اقرأ في هذا المقال
تعرض الرادار لتطور كبير وذلك من خلال الثلاثينيات وأربعينيات، وذلك لتأمين متطلبات الجيش، ولا يزال يتم استعماله على نطاق واسع من قبل القوات المسلحة، حيث نشأ الكثير من التطورات التكنولوجية، كما وجد الرادار عدداً كثيراً من التطبيقات المدنية المهمة، ولا سيما مراقبة الحركة الجوية ومراقبة الطقس والاستشعار عن بعد للبيئة وملاحة الطائرات والسفن وقياس السرعة للتطبيقات الصناعية وإنفاذ القانون والمراقبة الفضائية والكواكب.
ما هو الرادار Radar؟
الرادار: هو مُستشعر كهرومغناطيسي يستعمل للبحث عن الأشياء متنوعة الأشكال وتحديد موقعها وتتبعها والتعرف عليها على مسافات كبيرة، وهي تعمل عن طريق إرسال الطاقة الكهرومغناطيسية نحو المهمات، والتي يُشار إليها عادةً باسم الأهداف ومراقبة الأصداء العائدة منها.
قد تكون الأهداف التي يحددها الرادار هي الطائرات والسفن والمركبات الفضائية والسيارات والأجسام الفلكية، أو حتى الطيور والحشرات والمطر، وإلى جانب تحديد وجود مثل هذه الأجسام وموقعها وسرعتها، يمكن للرادار غالباً الحصول على مواصفاتها وما يميز الرادار عن جهاز الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء والبصرية.
الرادار هو جهاز استشعار “نشط” من حيث أنّ له مصدر الإضاءة الخاص به أي جهاز إرسال لتحديد الأهداف، كما تعمل عادةً في منطقة الموجات الصغرية من الطيف الكهرومغناطيسي وتقاس بالهرتز أي عدد الدورات في الثانية، وبترددات تمتد من حوالي “400 ميجاهرتز” إلى “40 جيجاهرتز”.
ومع ذلك فقد تم استخدامه على ترددات منخفضة للتطبيقات طويلة المدى أي ترددات منخفضة تصل إلى عدة ميجاهرتز وهو النطاق عالي التردد أو الموجة القصيرة، وعلى الترددات الضوئية والأشعة تحت الحمراء أي تلك الخاصة بالرادار الليزري أو ليدار، كما تختلف مكونات الدوائر والأجهزة الأخرى لأنظمة الرادار باختلاف التردد المستخدم، وتتراوح الأنظمة في الحجم من تلك الصغيرة بما يكفي لتناسب راحة اليد إلى تلك الضخمة جداً، بحيث تملأ العديد من ملاعب كرة القدم.
أساسيات الرادار:
يحتوي الرادار عادةً إشعاع حزمة ضيقة من الطاقة الكهرومغناطيسية إلى الفضاء من هوائي، كما تقوم حزمة الهوائي الضيقة بمسح المنطقة التي يتوقع فيها تحقيق ما تريد، وعندما تضيء الحزمة هدفاً، فإنّها تتصادم الطاقة المشعة وتعكس جزءاً منها باتجاه نظام الرادار، ونظراً لأنّ اغلب أنظمة الرادار لا ترسل وتستقبل في نفس الوقت، فغالباً ما يستعمل هوائي واحد على أساس تقاسم الوقت لكل من الإرسال والاستقبال.
يستخرج المستقبل المرتبط بعنصر الناتج للهوائي الإشارات المنعكسة المرغوبة ويرفض من الناحية المثالية الإشارات التي لا تهم، فعلى سبيل المثال قد تكون إشارة الاهتمام هي صدى صوت طائرة، وقد تكون الإشارات غير المهمة أصداء من الأرض أو المطر، والتي يمكن أن تخفي وتتداخل مع اكتشاف الصدى المطلوب من الطائرة، كما يقيس الرادار موقع الهدف في النطاق والاتجاه الزاوي.
يتم تعيين النطاق أو المسافة من خلال قياس الوقت العام الذي تأخذه إشارة الرادار للقيام برحلة ذهاباً وإياباً إلى الهدف والعودة، كما يتم العثور على اشارة الزاوي للهدف من الاتجاه الذي يُشير فيه الهوائي في وقت استقبال إشارة الصدى، ومن خلال قياس موقع الهدف في لحظات متتالية من الوقت يمكن تحديد المسار الأخير للهدف، وبمجرد إنشاء هذه المعلومات يمكن توقع المسار المستقبلي للهدف، وفي العديد من تطبيقات رادار المراقبة لا يُعتبر الهدف “مكتشفًا” حتى يتم تحديد مساره.
الرادار النبضي:
يتكون النوع الأكثر شيوعاً من إشارات الرادار من قطار متكرر من النبضات قصيرة المدة، فمثلاً يمكن إنشاء نبضة الموجة الجيبية بواسطة مرسل رادار متوسط المدى مصمم لاكتشاف الطائرات، كما تمثل الموجة الجيبية التباين مع وقت جهد الناتج لجهاز الإرسال، ومع ذلك في نظام الرادار الأرضي يكون المدى يتراوح من حوالي “50 ميلاً بحرياً” إلى “60 ميلاً بحرياً أي “90 كيلومترات” إلى “110 كيلومترات”، ومثل النوع المستخدم لمراقبة الحركة الجوية في المطارات.
