radar

ilustracija
RADAR za nadzor zračnoga prostora s elektroničkim zakretanjem snopa po elevaciji, dometa oko 400 km; na vrhu se nalazi antena sekundarnoga radara
ilustracija1ilustracija2

radar (akronim od engl. Radio Detection and Ranging: otkrivanje i određivanje udaljenosti radiovalovima), elektronički uređaj za određivanje udaljenosti, azimuta, elevacije i brzine nekog objekta na temelju refleksije iz uređaja emitiranih elektromagnetskih valova od taj objekt. Prvi uređaj izradio je oko 1900. njemački izumitelj Christian Hülsmeyer, a predložena je njegova primjena u sprječavanju sudara brodova. Razvoj ratnoga zrakoplovstva, posebice teških bombardera, potaknuo je razvoj radara jer je trebalo razviti uređaj za rano upozoravanje na dolazeću opasnost. Prvi uređaj u osnovi istovjetan današnjim radarima izradio je Robert Watson-Watt (1935).

Radar omogućuje otkrivanje objekata u uvjetima loše i smanjene vidljivosti, npr. u mraku, kroz dim, maglu, kišu ili snijeg. Kako se elektromagnetski valovi šire ravnocrtno, domet je radara ograničen zakrivljenošću Zemljine površine, pa npr. u kontroli zračnoga prometa iznosi oko 400 km. Veći domet (više tisuća kilometara) ima jedino radar koji koristi refleksiju valova na ioniziranim slojevima atmosfere. U ratu je radar stekao izvanrednu važnost, a u mirnodopskoj se primjeni ističe njegova uloga u sigurnosti pomorskoga, zračnog i cestovnoga prometa.

Načelo rada

Radar se sastoji od antene, radioodašiljača, radioprijamnika i računala za obradbu i prikaz podataka. Ako su odašiljač i prijamnik postavljeni na različitim mjestima i imaju zasebne antene, radar je bistatički, odn. multistatički ako ima više odašiljača i prijamnika. Odašiljač i prijamnik mogu se nalaziti i na istome mjestu, odvojeni tzv. duplekserom, koji im omogućuje da se ista antena rabi za odašiljanje i prijam elektromagnetskih valova; takav se radar naziva monostatičkim. U početku su radari većinom bili bistatički zbog nemogućnosti postizanja dovoljne izolacije između odašiljačkih impulsa velike snage (i do nekoliko megavata) i prijamnika velike osjetljivosti kakva je potrebna za prijam reflektiranoga vala vrlo male snage (10–13 do 10–14 W). Razvojem dupleksera s dovoljnom izolacijom i mogućnošću brzoga prespajanja ti su nedostatci uklonjeni. Danas su radari većinom monostatički, ali se važnost bistatičkih i multistatičkih radara ponovno povećala zbog njihove mogućnosti da lakše i sigurnije opaze tzv. nevidljive zrakoplove.

Odašiljač zrači elektromagnetske valove kao niz kratkih impulsa u trajanju reda veličine mikrosekunde, a impulsi se ponavljaju nakon 1 do 50 ms. U razdoblju između odašiljanja dvaju uzastopnih impulsa prijamnik prima odjeke koji nastaju refleksijom odašiljačkih impulsa od objekata u promatranom prostoru. Kako bi se omogućilo promatranje (pretraživanje) cijeloga prostora u okolini radara, antena se najčešće mehanički zakreće po azimutu i/ili elevaciji. Umjesto zakretanja cijele antene, može se elektronički zakretati samo glavni snop zračenja antene, što omogućuje znatno veće brzine promatranja prostora.

