EMS Leeromgeving · Inhoud · Hoofdstuk 5 · English version
Hoofdstuk 5: Radar
Het volledige radarhoofdstuk: van basiswerking en de radarvergelijking tot pulse radar, doppler, CW/FMCW, passieve radar, antennes en resolutie.
Open hoofdstuk 5 in de academy
5.1Basiswerking van radar
Radar staat voor RAdio Detection And Ranging : detecteren en afstand meten met radiogolven. Het basisprincipe is verbluffend eenvoudig — en sinds de jaren '30 ongewijzigd:
Lees §5.1 →5.2Componenten van het radarsysteem
Elke pulse radar bestaat uit dezelfde functionele blokken:
Lees §5.2 →5.3Polarisatie van de elektromagnetische golf
Polarisatie is de richting waarin het elektrische veld van een EM-golf trilt. De antenne bepaalt de polarisatie van het uitgezonden signaal — en een antenne ontvangt golven met de "verkeerde" polarisatie slecht of helemaal niet.
Lees §5.3 →5.4Dopplereffect
Komt iets op je af, dan worden de golven die het terugkaatst een beetje in elkaar gedrukt: de frequentie gaat omhoog. Gaat het van je af, dan gaat de frequentie omlaag. Uit die kleine verschuiving volgt de snelheid naar of van de radar.
Lees §5.4 →5.5Radar Cross Section
RCS zegt hoe "groot" iets lijkt voor een radar. Vorm en materiaal tellen veel meer dan de echte afmetingen: een binnenhoek, zoals de hoek van een doos, kaatst de energie recht terug, een schuin vlak kaatst hem weg.
Lees §5.5 →5.6Inverse square law
Sta je twee keer zo ver van een lamp, dan valt er vier keer minder licht op je. Een radarecho moet die weg twee keer afleggen — heen naar het doel en terug — en wordt daardoor met de afstand razendsnel zwakker.
Lees §5.6 →5.20Radarhorizon
De aarde is rond en radargolven gaan (bijna) rechtdoor. Achter de horizon kan een radar dus niets zien dat laag vliegt. Hoe hoger de radar of het doel, hoe verder hij kijkt.
Lees §5.20 →5.23Terrain masking
Wat achter een heuvel zit, kan een radar niet zien — net zomin als jij om een hoek kunt kijken. Wie dat terrein slim gebruikt, blijft buiten beeld.
Lees §5.23 →5.21Decibel en logaritmes
Decibel (dB) rekent met verhoudingen in plaats van met getallen. +3 dB is ongeveer een verdubbeling, +10 dB tien keer zo sterk en −3 dB een halvering. Zo wordt vermenigvuldigen gewoon optellen.
Lees §5.21 →5.7Gain
Een antenne kan geen energie maken, alleen bundelen — zoals een zaklamp met spiegel veel verder schijnt dan een kaal lampje met hetzelfde vermogen. Die winst in één richting heet gain.
Lees §5.7 →5.27De volledige radarvergelijking: ruis, verliezen en detectie
De vereenvoudigde radarvergelijking uit § 5.6 vertelt hoeveel vermogen er terugkomt. Maar een radar detecteert niet op vermogen — hij detecteert op het verschil tussen echo en ruis . Elke ontvanger produceert zelf ruis, en een echo is pas…
Lees §5.27 →5.8Frequentiebanden
Radarfrequenties worden aangeduid met letterbanden. De (IEEE-)indeling stamt uit de Tweede Wereldoorlog, toen de letters bewust cryptisch gekozen werden, en is nog steeds de standaard:
Lees §5.8 →5.9Soorten radar
Radars laten zich op meerdere assen indelen. De belangrijkste indeling is naar functie :
Lees §5.9 →5.10Pulse radar
De pulse radar is de klassieke en nog altijd meest voorkomende radarvorm: de zender staat heel kort aan (de puls ) en daarna relatief lang uit, terwijl de ontvanger luistert naar echo's. Uit de looptijd van elke echo volgt de afstand (§…
Lees §5.10 →5.28De zender: van magnetron tot solid-state
De zender (§ 5.2) wekt de radiofrequente pulsen op. Daarvoor bestaan twee fundamenteel verschillende ontwerpen, en het verschil bepaalt wat de radar kan:
Lees §5.28 →5.29De ontvanger: van echo tot plot
Een echo op 3 of 10 GHz is lastig direct te versterken en te filteren. Vrijwel elke radar (en elke ESM-ontvanger) gebruikt daarom het superheterodyne -principe: een menger (mixer) combineert de echo met een lokale oscillator (LO) en zet…
Lees §5.29 →5.30Radarschermen: A-scope, B-scope en PPI
Moderne radars tonen synthetische symbolen op een kaart, maar de klassieke schermtypen bepalen nog steeds het vakjargon — en ze maken zichtbaar wat jamming met een radar doet.
