Радиолокатор

Радиолокатор, радиолокационна станция (съкратено РЛС) или радар (акроним от английския 
израз Radio Detection And Ranging, „радио откриване и определяне на разстояние“) е система, 
която използва радиовълни с цел откриване и определяне на местоположението на отдалечени 
спрямо РЛС обекти, също и за определяне на параметри на движението, както и свойствата и 
характеристиките на тези обекти – кораби, самолети, космически кораби, ракети, моторни 
превозни средства, метеорологични формации и терени. Антената на радара предава примерно 
импулси от радиовълни, които се отразяват. Обектът връща много малка част от енергията на 
вълната в приемната антена (обикновено разположена в същото място, където е предавателят).

Радарите тайно са разработвани преди и по време на Втората световна война от няколко 
държави. Терминът радар е използван от Военноморските сили на САЩ през 1940 г.

Днес използването на радари е много разнообразно в области като: управлението на въздушното 
движение, радарната астрономия, противовъздушната отбрана, противоракетните системи; 
морските радари за локализиране на земни навигационни обекти и други кораби; системи за 
откриване на опасно сближение във въздухоплаването, системи за наблюдение на океана, 
системи за наблюдение на космическото пространство и системи за сближение, 
метеорологичната система за наблюдение за валежи, системите за контрол на височината и 
полета, системите за насочване към целта при управляеми ракети, гео-радарите за геоложки 
наблюдения и др.

Високотехнологичните радиолокационни системи са свързани с цифровата обработка на 
сигналите и имат способност за извличане на полезна информация при много високи нива на 
шума.

Други подобни на радарните системи работят, като използват различни части на 
електромагнитния спектър. Един такъв пример е лидарът, който ползва по-скоро видимата 
светлина на лазерите, а не радиовълните.

Принцип на действие

Радарът се състои от мощен – десетки и стотици киловати – генератор на електромагнитно 
лъчение и от приемник. Сигналът от изхода на генератора се модулира импулсно и се подава 
към подвижна антена, откъдето се излъчва насочен лъч радиовълни. Когато радиовълните 
стигнат до отдалечения обект, те се отразяват от него обратно към радара. Тъй като се знае 
накъде е насочена антената, положението на засечения обект може да се определи, като се 
измери времето, за което сигналът се е върнал. Така се определя отдалечеността, а като се 

измери промяната в честотата му, може да се определи и скоростта на движение на обекта 
посредством доплеров ефект.

Отражение

Ако електромагнитните вълни, преминавайки през една среда, срещнат друга, която притежава 
много различна от първата диелектрична проницаемост или магнитна проницаемост, то вълните 
ще се отразят или ще се разсеят от границата между средите. Това означава, че един твърд 
предмет във въздуха или във вакуум, или една съществена промяна в атомната плътност между 
обекта и средата, която е около него, като правило ще разсее радарните радиовълни от неговата 
повърхност. Това е вярно, в частност, за електропроводими материали като метал и въглеродни 
влакна, което прави радара много подходящ за откриване на самолети и кораби. С цел 
намаляване на радиолокационното отражение при военните превозни средства се ползават 
абсорбиращи радиовълните материали, които съдържат резистивни, а понякога и магнитни 
вещества. Това е еквивалентно като да се оцвети нещо в тъмен цвят, така че да не може да се 
види от окото през нощта.

Вълните на радара се разсейват по различни начини в зависимост от размера (дължина на 
вълната) на радиовълните и от формата на целта. Ако дължината на вълната е много по-къса от 
размера на целта, то вълната ще се отрази от нея по начин, подобен на начина, по който 
светлината се отразява от огледало. Ако дължината на вълната е по-дълга от размера на целта, 
то целта може и да не се вижда поради лошото отражение. При нискочестотните радиолокатори 
технологията е зависима от резонансите при откриване, но не и при идентифициране на целите. 
Това се описва от Релеевото разсейване, ефектът, поради който небето на Земята е синьо и 
червено при залезите. Когато дължините на двата мащаба са съизмерими, може да има 
резонанси. Първите радари са ползвали много дълги вълни, които са били по-големи от 
размерите на целите, и по тази причина се получавал неясен сигнал, докато при някои от 
съвременните системи се ползват по-къси дължини на вълните (няколко сантиметра или по-
малко), при което могат да се изобразят обекти с размерите на хляб например.

Късите радиовълни се отразяват от криви и от ъгли по начин, сходен с блясък от заоблено парче 
стъкло. При къси дължини на вълните най-силно отразяват тези обекти, които имат 90° ъгли 
между отразяващите повърхности. Един ъглов отражател се състои от три плоски повърхности, 
които са разположени като при вътрешния ъгъл на кутия. Тази конструкция ще отразява 
вълните, влизащи в нея, директно обратно към източника. Обикновено те се използват като 
радарни отражатели, които да направят по-лесни за откриване обекти, които иначе са трудно 
видими от радар.

Уравнение на радар

Получената в антената на приемника мощност Pr се описва чрез следното уравнение:

    {\displaystyle P_{r}=((P_{t}G_{t}A_{r}\sigma F^{4)) \over (((4\pi )}^{2}R_{t}^{2}R_{r}^{2))))

където

    Pt – мощност на предавателя

    Gt – коефициент на усилване на предавателната антена

    Ar – ефективна апертура (площ) на приемната антена (често означавана с Gr)

    σ – ефективна отразяваща повърхност, или коефициент на разпръскване на целта

    F – множител на затихване, характеризиращ разпространението в средата

    Rt – разстояние от антената на предавателя до целта

    Rr – разстояние от целта до антената на приемника.

В често срещания случай, когато предавателят и приемникът са на едно и също място, Rt = Rr и 
изразът Rt² Rr² може да се замени от R4, където R е разстоянието (дистанцията).

Оттук следва:

    {\displaystyle P_{r}=((P_{t}G_{t}A_{r}\sigma F^{4)) \over (((4\pi )}^{2}R^{4))}.}

Този израз показва, че мощността спада като четвъртата степен на разстоянието, което означава, 
че приеманата мощност от отдалечени цели е относително слаба.

Допълнителната филтрация и интегрирането на импулса леко модифицират уравнението за 
максималното разстояние на откриване при импулсните доплерови радари, и този метод се 
прилага, за да се увеличи това максимално разстояние и за да се намали необходимата мощност 
на предавателя.

Горното уравнение при коефициент F = 1 се опростява в случай на вакуум без смущения. 
Множителят на затихване, характеризиращ разпространението според средата, се отчита при 
ефектите на многолъчевост и засенчване и зависи от средата на разпространение. В реално 
срещаните ситуации загубите при разпространение (path loss) също трябва да се вземат 
предвид.