Instytut Radiolokacji, Wydział Elektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna

Instytut Radiolokacji, Wydział Elektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna

00-908 Warszawa, ul. Gen. S. Kaliskiego 2

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA RADARU W OBSERWACJACH ŚRODOWISKA

V Ogólnopolska Szkoła

NADZWYCZAJNE ZAGROŻENIA ŚRODOWISKA

¾ RADAR; co to jest, zadania, klasyfikacje

¾ Zakresy częstotliwości pracy

¾ Anteny

¾ Przykłady zastosowań

¾ Tendencje rozwoju

¾ Wnioski

• R ^ADIO A ^{IDS FOR} D ^EFENCE A ^ND R ECONNAISSANCE

• RA ^DIO D ^ETECTION A ^ND R ^ANGING

Nietoperze w czasie lotu emitują średnio 20-30 impulsów na sekundę, natomiast gdy zbliżają się do przeszkody ich liczba wzrasta do ok. 200. Potrafią bezbłędnie odróżnić echo własnych dźwięków od innych, nawet o tej samej częstotliwości (pochodzących np. od innych nietoperzy). Odbioru własnych sygnałów nie zakłócają nawet hałasy otoczenia.

Echolokacja, sposób ustalania przez niektóre organizmy żywe swego położenia względem otaczających je przedmiotów, polegający na wysyłaniu i odbieraniu sygnałów akustycznych odbitych od otoczenia. Wykorzystywane częstotliwości są rzędu 150kHz lub więcej (piski ultradźwiękowe).

Są jedną z najbardziej interesujących przy tym mało znanych grup ssaków.

Niezwykłą cechą tych ssaków jest zdolność do echolokacji. Zdecydowana większość gatunków nietoperzy w czasie lotu emituje ultradźwięki, które jako echo wracają do ich uszu informując o otoczeniu. Ten niezwykły

"radar" został poznany przez naukowców dopiero 50 lat temu.

Metody rozpoznania technicznego

Akustyczne (pasywne)

Radiowe (pasywne)

Termowizyjne (pasywne) Radarowe

(pasywne/aktywne)

Optyczne

(pasywne/aktywne)

Podstawowe zadania radar

Podstawowe zadania radar ó ó w: w:

• wykrycie obecności obiektu;

• pomiar parametrów obiektu: odległość, prędkość, azymut i kąt elewacji;

• śledzenie trasy obiektu;

• klasyfikacja, rozpoznanie, identyfikacja;

• nawigacja;

• sterowanie.

• Zadania;

• Zasięg (od małego do pozahoryzontalnego);

• Rodzaj pracy (aktywny lub pasywny);

• Rodzaj sygnału sondującego;

• Sposób przetwarzania sygnałów – danych;

• Platforma na której radar jest zainstalowany (radar lądowy, radar pokładowy morski, radar pokładowy ulokowany na statku

powietrznym, a w tym i na sterowcu oraz bezpilotowym statku powietrznym – BSL, radar na pokładzie satelity);

• Mobilność (radary stacjonarne, transportowalne, mobilne, przenośne);

• Konfiguracje (radar mono-, bi- oraz multistatyczny);

• Pasma częstotliwości.

Długość fali

Częstot- liwość

Niektóre dziedziny zastosowań Nazwa rodzaju

promieniowania lub pasma

30kHz 10km

100km 3kHz

R ad io lo ka cj a R ad io fo ni a R ad io as tr on om ia

Sp ek tr os ko p ia m ik ro fa lo w a

Noktowizja

Grzejnictwo

1km 10m 1m

300kHz 3MHz 30MHz 300MHz

3GHz 30GHz 300GHz

3THz 30THz 300THz 3·10

THz 3·10

THz 3·10

THz 3·10

THz 3·10

THz 3·10

THz 3·10

THz 3·10

THz

Telewizja 10cm

1mm 0,1mm

10µm 1µm 0,1µm

100Å 10Å

1Å

100m 1cm 0,1Å 1mÅ 10mÅ 0,1mÅ

Promieniowanie nadfioletowe

Światło widzialne P ro m ie n io w an ie re n tg en ow sk ie

Promieniowanie gamma Promienio- wanie podczerwone

M ik ro fa le

F al e ra d io w e

Fale długie Fale bardzo

długie Fale średnie Fale krótkie Fale ultrakrótkie

Fale decymetrowe Fale centymetrowe

Fale milimetrowe Fale submilimetrowe

Technika jądrowa Defektoskopia

rentgenowska i gamma

terapia rentgenowska

M ed yc yn a

VHF UHF L S C X K _u K K _a Milimetr.

A B C D E F G H I J K L M

f 0,1 0,3 0,5 1 2 4 8 10 20 40 100

λ 300 100 60 30 15 10 7,5 5 3,75 1,5 0,75 0,5 0,3

[GHz]

[cm]

Radary naziemne i okr

Radary naziemne i okrę ętowe towe dalekiego zasi dalekiego zasię ęgu gu: :

• Wczesne ostrzeganie

• Kontrola obszaru powietrznego

Radary naziemne i pok

Radary naziemne i pokł ładowe adowe ś średniego zasi redniego zasię ęgu gu: :

• Naprowadzanie lotnictwa myśliwskiego

• Wykrywanie celów niskolecących

• Obserwacja powierzchni morza

Radary naziemne i pok

Radary naziemne i pokł ładowe adowe bliskiego zasi bliskiego zasi ęgu ę gu: :

• Nawigacja

• Śledzenie obiektów i kierowanie

• Radary geofizyczne

ANTENY

REFLEKTOROWE

PASYWNE SIECI ANTENOWE

ANTENY AKTYWNE

ŚCIANOWE ROZWIĄZANIA

HYBRYDOWE

Por Por ó ó wnanie pasywnego szyku antenowego (a) z anten wnanie pasywnego szyku antenowego (a) z anten ą ą aktywn aktywn ą ą (b) (b)

