[Tìm hiểu] Radar là gì? Nguyên lý và Ứng dụng của radar
Ra đa là gì? Hãy thử tưởng tượng một chiếc máy bay khổng lồ, có kích thước bằng một tòa nhà, đáp xuống một đoạn đường băng ngắn ở giữa thành phố, vào đêm muộn, trong sương mù dày đặc. Làm sao bạn có thể mong đợi hạ cánh an toàn nếu bạn không thể nhìn thấy nơi bạn sẽ đến? Phi công vượt qua khó khăn này bằng cách sử dụng radar, một dạng “nhìn” sử dụng sóng vô tuyến tần số cao. Radar ban đầu được phát triển trong Thế chiến thứ hai để phát hiện máy bay địch, nhưng hiện được sử dụng trong mọi thứ, từ súng bắn tốc độ của cảnh sát đến dự báo thời tiết đến cảm biến radar trên không. Công nghiệp…
Ra đa là gì? Hãy cùng nhau tìm hiểu nhé!
Ra đa là gì
Radar là viết tắt của “radio detection aand ranging”. Chúng được thiết kế để phát hiện và định vị thông qua sóng vô tuyến. Về cơ bản, nó là một hệ thống điện từ phát hiện vị trí và khoảng cách của một vật thể từ điểm đặt radar. Nó hoạt động bằng cách bức xạ năng lượng vào không gian và theo dõi các tín hiệu dội lại hoặc phản xạ khỏi các vật thể. Nó hoạt động trong phạm vi UHF và vi sóng.
Cấu trúc của một hệ thống radar là gì
Các hệ thống radar thường bao gồm một máy phát tạo tín hiệu điện từ được gửi qua ăng-ten vào không gian. Khi tín hiệu này bị chặn bởi bất kỳ đối tượng nào, nó sẽ phản xạ hoặc dội lại theo nhiều hướng. Tín hiệu phản xạ hoặc dội lại được nhận bởi ăng-ten radar, tín hiệu này được gửi đến máy thu nơi nó được xử lý để xác định địa lý của đối tượng.
Phạm vi được xác định bằng cách tính toán thời gian cần thiết để tín hiệu truyền từ radar đến mục tiêu và ngược lại. Vị trí của mục tiêu được đo ở một góc so với hướng ăng-ten chỉ theo hướng tín hiệu dội lại biên độ cực đại. Sử dụng hiệu ứng Doppler để đo khoảng cách và vị trí của các đối tượng chuyển động.
Các bộ phận chính của hệ thống radar là gì
Đây là 6 bộ phận chính của hệ thống radar:
- Máy phát điện: Đây có thể là bộ khuếch đại công suất như klystron, bộ tạo dao động công suất như ống sóng di chuyển hoặc máy phát điện từ. Đầu tiên, tín hiệu được tạo bằng bộ tạo dạng sóng và sau đó được khuếch đại trong bộ khuếch đại công suất.
- Ống dẫn sóng: Ống dẫn sóng là các đường truyền mang tín hiệu radar.
- Ăng-ten: Ăng-ten được sử dụng có thể là gương phản xạ parabol, mảng phẳng hoặc mảng định hướng điện tử.
- Bộ song công: Bộ song công cho phép ăng-ten hoạt động như một bộ phát hoặc bộ thu. Nó có thể là một thiết bị gas tạo ra đoản mạch ở đầu vào của máy thu khi bật máy phát.
- Bộ thu: Đây có thể là bộ chuyển đổi tần số (bộ thu siêu ngoại lệ) hoặc bất kỳ bộ thu nào khác có bộ xử lý để xử lý và phát hiện tín hiệu.
- ngưỡng quyết định: So sánh đầu ra của máy thu với ngưỡng để phát hiện sự hiện diện của bất kỳ đối tượng nào. Nếu đầu ra dưới bất kỳ ngưỡng nào, nhiễu được cho là có mặt.
