ماه شعبان و اعیاد شعبانیه مبارک باد.

ایران همدل

رادار چیست و چگونه کار می‌کند (انواع و کاربردهای رادار)

رادار چیست: رادار قدس جمهوری اسلامی ایران

رادار سامانه‌ای است که با استفاده از امواج الکترومغناطیسی، اجسام مختلف در آسمان و حتی در زمین را شناسایی می‌کند. سامانه‌های راداری مختلف هستند. رادارها عمدتا برای ردیابی هواپیماها و سایر هواگردها در آسمان به‌کار می‌روند. اما بعضی از آنها می‌توانند اجسام متحرک روی زمین را نیز شناسایی کنند. واژه RADAR مخفف Radio Detection and Ranging به معنای فاصله‌یابی و تشخیص رادیویی است. در ادامه، با جزییات بیشتر توضیح می‌دهیم که رادار چیست و چگونه کار می‌کند و چه کاربردی دارد. همچنین با انواع رادارها آشنا می‌شویم.

رادار چیست؟

رادار سامانه‌ای است که با استفاده از موج رادیویی (که نوعی موج الکترومغناطیسی است) فاصله، ارتفاع، سرعت و جهت حرکت اشیاء را در آسمان و روی زمین تشخیص می‌دهد. فرستنده رادار، امواج رادیویی یا ریزموج (مایکروویو) در هوا منتشر می‌کند. اگر در ناحیه تحت پوشش رادار، شیء یا هواپیمایی در حال پرواز باشد، امواج رادار به آن برخورد می‌کند و بخشی از امواج از سطح جسم منعکس می‌شود و ‌سمت آنتن‌های رادار بازمی‌گردد. سامانه رادار امواج دریافتی را تقویت‌ می‌کند و سپس آنها را به رایانه می‌فرستد تا رایانه موقعیت هدف و سرعت و جهت حرکتش را تجزیه‌وتحلیل کند و نتیجه را روی نمایشگر رادار نمایش دهد. در واقع، رادار  نوعی حسگر الکترومغناطیسی است که برای شناسایی و تعیین مکان اشیاء در آسمان یا روی زمین به کار می‌رود.

رادار چیست: نحوه ارسال امواج رادیویی توسط رادار و دریافت بازتاب آنها
تصویر ۱. آنتن رادار امواج رادیویی منتشر می‌کند و در صورت وجود یک شیء در محدوده برد رادار، بخشی از امواج ارسالی پس از برخورد به بدنه شیء، سمت آنتن بازمی‌گردد.

کاربرد رادار چیست؟

رادارها در پژوهش‌های علمی از جمله در هواشناسی، زیست‌شناسی و زمین‌شناسی و همچنین در هوانوردی و دریانوردی نظامی وغیرنظامی کاربرد دارند. فهرست بعضی از کاربردهای رادار چنین است:

