الرادار

[Антонов]

تعرف الرادارات بشكل عام..

أول من استعمل الموجات الراديوية للكشف عن وجود أجسام معدنية عن بعد كان
العالم كريستيان هولسماير الذي أظهر عملية كشف
وجود سفينة من خلال الضباب ولكن من غير تحديد المسافة وذلك في عام 1904
أنشأ نيكولا تيسلا رائد علم الكهرباء الأسس المرتبطة بين الموجات ومستوى الطاقة قبل الحرب العالمية الثانية، في أغسطس 1917، وكان الرادار البدائي.
أما الرادار أحادي النبض فقد ظهر في عام 1934 بأمريكا ثم ألمانيا وفرنسا ،وذلك بواسطة إميلي جيراردو ،الذي أظهر أول رادار
فرنسي
حسب تصورات تيسلا الأساسية، في حين أن أول ظهور
للرادار الكامل كان في بريطانيا كدفاع عن أي هجوم
للطائرات وذلك في عام 1935
ازدادت الأبحاث خلال الحرب لإظهار أفضل الرادارات كأسلوب للدفاع حتى ظهرت
رادارات متحركة بمواصفات أفضل. وبالسنوات التي تلت الحرب استخدم الرادار
بقوة في المجال المدني كمراقبة الملاحة
الجوية والأرصاد وحتى بعلم قياسات الفضاء
في الفلك.

الانعكاس

تنعكس الموجات الكهرطيسية (أحيانًا تتبدد)
عند أي اختلاف كبير في ثوابت العزل الكهربائي أو التعاكس المغناطيسي (الديامغناطيسية)، وهذا يعني أن المواد
الصلبة الموجودة بالهواء أو الفراغ أو أي تغيير ملموس بالكثافة الذرية
بين الجسم والبيئة المحيطة به سوف يبدد الإشعاع أو الموجات
الراديوية. وتنطبق على الموصلات الكهربية كالمعادن والألياف الكربونية والتي تساعد الرادار على سهولة الكشف على الطائرات والسفن. المواد التي تمتص الرادار تحتوي على مقاومة ومواد مغناطيسية وتستخدم
بالعربات العسكرية لخفض انعكاس الرادار، وأيضا الأصباغ الداكنة تعمل
نفس العمل.
تتفرق (تتشتت) موجات الرادار بعدة أشكال اعتمادًا على طول الموجة وشكل الهدف. فإذا كان طول الموجة أقصر من حجم الهدف فإن الموجة سترتد باتجاهات متغايرة
كالضوء على المرآة، وإذا كانت الموجة أطول من حجم الهدف فإن الهدف سيكون متقاطب (الشحنات
الموجبة والسالبة منفصلة) مثل الإريال
ثنائي الأقطاب. الرادارات المبكرة استخدمت موجات ذات أطوال عالية أطول
من الهدف مما جعلها تستقبل إشارات مبهمة، لكن الحديثة منها تستخدم أطوال
قصيرة جدا بحيث يمكنها التقاط أهداف بحجم رغيف الخبز. موجات الراديو القصيرة تنعكس من الزوايا والمنحنيات بطريقة مشابهة
للمعان قطعة زجاج مدورة. الأهداف الأكثر انعكاسا للموجات القصيرة لها
زوايا 90 درجة بين الأسطح المنعكسة، الجسم الذي يحتوي على 3 أسطح وتلتقي
بزاوية واحدة كزاوية علبة تعكس الموجات الداخلة
إليها مباشرة إلى المصدر وتسمى بالزوايا العاكسة وهذه الطريقة تستعمل
لتسهيل الكشف الرإداري وتوجد بالقوارب لتسهيل حالات الإنقاذ وتقليل الاصطدامات كما
بالصورة.

طريقة عمل الزوايا العاكسة

ولأسباب مشابهة هناك أهداف تحاول تجنب الكشف الرإداري وذلك بعمل الزوايا لأجسامها بطريقة لمنع الكشف
وتكون حوافها عمودية لاتجاه الكشف مما يقود
لاتجاه العكس كما بطائرة الشبح، ومع ذلك فإن
التخفي لا يكون كاملا بسبب عامل انحراف الموجات وخاصة
للموجات الطويلة.
الرادار

كمية الطاقة للإشارة المرتدة إلى الرادار المرسل
تعطى بالمعادلة التالية:

حيث أن

Pt = الطاقة المرسلة
Gt = زيادة إرسال الهوائي
Ar = مساحة الهوائي المرسل
σ = المقطع العرضي للرادار
F = عامل الانتشار
R = المسافة أو المدى بين المرسل
والهدف