NADAJNIK

PRZEŁĄCZNIK N/O

ODBIORNIK

UKŁAD WZBUDZE-

NIA

ODBIORNIK

MODUŁ N/O

MODUŁ N/O

MODUŁ N/O MODUŁ

N/O MODUŁ

N/O

(a) (a) (b) (b)

SYSTEM ANTENOWY

SYSTEM ODBIORCZY Układy

wejściowe

b.w.cz. A / C

Cyfrowe układy przetwarzania sygnałów oraz danych

Głowica b.w.cz. Układy

konwersji Radar programowy

Informacje wyjściowe System zarządzania

zasobami oraz zadaniami radaru

SYSTEM NADAWCZY Układy

b.w.cz. A / C Cyfrowe układy generacji sygnałów

N / O

TRANSMIT AND RECEIVE

MILLIONS OF PULSES PER SECOND

PICOSECOND TIMING ACCURACY

33 GIGASAMPLES/S

UAV, SECURE COMMS, THROUGH-WALL SURVEILLANCE, SEEKER, etc.

• Radary meteorologiczne lokowane na powierzchni ziemi, na statkach powietrznych lub wynoszone w przestrzeń kosmiczną; do statków powietrznych zalicza się również BSL na pokładach których instaluje się coraz bardziej skomplikowaną i relatywnie ciężką aparaturę przy jednoczesnym wydłużeniu czasu trwania misji osiągającym obecnie ok. 50h;

• Radary geofizyczne w sensie urządzeń służących do penetracji

przypowierzchniowych warstw ziemi, obserwacji złóż soli, węgla, podziemnych zbiorników wodnych, instalacji itp.;

• Radary umożliwiające wykrywanie trzęsień ziemi, pożarów, powodzi;

• Radary pozwalające obserwować skażenia środowiska np. w postaci plam ropy na powierzchniach zbiorników wodnych;

• Radary służące do badań kosmosu (radary i radioteleskopy czyli radary pasywne);

• Radary służące do obserwacji obiektów pod powierzchnią wody (sonary-

hydrolokatory).

• Radar meteorologiczny pozwala na teledetekcyjną (zdalną) diagnozę stanu atmosfery i zachodzących w niej zjawisk takich jak występowanie chmur, opadów deszczu, śniegu i gradu, burz oraz stref sztormowych wiatrów.

• System radarowy wraz z rozwijanym systemem automatycznych pomiarów meteorologicznych i hydrologicznych stanowi bardzo nowoczesne narzędzie wykorzystywane przez ośrodki

odpowiedzialne za osłonę hydrologiczno- meteorologiczną kraju oraz za

kierowanie akcjami ratowniczymi w

sytuacjach kryzysowych.

Echo od chmur warstwowych Echo od chmur konwekcyjnych

• • Radary kontroli ruchu lotniczego Radary kontroli ruchu lotniczego – – radar pierwotny (PR) oraz wt

radar pierwotny (PR) oraz wt ó ó rny (SSR) rny (SSR)

• • Radary system Radary system ó ó w kontroli l w kontroli l ą ą dowania dowania

• • Radary kontroli p Radary kontroli p ł ł yty lotniska yty lotniska

• • Radary Radary meteo meteo

System antenowy radaru wtórnego

System antenowy radaru pierwotnego

Samolot z transponderem

Samolot bez transpondera

odpowiedź

echo

echo

sygnał son dujący

zap ytan ie sygn ał so ndu jący

zapytanie

Zobrazowanie

bez odpowiedzi z odpowiedzią

RADARY STOSOWANE W MASZYNACH ROBOCZYCH

- wykrywanie instalacji podziemnych

- optymalizacja procesu wydobycia kopalin

RADARY W SPRZĘCIE RATUNKOWYM

- poszukiwanie jam powietrza przy zawałach ziemi itp.

ROZPOZNANIE POLA WALKI

- wykrywanie zamaskowanych umocnień

- rozpoznanie terenu przy wykorzystaniu samolotów bezpilotowych itp.

WOJSKOWE

WOJSKOWE CYWILNE CYWILNE

RADARY W BADANIACH GEOLOGICZNYCH RADARY W ARCHEOLOGII

RADAR RADAR

WYKRYWANIE MIN

- wykrywanie ludzi oraz

obiektów w tym niskolecących

0.1 ns

2.0 ns UWB SP

RADARS

cm R = 1 . 5 Δ

cm

R = 30

Δ

LOKALIZACJA MIN SZUKANIE ŚLADÓW ŻYCIA POD GRUZAMI

POSZUKIWANIA I RATOWNICTWO

COVERT Tx

PASSIVE Rx

PASSIVE Rx

RF SIGNAL !

ERIEYE

ERICSSON SWEDEN

PIT

PIT

POLAND

POLAND

• Wykorzystywane pasma częstotliwości: HF - Ku

• Wysokie rozdzielczości (geometryczne i radiometryczne)

• Szeroki pas sondowania: kilkaset km

• Przetwarzanie sygnałów i danych w czasie rzeczywistym

• Wykrywanie obiektów poruszających się

• Niskie koszty

• Małe wymiary i ciężar

• Łatwość instalowania i eksploatacji

H

R γ

L,T

rv p

Stripmap mode

• Monitoring roślinności, upraw i ogólnie biomasy na powierzchni Ziemi

• Monitoring wilgotności gruntów oraz ukształtowania terenu

• Monitorowanie sytuacji katastrofalnych

(wycieków ropy, powodzi) oraz wspomaganie

akcji ratowniczych