Radar
Radar (et akronym for radio detection and ranging) er en anordning som bruker radiobølger for å måle retning og avstand til andre objekter. Retningen bestemmes av antennen som er meget retningsbestemt, det vil si den sender sitt signal ut i en smal stråle (beam) og mottar kun signaler fra samme retning.
Den tradisjonelle oppfattelsen av en radar er den roterende radioantennen, selv om det også finnes mange andre radartyper og antennekonstruksjoner. Spesielt kan det nevnes elektronisk styrte antenner som er uten bevegelige deler, og radarer hvor en eller flere sendeinstallasjoner er plassert separat i forhold til en eller flere mottakerinstallasjoner.
Grunnprinsippet i en radar er at et radarsignal (kort impuls med en høy frekvens, typisk 1–40 GHz) utsendes fra antennen i en retning. Hvis radarstrålen rammer en gjenstand (for eksempel et fly), reflekteres en liten del av strålen og oppfanges av mottakeren gjennom antennen. Signalet forsterkes og ender som et «blipp» på skjermen. Retningen til målet (flyet) kjennes ut fra antennens retning, og avstanden beregnes ut fra den tiden det tok fra pulsen ble utsendt til ekkoet kom tilbake.
Jo lenger vekk et fly er fra radaren, desto vanskeligere blir det å detektere det. Det er flere grunner til dette:
- Jordens krumming (man kan sette antennen på et høyere antennetårn eller for eksempel i et AWACS-fly)
- Tap av signalstyrke over store avstander (man kan konstruere radaren med større utgangseffekt).
- Hvis ekkoet ikke rekker å komme tilbake før neste puls sendes (tiden mellom pulsene kan settes opp (lavere PRF).
Pulsens lengde ligger i størrelsesordenen en milliontedel av et sekund, PRF (Pulse Repetition Frequency) i størrelsesordenen 400-2000 Hz (radarpulser pr. sekund), og effekten varierer med radarens størrelse og formål. I store radarer tilknyttet f.eks. militæret kan pulsen være på en megawatt (en million watt) eller mer. Det reflekterte signalet kan være i størrelsesordenen en milliontedel Watt eller mindre. Det stiller store krav til den delen av radaren (T-R-boksen), som veksler mellom den høye utgangseffekten og det svake retursignalet.
Flygekontrolltjenesten (Avinor) har tidligere benyttet primær-radarer (PSR) med høy effekt, men har de senere årene faset de ut [1] til fordel for radarer som kun dekker det umiddelbare området til flyplassen (ASR) og som sender på langt lavere effekt, eksempelvis rundt 2-20 kilowatt [2]. Dette kan Avinor gjøre fordi de i dag stort sett baserer seg på sekundær-radar (SSR) samt ADS-B. Sekundær-radar bruker typisk 1-2 kilowatt og kan dekke et langt større område med lavere effekt enn primær-radar fordi transponder boksene i fly sender med 100 watt i stedet for et passivt radiobølge ekko.
I tillegg til Avinor og militæret har også Meteorologisk Institutt dopplerradarer på utvalgte steder i Norge som de bruker for å danne seg et bilde av nedbøren i sanntid. For eksempel dekker dopplerradaren i Rissa hele Trøndelag fylke.
Typisk navigasjonsradar til sjøs har mellom 3 og 10 Kw pulseffekt.
Energirike pulser er vanskelig å generere, samtidig som de er lette å observere. Det har medført at det brukes teknikker for å trekke dem ut i tid, slik at kravene til sendeutrustningen blir mindre. Dette har så ført til radarer basert på continuous wave, ofte i form av løsninger basert på spredt spektrum[bør utdypes].
De første radarene ble utviklet like før og under andre verdenskrig, først som en stasjonær radar, som kun så i én retning. Senere, når man teknisk kunne komme så høyt opp i frekvens at antennen ble mindre, kunne man konstruere den roterende antennen, og enda senere ble det laget elektronisk styrte antenner basert på phased array.
En radar behøver ikke å kun se i det horisontale planet. I en høyderadar svinger parabolen i en kompassretning, men med vannrett og loddrett som ytterpunkter. På denne måten finner den flyhøyden til målet.
En GCA-radar (Ground Controlled Approach) har to antenner, som 'ser' ut langs landingsbanen mot flyet som lander. Antennene beveger seg i en smal vinkel i hhv. vannrett og loddrett plan. På denne måten kan flygelederen finne flyets posisjon helt nøyaktig og dirigere piloten ned i dårlig vær ved hjelp av radiokommunikasjon.