من المعادلة نرى أن كمية طاقة الإشارة المرتدة تضعف إلى مستوى
أقل من ربع طاقة المدى مما يعني أن قوة الإشارة المستلمة تكون ضعيفة
جدا.
عامل الانتشار=1 في حالة الفراغ ويعني إنه لا وجود لأي
تشويش، وهذا العامل ينسب إلى تأثير الانتشار والتضليل وطبيعة البيئة المحيطة وحتى الفقدان خلال
الطريق تؤخذ بالحسبان. بعض المعادلات الرياضية التي تطور الإشارة الرادار تضيف تصنيف زمن
التردد (المويجة) ويستخدم للأهداف
المتحركة

إشارات الرادار المرسلة يكون مجالها الكهربائي متعامد مع اتجاه الموجة
واتجاه هذا المجال يكون هو استقطاب الموجة، فنرى قطبية الرادار إما أفقية
أو عمودي أو على شكل خط مستقيم أو دائري حتى يمكنه الكشف على عدة
أنواع من الانعكاسات، فمثلا الاستقطاب الأفقي يستخدم
لتقليل التشويش الآتي من المطر. الاستقطاب المعاد على خط
مستقيم يستخدم للتعريف على الأجسام المعدنية، الاستقطاب العشوائي المعاد
يدل على الأسطح الصغيرة والكسرات كالصخور والتربة وهذا النوع من الرادار
تستخدم بمراقبة الملاحة
الجوية

نظام الرادار يجب عليه تخطي بعض الإشارات الغير مرغوبة الناشئة من
(مصادر داخلية أو خارجية سواءً سلبية أو إيجابية) حتى تظهر الأهداف
الحقيقية. وتعرف تلك المقدرة على تخطي موجات التشويش بنسبة الإشارة إلى الضجيج. (signal to noise
ratio SNR) كلما كانت النسبة عالية كلما كانت كلما كانت نقاوة الموجة
المستقبلة أفضل
الضوضاء

إشارة الضوضاء هي مصدر داخلي من
الاختلافات المتعددة للإشارة، وتشكلت إلى حد ما من قبل القطع الإلكترونية
الداخلية. وهو مضاف بشكل عشوائي على الموجة المرتدة
بالرادار المستقبل، كلما ضعفت الإشارة المستقبلة كلما زادت صعوبة تطهيرها
من الضجيج، وأفضل مثال على
ذلك هو السماع لهمس بجانب طريق مزدحم. لذلك من الأهمية تقليل تلك الضوضاء بتقليل
عواملها، ويقاس تلك الضوضاء المنتجة داخل الجهاز المستقبل مقارنة مع الجهاز
المثالي وكلما قلت الكمية المقروءة كلما كان الاستقبال أفضل.
هناك ضوضاء ذات مصدر خارجي ويكون عادة من الحرارة الطبيعية المحيطة بالهدف. أنظمة الرادار الحديثة
تكون أجهزة الاستقبال ذات كفاءة بحيث أن الضوضاء الداخلية تكون بسيطة وأقل
نسبة من الضوضاء الخارجية. وأيضا توجد
الضوضاء المتقطعة، تظهر خلال مرور الإلكترونات وتكون ذات علاقة
عكسية مع الموجة بمعنى كلما زادت قوة
الموجة كلما قلت تلك الضوضاء بشكل كبير، الرادار النبضي يستخدم النظام
التمازجي بمعنى اقتران ترددين.
الموجة
المزعجة

الموجة المزعجة أو الفوضوية يرجع مصدرها إلى موجة الراديو الحقيقية، وهي صدى
لموجة تعود من الهدف ولكنها غير مرغوب بها من العامل بجهاز الرادار.
أنواع الأهداف التي تحتوي على الموجة الفوضوية:

أجسام طبيعية كالأرض والبحر
والمنتشرة كالمطر والثلج والأعاصير الرملية
والجوية والحيوانات والتأثير الغلاف الجوي والنيازك الصغيرة وحتى منتوجات البشر كالبنايات أو مضاد الرادار
كالشذرات والخدع الرإدارية.

صورة لمرشد الموجة ويكون موضعه ما بين الإريال وجهاز المرسل المستقبل

موجات مزعجة كما بالصورة تظهر وتختفي

أهداف غير حقيقية أشباح أو خيال

هناك إزعاج يكون بسبب طول كبل مرشد الموجة (waveguide) ما بين جهاز
المرسل-المستقبل (transceiver) وبين الهوائي، بشاشات الرادار ذات
مبين الموقع الإسقاطي (plan position indicator، PPI) عليها
ورادارها الدوار، يكون هناك نقط أشبه بالومضات بمنتصف الشاشة تكون عادة
بسبب صدى الغبار الذي يسبب تغيير بالإشارة الراديوية، معظم تلك الومضات
تكون بسبب انعكاس الموجات المرسلة قبل خروجها من الهوائي. حتى نقلل من تلك
الومضات نعيّر التوقيت ما بين لحظة الإرسال واللحظة التي يبدأ الاستقبال
بالعمل.

