محل پیدایش و رشد آن در صنایع نظامی و هوانوردی است و نقش اصلی یک سیستم راداری نظارت بر یک محدوده بزرگ و تشخیص اجسام متحرک، ردیابی اهداف و استخراج مشخصاتی مانند سرعت و ارتفاع و ... می‌باشد.3

اسلاید 4: تاریخچه نخستین بار در سال 1901 « هوگو ژرنسبارک » که او را «ژول ورن» آمریکایی می‌نامند، در یک داستان علمی _ تخیلی ، آن را طرح ریزی کرد. در سال 1906 ، یک دانشجوی 23 ساله آلمانی ، به نام « هولفس یر » دستگاهی ساخت که با اصول رادارهای امروزی می‌توانست امواجی را بسوی موانع بفرستد و بازتاب آنها را دریافت دارد. آزمایش اساسی ارسال امواج الکترومغناطیسی بسوی هواپیماهای در حال پرواز ، بوسیله یک دانشمند فرانسوی به نام « پیر داوید » انجام یافت. در آغاز جنگ دوم جهانی بود که تکنسینهای انگلیسی موفق شدند، نخستین مدلهای راداری امروزی را بسازند. اما کار او یک مشکل اساسی داشت. امواج تا نقطه‌ای که او می‌خواست نمی‌رسیدند و تنها تا پنج هزار متر برد داشتند. 4

اسلاید 5: 5عملکردرادار ابتدا امواج خود را انتشار می‌دهد و در صورتی که مانعی مانند یک شیء پرنده در آسمان مقابل امواج قرار داشته‌باشد امواج ضعیف‌تری را بازتاب می‌دهند. حال اگر رادار مقداری از این امواج را دریافت کند می‌تواند با ضرب سرعت موج در مدت زمان دریافت موج، فاصله شیء را محاسبه کند.محدوده دید رادارفرستنده رادار مدت زمانی را به انتشار امواج اختصاص می‌دهد (در رادارهای پالسی)و بخش گیرنده رادار عمل نمی‌کند. اگر جسم مقابل رادار آنقدر نزدیک باشد که در همین مدت امواج بازتاب شده به آنتن رادار برخورد کند رادار متوجه نخواهد شد. اگر جسم آنقدر دور باشد که دیگر امواج بازتابی آن بعد از مدت زمان دریافت به رادار برسد نیز رادار تشخیص نمی‌دهد.

اسلاید 6: 6اصول کلی راداررادار یکی از مظاهر شگفت انگیز قرن بیستم است اصول اولیه آشکارسازی تقریبا قدمتی برابرقدمت بحث الکترو مغناطیسی دارد .مهمترین مزیت رادار توانایی آن در محاسبه مسافت می باشد. اجزاء تشکيل دهنده سيستم رادار فرستنده , گيرنده آنتن وسيستم هاي الکتريکي جهت ثبت و پردازش اطلاعات مي باشد . همانطور که در تصوير زیر مشاهده مي شود فرستنده ، پالس هاي کوتاه ميکرويو (A) را که بوسيله آنتن راداربه صورت پرتو متمرکز مي شوند(B) با فاصله زماني معيين توليد مي کند . آنتن راداربخشي از سيگنال هي بازتابيده شده (c) از سطوح مختلف را دريافت مي کند. با اندازه گيري مدت زمان ارسال پالس و دريافت پژواک هاي پراکنده شده از اشياء مختلف مي توان فاصله آنها ودر نتيجه موقعيت آنها را تعيين نمود .با ثبت و پردازش سيگنال بازتابيده توسط سنسور تصوير دو بعدي از سطح مورد نظر تشکيل مي گردد .