  • هوانوردی: هواپیماها و بالگردها اعم از تجاری و نظامی با استفاده از رادار سایر هواگردهای اطراف‌شان را شناسایی می‌کنند. رادارها در جلوگیری از بروز سوانح هوایی نقش مهمی دارند.
  • دریانوردی: کشتی‌های تجاری با استفاده از رادارهای دریانوردی خشکی‌ها و نیز سایر کشتی‌های اطراف‌شان را شناسایی می‌کنند و بدین‌وسیله از برخوردهای احتمالی جلوگیری می‌کنند.
  • نظامی: رادارهای نظامی بسیار متنوع هستند. هشدار زودهنگام از مهم‌ترین کاربردهای رادارهای نظامی است. رادارهای نظامی بسته به نوع‌شان می‌توانند هواپیماهای دشمن و نیز پهپادها و موشک‌های بالستیک و کروز را از صدها و حتی هزاران کیلومتر دورتر شناسایی کنند. سامانه‌های پدافند موشکی با کمک رادارها پرتابه‌های دشمن را رهگیری و منهدم می‌کنند. حتی هواپیماها و بالگردهای نظامی نیز رادارهای مخصوص دارند که با کمک آنها اهداف‌شان را شناسایی و منهدم می‌کنند (عکس ۳ و ۵ و ۹).
  • کشاورزی: برای مدیریت و نظارت بر مراحل مختلف کشت محصولات کشاورزی می‌توان از رادارهای زمینی یا ماهواره‌ای استفاده کرد. با کمک رادارهای کشاورزی می‌توان رطوبت خاک را اندازه گرفت تا محصولات به‌اندازه کافی آب دریافت کنند. همچنین با سنجش رطوبت خاک و سطح آب رودخانه‌ها می‌توان وقوع سیل را پیش‌بینی و تبعات آن‌را مدیریت کرد.
  • هواشناسی: رادارهای هواشناسی (عکس ۲) پدیده‌های جوی مثل طوفان، برف و باران را از فواصل دور کشف و شناسایی کنند. برای مثال، وقتی بخشی از امواج رادار با برخورد به قطره‌های باران یا ذره‌های برف و یا تگرگ، مجددا سمت گیرنده رادار بازمی‌گردد، رادار هواشناسی، آن پدیده جوی و فاصله و حتی سرعت حرکت آن را شناسایی و محاسبه می‌کند.
  • پژوهش‌های زیست‌شناسی: رادارها بسته به نوع‌شان می‌توانند جانداران از جمله پرندگان و حتی حشرات را تشخیص دهند.
  • نجوم و اخترشناسی: رادارها فاصله و حرکت اجسام را دقیق اندازه می‌گیرند. لذا اخترشناسان برای سنجش مدار گردش، اندازه و سرعت بعضی از اجرام نزدیک به زمین مثل سیارک‌ها و دنباله‌دارها از رادارهای اخترشناسی کمک می‌گیرند. با کمک چنین رادارهایی می‌توان درباره ساختار زمین‌شناختی سیاره‌ها و قمرها اطلاعات ارزشمندی به‌بدست آورد .
رادار چیست: ایستگاه رادار هواشناسی در چین
عکس ۲. ایستگاه رادار هواشناسی در چین

رادار چگونه کار می‌کند؟

گفتیم که رادار چیست و اکنون می‌خواهیم بدانیم که روش کار رادار چگونه است یا رادار چگونه کار می‌کند. رادار برای تشخیص فاصله و سرعت حرکت اشیاء از امواج رادیویی بهره می‌برد. سامانه رادار معمولا یک فرستنده و یک گیرنده دارد. فرستنده رادار علائم صوتی می‌فرستد و گیرنده رادار بازتاب‌شان را دریافت می‌کند. در بعضی از رادارها فرستنده و گیرنده دو قطعه مجزا هستند و در برخی دیگرفرستنده و گیرنده یکی هستند.

توجه داشته باشید که رادار سامانه الکترونیکی است و با برق یا همان جریان الکتریکی کار می‌کند. پس برای تولید و انتشار امواج رادیویی، باید ابتدا با کمک فرستنده، جریان الکتریکی را به علائم رادیویی تبدیل کند. پس از دریافت بازتاب امواج نیز، علائم رادیویی باید بوسیله گیرنده مجددا به جریان الکتریکی تبدیل شوند تا رایانه و سایر سامانه‌های رادار بتوانند آن‌را تجزیه‌وتحلیل کنند.

رادار چیست: رادار پیشرفته قدیر با برد 1800 کیلومتر، ساخت جمهوری اسلامی ایران
عکس ۳. رادار پیشرفته قدیر با برد ۱۸۰۰ کیلومتر، ساخت جمهوری اسلامی ایران

موج رادیویی چیست؟

موج رادیویی بخشی از طیف الکترومغناطیسی است. به عبارت دیگر، موج رادیویی نوعی موج الکترومغناطیسی است و لذا ماهیتاً نوعی نور است اما نامرئی است. طیف الکترومغناطیسی، طیفی از امواج گوناگون است که بسته به بسامد و طول موج‌شان ویژگی‌های متفاوت دارند. برای مثال، چشم انسان فقط بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی را تشخیص می‌دهد که به آن نور مرئی می‌گوییم. اما بخش‌های دیگر طیف الکترومغناطیسی از جمله امواج رادیویی، اشعه ایکس، پرتوهای گاما و نورهای فرابفنش و مادون‌قرمز از دید ما نامرئی هستند. بسامد امواج رادیویی کم اما طول موج‌شان زیاد است. چنین موج‌هایی برای سلامتی انسان مضر نیستند. اما امواجی که بسامدشان زیاد باشد (مثل پرتوهای ایکس و گاما) برای سلامتی انسان زیان‌بار هستند. رادارها با امواج رادیویی کار می‌کنند.