بعض الموجات المزعجة تكون غير معرفة لبعض الرادارات، مثال على ذلك" غيوم الأعاصير" لا يتعرف عليها رادار الدفاع الجوي ولكنها معرفة
برادارات الأرصاد الجوية، بتلك
الحالة تعتبر هذه الموجة سلبية بسبب عدم الحاجة لها. توجد عدة طرق لكشف وتحييد تلك
الموجات التي تعتبر بتلك الحالة مزعجة، وتعتمد تلك الطرق على أن الموجة
المزعجة تظهر ثابتة خلال الكشف الرإداري لذلك عند مقارنة تسلسل صدى
الكشف نرى الموجات المرغوبة تتحرك بينما جميع الصدى الثابت ستزال من الشاشة.

موجات البحر الفوضوية تقلل بواسطة الاستقطاب الأفقي والمطر يقلل بواسطة الاستقطاب الدائري، يجب الملاحظة أنه بحالة
رادار الأرصاد الجوية تلك الأشياء تكون مطلوبة لذلك يستعمل استقطاب الخط المستقيم لكشف المطر والبحر وغيرهما. هناك طريقة تسمى Constant
False-Alarm Rate أي ثابت معدل الإنذارات الكاذبة، وهي شكل من ضبط
الزيادة الأتوماتكية ( Automatic Gain Control) وهي تعتمد على حقيقة
أن صدى الموجات الفوضوية الراجعة أكثر بكثير من صدى الأهداف
المرغوبة، لذلك زيادة الجهاز المستقبل سيعدل أتوماتيكيا للمحافظة على
المعدل الثابت للموجات للفوضوية المرئية، وقد لايمكنه العمل بكفاءة في حالة
استقبال هدف يكون مغلف بموجة فوضوية قوية ولكنه له المقدرة على تمييز مصدر
الموجات القوية. بالسابق ضبط الزيادة الأتوماتيكي كان يتحكم إلكترونيا
ويؤثر على الزيادة على إجمالي المستقبل، لكن حاليا ضبط الزيادة الأتوماتيكي
اصبع مبرمج ويسيطر على الزيادة مع قابلية أكثر للتعديل للكشف عن خلايا محددة بالرادار.

هناك موجة فوضوية قد تنشأ من صدى ذو مسارات متعددة من هدف حقيقي وذلك
بسبب الانعكاسات الأرضية والغلاف الجوي أو انعكاس الغلاف الأيوني، هذا
النوع من الموجات الفوضوية مزعجة للبعض بسبب أنها تتحرك وتتصرف كهدف حقيقي،
مما ينتج ما يسمى الأشباح
أو الخيال.

وستتصرف كالتالي: صدى الطائرة إلى الرادار هو انعكاس
من عدة اتجاهات من الأرض ومن فوق الهدف يظهر بجهاز
الاستقبال كهدف حقيقي تحت الهدف الأصلي قد يحاول الرادار أن يوحد الأهداف
معطيا للهدف ارتفاع غير حقيقي أو قد يمنعها بالمرة وهو الأسوأ بسبب
اختلاف المعطيات للهدف أو تطبيقات غير ممكنة. تلك المشاكل ممكن التغلب
عليها بواسطة دمج الخريطة بالرادار ومنع جميع
أنواع الصدى التي تظهر تحت الأرض أو فوق ارتفاع معين. الأنواع الحديثة من أجهزة الرادارات
الأرضية للمطارات تستخدم الخوارزميات للتعرف على
الأهداف المزيفة بواسطة مقارنة النبضات
الآتية حديثا مع المجاورة معها، مثل حساب الراجع الغير محتمل مثل حساب
الارتفاع والمسافة والتوقيت ما بين الإرسال والاستقبال.
التشويش