Udaljenost (R) objekta (cilja) od radara određuje se na temelju vremena (t) potrebnoga da elektromagnetski val prijeđe put od radara do objekta i natrag: R = c t /2, gdje je c brzina svjetlosti. Kutne koordinate objekta (azimut i/ili elevacija) određuju se iz smjera u kojem je postavljen glavni snop zračenja antene u trenutku prijama odjeka. Znatno veća točnost određivanja kutnih koordinata postiže se primjenom prijamne antene s više istodobnih glavnih snopova zračenja i međusobnom usporedbom tako dobivenih signala (tzv. monoimpulsni radar). Brzina objekta (npr. cestovnoga vozila) određuje se iz Dopplerova pomaka frekvencije signala odjeka u odnosu na frekvenciju odaslanoga signala. Dopplerov se pomak frekvencije određuje iz razlike faza između više signala odjeka u nizu, koji su primljeni od istog objekta (→ dopplerov efekt). Prikupljeni podatci se digitaliziraju, obrađuju u računalu i prikazuju na zaslonu. Brzina i smjer kretanja objekata mogu se prikazati dodatnim vektorom brzine pridruženim svakom objektu na zaslonu. Takvu se prikazu mogu dodati i zemljopisna karta promatranoga područja, opis pojedinog objekta (identifikacija, udaljenost, brzina) i drugi podatci značajni za specifičnu primjenu pojedinoga radarskog sustava.

Frekvencijsko područje radara ovisi o njegovoj primjeni, a nalazi se u rasponu od približno 10 MHz do 100 GHz. Na najnižim frekvencijama rade radari za promatranje iza obzora refleksijom valova od ionosfere; u području od 100 MHz do 2 GHz, zbog malog utjecaja atmosfere na valove tih frekvencija, rade radari velikoga dometa za nadzor zračnoga prostora; u području od 2 do 8 GHz rade radari za točnije određivanje položaja, za promatranje srednjeg dometa, za praćenje te za gađanje većega dometa. Na frekvencijama od 8 do 12 GHz radi najveći broj zrakoplovnih, meteoroloških, brodskih i navigacijskih radara, jer to frekvencijsko područje omogućuje primjenu poluvodičkih izvora male mase i izmjera te primjenu relativno malenih antena velike usmjerenosti. Na još višim frekvencijama rade radari za posebne namjene te eksperimentalni sustavi (npr. radari za svemirska istraživanja (→ radioastronomija), radari na cestovnim vozilima i sl.).

Primjena radara

Među najvažnijim je područjima primjene radara kontrola zračnoga prometa, u kojoj se rabe promatrački radari velikoga dometa (oko 400 km) i radari koji nadziru prilaz pojedinoj zračnoj luci (domet nekoliko desetaka kilometara). U kontroli zračnoga prometa rabi se i radar s aktivnim odjekom (sekundarni radar), koji ne djeluje na načelu jednostavnog odraza elektromagnetskoga vala od zrakoplova, nego se primjenjuje poseban uređaj na zrakoplovu (tzv. odgovarač), koji šalje povratne impulse kada se pobudi impulsima sa zemaljskoga radara i omogućuje prijenos dodatnih informacija (npr. identifikacija zrakoplova). Sekundarni radar razvijen je za vojne potrebe, s namjerom da se omogući razlikovanje vlastitih od neprijateljskih zrakoplova, a danas je on značajna podrška kontroli civilnoga zračnog prometa. Iako je sekundarni radar zapravo radiokomunikacijski sustav s automatskim odgovaranjem, uobičajeno se svrstava u radarske sustave.

Navigacijski radari

Navigacijski radari manjega su dometa (do 100 km) i značajna su pomoć posadi pri upravljanju brodovima i zrakoplovima u uvjetima smanjene vidljivosti i/ili gustoga prometa. Slični se radari postavljaju u zračnim i pomorskim lukama te uz plovne puteve i služe za nadzor prometa. (→ navigacija)