يتم عرض عرض النبضة على أنّه “1 ميكروثانية (10−6 ثانية)”، كما أنّ النبضة تظهر على أنّها تحتوي على دورات قليلة فقط من الموجة الجيبية، ومع ذلك في نظام الرادار الذي يحتوي على القيم السابقة، ستكون هناك” 1000 دورة داخل النبض”، كما يُعطى الوقت بين النبضات المتتالية على أنّه “1 ميلي ثانية (10−3 ثانية)”، وهو ما يتوافق مع تردد تكرار النبضة البالغ “1 كيلوهرتز”.
تُؤخذ قوة النبضة التي تسمى قوة الذروة لتكون 1 ميجاواط، وبما أنّ الرادار النبضي لا يشع باستمرار، فإنّ متوسط القدرة أقل بكثير من قدرة الذروة، أمّا متوسط القدرة وليس قدرة الذروة هو مقياس قدرة نظام الرادار، حيث تتمتع الرادارات بقدرة متوسطة من بضعة ملي واط إلى ميجاواط واحد أو أكثر أي اعتماداً على التطبيق.
قد تكون إشارة صدى ضعيفة من هدف منخفضة تصل إلى “1 بيكووات” أي “10 واط” – “12 واط”، كما يمكن أن تكون مستويات القدرة في نظام الرادار كبيرة جداً عند جهاز الإرسال وصغيرة جداً عند جهاز الاستقبال، كما يُعد التوقيت مثالاً آخر على التطرف الذي نواجهه في نظام الرادار، حيث أنّ رادار المراقبة الجوية الذي يستخدم للبحث عن الطائرات قد يمسح هوائيه بزاوية “360 درجة” في السمت في بضع ثوانٍ، لكن عرض النبضة قد يكون حوالي ميكروثانية في المدة، وبعض عروض نبضات الرادار تكون مدتها نانوثانية أي “10ثواني إلى” 9 ثوان”.
تتحرك موجات الرادار عبر الغلاف الجوي بسرعة ك300000 كيلومتر في الثانية” أي سرعة الضوء، ويتم تحديد المدى إلى الهدف من خلال قياس الوقت الذي تأخذه إشارة الرادار للانتقال إلى الهدف والعودة، والمدى إلى الهدف يساوي “cT / 2″، حيث أنّ “c” هي سرعة انتشار طاقة الرادار، و”T” هي زمن الرحلة ذهاباً وإياباً، كما يقاس بالرادار.
من هذا التعبير يكون السفر لإشارة الرادار عبر الهواء بمعدل “150.000 كم في الثانية”، فعلى سبيل المثال إذا تم قياس الوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتقال إلى الهدف والعودة بواسطة الرادار ليكون “0.0006 ثانية” أي “600 ميكروثانية”، فسيكون مدى الهدف “90 كم”، وتعد القدرة على قياس المدى إلى الهدف بدقة على مسافات طويلة وفي ظل ظروف مناخية معاكسة هي السمة الأكثر تميزاً للرادار، ولا توجد أجهزة أخرى يمكنها منافسة الرادار في قياس المدى.
تعتمد دقة النطاق لرادار نبضي بسيط على عرض النبض، وكلما كانت النبضة أقصر كانت الدقة أفضل، ومع ذلك تتطلب النبضات القصيرة نطاقاً عريضاً في المستقبل والمرسل؛ لأنّ عرض النطاق يساوي مقلوب عرض النبض، ويمكن لرادار بعرض نبضة ميكروثانية أن يقيس النطاق بدقة تصل إلى بضع عشرات من الأمتار أو أفضل، كما يمكن لبعض الرادارات الخاصة القياس بدقة تصل إلى بضعة سنتيمترات، ودقة المدى القصوى لأفضل الرادارات محدودة بالدقة المعروفة للسرعة التي تنتقل بها الموجات الكهرومغناطيسية.
الهوائيات التوجيهية والاتجاه المستهدف في الرادار:
تستخدم جميع الرادارات تقريباً هوائياً توجيهياً أي هوائي يوجه طاقته في حزمة ضيقة، كما يتناسب عرض حزمة الهوائي ذي الحجم الثابت عكسياً مع تردد الرادار، ويمكن العثور على اتجاه الهدف من الاتجاه الذي يتجه فيه الهوائي عندما يكون الصدى المستقبَل عند الحد الأقصى، والوسيلة الدقيقة لتحديد اتجاه الهدف هي طريقة “monopulse”، حيث يتم الحصول على معلومات حول زاوية الهدف من خلال مقارنة اتساع الإشارات المستلمة من حزمتين أو أكثر من حزم الاستقبال المتزامنة.
وكل منها مزاح قليلاً أي محدق من الهوائي المحور المركزي، كما يحتوي الرادار المخصص للتتبع الذي يتبع تلقائياً هدفاً واحداً لتحديد مساره، وعلى اضاءة “قلم رصاص” ضيق ومتماثل، كما قد يكون عرض الحزمة النموذجي حوالي درجة، ويمكن لنظام الرادار هذا أن يحدد موقع الهدف في كل من زاوية السمت وزاوية الارتفاع، ويستعمل رادار مراقبة الطائرات هوائياً يشع حزمة، ويكون ضيقاً في السمت، وحوالي 1 أو 2 درجة، وواسع في الارتفاع أي عرض حزمة من 20 إلى 40 درجة أو أكثر، ويسمح شعاع المروحة بقياس زاوية السمت فقط.