تشويش الرادار مصدره موجات راديوية ناشئة من خارج نظام الرادار، ترسل
على موجة الرادار فيخفي الأهداف المرغوبة. التشويش قد يكون متعمدا كسلاح
مضاد للرادار في تكتيكات الحروب الإلكترونية، وقد يكون غير متعمد مثل
النيران الصديقة أجهزتها تعمل على نفس الموجة الرإدارية. ينظر إلى التشويش
بأنه قوة تداخل فعالة لأنها تنشئ من عناصر خارج النظام وغير مرتبطة بإشارات الرادار.
التشويش مشكلة معقدة لأن الموجة المشوشة تحتاج إلى ذهاب إلى الرادار
المعني دون الحاجة للرجوع، بينما موجة الرادار يرحل ذهاب وإياب الرادار-الهدف-الرادار
فتقل قوته بشكل ملموس مع عودته للمستقبِل. أجهزة التشويش تحتاج إلى طاقة
أقل من أجهزة الرادار ولكنها تبقى ذات فعالية قوية لإخفاء الأهداف خلال خط
البصر (line of sight) من المشوش إلى الرادار (فص التشويش الرئيسي،
Mainlobe Jamming). المشوش يكون معه تأثير مضاف إلى تأثير الرادار على طول
خط البصر خلال استقبال الرادار ويسمى "فص التشويش الجانبي"
(Sidelobe Jamming). فص التشويش الرئيسي ممكن تقليله بتضييق الزاوية المجسمة له، ولكن لا يمكن
إزالتها خاصة عندما تواجه مباشرة المشوِش الذي يستخدم نفس الموجات ونفس
الاستقطاب الذي يستخدمه الرادار. الفصوص الجانبية للتشويش ممكن التغلب
عليها بواسطة تصميم هوائي يقلل استقبال الفصوص الجانبية واستخدام هوائي
لجميع الاتجاهات (omnidirectional antenna) لكشف وإهمال إشارات
الفصوص الجانبية. التقنيات الأخرى المضادة للتشويش مثل الاستقطاب وقفزات
التردد (frequency hopping، وهي تغيير التردد بتسلسل عشوائي يعرفه
المرسل والمستقبل فقط). التداخل حاليا أصبح مشكلة للنطاق C-band
الذي تستخدمه الأرصاد الجوية على موجة 5.4 جيجا هرتز مع تقنية الواي فاي.
تجهيز
إشارة الراديو

قياس
المسافة

وقت العبور

رحلة الموجة ذهاب وإياب

طريقة واحدة لقياس بعد الهدف وهي إرسال نبضة قصيرة من موجة الراديو (إشعاع كهرومغناطيسي)
ثم حساب الوقت حتى عودتها من الهدف وسرعة
الموجة هي سرعة الضوء(186.000 ميل بالثانية) والمسافة تكون نصف الرحلة كلها
(ذهاب وإياب)، لحساب ذلك بدقة يتطلب أجهزة دقيقة.
كما أسلفنا فإن المستقبِل لا يعمل في لحظة إرسال الموجة والسبب هو جهاز "duplexer"
أو المبدل التناوبي، وهو يعمل على تناوب الرادار ما بين إرسال واستقبال
بمعدل زمني محدد سلفا، لمعرفة مسافة الهدف يقاس طول الموجة ضرب السرعة
ونقسم على اثنين، وللكشف على أهداف اقرب يتطلب موجات أقصر.
هناك عامل يفرض استعمال المدى الأقصى، هو عند عودة النبضة من الهدف
بلحظة إرسال نبضة أخرى يجعل المستقبِل لايستطيع التمييز، إذا يجب علينا
إطالة المدى باستخدام وقت أطول بين النبضات أو ما يسمى توقيت تكرار
النبضات (pulse repetition time)، المشكلة أن هذان العاملان
يميلان أن يكونا متضادين، إذ ليس سهلا لدمج موجتان إحداهما قصيرة المدى
والأخرى طويلة برادار واحد، والسبب أن النبضات القصيرة المطلوبة عند الحد
الأدنى للبث الجيد لديها طاقة ضعيفة، ومما يقلل الموجات الراجعة وتكون
الأهداف صعبة الكشف، ولتجنب ذلك نزيد

