Radar – radiovågor, funktion, historia och användningsområden
Radar: hur radiovågor används för att upptäcka och mäta avstånd och hastighet. Teknik, historia och användningsområden — från flyg och sjöfart till trafikövervakning.
Radar är en maskin som använder radiovågor för ekolokalisering och för att upptäcka och bestämma läget hos föremål som flygplan, fartyg och regn. Genom att skicka ut radiovågor och mäta de signaler som reflekteras tillbaka kan radarn avgöra avstånd, riktning, rörelse och i många fall även storlek och form på målet.
De grundläggande delarna i en radar är:
- Sändaren – skapar radiovågorna (pulser eller kontinuerlig våg).
- Antennen – riktar och fokuserar radiovågorna utåt och tar emot de reflekterade signalerna.
- Mottagaren – tar emot och förstärker de svaga ekosignalerna så att de kan bearbetas.
- Signalförädlingsenheter och displayer – digitala kretsar och programvara som bestämmer avstånd, hastighet och visar information för operatören.
Hur fungerar radar?
En radarsändare skickar ut radioimpulser eller kontinuerliga vågor mot det område som ska övervakas. När en puls träffar ett objekt reflekteras en del av energin tillbaka mot radarn. Genom att mäta:
- tidsintervallet mellan utsänd puls och mottagen ekosignal (för avståndsbestämning),
- vinkel i vilken antennen pekade när ekot mottogs (för riktning),
- frekvensförändringen i den reflekterade vågen (Dopplereffekt, för att bestämma hastighet),
kan man bestämma var ett föremål befinner sig, hur snabbt det rör sig och ofta även andra egenskaper. Eftersom radiovågorna färdas med ungefär ljusets hastighet beräknas avståndet enkelt genom att multiplicera hastigheten med halva tiden mellan utsändning och mottagning (halva eftersom signalen går fram och tillbaka).
Pulsrepetitionsfrekvensen (PRF), alltså hur ofta pulser skickas ut, påverkar radarens räckvidd och förmåga att mäta hastighet. Låga PRF används för att nå långt bortliggande mål utan ambiguitet i avstånd, medan hög PRF ger bättre tidsupplösning och hantering av snabbrörliga mål. För att öka upplösningen och signal-brusförhållandet används tekniker som pulskomprimering, coherent pulsing och digital signalbehandling.
Viktiga principer och tekniker
- Dopplerradar: utnyttjar frekvensskifte för att mäta målens relative hastighet; vanlig i hastighetsmätare och väderradar.
- Kontinuerlig vågradar (CW): sänder konstant signal och används ofta för hastighetsmätning men kan inte mäta avstånd utan särskilda modulationstekniker.
- Fasstyrda antenner (phased array): kan snabbt ändra strålens riktning utan mekanisk rörelse genom att skifta fasen på sändarna i antennelementen.
- SAR (syntetisk aperturradar): används från flygplan eller satelliter för att skapa högupplösta bilder av markytan genom att utnyttja rörelsen hos plattformen.
- Sekundär övervakningsradar (SSR): kommunicerar med flygplanets transponder för identifiering och höjdinformation (använd i flygtrafikledning).
Historik
Den första praktiska demonstrationen av ett system som kunde upptäcka föremål med radiovågor tillskrivs Christian Hülsmeyer 1904; han fick patent (Reichspatent Nr. 165546) för en anordning som upptäckte föremål med hjälp av reflekterade radiovågor. Radartekniken utvecklades snabbt under 1930-talet och blev avgörande under slaget om Storbritannien och andra delar av andra världskriget. Under kriget gjorde brittisk och amerikansk forskning stora framsteg inom både sändare, mottagare och antennteknik.
Ordet RADAR myntades 1942 som en akronym för Radio Detection and Ranging. Akronymen ersatte tidigare brittiska beteckningen RDF (Radio Direction Finding). Idag används ordet ofta som ett vanligt ord snarare än en stavelsebyggd akronym.
Användningsområden
Radar används i många civila och militära tillämpningar, bland annat:
- Flygtrafikledning och övervakning – positionering av flygplan och separation.