هرچه بسامد (فرکانس) موج بیشتر باشد، انرژی آن نیز بیشتر اما طول‌موج آن کوتاه‌تر است. و بالعکس، هرچه بسامد موج کمتر باشد، انرژی آن نیز کمتر اما طول‌موج آن بلندتر است.

رادار چیست: بخش‌های مختلف طیف الکترومغناطیسی
تصویر ۴. بخش‌های مختلف طیف الکترومغناطیسی و رابطه بین بسامد، طول‌موج و انرژی آنها

نام و کاربرد اجزای اصلی رادار چیست؟

رادارها گوناگون هستند و کاربردهای مختلف دارند اما همه آنها چند جزء مهم و اصلی دارند. بعضی از اجزای مهم رادار چنین است:

  • آنتن (antenna)
  • فرستنده (transmitter)
  • گیرنده (receiver)
  • پردازش علائم (signal processing)
  • تلفیق‌گر (modulator)
  • دوسویه‌ساز (duplexer)
  • دوتافت (diplexer)
  • همگام‌سازی (synchronization)
  • علامت‌ساز (pulse generator)
  • نمایشگر (display)
  • واحد تصمیم‌گیری آستانه (threshold decision)
  • موج‌بَر (waveguide)

آنتن: فرستنده‌، امواج رادیویی را بوسیله آنتن ارسال می‌کند. گیرنده نیز بازتاب امواج را از طریق آنتن دریافت می‌کند. کار آنتن، ارسال و دریافت علائم رادیویی است. شکل آنتن (میله‌ای، بشقابی، مسطح، کروی و…) به کاربردش بستگی دارد.

رادار چیست: رادار ایرانی فراافق‌نگر و متحرک کیهان با برد 3000 کیلومتر  و آنتن‌های متعدد
عکس ۵. رادار نظامی ایرانی فرااُفق‌نگر متحرک کیهان با برد ۳۰۰۰ کیلومتر و آنتن‌های متعدد
  • فرستنده: از اجزای الکترونیکی رادار و کارش تولید علائم رادیویی است. فرستنده، جریان الکتریکی را به علائم رادیویی تبدیل می‌کند و آن علائم سپس بوسیله آنتن منتشر می‌شوند.
  • گیرنده: از اجزای الکترونیکی رادار و امواجی را که پس از برخورد به جسم منعکس شده‌اند، دریافت می‌کند. گیرنده، برخلاف فرستنده، امواج رادیویی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند تا برای سامانه‌ی راداری و رایانه آن، قابل فهم و تجزیه‌وتحلیل باشد.
  • تلفیق‌گر (مدولاتور): با روشن و خاموش کردن متناوب علامت‌سازِ فرستنده در بازه‌های زمانی مشخص، ‌موج‌های رادیویی منظم تولید می‌کند و همان موج‌ها را بوسیله آنتن در فضا منتشر می‌شوند.
  • دوسویه‌ساز (دوپلکسر): بسیاری از رادارها فقط یک آنتن دارند که هم‌ موج می‌فرستد و هم می‌گیرد. اما آنتن نمی‌تواند هر دو کار را هم‌زمان انجام دهد. دوسویه‌ساز مسیر ارسال و دریافت علائم رادیویی را براساس جهت حرکت‌شان از هم تفکیک می‌کند تا آنتن بتواند بین دو حالت فرستنده و گیرنده تغییر وضعیت ‌دهد.
  • دوتافت (دیپلکسر): علائم رادیویی را براساس بسامدشان از هم تفکیک می‌کند.
  • موج‌بَر: مسیر انتشار امواج رادیویی را متمرکزتر می‌کند تا پراکنده تلف‌ نشوند.
  • واحد تصمیم‌گیری آستانه: براساس نتایج حاصل از تجزیه‌تحلیل داده‌های دریافتی توسط رادار، مشخص می‌کند که آیا واقعا هدفی کشف شده است یا نه.
  • واحد همگام‌سازی: علائم دریافتی از حسگرهای متعدد رادار را هماهنگ می‌کند تا همگی مشترکاً قابل پردازش باشند و بین حسگرها تداخل رخ ندهد. از جهاتی، زمان‌بندیِ عملکرد سامانه راداری به‌عهده همگام‌ساز است.
  • واحد پردازش سیگنال: تقریبا شبیه مغز رادار است، زیرا با مقایسه و تجزیه‌وتحلیل علائم ارسالی و دریافتی، مواردی مثل فاصله، سرعت و موقعیت هدف را مشخص می‌کند.
  • نمایشگر: نتایج حاصل از فعالیت رادار را به‌شکل گرافیکی نمایش می‌دهد تا بهتر قابل فهم باشد.
رادار چیست: نمایشگر سامانه راداری ایرانی مرصاد-16
عکس ۶. پایین عکس، نمایشگر سامانه راداری ایرانی مرصاد-۱۶