الرادار النبضي (Pulsed Radar)يعمل الرادار النبضي من خلال إرسال نبضات قصيرة جدا من الموجات الكهرومغناطيسية باتجاه الهدف وبمعدل يتم تحديده بناءا على البعد الأقصى الذي يمكن للرادار أن يقيسه. ويتم تحديد بعد الهدف في الرادار
النبضي من خلال قياس الفترة الزمنية التي استغرقتها النبضة من وقت إطلاقها إلى رجوعها للرادار ومن ثم يتم حساب بعد الهدف من خلال ضرب سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء والبالغة ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية بنصف قيمة الفترة الزمنية المقاسة. ولكي يتمكن الرادار من تحديد بعد الهدف بدون أي التباس (ambiguity) يجب أن تصل النبضة المرتدة قبل إطلاق النبضة التالية وإلا فإن وصولها بعدها سيجعل الأمر ملتبسا على المستقبل لا يدري إن كانت النبضة المرتدة ناتجة عن النبضة المرسلة حديثا أم عن النبضات التي سبقتها. وعلى هذا فإن الرادار المصمم لقياس مدى قد يصل إلى مائة كيلومتر وبدون أي التباس يجب أن لا يزيد معدل النبضات المرسلة عن ألف وخمسمائة نبضة في الثانية. أما أقل بعد يمكن أن يقيسه الرادار فيتحدد من عرض النبضة المرسلة فالرادار النبضي لا يمكنه قياس النبضات التي ترتد في زمن يقل عن عرض النبضة. ولقياس بعد الأهداف القريبة يجب أن يقل عرض النبضة عن قيمة محددة يتم احتسابها من قيمة أقل بعد فعلى سبيل المثال فإن عرض النبضة يجب أن لا يزيد عن سبعة أجزاء من مليون جزء من الثانية. إن تقليل عرض النبضة سيؤدي إلى تقليل كمية الطاقة التي تحتويها وبالتالي سيؤدي إلى تقليل البعد الأقصى للهدف الذي يمكن للرادار أن يكتشفه ولذلك فإنه من الصعب استخدام الرادار النبضي في نفس الوقت لقياس بعد الأهداف البعيدة والقريبة ولذلك يوجد رادارات نبضية بعيدة المدى لا يمكنها قياس بعد الأهداف القريبة وكذلك العكس.

​

رادار دوبلر (Doppler Radar)​

أما سرعة الأهداف المتحركة فيمكن قياسها باستخدام تأثير دوبلر (Doppler effect) والذي مفاده أن تردد الموجة الكهرومغناطيسية المرتدة عن الهدف المتحرك قد يزيد أو ينقص عن تردد الموجة المرسلة بمقدار يتناسب طرديا مع مركبة سرعة الهدف باتجاه الرادار ففي حالة الزيادة فإن الهدف يقترب من الرادار وفي حالة النقصان فإنه يبتعد عنه. ومن الواضح أن سرعة الهدف لا يمكن تحديدها بشكل مطلق إلا في حالة واحدة وهي إذا كان الهدف يتحرك بشكل مباشر نحو الهدف أما إذا كان يتحرك بزاوية عامودية أو مائلة على الخط الواصل بين الهدف وموقع الرادار فإنه من غير الممكن تحديد السرعة المطلقة. ويمكن حساب سرعة الهدف المطلقة بشكل غير مباشر إذا ما تمكنت المعالجات الموجودة في الرادار من تحديد اتجاه سير الهدف والسرعة الشعاعية (radial velocity) التي تم قياسها من خلال رادار دوبلر. ويقوم جهاز موجود في مستقبل الرادار بمقارنة الترددين وإيجاد الفرق بينهما ومن ثم يتم احتساب السرعة الشعاعية بضرب فرق التردد بثابت معين يتم تحديده حسب الوحدات المستخدمة لإظهار السرعة كأن تكون كيلومتر في الساعة. ولا بد من التنويه أن حساب السرعة يكون صحيحا إذا كان الرادار ثابتا أما إذا كان الرادار من النوع المحمول فإن السرعة التي يقيسها للهدف هي السرعة الشعاعية النسبية وهي حاصل جمع السرعتين الشعاعيتين إذا كانا يقتربان من بعضهما وحاصل الطرح في حالة التباعد.

​

الرادار ذو الموجة المستمرة (Continuous Wave radar)​

يعمل الرادار ذو الموجة المستمرة من خلال إرسال موجة كهرومغناطيسية جيبية عالية التردد بشكل مستمر وليس على شكل نبضات كما في الرادار النبضي. ويوجد نوعان من هذا الرادار ففي النوع الأول يكون تردد الموجة المرسلة ثابتا ولا يمكن في مثل هذا الحال قياس بعد الهدف سواء أكان متحركا أم ثابتا ولكن يمكن استخدام هذا الرادار لقياس سرعة الأهداف المتحركة باستخدام تأثير دوبلر. ويستخدم هذا النوع في التطبيقات التي تهتم بسرعة الهدف فقط كما في الرادارات المستخدمة من قبل الشرطة لقياس سرعات المركبات على الطرق ولكي يتمكن الشرطي من قياس السرعة بشكل دقيق عليه أن يوجه الرادار بنفس اتجاه سير المركبة ,وإلا ستكون السرعة المقاسة أقل من السرعة الحقيقية. ولقياس بعد الهدف باستخدام الرادار ذي الموجة المستمرة يتم تعديل تردد الموجة الجيبية بإشارة ذات تردد منخفض لها شكل سن المنشار (Sawtooth wave) بحيث يزداد تردد الموجة الجيبية خطيا من قيمة دنيا عند بداية الدورة إلى قيمة عليا عند نهايتها ويسمى هذا النوع رادار الموجة المتصلة بتعديل التردد (frequency-modulated continuous wave radar). وعندما يقوم المستقبل بمقارنة تردد الموجة المرتدة مع تردد الموجة المرسلة عند لحظة زمنية معينة نجد أن هنالك فرقا بينهما نتيجة للتأخير الزمن في الموجة المرتدة ومن السهل إثبات أن بعد الهدف عن الرادار يتناسب مع الفرق في التردد. ويستخدم هذا النوع من الرادار لقياس بعد الأهداف الثابتة حيث أن الأهداف المتحركة تعمل أيضا على تغيير التردد مما يجعل الأمر ملتبسا على المستقبل فلا يستطيع التمييز فيما إذا كانت الإزاحة في التردد ناتجة عن التأخير الزمني أو عن تأثير دوبلر. ومن الواضح أيضا أن هذا النوع من الرادارات لا يمكنه قياس سرعة الهدف وذلك لنفس السبب. ولذلك فإن رادار الموجة المتصلة بتعديل التردد يستخدم بكثرة في الطائرات لقياس ارتفاعها عن الأرض والذي يسمى راديو مقياس الارتفاع (radio altimeters).

