Techniek

[liz007]

hee,,

ik weet eerlijk gezegd niet in welke categorie dit hoort.. maar ik zou graag een hele uitleg willen hebben van een radarsysteem.. voor mijn project over de havenloods..

kan iemand me helpen ?

Thnx

Lizzie

[mathfreak]

Dit is wat informatie uit de Encarta/Winkler Prins Encyclopedie 2001:
radar

INTRODUCTIE radar (samentrekking v. Eng. radio detection and ranging = radio-opsporing en plaatsbepaling), systeem voor het met behulp van elektromagnetische golven vaststellen van de aanwezigheid en het bepalen van de afstand en de richting van voorwerpen als schepen, vliegtuigen, enz., ook gebruikt voor snelheidsmetingen. Tevens de algemene benaming voor de gehele apparatuur waarmee dit plaatsvindt.
1. GESCHIEDENIS Radar werd ca. 1930 in verschillende landen ontwikkeld. Vooral in Engeland werd, dankzij het werk van Sir Robert Alexander Watson-Watt, het grote belang ingezien van de ontwikkeling van een systeem dat geschikt was voor het tijdig ontdekken van vliegtuigen op grote afstand. In 1935 werden de eerste vijf radarstations in gebruik genomen voor de beveiliging van de monding van de Theems. Aan deze stations werd in 1937 een keten van vijftien stations toegevoegd langs de gehele oostkust. Deze speelden een grote rol bij de zgn. Slag om Engeland. Ook in Nederland werden al in 1938 enkele apparaten vervaardigd in het Laboratorium voor Physische Strijdmiddelen onder leiding van J.L.W.C. von Weiler (het zgn. radioluistertoestel). Toen de Verenigde Staten van Amerika in de Tweede Wereldoorlog werden gemengd, kwam door de samenwerking van Engelse en Amerikaanse geleerden de ontwikkeling tot stand van toestellen met groter vermogen en werkend op een hogere frequentie dan de tot dusverre gebruikte toestellen. In de loop van de Tweede Wereldoorlog werd radar toegepast op oorlogsschepen en in vliegtuigen, waardoor deze bij nacht en bij slecht zicht in het voordeel waren boven die welke niet van radar waren voorzien. Na de Tweede Wereldoorlog werd radar mede toegepast in de scheepvaart en de burgerluchtvaart. Later maakten nieuwe technieken verfijnder toepassing mogelijk voor defensie, astronomie, ruimtevaart, enz.
2. PRINCIPE Met behulp van een speciale antenne wordt een bundel elektromagnetische golven uitgezonden in een bepaalde richting. De gebruikte frequenties liggen in het gebied van 300 tot 300?000 MHz (golflengten van 1 m tot 1 mm). Voorwerpen gelegen in de bundel van de antenne reflecteren de golven in de richting van de antenne. Van daaruit worden de zwakke echosignalen naar de radarontvanger gevoerd en daar verwerkt. Bij de meeste radars is het zendsignaal pulsgemoduleerd met een bepaald ritme, de pulsherhalingsfrequentie, maar er bestaan ook andere modulatiemethoden.
De richting van een doel kan worden bepaald uit de richting van inval van het teruggekaatste golffront. Meestal gebeurt dit door met richtantennes een smalle stralingsbundel uit te zenden. De richting van een doel wordt dan gegeven door de stand van de antenne. Door de antenne om een verticale as te draaien kan de gehele omgeving worden afgezocht. De bundelbreedte van de antenne is bepalend voor de nauwkeurigheid van de hoekmeting. Omdat de bundelbreedte omgekeerd evenredig is met de afmeting van de antenne, uitgedrukt in golflengten, zal voor grote nauwkeurigheid gebruik moeten worden gemaakt van grote antennes en kleine golflengten.