رادار چگونه از امواج رادیویی استفاده می‌کند؟

اکنون می‌خواهیم بدانیم که کاربرد امواج رادیویی در رادار چیست. امواج صوتی و فراصوت با سرعت تقریبا ۳۳۰ متر در ثانیه منتشر می‌شوند فلذا فقط در فواصل کوتاه کاربرد دارند. اما امواج رادیویی چون موج الکترومغناطیسی و در واقع نوعی نور هستند و هیچ جِرمی ندارند، با سرعت نور یعنی تقریبا با سرعت ۳۰۰,۰۰۰,۰۰۰ متر در ثانیه منتشر می‌شوند. لذا امواج الکترومغناطیسی مسافت‌های طولانی را بسیار سریعتر می‌پیمایند. پس با استفاده از امواج رادیویی می‌توان اجسام دوردست را در کمترین زمان شناسایی و فاصله‌یابی کرد و رادار دقیقا چنین می‌کند.

امواج الکترومغناطیسی انواع گوناگون دارند. برای مثال پرتوهای مادون‌قرمز و فرابفنش و همچنین نور عادی و اشعه ایکس همگی نوعی موج الکترومغناطیسی هستند. امواج رادیویی نیز بخش دیگری از طیف الکترومغناطیسی هستند که رادارها به‌واسطه آنها کار می‌کنند.

علت استفاده از امواج رادیویی در رادار چیست؟

چرا رادارها برای کشف اجسام پیرامون‌شان در زمین و آسمان از امواج رادیویی استفاده می‌کنند؟ چند علت دارد:

  • تولید امواج رادیویی با استفاده از قطعات الکترونیکی، ساده و کم‌هزینه است.
  • امواج رادیویی می‌توانند از مه، باران، رطوبت، برف و دود بگذرند.
  • امواج رادیویی با انرژی مادون‌قرمز که از آتش، حرارت، اشیای گرم، گازهای داغ و خورشید ساطع می‌شود، تداخل نمی‌یابند و سامانه‌های راداری را به اشتباه نمی‌اندازند.
  • برای کار کردن با امواج رادیویی به نور مرئی نیاز ندارید و لذا رادارها حتی در تاریکی مطلق نیز کار می‌کنند. یعنی تاریکی یا روشنایی در عملکرد رادار تاثیر ندارد.

طول موجِ امواج رادیویی بین ۱۰,۰۰۰ کیلومتر تا ۱ میلی‌متر و بسامد یا فرکانس‌شان بین ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز است. اگر بسامد موج رادیویی ۳۰ هرتز باشد، طول موج آن ۱۰,۰۰۰ کیلومتر و اگر بسامدش ۳۰۰ گیگاهرتز باشد، طول موج آن ۱ میلی‌متر خواهدبود.

همانطور که می‌بینید، هرچه طول موج بزرگتر باشد، بسامد موج کمتر و هرچه طول موج کوچکتر باشد، بسامد موج بیشتر است. امواجی که طول موج‌شان کمتر از ۳۰ سانتی‌متر باشد (یعنی بسامدشان ۱ گیگاهرتز یا بیشتر باشد) را ریزموج یا مایکروویو می‌نامیم. مایکروویو نیز خود بخشی از موج رادیویی است. بسیاری از سامانه‌های رادار با ریزموج یا مایکروویو کار می‌کنند زیرا هرچه طول موج کوچکتر باشد، می‌توان آنتن‌ها را کوچکتر ساخت. طراحان رادار بسته به کاربرد آن، بسامد مناسب را برایش برمی‌گزینند تا بهترین عملکرد را داشته باشد.

