Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

radar

Oprindelig forfatter SNM Seneste forfatter Redaktionen

Radar. Princippet i radardetektering er, at en impuls, dvs. en kortvarig elektromagnetisk bølge, afsendes fra en radarantenne. Hvis bølgen møder metalgenstande (her et fly), vil en del af bølgen reflekteres (ekko) og opfanges i antennen. Tidsforsinkelsen fra afsendelse til modtagning af impulsen er et mål for afstanden til den reflekterende genstand.

Radar. Princippet i radardetektering er, at en impuls, dvs. en kortvarig elektromagnetisk bølge, afsendes fra en radarantenne. Hvis bølgen møder metalgenstande (her et fly), vil en del af bølgen reflekteres (ekko) og opfanges i antennen. Tidsforsinkelsen fra afsendelse til modtagning af impulsen er et mål for afstanden til den reflekterende genstand.

radar, (fork. af eng. radio detection and ranging), teknik til kortlægning af omgivelserne ved udsendelse af et radio- eller mikrobølgesignal og efterfølgende detektion af ekkoer.

Der findes to hovedtyper af radarsystemer. Pulsradar bestemmer afstanden til et givet radarmål ud fra tidsforsinkelsen af ekkoet af et pulseret signal, mens Dopplerradar normalt udsender et kontinuert signal og måler frekvensforskydningen af det modtagne ekko. Pga. Dopplereffekten vil ekkoet fra et mål, der bevæger sig mod radaren, have en højere frekvens, og ekkoet fra et mål, der bevæger sig bort fra radaren, have en lavere frekvens end det udsendte signal.

Med moderne computer- og signalbehandlingsteknik er det muligt at kombinere de to principper i puls-Dopplerradar, hvor man samtidig kan bestemme afstanden til og hastigheden af målet. Radarsystemer, der kan bestemme Dopplerforskydninger, betegnes kohærente.

Annonce

Teknik

Radarsignalet udsendes af en antenne, som begrænser udstrålingen til en bestemt retning. Til luft- eller havovervågning anvendes oftest en roterende antenne, således at alle retninger bliver afsøgt, og de modtagne ekkoer præsenteres på en skærm, der viser det område, radaren dækker. Alternativt kan man ved anvendelsen af elektronisk styrede antennegrupper scanne antennestrålen over fx ±60° uden mekanisk bevægelse.

Radar. Hovedkomponenter og signalveje i et radarsystem.

Radar. Hovedkomponenter og signalveje i et radarsystem.

Til kortlægningsopgaver fra fly og satellitter er der normalt kun behov for én scanning pr. overflyvning, og der benyttes da en antenne, hvis udstrålingsretning er vinkelret på flyets eller satellittens bevægelsesretning. Antennestrålen vil således blive trukket hen over landskabet.

Radarantenners størrelse varierer fra få centimeter i diameter på fx radar til højdebestemmelse på fly (altimetre) til størrelser sammenlignelige med en fodboldbane, fx i radarsystemer til detektion af ballistiske missiler og til bestemmelse af rumobjekter.

Der anvendes forskellige teknikker til generering af radarsignalet. Den mest almindelige senderkomponent er magnetronen, som anvendes i forholdsvis simple skibsradarer og også kendes fra mikrobølgeovne. Mere avancerede (kohærente) radarer benytter klystroner eller vandrebølgerør, der begge virker som højeffektforstærkere. Klystroner kan konstrueres til at generere sendeeffekter på over en megawatt, mens vandrebølgerør typisk genererer effekter på nogle kilowatt. De avancerede systemer anvender også nøjagtige referenceoscillatorer, som sikrer en velbestemt og ren grundfrekvens af signalet, hvorved selv meget små Dopplerforskydninger kan bestemmes.

Behandlingen af de modtagne ekkoer og den visuelle præsentation af radarbilledet sker med brug af moderne computerteknologi. I avancerede radarsystemer er signalerne ofte kodede; derved kan der sendes et langt signal og derfor megen energi mod eventuelle mål, hvorved radaren får stor følsomhed. Det modtagne ekko dekodes og komprimeres til en kort puls vha. digital signalbehandling, som også kan kombinere modtagne ekkoer fra mange udsendte pulser. Med denne teknik opnår radaren ud over stor følsomhed en høj opløsningsevne, samtidig med at det bliver muligt at separere ønskede mål fra forstyrrende ekkoer (eng. radar clutter).

Rækkevidden af et radarsystem afhænger af mange faktorer, specielt bølgelængden af det udsendte signal, antennestørrelsen og dens højde over jordoverfladen, sendeeffekten, pulslængden, modtagerstøjen, den anvendte signalbehandling samt målets radartværsnit (styrken af ekkoet fra radarmålet).

Anvendelse

Radar anvender normalt bølgelængder fra ca. 1 cm til 3 m. Denne langbølgede elektromagnetiske stråling dæmpes kun svagt af skyer og nedbør, og radarens uafhængighed af sollys og vejrforhold har betydning for dens mange både civile og militære anvendelser.

Radar er siden 2. Verdenskrig blevet anvendt på skibe og fly til detektion af andre fartøjer for at undgå sammenstød. Samtidig anvendes disse systemer til navigation, idet radarbilledet ofte vil vise landkendinger, kystlinjer samt radarfyr og -bøjer (se radarnavigation).