​

رادار المصفوفة الطورية (Phased Array Radar)​

لا يختلف رادار المصفوفة الطورية عن الرادار التقليدي سوى في نوع الهوائي المستخدم والطريقة التي يتم بها مسح الفضاء بشعاع الهوائي. ففي الرادار التقليدي تستخدم الهوائيات الصحنية والتي يتم تدويرها بسرعة معينة لكي تتم عملية المسح بينما يستخدم رادار المصفوفة الطورية هوائيات ثابتة لا تتحرك وتتم عملية مسح الفضاء المحيط بتوجيه الشعاع وتحريكه بطريقة إلكترونية. ويكمن سر هذا الرادار في هوائي المصفوفة الطورية (phased array antenna) وهو عبارة عن مجموعة من الهوائيات البسيطة (dipole antennas) يتم تغذيتها بتيارات يمكن التحكم بشدتها وبأطوارها (phases) بطريقة إلكترونية ومن خلال اختيار شدة التيارات وأطوارها للهوائيات البسيطة يمكن الحصول على شعاع أو أكثر وبأي اتجاه للهوائي الكلي. وتتميز هوائيات المصفوفة الطورية كذلك بقدرتها على تشكيل أكثر من شعاع ويمكن تحريك كل شعاع بشكل مستقل عن بقية الأشعة وهذا يناسب رادارات التتبع (tracking radars). لقد ظهرت فكرة استخدام الرادارات ذات المصفوفة الطورية خاصة في الطائرات الحربية أثناء الحرب العالمية الثانية ولكن لم تنجح محاولات بنائها إلا في الستينات بعد تطور تكنولوجيا الإلكترونيات. لقد أصبح هذا النوع من الرادارات هو المفضل في كثير من التطبيقات بسبب عدم الحاجة لتحريك الهوائيات ميكانيكيا وأكثر ما تستخدم في الطائرات بمختلف أنواعها وذلك لصعوبة وضع رادارات تقليدية على ظهرها.

الرادار ذو الفوهة المصطنعة (Synthetic Aperture Radar (SAR))
يتطلب تصوير بعض الأهداف بحيث تظهر تفصيلات معالمه هوائيات ذات حجم بالغ الكبر وذلك للحصول على شعاع ضيق جدا يمكنه مسح تفصيلات الهدف. وغالبا ما يصعب بناء مثل هذه الهوائيات الكبيرة أو يصعب حملها بالطائرات إذا كان التصوير من الجو. وقد تم التغلب على هذه المشكلة من خلال استخدام مبدأ بسيط وهو أن عددا من الهوائيات الصغيرة الحجم المتباعدة مكانيا والموجهة نحو الهدف يمكن أن تقوم مقام هوائي كبير الحجم شريطة القيام بمعالجة معقدة للإشارات التي تلتقطها هذه الهوائيات من زوايا مختلفة وذلك باستخدام الحواسيب. وقد تم استخدام ما يشبه هذه الطريقة في تصوير المجرات حيث يتم توزيع الهوائيات على مناطق جغرافية متباعدة ويتم معالجة الصور الفردية الملتقطة غير الواضحة للحصول على صورة عالية الوضوح. وكذلك يتطلب تصوير أهداف موجودة على سطح الأرض بدقة واضحة من الجو باستخدام رادارات محمولة بالطائرات هوائيات كبيرة الحجم يصعب في الغالب وضعها على هذه الطائرات. وبدلا من استخدام عدة رادارات موزعة في الجو وهو ما يصعب تحقيقه تقوم طائرة واحدة تحمل رادار بهوائي صغير بالتحرك فوق الهدف وأخذ صور متلاحقة من أماكن مختلفة في الجو وعند معالجة هذه الصور يتم الحصول على صورة رادارية عالية الوضوح. يستخدم هذا النوع من الرادارات في تطبيقات لا حصر لها كالاستشعار عن بعد وفي تصوير الأهداف والمنشئات العسكرية.

