A láthatáron lévő radar

Az Egyesült Államok haditengerészetének horizonton túli radarrendszere

A fenti-horizont radar (más néven OTHR az O ver T ő H Orizon R adar ) egy módja részesülő radarvisszajelzés messze túl a görbülete a föld nélküli kvázi-optikai vizuális kapcsolatot . Az alkalmazott frekvenciák többnyire a rövid hullámtartományban vannak, és így messze a szokásos radar frekvenciák ( mikrohullámú tartomány ) alatt vannak, ami csökkenti a felbontást és a pozicionálási pontosságot. Azonban földi hullámok vagy reflexióval az ionoszféra kihasználva ilyen módon, ami lehetővé teszi, hogy csak a lokalizáció túl Föld görbületét. A horizonton túli radar technológiát több ország is alkalmazza. Jól ismert rendszer az ausztrál Jindalee Operational Radar Network (JORN); a NATO megfelelő üzemet működtet Cipruson (a Királyi Légierő PLUTO rendszere). A horizonton túli radarállomások Semipalatinskban (Kazahsztán), Alaszkában (USA), Puerto Ricóban (USA) és Mordovia (Oroszország) vannak.

Fizikai alapok

A horizont feletti radar általában impulzus radar . Az összes többi radarkoncepció nem alkalmas több 1000 km-es hatótávolság elérésére. Három technikai követelmény vonatkozik a horizont feletti radarokra a kívánt tartományok elérése érdekében:

  1. Az átviteli impulzusnak meg kell felelnie ennek a távolságnak a legyőzéséhez szükséges energetikai feltételeknek. Több energiát kell tartalmaznia, mint az oda-vissza út lehetséges csillapításainak összege gyengítheti a visszhangot, így azt már nem lehet regisztrálni a vevőben.
  2. A vételi időnek elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy lefedje az echo jelhez szükséges tranzitidőket. A tiszta mérési eredmény elérése érdekében lehetővé kell tenni az echo jel egyértelmű hozzárendelését az azt kiváltó impulzushoz.
  3. Ennek az átviteli impulzusnak az elektromágneses hullámainak terjedésének képesnek kell lennie a föld görbületének diffrakcióval vagy visszaverődéssel történő leküzdésére.

Korábban ezeknek az energetikai követelményeknek csak az volt a módja, hogy rendkívül nagy impulzus energiát használtak az átviteli impulzushoz. A megfelelő távolságfelbontás elérése érdekében ennek az átviteli impulzusnak nagyon rövidnek kellett lennie (néhány mikroszekundum tartományban ), és rendkívül nagy, akár 10 megawatt (átlagos teljesítmény: 600 kW) impulzus-teljesítménynek kell lennie ebben a rövid idő alatt. A korszerűbb készülékkoncepciók azonban felhasználhatják az intrapulzus modulációt, így az átviteli energia hosszabb impulzus időtartamra osztható el. Ebben az esetben az átviteli impulzus alacsonyabb impulzus teljesítményt igényel ugyanolyan energiatartalommal. Az impulzustömörítési módszerrel hasonlóan jó távolságfelbontás érhető el, mint egy nagyon rövid átviteli impulzus esetén.

Annak érdekében, hogy az adott átviteli impulzushoz egyértelmű hozzárendelést lehessen biztosítani, és így elkerülhető legyen a kétértelműség a tranzitidő és a távolság mérésében , csak nagyon alacsony impulzusismétlődési frekvencia használható. A régebbi radarok impulzusismétlődésének frekvenciája 10 Hz körül van  , ami megfelel a 100 ms körüli jelterjedési időnek,  a 30 000 km-es távolságnak és következésképpen az elméleti helytávolságnak legfeljebb 15 000 km-nek. Az intra-impulzus moduláció itt is előnyöket kínál, mivel minden egyes átviteli impulzus eltérő modulációs mintát kaphat. Ez a minta lehetővé teszi az echo jel hozzárendelését az átviteli impulzushoz az időtől függetlenül, és hatékonyan megakadályozza az átviteli idő mérésének kétértelműségét. Az impulzusismétlődés frekvenciája így 1 kHz körüli értékre növelhető. A lehetséges impulzusintegráció jelentősen javíthatja a jel / zaj arányt a radar vevőben, és ezáltal javíthatja a horizonton túli radar energetikai feltételeit. Ennek eredményeként az impulzus teljesítménye ismét csökkenthető ugyanarra a tartományra.