- Trong phòng không, nó được dùng để phát hiện mục tiêu, xác định mục tiêu và điều khiển vũ khí (dẫn đường cho vũ khí theo dõi mục tiêu).
- Hướng dẫn vũ khí trong hệ thống tên lửa.
- Xác định vị trí của kẻ thù trên bản đồ.
- Được sử dụng để kiểm soát không lưu gần các sân bay. Radar giám sát trên không được sử dụng để phát hiện và hiển thị vị trí của máy bay trong nhà ga sân bay.
- Sử dụng radar để hướng dẫn máy bay hạ cánh trong thời tiết xấu.
- Bề mặt sân bay để quét máy bay và vị trí mặt đất
- Radar có thể được sử dụng để quan sát thời tiết hoặc quan sát vị trí của các hành tinh và theo dõi băng biển để đảm bảo tàu bè di chuyển thuận lợi.
- Cảnh sát giao thông cũng có thể sử dụng radar để xác định tốc độ của phương tiện và kiểm soát chuyển động của phương tiện đó bằng cách cảnh báo về sự hiện diện của các phương tiện khác hoặc bất kỳ chướng ngại vật nào khác phía sau phương tiện.
- Hướng dẫn tàu vũ trụ hạ cánh an toàn trên mặt trăng
- Quan sát các hệ hành tinh
- Phát hiện và theo dõi vệ tinh
- Theo dõi thiên thạch
Ra đa hoạt động như thế nào
Radar hoạt động giống như sự phản xạ của sóng âm thanh. Nếu bạn hét về hướng có vật thể phản chiếu, chẳng hạn như hẻm núi đá hoặc hang động, bạn sẽ nghe thấy tiếng vang. Nếu bạn biết tốc độ âm thanh trong không khí, bạn có thể ước tính khoảng cách và hướng chung của một vật thể. Nếu tốc độ âm thanh đã biết, thời gian cần thiết để tiếng vang quay trở lại có thể xấp xỉ bằng khoảng cách.
Radar sử dụng các xung năng lượng điện từ theo cách tương tự. Năng lượng tần số vô tuyến (rf) được truyền tới và phản xạ từ các vật thể phản xạ. Một lượng nhỏ năng lượng được phản xạ trở lại bộ phận radar. Năng lượng trở lại này được gọi là tiếng vang. Các thiết bị radar sử dụng tiếng vang để xác định hướng và khoảng cách của các vật thể phản xạ.
Trong những điều kiện nhất định, hệ thống ra-đa có thể đo hướng, độ cao, khoảng cách, tiến trình và tốc độ của những vật thể này. Tần số của năng lượng điện từ được sử dụng trong radar không thấm vào bóng tối và cũng có thể xuyên qua sương mù và mây. Điều này cho phép các hệ thống radar xác định vị trí máy bay, tàu hoặc các chướng ngại vật khác mà mắt thường không thể nhìn thấy do khoảng cách, bóng tối hoặc thời tiết.
Các radar hiện đại có thể trích xuất nhiều thông tin từ tiếng vang của mục tiêu hơn là phạm vi. Nhưng tính toán khoảng cách bằng cách đo độ trễ thời gian là một trong những chức năng quan trọng nhất.
Radar xung là gì
Ra đa xung phát ra xung năng lượng cao và tần số cao vào các đối tượng mục tiêu. Sau đó, nó đợi tín hiệu bật ra khỏi vật thể trước khi gửi một xung khác. Phạm vi và độ phân giải của radar phụ thuộc vào tần số lặp xung. Nó sử dụng phương pháp dịch chuyển tần số Doppler.
Radar nguyên tắc sử dụng dịch chuyển Doppler để phát hiện các vật thể chuyển động, nó hoạt động theo nguyên tắc tín hiệu dội lại từ các vật thể đứng yên cùng pha và do đó bị triệt tiêu, trong khi tín hiệu dội lại từ một vật thể chuyển động với một số thay đổi pha.