De afstandmeting is bij de pulsradar gebaseerd op de meting van de looptijd van de golven naar het doel en terug. Gedurende een zeer korte tijd (0, 1 ... 5 µs) worden door de zender radiogolven uitgezonden. Na enige tijd komt de zwakke echopuls aan in de ontvanger. De tijd die verloopt tussen het moment van uitzenden van de zendpuls en het moment van ontvangst van de echopuls, is een maat voor de afstand van het reflecterende object, nl. gelijk aan tweemaal deze afstand gedeeld door de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven. Van een doel op bijv. 3 km afstand wordt na 20 µs een echo ontvangen. De nauwkeurigheid van de afstandmeting wordt in hoofdzaak bepaald door de pulslengte.
Voor snelheidsmetingen wordt o.a. gebruik gemaakt van opeenvolgende afstandmetingen en van het dopplereffect.
3. UITVOERING In het algemeen bestaat een radarinstallatie uit een zender/ontvanger, een antenne en een indicator.
De zender bevat een oscillator, meestal een magnetron of amplitron. Om deze te moduleren, bijv. met pulsen, is een speciale modulator nodig, die in staat is het grote vermogen in en uit te schakelen. Gedurende de zendpuls kan het piekvermogen 3 kW tot 10 MW bedragen, afhankelijk van de toepassing. De gemoduleerde radiogolven worden via golfpijpen naar de antenne gevoerd. Zelfs in een golfpijp is de demping nog zo groot dat de zender/ontvanger-eenheid steeds zo dicht mogelijk bij de antenne wordt geplaatst.
Naast het zendvermogen is ook de gevoeligheid van de ontvanger bepalend voor het afstandsbereik. De radarontvanger is meestal van het superheterodyne type, waarbij het hoogfrequentsignaal gemengd wordt met een lokale oscillator [elektronica]. Voor de zo verkregen middenfrequentie (30 tot 100 MHz) kunnen handzame versterkers gemaakt worden. Bij zeer gevoelige ontvangers worden hoogfrequentvoorversterkers toegepast in de vorm van lopende-golfbuizen, tunneldiodeversterkers of parametrische versterkers. Na de versterking op de middenfrequentie wordt nogmaals gedetecteerd, waardoor een videosignaal ontstaat voor weergave op de indicator. Door gebruik te maken van een snelle schakelaar (zend/ontvang-schakelaar) kan voor zenden en ontvangen van dezelfde antenne gebruik gemaakt worden.
De antenne kan gebaseerd zijn op een optisch principe (reflector) of bestaan uit een groot aantal identieke stralers (dipolen, sleuven). Veel gebruikt wordt een parabolische reflector waarbij in het brandpunt de eigenlijke straler (dipool, hoorn) is geplaatst. De gereflecteerde golven gaan in hoofdzaak één richting op, zodat een nauwe bundel wordt verkregen. Bij bijv. scheepsradar wordt de zgn. sleufstraler veel toegepast. Deze bestaat uit een golfgeleider, waarbij in de wand op zodanige wijze sleuven zijn aangebracht dat een vlak golffront wordt uitgestraald. Hun slanke vormgeving, lage gewicht en kleine windvang maakt ze zeer geschikt voor toepassing op schepen.
Als indicator wordt meestal het panoramascherm (Plan Position Indicator) gebruikt. Op de speciale ronde elektronenstraalbuis worden peiling en afstand van de doelen in poolcoördinaten weergegeven. De elektronenstraal beweegt zich vanuit het middelpunt, evenredig met de afstand, naar de rand van het scherm, terwijl de intensiteit van de elektronenstraal met de amplitude van de doelen wordt gemoduleerd. Een echopuls heeft zodoende een sterk oplichtende vlek tot gevolg. De schrijfrichting van de straal beweegt synchroon met de draaiing van de antenne. Doordat de meeste antennes door hun grote afmeting niet sneller rondgedraaid kunnen worden dan ca. eenmaal per seconde, kan geen flikkervrij beeld worden verkregen. Daarom is het scherm van de elektronenstraalbuis sterk nalichtend gemaakt. In het donker ontstaat daardoor een volledig beeld dat lijkt op een kaart van de omgeving. Op het beeldscherm kunnen met elektronische middelen afstandsringen, meetlijnen, cijfers en symbolen worden aangebracht.