A " Woodpecker " szovjet horizonton túli radar szakaszos antennája

A legnagyobb kihívás a föld görbületének leküzdése. Az elektromágneses hullámok terjedésének vagy diffrakcióval kell alkalmazkodnia a föld felszínéhez, vagy pedig kifejezetten az ionoszféra Appleton rétegén kell visszaverődnie. Ez súlyosan korlátozza a használható frekvenciatartományt. A diffrakcióhoz a radarnak az alsó rövidhullám-tartományban kell működnie, a reflexióhoz a radarnak a közepes és a felső rövidhullámú tartományban kell működnie.

Ezek a frekvenciák, amelyek a radarberendezéseknél nagyon alacsonyak, azt jelentik, hogy az antennáknak rendkívül nagynak kell lenniük. Ezeknek a hatalmas antennáknak a hatékonysága azonban a hullámhosszhoz való viszony miatt meglehetősen alacsony, így több kilométeres geometriai méreteket érhetnek el a kívánt diagramszélesség ( szögfelbontás ) elérése érdekében . Ezeknek a hatalmas antennáknak a mechanikus forgatása lehetetlen. Gyakran használnak fázissoros antennákkal ellátott elektronikus forgatási módszereket . A nagy impulzusteljesítmény és az érzékeny vevő bemenetek szükséges védelme miatt gyakran alkalmazzák a bistatikus radar módszert, vagyis az adó antenna és a vevő antenna egymástól távol helyezkednek el.

technológia

Két különböző eszköz koncepciót követnek, amelyek tükröződnek az antenna felépítésében:

  • OTH-B (Over-The-Horizon - Visszaszórás) és
  • OTH-SW (horizonton túl - felszíni hullám).

Túl horizonton (visszaszórás)

Az elektromágneses hullámok terjedésének elve az OTH-B-nél

OTH-B használja a reflexiós tulajdonságait az ionoszféra elérése tartományok több mint 2000 km segítségével a térhullámú . Az átviteli frekvencia ennél a módszernél 15 MHz és 55 MHz között van. A radarjel feldolgozása azonban nagyon bonyolult, mivel a fényvisszaverő rétegek nem állandó magasságban vannak, hanem nagyon változnak a napszaknak megfelelően. Ez a koncepció azonban pontatlan, mivel a többszörös visszaverődés esetén a tranzitidő különbségei vannak. Tehát ez nem csak tükröződés, hanem az elektromágneses hullámok terjedésének nagyon bonyolult folyamata. A visszhangok többszörös visszaverődés után is rendkívül gyengék, ezért érzékeny vevőket kell használni a vevő oldalon. A távolság kiszámítása ezért nehéz és pontatlanságokat tartalmaz. A tranzitidő méréséből származó távolság kiszámítását folyamatosan ezekhez a körülményekhez kell igazítani. A gyakorlatban többnyire többféle visszaverődést alkalmaznak az ionoszféra egyes rétegei és a föld felszíne között, ami további kétértelműségekhez vezet a mért távolságban, és következésképpen befolyásolja a téves riasztási arányt. Ezeket a pontatlanságokat azonban elfogadják, mivel ezeket a radarberendezéseket csak katonai célokra használják, és csak korai figyelmeztetésként szolgálnak. Az egyszerű reflexióval, az egyszeri ugrással ellentétben ezeket a többszörös reflexiókat az ionoszféra reflexióinak számáról nevezik el, például kettős ugrás a kettős reflexió érdekében . A radar jelfeldolgozásának ezután a jel észlelésének küszöbértékeit hozzá kell igazítania a föld felszínén ( rendetlenség ) bekövetkező visszaverődésekhez , amelyek szintén regisztrálva vannak, e zavarok bekövetkezése szerint egy dinamikus, időfüggő erősítésszabályozás segítségével. .