طیف الکترومغناطیسی بسیار گسترده است فلذا آن‌را بسته به ویژگی‌های فیزیکی متفاوتش به چندین ناحیه بسامدی (فرکانسی) تقسیم می‌کنند و به هر ناحیه بسامدی اصطلاحا باند (band) می‌گویند. در حال حاضر در تقسیم‌بندی باندهای بسامدی (باندهای فرکانسی) دو استاندارد وجود دارد:

  • تقسیم‌بندی سنتی انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE)
  • تقسیم‌بندی جدید مورد استفاده پیمان آتلانتیک شمالی (ناتو)

روش سنتی در خلال جنگ جهانی دوم تدوین شد و تقسیم‌بندی جدید نیز منشأ نظامی دارد. در استاندارد جدید، توزیع باندهای بسامدی تقریبا لگاریتمی است و بسامدهای بیشتر را نیز شامل می‌شود فلذا باندهایی تا محدوده تراهرتز را نیز به‌راحتی دربرمی‌گیرد. 

تصویر زیر تفاوت نام‌گذاری باندهای بسامدی در استاندارد انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) و استاندارد پیمان آتلانتیک شمالی (ناتو) را نشان می‌دهد. ردیف قرمز تقسیم‌بندی براساس استاندارد انجمن (IEEE) و ردیف آبی تقسیم‌بندی براساس استاندارد ناتو است. به محدوده بسامد و طول‌موج هر باند نیز توجه کنید.

رادار چیست: باند بسامدی امواج رادار
تصویر ۷. تقسیم‌بندی باندهای بسامدی امواج رادیویی براساس دو استاندارد انجمن مهندسان برق و الکترونیک و ناتو

جدول زیر، نام و پهنای باندهای مختلف رادار و کاربرد آنها را طبق تقسیم‌بندی انجمن مهندسان برق  والکترونیک نشان می‌دهد.

پهنای باند (گیگاهرتز)نام باندکاربرد
۲.۵~۰.۲Gارتباطات رادیویی نظامی
۰۵~۰.۲۵Pارتباطات سیار (موبایل)
۱.۵~۰.۵Lپخش تلویزیونی، تلفن همراه، تلفن ماهواره‌ای
۴~۲Sتجهیزات بی‌سیم ثابت، پخش ماهواره‌ای دیجیتال، باند ISM (مایکروویو، شبکه محلی بی‌سیم و…)
۸~۴Cارتباطات ماهواره‌ای، تجهیزات بی‌سیم ثابت، دسترسی بی‌سیم
۱۲~۸Xارتباطات نظامی، ماهواره‌های گردشی، ماهواره‌های رصدگر زمین
۱۸~۱۲Kuپخش تلویزیونی ماهواره‌ای، ماهواره‌های مخابراتی
۲۶~۱۸Kماهواره‌های مخابراتی
۴۰~۲۶Kaماهواره‌های مخابراتی
۷۵~۴۰Vرادارها، ماهواره‌های مخابراتی
۱۱۱~۷۵Wاخترشناسی رادیویی

رادار چگونه فاصله اجسام را اندازه می‌گیرد؟

گفتیم رادارها امواج رادیویی منتشر می‌کنند که نوعی موج نامرئی الکترومنغاطیسی است. امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کنند و می‌دانیم که سرعت نور تقریبا ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر در ثانیه است. چنین سرعتی بسیار زیاد است، اما باز هم بین ارسال موج تا دریافت بازتابش تاخیر زمانی کوتاهی وجود خواهد داشت. رادار با محاسبه همین تاخیر زمانیِ اندک، فاصله خود تا هدف را محاسبه می‌کند. رادارهای دوربرد از علائم بسیار کوتاه استفاده می‌کنند و اختلاف زمانی بین ارسال موج اصلی و دریافت بازتاب آن را اندازه می‌گیرند تا فاصله خود تا هدف را دریابند.  