Grote radarsystemen zijn vaak gekoppeld aan computers om de taak van de waarnemers of verkeersleiders te verlichten. Bij de video-tracking blijven de doelgegevens, waaronder de identificatie, automatisch aan een bewegend doel gekoppeld. Dit maakt het mogelijk de computer te laten waarschuwen voor dreigende conflictsituaties. Eveneens opent het de mogelijkheid radarbeelden over te zenden via bijv. telefoonlijnen. Daar de informatie op iedere gewenste wijze door de computer kan worden geleverd, wordt voor de presentatie thans vaak gebruik gemaakt van (computer)beeldschermen. De televisieachtige weergave kan dan zo helder zijn, dat niet meer in een verduisterde omgeving gewerkt hoeft te worden.
4. SPECIALE SYSTEMEN Bij Continuous Wave Radar zendt de zender continu een signaal uit. Vergeleken bij de pulsradar kan een zeer hoog gemiddeld vermogen worden uitgezonden. Voor de afstandmeting moeten echter speciale technieken worden gebruikt. De draaggolf kan bijv. frequentiegemoduleerd worden, waardoor de looptijd evenredig wordt met het frequentieverschil tussen zend- en ontvangstsignaal. De bekendste toepassing is de FM-hoogtemeter.
Moving Target Indicator is een techniek waarmee alleen de bewegende doelen worden weergegeven, die dan niet meer worden gemaskeerd door vaste echo's. De onderscheiding kan bijv. gebeuren door de ontvangen puls te vergelijken met die uit de vorige pulsherhalingscyclus. Het verschil zal alleen een waarde hebben, als het doel zich heeft verplaatst. Andere technieken maken gebruik van de dopplerverschuiving, coherente detectie of bemonstering met behulp van een computer. Bij ATC (Air Traffic Control) is de toepassing van MTI gebruikelijk.
Pulscompressie. Daar de energie-inhoud van een puls afhangt van zijn lengte, heeft het voordelen lange pulsen te gebruiken, die echter een onnauwkeurige afstandmeting tot gevolg hebben. Door speciale modulatie, vooral FM, van de zendpuls kan deze bij ontvangst met behulp van speciale frequentiefilters tot een factor 100 gecomprimeerd worden. Op deze wijze kan het afstandsbereik worden vergroot zonder het piekvermogen te vergroten.
Fasegestuurde antennes zijn antennes waarvan de bundel met elektronische middelen bewogen kan worden, terwijl de antenne stationair blijft. De bundel beweegt zich traagheidsloos en de radar kan in zeer korte tijd de positie van bekende doelen verifiëren.
Signal Processing duidt een categorie systemen aan waarbij bepaalde delen tijdsafhankelijk of meervoudig zijn. De systeemparameters zijn daarom onafhankelijk geworden en kunnen voor een bepaalde toepassing worden geoptimaliseerd. Bijv. is het mogelijk met speciale ontvangers de effectieve bundelbreedte te halveren, zonder dat de afmeting van de antenne wordt vergroot.
5. TOEPASSINGEN 5.1 Scheepvaart In de scheepvaart wordt radar op uitgebreide schaal toegepast, meestal werkend op de speciale scheepsradarband (ca. 9375 MHz). Hierdoor wordt de veilige navigatie bij beperkt zicht zeer bevorderd. Bij sommige schepen worden zelfs twee installaties gemonteerd wegens de blinde sectoren die ontstaan ten gevolge van afscherming door masten e.d. Ook de binnenvaart maakt gebruik van radar die op een kort bereik moet werken en een hoog scheidend vermogen moet hebben. Daarom wordt vaak van hoge frequenties rond 33 GHz gebruik gemaakt. Het radarbeeld aan boord van schepen in de normale (relative motion) presentatie kan moeilijkheden opleveren bij de interpretatie, omdat alleen het eigen schip stationair lijkt en alle andere objecten bewegen ten gevolge van de beweging van zowel het eigen schip als van die van andere schepen. Met behulp van aan boord beschikbare gegevens over koers en snelheid van het schip kan het beeld weer georiënteerd worden op vaste coördinaten. Deze true motion-weergave maakt het mogelijk de scheepsbewegingen beter te beoordelen (zie ook navigatie).