اسلاید 7: 7تعریف: رادار سیستمی است که بر اساس خاصیت امواج الکترومغناطیس عمل می نماید و با ارسال امواج و دریافت سیگنال منعکس شده از هدف ، مشخصات و مختصات هدف را ارائه می دهد. یک رادار ساده از چه قسمت هایی تشکیل شده است؟ (بلوک دیاگرام یک رادار ساده):

اسلاید 8: 8بلوک دیاگرام یک رادار

اسلاید 9: 9مدولاتور تولید پالس 8µ sec می کند زیرا 1µ sec برای گرم شدن لامپ قبل از تولید سیگنال می باشد و 1µ sec جهت خروج کامل سیگنال از لامپ مگنترون می باشد.Coho : تولید کننده سیگنال مرجع می باشد حدوداً30 MHZStalo: تولید کننده سیگنال کریر می باشد حدود 1250 MHZ - 1350 MHZ P.W: فاصله بین لبه ی بالا رودنده تا لبه پایین رونده ی پالس PRT: مدت زمان یک پالس از لبه بالا رونده تا لبه ی بالا رونده پالس بعدی

اسلاید 10: 10تقسیم بندی رادارها از نظر کاربرد: رادار تجسسی رادار اخطار اولیهرادارهای ارتفاع یابرادارهای ردیابرادار کنترل آتشرادارهای نجومی(فضایی)رادارهای کنترل ترافیک

اسلاید 11: 11باندهای فرکانسی؛رادارهای متداول در باند فرکانسی 220mHz تا 35GHz کار می کنند.رادارهای ماوراءِ افق ( oTh ) در باند فرکانسی 4 تا 5 مگاهرتز کار می کند.

اسلاید 12: 12باند فرکانسی : ( 30 – 300 MHz) VHFاین باند فرکانسی از اقتصادی ترین و مهم ترین بخش طیف الکترومغناطیس است که در جهت ساخت و عملیاتی کردن رادارهای بخصوصی با برد و قدرت بسیار زیاد و آنتن های بزرگ در مراقبت ماهواره ای به کار گرفته می شود.رادارهای در باند فرکانسی VHF از سیگنال های برگشتی جوی(Weather echo) با تضعیف دامنه تقریباً مصون می باشند.

اسلاید 13: 13رادارهای ردیاب: (Track radars)یک سیستم رادار ردیاب با اندازه گیری مختصات هدف اطلاعاتی را فراهم می آورد که به وسیله ی این اطلاعات می توان مسیر و موقعیت بعدی هدف را پیش بینی کرد.ویژگی:باند فرکانسی (8-12.5GHZ)X و بالاتر نوع بیم pencil beamدقت اندازه گیری مختصات هدف بالاست

اسلاید 14: 14این نوع رادارها به طور مداوم موقعیت نسبی هدف را در فاصله ، زاویه و ارتفاع مشخص می نماید. آنتن این نوع رادارها دارای بیم بادیک بوده و بر روی پایه متحرک قرار دارند و توسط موتوری در جهت افقی یا عمودی برای دنبال کردن هدف به کار می رود.

اسلاید 15: 15چگونگی عملکرد یک رادار ردیاب:انواع بسیار زیادی از رادارهای ردیاب وجود دارند که بعضی از آن ها عمل جست و جو (search) و ردیابی را به طور هم زمان انجام می دهند و نوعی از رادارهای ردیاب هستند که دارای بیم مدادی (pencil beam) بوده و بر روی یک سکوی چرخنده قرار دارد و برای تعقیب هدف موتورهایی زاویه سمت و زاویه ارتفاع آن را تغییر می دهند.(با تشخیص زاویه ی دریافت (Echo) و تصحیح موقعیت آنتن وو قرار دادن هدف در مرکز بیم خطاهای جهت هدف را تعیین می کند)

اسلاید 16: 16کاربردهای اساسی رادارهای ردیاب: کنترل اسلحهدر این حالت زاویه سمت ، زاویه ارتفاع و فاصله هدف توسط رادار ردیاب اندازه گیری و نرخ تغییرات این پارمترها تعیین کننده ی بردار سرعت و موقعیت بعدی هدف بوده و این اطلاعات باعث می گردد که مسیر موشک و موقعیت بعدی آن مورد استفاده قرار می گیرد. تنظیم کننده ی برد موشکرادار ردیاب قبل از عمل ردیابی باید هدف خود را پیدا کند بعضی از رادارها عمل جست و جو را برای پیدا کردن هدف قبل از عمل ردیابی انجام می دهند.(اگر یک رادار هر دو عمل ( جست و جو و ردیابی ) را انجام دهد دارای محدودیت هایی خواهد بود زیرا اگر در وضعیت ردیابی باشد اطلاعاتی از دیگر هدف های بالقوه نخواهد داشت.)