Meteorološki radari

Meteorološki radari rade u više frekvencijskih područja, jer se zbog različite reflektivnosti na različitim frekvencijama može dobiti znatno više meteoroloških podataka. Služe za lociranje područja oborina i oblaka u atmosferi i njihovo gibanje, za određivanje vrste i intenziteta oborina (kiša, snijeg, tuča i dr.), strukture oblaka, za dobivanje trodimenzijske slike područja te utvrđivanje područja turbulencije i moguće opasnosti za objekte na tlu i u zraku. Meteorološki radari rade na valnim duljinama od 1 do 20 cm, s odaslanom snagom od 100 do 1000 kW i dosegom od nekoliko desetaka do više stotina kilometara. Dopplerov radar djeluje na principu Dopplerova efekta i omogućuje mjerenje radijalne brzine ciljeva u atmosferi (oborinskih čestica, čestica prašine) koji se gibaju izravno prema radaru ili od njega. Neke vrste radara koriste se kao vjetreni presječnici za dobivanje vertikalnoga profila vjetra unutar troposfere. Neki radari služe i za određivanje visinskoga vjetra (praćenje radarske mete koja visi ispod meteorološkoga balona), a posebna je vrsta radara postavljena i na nekim meteorološkim satelitima za određivanje morskih valova. (→ lidar)

Radari sa sintetskom antenom

Radari sa sintetskom antenom služe za promatranje površine Zemlje ili drugih planeta, a njima prikupljeni podatci nalaze primjenu u agronomiji, šumarstvu, rudarstvu, arheologiji, meteorologiji, geografiji, oceanografiji, ekologiji, razminiranju, astronomiji itd. Njihova je antena postavljena na pokretni objekt (zrakoplov, satelit, upravljivi balon) koji se kreće konstantnom brzinom iznad ili uzduž promatranoga područja. Računalnom obradbom podataka prikupljenih promatranjem uz više uzastopnih položaja antene dobiva se slika promatranoga područja visoke razlučivosti, koja djeluje kao da je dobivena antenom znatno većih izmjera od stvarne antene. S obzirom na to da je ta virtualna antena rezultat računalne obradbe, ona se naziva i sintetskom antenom pa odatle potječe i naziv te vrste radara.

Radari u vojništvu

Vojna primjena radara slijedila je ubrzo nakon njegova izuma. Tako je Velika Britanija 1936–39. postavila uzduž južne i istočne obale lanac radarskih postaja za obranu od njem. zračnih i pomor. napada, a SAD je do 1940. počeo proizvoditi impulsne radare za praćenje zrakoplova i nadzor vatre protuzračnih topova. Ubrzo su se užurbanom razvoju i vojnoj primjeni radara pridružili Njemačka, SSSR i Japan. Premda je najprije služio u mornarici i zrakoplovstvu, danas se radar intenzivno rabi u svim granama oružanih snaga. Najčešće su uporabe u protuzračnoj obrani, proturaketnoj obrani, prikupljanju obavještajnih podataka te nadzoru vatre različitih oružanih sustava, od topništva, do tenkova, zrakoplova i brodova. Suvremeni bojišnički radari otkrivaju i prate kretanje vozila, ali i pojedinačnih vojnika na bojištu. Složenost suvremenih oružanih sustava zahtijeva istodobnu uporabu više radara različitih parametara, od kojih svaki ima posebnu zadaću (npr. na suvremenom ratnom brodu to je navigacija, pretraživanje površine mora, pretraživanje zračnoga prostora, određivanje visine cilja, nadzor vatre). Danas je u središtu istraživanja razvoj radarski vođenih projektila te radara za rano otkrivanje, praćenje i uništenje raketa s nuklearnim bojnim glavama.

U Oružanim snagama RH od 1999. počeo se razvijati suvremeni radarski sustav zasnovan na pet zemaljskih radara FPS117 Lockheed Martin, namijenjenih ranom otkrivanju zrakoplova (na udaljenosti do 300 km, visini do 30 km), te četiri obalna motriteljska radara Enhanced Peregrine za motrenje niskoletećih objekata do visine 3 km i otkrivanje ciljeva na moru do 100 km udaljenosti. Iako su dio vojne strukture, ti će se radari koristiti i za civilne svrhe nadzora i sigurnost zračnoga i pomorskoga prometa.

radar. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 14.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=51409>.