در فاصله‌های کوتاه‌تر از روش دیگری استفاده می‌شود که به آن FMCW می‌گویند. در روش مذکور، رادار دائما علائم صوتی ارسال می‌کند اما بسامد مدوله می‌شود و بنابراین، بسامد سیگنال ارسالی با بسامد بازتاب آن متفاوت می‌شود. رادار اختلاف بسامد آنها را اندازه می‌گیرد و نتیجتا فاصله هدف را مشخص می‌کند.

رادار چگونه اندازه شیء را تشخیص می‌دهد؟

در کل، اجسام بزرگتر امواج رادیویی بیشتر یا شدیدتری از خود منعکس می‌کنند، اما زاویه و شکل هدف نیز در میزان بازتاب امواج رادار از سطح جسم موثر است. سطح مقطع راداری (RCS مخفف Radar Cross Section) اصطلاحی است که برای همین منظور به‌کار می‌رود و ترکیبی از شکل و اندازه در آن نقش دارد و معمولا بر حسب متر مربع محاسبه می‌شود. به همین سبب طراحان هواپیماها و پهپادهای نظامی با استفاده از راه‌کارهای مختلف می‌کوشند سطح مقطع راداری هواپیما را تا جایی ممکن کم کنند تا رهگیری آن برای رادارهای دشمن دشوار شود. برای مثال، آنها بدنه هواپیما را طوری طراحی می‌کنند که امواج بسیار کمی از سطح بدنه منعکس شود.

ضمنا ممکن است در ساخت بدنه هواپیما از مواد خاصی استفاده کنند که به آنها مواد جاذب امواج رادار می‌گویند. این مواد امواج رادار را بیشتر به خود جذب می‌کنند و نسبت بازتاب‌شان کم است. راه‌کار بعدی استفاده از بافت لانه‌زنبوری است. یعنی در بافت بدنه هواپیما حفره‌های بسیار ریزی ایجاد می‌کنند که شبیه کندو است و البته با چشم قابل تشخیص نیست. وقتی موج رادار به چنین سطحی برخورد می‌کند، اصطلاحا به دام می‌افتد و بخش بسیار کمی از آن منعکس می‌شود. راهکار پیشرفته بعدی که چینی‌ها مشغول آزمایش آن هستند، استفاده از پلاسما است. به گاز یونیده شده پلاسما می‌گوییم. در این روش، لایه‌ای از پلاسما بخش‌های حساس هواپیما را می‌پوشاند و مثل ابری نامرئی آن‌را دربرمی‌گیرد. وقتی امواج رادار به ابر پلاسما برخورد می‌کنند در جهات مختلف پراکنده می‌شوند و لذا امواج چندانی از سطح بدنه منعکس نمی‌شود.

سطح مقطع راداری میزان بازتاب امواج رادار از هدف را مشخص می‌کند. هرچه سطح مقطع راداری یک جسم (مثلا هواپیما) کوچکتر باشد، یعنی امواج راداری کمتری را منعکس می‌کند و لذا تشخیص آن برای رادارها سخت‌تر می‌شود. طبیعتا هرچه سطح مقطع راداری یک شیء بزرگتر باشد یعنی امواج رادیویی قوی‌تری منعکس می‌کند و لذا رادارها راحت‌تر می‌توانند آن‌را بیابند. رادارها بر همین اساس اهداف‌شان را دسته‌بندی می‌کنند و برای مثال هواپیماهای نظامی دشمن را از هواپیماهای مسافربری تشخیص می‌دهند. ضمنا هرچه فاصله هدف از رادار بیشتر باشد، امواج بازتابی ضعیف‌تر خواهند بود، اما چون رادار فاصله خود از امواج بازتابی را می‌داند، می‌تواند اثر ضعف امواج بازتابی را جبران کند.

سطح مقطع راداری بعضی از اجسام

  • انسان: ۰.۵ متر مربع
  • خودرو: ۱۰ متر مربع
  • ساختمان: ۱۰,۰۰۰ متر مربع

در واقع، سطح مقطع راداری تا حدی به زاویه هدف بستگی دارد، لذا برای مثال، ساختمان یا وسیله‌ نقلیه‌ای که از دید رادار عادی است، سطح تخت بزرگی نمایش می‌دهد و سطح مقطع آن نسبتا بزرگتر از هدفی است که زاویه دارد و انرژی کمتری منعکس می‌کند.