Különleges ion szondák (ún chirpsounders ) használjuk , hogy meghatározzuk a pontos magasságot a Appleton réteg az ionoszféra . Ezek olyan speciális radarberendezések, amelyek az első visszaverődéstől megközelítőleg egy távolságban és 30 MHz-ig terjedő frekvenciatartományban mozognak, és az úgynevezett ionogramban megjeleníthetik a fényvisszaverő réteg magasságát az átviteli frekvencia függvényében. Az amplitúdó és az átmeneti idő (amely a látszólagos visszaverődési magasságnak felel meg) mellett egy lehetséges Doppler-eltolódás, polarizációs változások és a legkedvezőbb beesési szög is levezethető az echo jelekből. Ezen adatok segítségével számítógépes szimulációval meghatározható a pontos terjedési útvonal, és ennek alapján a mért tranzitidő a talaj feletti távolságra konvertálható.

Vízszintes (felszíni hullám)

Az OTH-SW radarberendezések 2… 3 MHz, de legfeljebb 20 MHz vivőfrekvenciát használnak. Szükség esetén a fenti frekvenciákat is fel lehet használni, de nem képeznek ilyen erős dudorokat , ezért a maximális tartományban vannak veszteségeik. A földhullám alkalmazkodik a föld felszínének görbületéhez, és az ismert terjedési út miatt pontosabb tartománymérést tesz lehetővé, mint az OTH-B. Nagyon hosszú hullámhosszak mellett az elektromágneses hullámok a tenger felszínéhez kapcsolódnak, amely meglehetősen vezetőképes, és így leküzdi a föld görbületét. Ezekkel a radarberendezésekkel a hely pontossága nem lehet jobb, mint az alkalmazott hullámhossz.

A légiforgalmi irányító radar (piros) észlelési területeinek összehasonlítása az OTH-SW radarral. (A mértékegységek tengeri mérföldek a távolságban és a lábak magasságban)

Alkalmazás

Az OTH-SW radareszközök lehetséges alkalmazásai:

  • a hajók mozgásának kiterjedt felderítése a partvédelem érdekében;
  • Hajóforgalom figyelése a tengerbiztonság érdekében;
  • Helyreállítás és mentés hajóbalesetek esetén;
  • A trópusi ciklonok és szökőárak katasztrófára való figyelmeztetése
  • A jéghegyek sodródásának megfigyelése;
  • A part menti területeken végzett építési tevékenységek felügyelete;
  • A part menti régió környezetvédelmének figyelemmel kísérése.

Ezt a módszert gyakran használják a parti védelemben a csempészek felderítésére . Olyan érzékenyen hangolható, hogy az egyes úszó emberek biztonságosan elhelyezkedhessenek. Az OTH-B tartományokat azonban nem éri el.

Ezt a módszert használják az okeanográfiai mérések (hullámmagasság, sebesség, távolságok és áramlási irányok) mérésére a Bragg-egyenlet segítségével, valamint a környezeti szennyezés és esetleg annak okainak felderítésére is. Ebben az esetben az FMCW radar módszert alkalmazzák, és 50–250 km tartományt érnek el az 5 MHz és 55 MHz közötti frekvenciatartományban. Ez a módszer is korlátozott a cunami előrejelző alkalmas

példa

A Raytheon cég a kanadai hadsereg megbízásából kifejlesztett egy ilyen radart, amely HF felszíni hullámú radar SWR-503 néven vált ismertté . Ez egy tengeri felügyeleti radar az illegális tevékenységek, például a kábítószer-kereskedelem, a csempészet, a kalózkodás, a halrablás és az illegális bevándorlás leküzdésére. A régióban a jéghegyek sodrása is megfigyelhető. 660 méter hosszú antennamezőből áll, amelyek negyedhullámú dipólusokból állnak, amelyek körülbelül 50 méterre vannak egymástól. Ez a használt radar sáv 3 MHz körüli hullámhosszának felének felel meg. Az antennamező a 200 mérföldes zónán belül képes megfigyelni a célpontokat egy 120 ° -os szektorban. A helyzetmeghatározás pontossága körülbelül 100 méter (megfelel az alkalmazott hullámhossznak). A gyártó kijelenti, hogy ez a rendszer alacsony repülésű cirkálórakétákat is képes észlelni, ha 15 MHz és 20 MHz közötti frekvenciatartományban működik.

Elektromágneses kompatibilitás

A horizonton túli radar erőteljes impulzus alakú frekvenciasáv-jelei megzavarják a rövidhullámú sugárzást a 10 MHz és 20 MHz közötti frekvenciatartományban nagy területen, és néha jelentősen. A rádiótechnikai szlengben az ilyen interferálókat "harkálynak (a továbbiakban a feltűnő átviteli minta miatt) harkálynak " nevezik ".