På de roterende radarantennene (områderadarer) ser en ofte en mindre, ekstra antenne. Det er IFF/SIF-antennen (Identification Friend or Foe/ Selective Identification Feature), som sender et spørresignal ut i samme retning som radarantennen. Alle større fly og de fleste småfly og mikrofly er utstyrt med transponder. I seilfly er det liten mulighet for sterk elektrisk kraftforsyning, så det er sjelden med transponder i seilfly. Transponderen detekterer spørresignalet, og svarer tilbake med opplysninger om identitet, heading (retning), høyde, m.m. Disse opplysningene kobles sammen med målet i radarens datamaskin og vises sammen med ekkoet på skjermen. I fredstid er dette nyttig informasjon for avvikling av lufttrafikken, men det var opprinnelig utviklet for krigstid, hvor egne fly sendte tilbake med dagens kode, og dermed kunne identifiseres på skjermen.
Radarens historie rediger
Hans Christian Ørsted oppdaget elektromagnetismen, som danner grunnlag for bruk av radiobølger, allerede i 1820. Ørsted viste i et eksperiment at når man sender strøm gjennom en ledning oppstår det magnetisme rundt om ledningen. 20 år senere viste Michael Faraday at det motsatte også er mulig, magnetisme kan generere strøm.
Først etter ytterligere 30 år hevdet James Clerk Maxwell i 1873 en teori at elektromagnetiske kraftfelt kan transporteres trådløst, men ingen aksepterte teorien før Heinrich Hertz beviste det noen år senere. Brandly videreutviklet Hertz' eksperimenter, men først i 1910 fikk Marconi sendt en radiobølge fra England til Newfoundland. Norge var imidlertid tidligere ute. Allerede i 1901 drev en med trådløs telegrafi i den norske marine i Ytre Oslofjord. Nord-Europas første faste trådløse telegrafiforbindelse ble etabler mellom Sørvågen og Røst i Lofoten i 1906. Etter det tok utviklingen av.
Radaren ble utviklet mellom de to verdenskrigene. I 1920 klarte man å sende en retningsbestemt radiobølge og få en målbar refleksjon tilbake fra et skip en nautisk mil unna. Etter dette fikk man øynene opp for radarens bruksområder og i starten av 1930-årene hadde USA, England, Tyskland og Italia operative radarstasjoner på land. På slutten av 1930-årene tok utviklingen av på grunn av krigsfaren og ønsket om radar til luftvarsling.
Problemet med radar på skip var mye større, de første radarene var meget store og tunge og derfor uegnet til skipsbruk. Men i 1939 ble de første radarene installert på to store krigsskip. Under andre verdenskrig var det stort sett ubegrensede midler til utvikling og radaren ble derfor raskt forbedret. Ved avslutningen av andre verdenskrig hadde stort sett alle skip (krigsskip) og mange fly installert radarutstyr. Skipene brukte radar til navigasjon og enkel styring av kanoner.
I dag brukes radar på svært mange områder, stort sett alle skip (til og med mange småbåter) er utstyrt med radar til navigasjon, og daglig kan man se regnvær på meteorologenes radarbilder. Militært brukes radaren stort sett over alt til varsling, målutvelgelse og målfølging, og selv missiler er ofte utstyrt med radar for å finne målet.
Litteratur rediger
- Robert BUDERI, The invention that changed the world: the story of radar from war to peace (Simon & Schuster, 1996). ISBN 0-349-11068-9
- R.V. JONES, Most Secret War. ISBN 1-85326-699-X
- François LE CHEVALIER, Principles of Radar and Sonar Signal Processing (Artech House, Boston, London, 2002). ISBN 1-58053-338-8
- Merrill I. SKOLNIK, Introduction to Radar Systems (McGraw-Hill, 1st ed., 1962; 2nd ed., 1980; 3rd ed., 2001). ISBN 0-07-066572-9
- Merrill I. SKOLNIK, Radar Handbook. ISBN 0-07-057913-X
- George W. STIMSON, Introduction to Airborne Radar (SciTech Publishing, 2nd edition 1998). ISBN 1-891121-01-4
Se også rediger
Referanser rediger
- ^ «Faser ut radaren». www.tk.no (norsk). 10. august 2015. Besøkt 18. desember 2018.
- ^ «Airport Surveillance Radar (ASR-11)». www.faa.gov (engelsk). Besøkt 18. desember 2018.