افرادی که در حال رفت‌وآمد هستند چون دست و پاهای‌شان تکان می‌خورد، سطح مقطع راداری آنها نیز همزمان با حرکت دست و پای‌شان تغییر می‌کند.

شخصی که روی زمین می‌خزد در مقایسه با کسی که راه می‌رود، سطح مقطع راداری کمتری دارد زیرا سطح کوچکتری از جسمش امواج رادار را منعکس می‌کند. لذا در چنین مواقعی رادار به مشکل برمی‌خورد زیرا ممکن است نتواند انسانی که برمی‌خزد را از جانوران چهارپا تمیز دهد.

رادار چگونه سرعت اجسام را اندازه می‌گیرد: اثر داپلر (یا دوپلر)

رادار برای محاسبه سرعت جسم، تغییرات بسامد داپلر را اندازه می‌گیرد. اثر داپلر پدیده‌ای است که در زندگی روزمره نیز آن‌را تجربه می‌کنیم. برای مثال، وقتی صدای آژیر خودرو پلیس را از دور می‌شنوید، بسامد صدا زیاد است، اما پس از عبور خودرو از کنارتان، بسامد صدا رو به کاهش می‌نهد.

سامانه‌های راداری نیز برای اندازه‌گیری سرعت اجسام اثر داپلر را لحاظ می‌کنند. بسامد امواجی که از جسم متحرک منعکس می‌شود، بسته به سرعت جسم تغییر می‌یابد. وقتی حرکت جسم، شعاعی است (یعنی مستقیما سمت رادار یا در خلاف جهتش حرکت می‌کند) اثر داپلر در آن محسوس است.

سامانه‌های راداری نیز برای اندازه‌گیری سرعت اجسام اثر داپلر را لحاظ می‌کنند. بسامد امواجی که از جسم متحرک منعکس می‌شود، بسته به سرعت جسم تغییر می‌یابد. وقتی حرکت جسم، شعاعی است (یعنی مستقیما سمت رادار یا در خلاف جهتش حرکت می‌کند) اثر داپلر در آن محسوس است.

رادار چیست: اثر داپلر (دوپلر)
تصویر ۸. هرچه شیء به رادار نزدیکتر می‌شود، بسامد امواج بازتابی از آن نیز افزایش می‌یابد. اما با دورتر شدن شیء از رادار، بسامد امواج رو به کاهش می‌نهد.

رادار چگونه جهت حرکت شیء را تشخیص می‌دهد؟

آنتن‌ رادار معمولا میدان دید باریکی دارد که در نقطه‌ای وسیع پویش (اسکن) می‌شود. اگر جهت حرکت هدف با جهت استقرار آنتن همراستا باشد، رادار آن‌را تشخیص می‌دهد. روش کار، شبیه استفاده از تلسکوپ برای تعیین محل اجسام دوردست است.

برای تشخیص جهت حرکت اجسام روش‌های زیادی وجود دارد که انتخاب آنها براساس وزن، اندازه، قدرت و هزینه تعیین می‌شود. ساده‌ترین روش چرخاندن فیزیکی آنتن است. اگر رادار پژواک جسم را بگیرد، یعنی جهت آنتن با جهت هدف همراستا است. آنتن‌های چرخان، بخش‌های متحرکی دارند که ممکن است به تدریج فرسوده شوند، اما با مهندسی هوشمندانه و استفاده از مواد بسیار کوچک و سبک عمر موردانتظار آنها می‌تواند بسیار طولانی باشد.

بعضی از رادارها که به آنها رادار آرایه فازی می‌گویند، آنتن‌های ثابت دارند که الکترونیکی هدایت می‌شوند. این نوع آنتن‌ها گرانتر هستند.

روش بعدی استفاده از دو یا چند آنتن برای محاسبه ریاضی زاویه ورود از طریق مقایسه دو یا چند سیگنال پژواک است. این روش ارزانتر از روش آرایه فازی است اما محدودیت‌هایی دارد؛ مثل ناتوانی در تشخیص چندین هدف در یک فاصله و حساسیت کمتر.