​

رادار التتبع (Tracking Radar)​

تتطلب بعض التطبيقات أن يقوم الرادار بتتبع الهدف المتحرك بعد أن يتم اكتشافه من قبل نفس الرادار أو رادار آخر حيث يتوقف هوائي الرادار عن الدوران ويتم توجيهه نحو الهدف تماما ويتابع حركته باستمرار. وغالبا ما يتم استخدام نظام تحكم بتغذية راجعة سلبية تتحكم بحركة الهوائي لكي يتمكن من متابعة الهدف بشكل دقيق. وأكثر ما تستخدم مثل هذه الأنظمة في التطبيقات العسكرية حيث يتم ربط نظام التتبع بنظام التحكم بمصادر النيران بحيث يتم توجيهها نحو أهدافها بطريقة آلية وما على الجندي إلا الضغط على الزناد لإطلاق النار في الوقت المناسب أو يتم ذلك بشكل تلقائي. وتستخدم هذه الأنظمة في أنظمة الدفاع الجوي والصواريخ قصيرة المدى وفي الأنظمة المضادة للصواريخ وغيرها. وتستخدم كذلك في أنظمة هبوط الطائرات. إن أحد عيوب هذا النظام أن عملية المسح للأهداف الأخرى توقف بمجرد اكتشاف الرادار لأحد الأهداف والقيام بتتبعه وتحل هذه المشكلة إما بوجود رادارات أخرى أو باستخدام نظام التتبع مع البحث (track-while-scan (TWS))

ولكن يلزم في هذه الحالة وجود حاسوب يقوم بتخزين معلومات عن عدد من الأهداف المتتبعة ويمكنه إرسال إشارات لأنظمة التحكم بالنيران لتوجيهها نحو هذه أهداف. ويمكن أن تحل هذه المشكلة أيضا باستخدام رادارات بهوائيات المصفوفة الطورية (phased array antenna). وتتميز هذه الأنواع من الرادارات بأن عملية المسح تتم بطريقة إلكترونية (electronic scanning) حيث لا يلزم تحريك الهوائي كما في الرادارات العادية. وتتميز كذلك بإمكانية برمجة الهوائي ليشكل أكثر من شعاع يستخدم بعضها للمسح وبعضها لمتابعة الأهداف.




​

 

[Антонов]

أنظمة الرادار


أنظمة الرادار
​

الدكتور منصور أبوشريعة العبادي \ جامعة العلوم والتكنولوجيا الأردنية

​

8-1 مقدمة

الرادار هو نظام إلكتروني يستخدم الموجات الكهرومغناطيسية لتحديد إحداثيات موقع الأجسام الثابتة والمتحركة في الفضاء وكذلك اتجاها وسرعتها إذا كانت متحركة وكذلك تحديد طبيعة هذه الأجسام إن أمكن. وكلمة رادار (radar) هي كلمة إنكليزية مكونة من الأحرف الأولى لجملة (DetectionAndRadio Ranging) والتي تعنيكشف وتحديد البعد بالراديو.إن طريقة عمل الرادار تعتمد على مبدأ بسيط وهو أن الموجات الكهرومغناطيسية عندما تسقط على جسم ما فإن قسما منها سينعكس عنه وغالبا ما ينتشر جزء من الموجات المنعكسة بالاتجاه المعاكس للموجات الساقطة. وعلى هذا الأساس فإن الرادار يقوم بإرسال موجه كهرومغناطيسية في اتجاه ما وإذا ما ارتدت هذه الموجة إلى الرادار فإن هذا يعني وجود هدف ما في ذلك الاتجاه فيقوم بمعالجة الموجة المرتدة لتحديد موقع الهدف وكذلك سرعته واتجاه سيره. وتستخدم بعض الكائنات الحية كالوطاويط (bats) نظام رادار طبيعي بدلا من الأعين لرؤية ما حولها حيث تقوم بإرسال نبضات بترددات فوق صوتية تطلقها من أنوفها وعندما ترتد هذه الموجات من الأجسام المحيطة تقوم بالتقاطها بآذانها ثم تقوم أدمغتها برسم صورة ثلاثية الأبعاد لما يحيط بها فتطير على هديها.