Lees §5.30 →5.11Pulse doppler radar en Moving Target Indicator
Boven land is de echo van de grond vaak veel sterker dan die van een vliegtuig. De radar kijkt daarom naar wat beweegt (de dopplershift) en gooit echo's die stilstaan weg.
Lees §5.11 →5.22Ground clutter
Clutter is alles wat de radar ziet maar niet wil zien: golven, bomen, gebouwen, regen. Tegen een drukke achtergrond is een klein doel moeilijk te vinden.
Lees §5.22 →5.12Continuous wave radar
Een Continuous Wave (CW) radar zendt niet in pulsen maar onafgebroken één constante frequentie uit, en ontvangt tegelijkertijd. Omdat zenden en ontvangen gelijktijdig gebeuren, zijn een aparte zend- en ontvangstantenne (of zeer goede…
Lees §5.12 →5.13Variatie op de CW-radar
Een FMCW-radar zendt continu, met een toon die steeds hoger wordt. Komt de echo terug, dan zendt de radar al een hogere toon; het verschil tussen die twee verraadt hoe lang de echo onderweg was, en dus de afstand.
Lees §5.13 →5.24LPI — Low Probability of Intercept
Een LPI-radar fluistert over een breed stuk van het spectrum, zodat alleen wie precies weet waar hij moet luisteren het signaal oppikt. De radar ziet het doel, maar het doel hoort de radar laat of niet.
Lees §5.24 →5.14Passive radar
Een passieve radar (passive coherent location, PCL) zendt zelf helemaal niets uit. In plaats daarvan gebruikt hij bestaande zenders van derden — FM-omroep, DAB/DVB-T-zenders, gsm-masten — als "verlichting". Het systeem ontvangt twee…
Lees §5.14 →5.31Bistatische en multistatische radar
Bij een bistatische radar staan zender en ontvanger op verschillende plekken. Een passieve radar gaat nog verder: hij zendt zelf niets en gebruikt de signalen van andermans zenders, zoals radio en tv.
Lees §5.31 →5.25Triangulation
Eén ontvanger die een signaal opvangt, weet alleen uit welke richting het komt — een peiling, oftewel een lijn op de kaart, niet een punt. Triangulation (kruispeiling) lost dat op: meet je dezelfde bron vanaf twee of meer ruimtelijk…
Lees §5.25 →5.15Antennekarakteristieken
Een antenne straalt zijn energie nooit perfect in één richting. Het werkelijke stralingspatroon bestaat uit:
Lees §5.15 →5.162D en 3D radar
Het verschil zit in het aantal gemeten coördinaten (zie § 2.1.6):
Lees §5.16 →5.26Voorbeelden: technieken in hedendaagse systemen
Ter illustratie — welke technieken uit dit hoofdstuk zitten in bekende, in open bronnen beschreven radarsystemen? (Alleen op hoofdlijnen; werkelijke prestaties zijn vaak gerubriceerd.)
Lees §5.26 →5.17Radar resolution
Resolutie is of een radar twee dicht bij elkaar vliegende vliegtuigen als twee ziet. Een brede bundel of een lange puls laat ze samensmelten tot één stip.
Lees §5.17 →5.18Ambiguïteit
Zendt de radar al een nieuwe puls voordat de echo van een ver doel terug is, dan weet hij niet bij welke puls die echo hoort. Het doel verschijnt dan op een verkeerde, te korte afstand: een spookdoel.
Lees §5.18 →5.32Beeldvormende radar: SLAR, SAR en ISAR
Een radar op een bewegend vliegtuig of satelliet veegt langs het gebied en voegt alle echo's samen alsof het één enorme antenne was. Zo ontstaat een scherpe foto — ook 's nachts en door wolken heen.
Lees §5.32 →5.33Secundaire radar en IFF
Een gewone radar ziet alleen een weerkaatsing. Een secundaire radar stelt een vraag ("wie ben jij?") en een transponder in het vliegtuig antwoordt met een code.
Lees §5.33 →5.19Afsluiting
Dit hoofdstuk vormt de technische kern van de cursus. De hoofdlijnen:
Lees §5.19 →