Hai loại radar xung là:
Radar Doppler xung
Nó truyền các xung tần số cao lặp đi lặp lại để tránh các hiệu ứng Doppler không rõ ràng. Các tín hiệu truyền đi và tín hiệu dội lại được trộn lẫn trong máy dò để thu được dịch chuyển Doppler và tín hiệu chênh lệch được lọc bằng bộ lọc Doppler để loại bỏ các tín hiệu nhiễu không mong muốn.
ra đa mti
Nó truyền các xung tần số thấp lặp đi lặp lại để tránh các khoảng trống mờ. Trong hệ thống radar mti, tín hiệu dội lại từ các vật thể được chuyển đến bộ trộn nơi chúng được trộn với tín hiệu từ bộ tạo dao động cục bộ ổn định (stalo) để tạo tín hiệu if. Nếu tín hiệu được khuếch đại, thì tín hiệu đó sẽ được đưa đến bộ dò pha, trong đó pha của nó được so sánh với pha của tín hiệu từ bộ dao động kết hợp (coho) và tín hiệu vi sai được tạo ra. Tín hiệu kết hợp có cùng pha với tín hiệu phát. Các tín hiệu kết hợp và tín hiệu stalo được trộn lẫn và đưa đến bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại này được bật và tắt bằng bộ điều chế xung.
Radar sóng liên tục là gì
Radar sóng liên tục hiện không đo khoảng cách của mục tiêu, nhưng đo tốc độ thay đổi của khoảng cách bằng cách đo sự thay đổi tần số Doppler của tín hiệu tiếng vang. Trong sóng liên tục của radar, bức xạ điện từ được phát ra thay vì các xung. Nó chủ yếu được sử dụng để đo tốc độ.
Tín hiệu rf và tín hiệu if được trộn lẫn trong giai đoạn trộn để tạo ra tần số bộ dao động cục bộ. Tín hiệu RF là tín hiệu được truyền và tín hiệu mà ăng-ten radar nhận được bao gồm tần số RF cộng với sự dịch chuyển Doppler. Tín hiệu nhận được được trộn với tần số bộ tạo dao động cục bộ trong giai đoạn trộn thứ hai để tạo ra tín hiệu tần số trung gian. Tín hiệu này được khuếch đại và đưa đến giai đoạn trộn thứ ba, nơi nó được trộn với tín hiệu if để thu được tín hiệu tần số Doppler. Tần số Doppler hoặc độ lệch Doppler này cho tốc độ thay đổi của phạm vi mục tiêu và do đó vận tốc mục tiêu được đo.
Ứng dụng của radar
Ngày nay, radar có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực quân sự, công nghiệp và dân sự. Hãy xem xét một số ứng dụng tiêu biểu của radar.
Ứng dụng quân sự:
Kiểm soát không lưu:
Viễn thám:
Kiểm soát giao thông mặt đất bằng radar
Không gian:
Ứng dụng radar công nghiệp
Cảm biến báo mức chất lỏng sử dụng sóng radar để đo mức chất lỏng của các vật thể không tiếp xúc như: đo nước thải, đo hóa chất có tính axit ăn mòn, đo thực phẩm, đồ uống… bằng cách phát ra sóng radar và nhận tín hiệu phản hồi. Sau đó, mạch điện tử trong cảm biến sẽ chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu 4-20ma, tín hiệu này được gửi đến thiết bị hiển thị hoặc điều khiển.
Dòng cảm biến radar phổ biến như vậy là grlm-70 của dinel, có độ chính xác rất cao.
Bài viết này mang đến cho bạn những kiến thức bổ ích về Radar là gì và những ứng dụng của nó xung quanh chúng ta.
Tôi muốn nhận được ý kiến và đề xuất của bạn. Làm cho bài viết ngày càng hoàn thiện hơn.
Hãy giúp tôi bằng cách chia sẻ bài viết này! Cảm ơn!