Bij havenradar maakt men gebruik van radarstations op de oevers van het vaarwater. De radarinstallaties zijn van zeer goede kwaliteit, zodat de radarwaarnemer aan de wal een volledig beeld heeft van de scheepvaart in zijn werkgebied. Met behulp van radioverbindingen kan hij loodsen en kapiteins voorzien van nauwkeurige positie-informatie en van alle bijzonderheden betreffende de overige scheepvaart. Een aantal grote havens is voorzien van een havenradarsysteem met een keten van radarstations.
5.2 Luchtvaart In de luchtvaart maakt men zowel in vliegtuigen als op de grond uitgebreid gebruik van radar, ook overdag en bij goed zicht. Aan boord van vliegtuigen kan men o.m. aantreffen:
a. Weerradar (Weather Avoidance Radar), meestal gemonteerd in de neus van het toestel in een kunststof kap: de radome. Het beeld dekt een voorwaartse sector van 180° waarop onweersbuien, kustlijnen en bakens kunnen worden waargenomen.
b. Dopplerradar, meestal gemonteerd in de bodem van het vliegtuig; door gebruik te maken van drie bundels, die in verschillende richtingen schuin naar de grond gericht zijn, kan men uit de frequentieverschuiving van de door het terrein gereflecteerde signalen de voorwaartse, de zijwaartse en de verticale snelheid meten. Het is ook mogelijk de meteraanwijzingen te geven in grondsnelheid en drifthoek.
c. Radiohoogtemeter, kleine, recht naar beneden gerichte radars, die de hoogte met een nauwkeurigheid van ca. 1 m kunnen meten.
Op de grond maakt men voor de luchtverkeersleiding (Air Traffic Control) gebruik van langeafstandsradar met hoog vermogen. Met behulp van het beeld kan de verkeersleider via de radio aanwijzingen geven. Bovendien beschikt men over secundaire radar, waarmee toestellen kunnen worden geïdentificeerd. Daartoe bevindt zich op de grond een ondervragingszender (antenne gekoppeld aan die van de primaire radar), die op 1030 MHz ondervragingspulsen uitzendt. Aan boord van elk vliegtuig bevindt zich een antwoordbaken (transponder) dat op de ondervraging reageert met het uitzenden van een reeks pulsen die de identiteit en de hoogte van het toestel aangeven. Vaak zijn de radarinstallaties aan computers gekoppeld om de taak van de verkeersleiders te verlichten (zie ook instrumentvliegen, navigatie).
5.3 Krijgswetenschappen Militair zijn zeer veel systemen in gebruik voor waarschuwing en vuurleiding. Waarschuwingsradar voor ballistische wapens(Ballistic Missile Early Warning System) werkt met zeer hoge vermogens en een groot afstandsbereik en is meestal gekoppeld aan computers en secundaire radar. Deze laatste is eveneens bedoeld als identificatie, zodat men eigen vliegtuigen kan onderscheiden van vijandelijke (Identification Friend or Foe). Voor wapensystemen wordt gebruik gemaakt van doelvolgradar, waarbij de antenne automatisch in azimut en elevatie het doel blijft volgen. Door middel van rekentoestellen kunnen kanonnen of geleide wapens op het doel gericht worden. Deze volgsystemen worden zowel bij land- en zee- als bij luchtmacht toegepast.