اسلاید 17: 17چگونگی دستیابی به مختصات هدف و عمل پردازش : یک رادار جست و جو گر با بیم باد بزنی (Fan Beam) عمل اسکن را روی هدف انجام می دهد. با این عمل اسکن روی هدف دستیابی به مختصات هدف امکان پذیر می گردد اگر تغییرات مختصات هدف از یک اسکن به اسکن دیگر زیاد نباشد و همچنین تعداد هدف ها کم باشد عمل پردازش توسط اپراتور با علامت گذاری روی Bleap هدف بر روی PPI امکان پذیر می باشد.

اسلاید 18: 18عمل ردیابی توسط رادار در کاربردهای مختلف به چند گروه اصلی طبقه بندی می گردد؟ این عمل به 2 گروه اصلی طبقه بندی می گردد:ردیابی یک هدف منفرد(Single Target Tracking)/ STTردیابی چند هدف ( Multiple Target Tracking)/ MTT

اسلاید 19: 19STT:به عمل ردیابی یک هدف یا یک گروه هدف با اختلاف زاویه کم اتلاق می گردد.یکی از کابردهای STT کنترل آتش ضد هوایی است. که نخست بر روی توپ ها و سپس بر روی موشک ها استفاده گردید و کاربردهای دیگر STT عبارت است از رادارهای هدایت ، رادارهای ردیاب ، ماهواره ، رادارهای کمک ناوبر و ... .

اسلاید 20: 20MTT:این نوع عمل ردیابی برای چند هدف ( Multiple Target ) بوده و به 2 صورت انجام می پذیرد :ردیابی حین اسکن Track while scanاسکن الکترونیکی آنتن Phase arrey tracking

اسلاید 21: 21ردیابی حین اسکن ردیابی یک هدف با استفاده از موقعیت های (مختصات) اندازه گیری شده در هر اسکن توسط رادار مراقبت امکان پذیر می باشد و کیفیت آن به عوامل زیر بستگی دارد: زمان بین مشاهدات (هرچه کمتر باشد بهتر است)دقت در تغییر موقعیت هدفتعداد هدف های غیر واقعی که ممکن است در مجاورت هدف در حال ردیابی ظاهر گردد.

اسلاید 22: 22برتری TWS نسبت به STT آن است که در این ردیابی چندین هدف به طور هم زمان ردیابی می گردند.برتری STT نسبت به TWS آن است که در این نوع ردیابی دستیابی به دقت بسیار بالا به طور دائم امکان پذیر است.

اسلاید 23: 23اسکن الکترونیکی چیست؟در این نوع اسکن رادار قادر است بیم آنتن خود را در هر نقطه از فضا با سرعت زیاد منتقل نماید.در این نوع اسکن رادار قادر است چند هدف را هم زمان تعقیب نموده و موشک به طرف آن ها هدایت نماید.

اسلاید 24: 24ردیابی در سطح پایین ( زاویه ی کم) : Low angle tracking راداری که هدف را در ارتفاع کم (low elevation angle) یا نزدیک به سطح زمین ردیابی می کند دو سیگنال برگشتی از هدف را دریافت خواهد کرد.