حداکثر برد رادار چگونه تعیین می‌شود؟

در تعیین حداکثر برد رادار سه عامل مهم تاثیر دارد:

  • رادار باید پژواک کافی دریافت کند تا بتواند هدف را تشخیص دهد. اگر پژواک‌ها زیادی ضعیف باشند، رادار نمی‌تواند جسم را درست شناسایی کند.
  • رادار باید نسبت به هدف دید مستقیم داشته باشد. زمین گرد است اما امواج رادار در خط مستقیم حرکت می‌کنند. پس اگر فاصله رادار تا هدف از حد معینی بیشتر باشد، انحنای زمین اجازه نمی‌دهد امواج رادار به هدف برسند و از آن منعکس شوند. به‌همین سبب ایستگاه‌های رادار را در فواصل خاصی از هم مستقر می‌کنند تا بتوانند فضای موردنظر را پوشش دهند و اصطلاحا نقطه کور راداری باقی نماند.
  • محدودیت‌های گیرنده رادار ممکن است برد رادار را کاهش دهد.

ضعف یا شدت بازتاب‌ها بر قدرت تشخیص رادار تاثیر می‌نهد. البته برای شناسایی اهداف در فواصل مختلف، رادارهای گوناگون وجود دارند.

رادار چیست: عوامل موثر بر برد رادار
تصویر ۹. در فواصل طولانی، گرد بودن زمین افق دید رادار را محدود می‌کند. در رادارهای برد کوتاه نیز معمولا ساختمان‌ها یا موانع خط دید را محدود می‌کنند.

محل جای‌گیری رادار

رادارها بسیار گوناگون هستند و کاربردهای متفاوت دارند. برای مثال، رادارهای هواشناسی (عکس ۲) معمولا در ایستگاه‌های ثابت زمینی مستقر می‌شوند تا شرایط جوی منطقه را پیوسته رصد کنند. بعضی از انواع رادارهای نظامی نیز محل ثابت دارند اما بعضی دیگر از رادارهای نظامی از جمله رادارهای سامانه‌های پدافند موشکی، روی خودرو سیار نصب می‌شوند تا به هرجا که لازم بود منتقل و آنجا دایر شوند (عکس ۵)

نوع دیگری از رادارها، رادارهای رهگیر هوایی هستند که در بخشی از بدنه هواپیما و بالگرد نصب می‌شوند تا از حضور سایر هواپیماها یا بالگردها در آسمان اطراف‌شان آگاه شوند (عکس ۱۰).

رادار چیست: رادار ایربیس-ای در جنگنده سوخوی35 روسیه
عکس ۱۰. رادار ایربیس-ای (Irbis-E) درون دماغه جنگنده سوخوی۳۵ روسیه جای دارد.

تفاوت سونار و رادار چیست؟

کار سونار و رادار کشف و شناسایی اجسام است. سونار برای کشف محیط یا اهدافش از امواج صوتی بهره می‌برد اما رادار برای کشف اجسام از امواج رادیویی استفاده می‌کنند. سامانه‌های سونار عمدتا زیر آب و برای شناسایی کشتی‌ها، زیردریایی‌ها، دسته‌های آبزیان، بستر رودها و دریاها و کشف بقایای باستانی به‌کار می‌روند. اما رادارها معمولا در آسمان یا حتی روی زمین برای کشف و ردیابی اهداف سطحی یا هوایی کاربرد دارند. اما بعضی از سامانه‌های راداری می‌توانند اجسام یا ساختارهای خاص در عمق زمین را نیز شناسایی کنند.


جمع‌بندی: رادار چیست؟

توضیح دادیم که رادار چیست و با نحوه کار و اجزای رادار آشنا شدیم. گفتیم رادار سامانه‌ای است که با استفاده از امواج رادیویی و دریافت بازتاب آنها از سطح اجسام مختلف، اهداف موردنظرش را شناسایی و اندازه، سرعت و جهت‌شان را مشخص می‌کند. رادارها در حوزه‌های گوناگون از جمله در هوانوردی، کشتی‌رانی، هواشناسی، پدافند هوایی و تحقیقات زیست‌محیطی بسیار پرکاربرد هستند.