Civile anvendelser inkluderer ud over luft- og havovervågning vejrradarsystemer til bestemmelse af nedbør, turbulens eller andre atmosfæriske parametre, politiets fartkontroller, kortlægning af havis eller olie på havets overflade og kortlægning af Jordens og andre planeters overflade fra satellitter.

En teknik, der kaldes syntetisk apertur radar (SAR), gør det muligt at optage billeder af Jordens overflade med høj opløsning på trods af den lange bølgelængde sammenlignet med optiske systemer. En SAR benytter en antenne, der er rettet vinkelret ud fra radarplatformen, typisk et fly eller en satellit. For at opnå den gode opløsningsevne er det nødvendigt med en meget lang antenne, flere hundrede meter for et fly og flere kilometer for en satellit. Så lange antenner lader sig vanskeligt realisere, men ved at computerbehandle modtagne signaler fra mange tusinde radarpulser udsendt efter hinanden, mens radaren flytter sig, kan man imitere en udstrakt antenne (såkaldt syntetisk apertur). SAR-optagelser benyttes fx ved kortlægning af havis, olieforurening og skovrydning i tropiske områder. Ved at sammenholde data optaget på forskellige tidspunkter kan man endvidere studere forskydninger i jordoverfladen i forbindelse med jordskælv, vulkanudbrud og minedrift eller hastighedsbestemme bevægelsen af fx gletschere.

Afstanden fra en satellit til havets overflade kan måles med et radaraltimeter med centimeters nøjagtighed. Da satellitters position kan bestemmes lige så nøjagtigt, kan man efter korrektion for bl.a. tidevand bestemme middelvandstanden med centimeters nøjagtighed. Det bruges til kortlægning af geoiden (middelvandstanden), statisk såvel som dynamisk. Dynamiske ændringer af geoiden kan relateres til bl.a. strøm- og klimatiske forhold (fx El Niño).

Radar har mange militære anvendelser. Farvands- og luftovervågning fra jordbaserede radaranlæg spiller en afgørende rolle i strategisk forsvar og taktisk krigsførelse. Flybaserede radarsystemer kan på stor afstand detektere lavtgående fly, som ikke kan ses af jordbaseret radar pga. Jordens krumning. AWACS-flyene kan således observere al lufttrafik på adskillige hundrede kilometers afstand. JSTARS (eng. Joint Surveillance Target Attack Radar System) er et andet militært system, der anvender SAR til at kortlægge Jordens overflade og detektere bevægelige mål på Jorden. Radarteknikken er endvidere afgørende for den præcision, som findes i moderne våbensystemer.

Et princip kaldet sekundær radar (eng. Air Traffic Control Beacon System) er af stor betydning for kontrol og overvågning af flytrafik. En sender (interrogator) til et sekundært radarsystem er normalt monteret over antennen på en konventionel radar til luftovervågning. Interrogatoren udsender et kodet signal, som modtages af en speciel transponder, som i dag er monteret på alle større fly. Transponderen sender information om fx flyets identifikationskode og højde tilbage til interrogatoren. Da det returnerede signal er elektronisk genereret, kan man opnå et godt signal-støj-forhold selv for små fly og på stor afstand. Modtageantennen til interrogatorsystemet er af en særlig type (monopuls-antenne), der tillader, at retningen til transponderen bestemmes meget præcist. Flyveledere har således adgang til præcise informationer om position, højde og flyidentitet for fly, der er udstyret med en transponder til sekundær radar.

Historie

Opfindelsen af radar tilskrives den tyske ingeniør Christian Hülsmeyer (1881-1957), som i 1904 tog patent på et "apparat til detektion af forhindringer og til skibsnavigation", som han kaldte et telemobiloskop. Tidligere, i 1888, havde H. Hertz demonstreret, at radiobølger reflekteres af metalliske objekter.

Tilliden til radarsystemer var imidlertid begrænset i begyndelsen. Først i 1930'erne fortsatte udviklingen, specielt i Storbritannien og USA. En amerikansk radar observerede et stort antal fly på vej mod Pearl Harbor den 7. december 1941, men radarobservationerne blev først taget alvorligt, da bomberne begyndte at falde. Under 2. Verdenskrig blev der investeret enorme resurser i at forbedre radarsystemer. Tidligere havde man brugt lange bølgelængder, mellem 1 og 10 m, men i løbet af krigen udviklede man komponenter med bølgelængder i centimeterområdet, som gjorde systemerne mere kompakte og gav højere opløsningsevne. Slaget om England under 2. Verdenskrig blev vundet, bl.a. fordi briterne på basis af radar var i stand til at udnytte numerisk underlegne luftstyrker optimalt. Også under Slaget om Atlanterhavet spillede radaren en afgørende rolle, idet det var muligt at lokalisere uddykkede tyske ubåde uden for synsvidde og om natten.

Siden 1950'erne har især udviklingen af transistorteknologien, højeffektive sendere og anvendelsen af computere i radarsystemer ført til den avancerede radarteknologi, vi kender i dag.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Søren Nørvang Madsen: radar i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 24. maj 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=148081