اسلاید 25: 25سیگنال های دریافتی مستقیم و منعکس شده از سطح زمین در رادار ترکیب شده و باعث اندازه گیری خطای زاویه ای می شود که با اندازه گیری حقیقی که از یک هدف در غیاب انعکاس یافته از سطح زمین انجام می گیرد متفاوت است سیگنال انعکاس یافته از سطح را سیگنال چند مسیره نیز می گویند. سیگنال انعکاس یافته از سطح زمین مسیر طولانی تری را نسبت به سیگنال مستقیم طی می نماید بنابراین در بعضی از مواقع آن ها را در حوزه ی زمانی یا از نظر فاصله از هم جدا کرد.تفاوت این دو فاصله از رابطه زیر محاسبه می شود که در آن ha ارتفاع آنتن رادار از سطح زمین و ht ارتفاع هدف از سطح زمین است: ΔR=2.ha.ht/R مثال/ اگر R = 10 km , ht = 100 m , ha = 30m باشد ΔR=0.6 m

اسلاید 26: 26رادارهای ارتفاع یاب: High Finder Radars راداری که کار آن اندازه گیری زاویه ی ارتفاع است و زاویه ی سمت را اندازه گیری نمی کند به رادار ارتفاع یاب موسوم است. رادرا ارتفاع یاب به دو گروه تقسیم می شود:رادارهایی که فقط ارتفاع را اندازه گیری می کنند.رادارهای 3 بعدی که مختصات خاص هدف را مثل زاویه ی ارتفاع ، فاصله و زاویه ی سمت به صورت هم زمان اندازه گیری می نمایند.

اسلاید 27: 27رادارهای سه بعدی (3D) :Three Dimentional Radar رادار سه بعدی رادار جستجوگری (سرچی) است که در حین عمل اسکن بر روی هدف اطلاعات زاویه ی ارتفاع هدف را علاوه بر فاصله و سمت اندازه گیری می نماید.رادارهای سه بعدی رادارهایی هستند که بیش از یک بیم دارند.هرچه تعداد بیم ها بیشتر باشد محاسبه ی ارتفاع هدف دقیق تر است فضای مورد کاوش در این راداها به تعدادی بیم تقسیم می شود ، انرژی موجود در هر بیم توسط فرستنده و توسط تقسیم کننده ی توان تأمین می شود تقسیم توان در بیم ها ممکن است به یک اندازه نباشد.

اسلاید 28: 28دلایل استفاده از رادار سه بعدی چیست؟ امکان پذیری دادن پوشش در کل قطاع توسط یک بیم جدا نمودن سیگنال های کلاتر و جمینگ دریافت شده در بیم های پایین تا این که هدف های با ارتفاع بالاتر با ضریب اطمینان بیشتری آشکارسازی شوند.کاهش حجم کلاتر و چف و کلاتر بارانی که با هدف ها در هر یک از بیم ها برابری می کند.

اسلاید 29: 29رادار های V بیم:در این نوع راداها دو آنتن با یک زاویه 45 درجه نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند و باعث ایجاد پرتوی تشعشعی V شکل در فضا می گردند یکی از آن ها به صورت عمودی و دیگری به صورت مایل (Slant) می باشد.در این رادار ابتدا هدف وارد یکی از بیم ها شده و پس از مدتی وارد بیم دیگر می شود هرچه ارتفاع هدف بیشتر باشد این اختلاف زمانی با توجه به وضعیت بیم ها بیشتر است بنابراین با توجه به سرعت هدف و این اختلاف زمانی ارتفاع هدف محاسبه می شود

اسلاید 30: 30رادارهای اسکن سه بعدی: رادارهای اسکن سه بعدی یک نمونه ی اساسی دیگر از ترکیب تکنیک های جست و جو و ارتفاع یابی مناسب برای مراقبت حجمی مداوم در وضعیت های ترافیک سنگین هوایی می باشد.در این نوع رادارها از آنتنی استفاده می نمایند که در حین چرخش در سمت دارای اسکن سریعی در پوشش ارتفاع نیز می باشند.

اسلاید 31: 31با تشکرازاستادگرامی جناب آقای دکترامامی و دانشجویان گرامی.