- Marin navigation och kollisionundvikande – upptäckt av fartyg, navigationsmärken och land.
- Väderradar – mätning av nederbörd, vindfält och stormsystem, inklusive Dopplerfunktioner för att upptäcka rörelse i atmosfären.
- Fartkameror/polisradar – hastighetsmätning av fordon.
- Militär övervakning och målspårning – tidig varning, eldledning och luftförsvar.
- Fjärranalys från satellit och flygplan – landkartläggning, trafikövervakning, miljöövervakning.
- Industriella tillämpningar – nivåmätning i tankar, avståndsmätning i automation.
- Autonoma fordon och robotik – sensorer för omgivningsuppfattning (i kombination med lidar och kamera).
FAA (Federal Aviation Administration) använder flera olika typer av radar i flygtrafiksystemet. Exempel är primära övervakningsradar (PSR) för att upptäcka alla objekt i luftrummet och sekundära system (SSR) som samverkar med flygplanens transpondrar för identifiering och höjdinformation. Andra specialiserade radarsystem används för terminalövervakning, väderinformation nära flygplatser och markövervakning av rullbanor.
Begränsningar och utmaningar
- Räckvidd och horisontbegränsning: radiovågor färdas i rät linje i långa avstånd; jordens krökning begränsar upptäckten av lågt flygande mål bortom horisonten.
- Störningar och brus: atmosfäriska förhållanden, andra radiosändare och elektromagnetiskt brus kan försämra prestanda.
- Ground clutter: markreflektioner gör det svårt att skilja små, sakta rörliga mål nära marken från bakgrundssignaler.
- Stealth och absorberande material: vissa konstruktioner och material minskar radarreflektionen (RCS – radar cross section) och gör upptäckt svårare.
Framtida utveckling
Radartekniken fortsätter att utvecklas genom bättre digital signalbehandling, bredbands- och millimetervågsteknik, flerfunktionsfasstyrda antenner samt AI-baserad måldetektion och klassificering. Kombinationen av radar med andra sensortyper (sensorfusion) ökar robustheten och ger bättre situationsmedvetenhet i både civila och militära system.
Sammanfattningsvis är radar en mångsidig teknik som bygger på enkel fysik men kräver avancerad elektronik och signalbehandling för att ge pålitlig information i många olika användningsområden.
En stor radarantenn
Frågor och svar
F: Vad är Radar?
S: Radar är en maskin som använder radiovågor för ekolokalisering för att hitta objekt som flygplan, fartyg och regn.
F: Vilka är de grundläggande delarna i en radar?
S: De grundläggande delarna i en radar är sändaren som skapar radiovågorna, antennen som riktar dem och mottagaren som mäter de vågor som studsar tillbaka av ett objekt.
F: Hur mäter radarn avståndet?
S: Genom att styra hur ofta snabba impulser av radarenergi sänds ut av en sändare (det kallas "pulsrepetitionsfrekvens") och hur lång tid det tar för den reflekterade impulsenergin att komma tillbaka till mottagaren, kan man avgöra var föremål befinner sig och hur långt bort de är. Digitala kretsar i mottagaren beräknar avståndet genom att multiplicera ljusets hastighet med tidsintervallet mellan energipulserna.
F: Vad användes radar först till?
S: Radar användes för första gången 1904 av Christian Hülsmeyer, som fick patent på det (Reichspatent Nr. 165546).
F: Hur blev radar populär under andra världskriget?
Svar: Radar var avgörande i slaget om Storbritannien och andra delar av andra världskriget eftersom axelländerna inte lyckades hålla jämna steg med den brittiska och amerikanska radartekniken under denna tid.
F: Vad står RADAR för?
S: RADAR står för Radio Detection And Ranging (radiodetektion och avståndsmätning). Denna akronym ersatte den brittiska initialismen RDF (Radio Direction Finding). Numera är det många som tänker på det som ännu ett ord i stället för som en akronym.
F: Vilka typer av radar använder FAA?
S: FAA (Federal Aviation Administration) använder flera olika typer av radar.
Sök