Ma jobb technológiákat alkalmaznak a horizonton túli radarokhoz. A kölcsönös interferenciát intra-pulzus moduláció és zaj moduláció segítségével lehet csökkenteni. Gyengébb frekvenciasávszélességi interferencia azonban még mindig előfordul.

Például a horizonton lévő Plútót a ciprusi brit Akrotiriben, a rádióamatőrök a 10,13 MHz és 18,13 MHz frekvenciákon figyelik meg a megfelelő 40 kHz frekvenciasávszélességgel (egyenként négy rövidhullámú rádiócsatornának felelnek meg). Kínai horizonton túli radar is hallható Németországban a 6,93 MHz és 7,10 MHz közötti frekvenciákon.

Az OTH-SW-Radar Wera viszont megpróbál megtalálni egy kevésbé használt frekvenciatartományt azáltal, hogy adást („ hallgat beszélgetés előtt ”) szolgáltat, mielőtt továbbítaná. Emiatt és a szokatlanul alacsony 30 wattos átviteli teljesítmény miatt a Wera-nál alacsony a kölcsönös interferencia.

Ismert állomások

Az USA által üzemeltetett ROTHR-TX, -VA és -PR lábnyoma

irodalom

  • JM Headrick, HF a horizonton radar fejezet 24 MI Skolnik, radar Handbook ( PDF , 1,8 MiByte)

web Linkek

Commons : Over-the-horizon radar  - képek, videók és audio fájlok gyűjteménye
Wikiszótár: A horizont felett radar  - jelentésmagyarázatok, szóeredet, szinonimák, fordítások

Tschernobyl-2 (2014) fotóriport (német)

  • A TULELAKE AFS AN / FPS-118 OTH-B RADAR FACILITY fotói angolul

Egyéni bizonyíték

  1. ↑ Az AN / FPS-95 horizonton átterjedő hátsó szóró radar (Radar-rendszer leírása) , 4 rész 1. része, az AN / FPS-95 Cobra FOIA dokumentumaiban ( online )
  2. ↑ Daniel Möller, horizonton túli radarok rövid hullámban a www.fading.de oldalon
  3. ↑ Kenneth Davies: Ionoszférikus rádió . Peter Peregrinus Ltd (az Villamosmérnökök Intézetének nevében), London, 1990, ISBN 0-86341-186-X .
  4. ↑ 4 MHz-en a maximális hatótávolság 250km-rel van megadva (Forrás: Radar Tutorial ), csak 30 MHz-en 45 km-en (forrás: WERA jellemzői a Hamburgi Egyetemen)
  5. ↑ A. Dzvonkovskaya, D. Figueroa, K.-W. Gurgel, H. Rohling, T. Schlick, HF Radar WERA Cunami megfigyelése Chile közelében a legutóbbi nagy japán földrengés után , IRS 2011 Nemzetközi Radar Szimpózium, Lipcse, Németország, 2011 Proceedings International Radar Symposium 2011, ISBN 978-1-4577 -0138-2 , 125–130, 2011. szeptember ( absztrakt )
  6. ↑ HELZEL Messtechnik GmbH sajtóközlemény ( online ; PDF; 1,8 MB)
  7. ^ Norman Friedman: A Haditengerészeti Intézet útmutatója a világ haditengerészeti fegyverrendszereihez . Naval Institute Press, MD, Annapolis. 2006, ISBN 1-55750-262-5 , pp. 18 (angol, korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).
  8. ↑ A Wera rendszer műszaki adatai ( http://www.radartutorial.eu/19.kartei/karte712.de.html )
  9. ↑ Kínai Over-the-Horizon Backscatter Radars (OTH-B) a http://www.globalsecurity.org/ címen (angol nyelven)
  10. ↑ Radar Systems rövidhullámú (PDF 10,0 MB)
  11. ↑ Philippe Dorey és munkatársai, Nostradamus: A radar, amely szeizmométer akart lenni a GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 37, (online PDF, 0,5 MB)
  12. ↑ Oroszország új radarja, amely egész Európát, így Nagy-Britanniát is figyeli, a Pravda 2011. november 28-i online cikke
  13. ↑ Oroszország üzembe helyezi a radarrendszert Kalinyingrádban, a Vorarlberg Online cikke 2011. november 29-től online