وإذا كانت أنظمة الاتصالات قد ساعدت البشر للتحدث مع بعضهم وكذلك رؤية بعضهم رغم المسافات التي تفصل بينهم فإن الرادار قد ساعد البشر على رؤيةالأجسام التي لا يمكنهم رؤيتها بأعينهم إما لبعدها عنهم أو نتيجة حجبها بالضباب الكثيف أو الغيوم أو المطر أو الثلج أو الغبار أو لكونها مخفية تحت طبقات الأرض أو في أعماق البحار. ويستخدم الرادار الآن للقيام بمهام لا حصر لها ففي التطبيقات العسكرية يتم استخدامه كوسيلة للإنذار المبكر من الطائرات الحربية المعادية وفي توجيه الدفاعات الجوية والصواريخ إلى أهدافها وفي كشف مواقع المعدات الحربية المعادية وكشف الألغام وفي التطبيقات المدنية يتم استخدامه في الملاحة الجوية لتوجيه حركة الطائرات وتسهيل هبوطها في المطارات وفي الملاحة البحرية لتوجيه حركة السفن وتجنيبها التصادم مع بعضها أو بمعدات الموانيء. ويستخدم الرادار في الأرصاد الجوية لرسم صور لحركة الغيوم والرياح والأمطار والثلوج والمنخفضات والمرتفعات الجوية والأعاصير والعواصف الرملية مما يساعد على الحصول على تنبؤات جوية دقيقة. وتستخدم الرادارات المحمولة بالأقمار الصناعية والطائرات لدراسة سطح الأرض وماعليها واستخدام هذه المعلومات لمعرفة طبيعة التضاريس الأرضية وطبوغرافيتها ونوع الغابات والنباتات والمحاصيل المزروعة والآفات الزراعية والظروف المناخية والبيئية والبراكين والأعاصير والفياضانات والثروات المعدنية والمياه الجوفية والبترول. وتستخدم الشرطة الرادارات لكشف السرعات الزائدة للمركبات على الطرق وذلك للحد من الحوادث.
​

8-2 تاريخ الرادار

ظهرت فكرة استخدام الموجات الكهرومغناطيسية لكشف الأهداف مع اكتشاف الأمواج الكهرومغناطيسية في عام 1887م على يد الفيزيائي الألماني هنيرتش هيرتز (Heinrich Hertz) والذي اكتشف أيضا أن هذه الأمواج تنعكس عند اصطدامها بالأجسام المعدنية والعازلة. وفي عام 1903م تمكن المهندس الألماني كريستيان هولسماير (Christian Hulsmeyer) من إجراء تجربه تمكن من خلالها كشف وجود سفينة من خلال الضباب ولكن دون تحديد المسافة. وفي عام 1921م تمكن ألبرت هول(Albert Hull) من اختراع أول أشكال الصمام الإلكتروني المسمى بالمجنيترون (Magnetron) وهو مذبذب قادر على توليد ترددات عالية جدا وبقدرات عالية.وفي عام 1922م ظهر أول نظام لرادار طويل المدى نسبيا على يـــدي العـــالم الايطالي المشهور ماركوني (Marconi).وفي عام 1930م تمكن المهندس الأمريكي هايلاند (Lawrence A. Hyland) وهو في مختبر البحرية الأمريكية من كشف أول طائرة باستخدام ما يسمى نظام كشف الأهداف بالراديو (الأمواج الكهرومغناطيسية) وكان التردد المستخدم ثلاثة وثلاثين ميجاهيرتز. وفي عام 1934م تمكنت البحرية الأمريكية من تصميم أول رادار نبضي لكشف وجود الطائرات دون تحديد بعدها وكان يعمل على تردد ستين ميجاهيرتز وقد وصل مداه لأربعين كيلومتر. وفي 1935 حصل العالم الإنكليزي واتسون واط (Watson-Watt) على براءة اختراع لرادار يستطيع أن يحدد المسافة. وفي عام 1936م تم اختراع صمام إلكتروني آخر وهو الكلايسترون (Klystron) والذي يستخدم لتوليد وتضخيم الإشارات في نطاق الأمواج الدقيقة وقد لعب مع الميجنيترون دورا كبيرا في تطوير أنظمة الرادار الحديثة. وفي عام 1937م تم تركيب أول رادار على ظهر المدمرة الأمريكية "ليري" وظهرت كذلك الرادارات التي تتحكم في المدافع المضادة للطائرات الحربية ورادارات الإنذار المبكر بعيدة المدى. وفي عام 1939م تم اختراع المجنيترون ذي الفجوة (cavity magnetron) على يد المهندسين البريطانيين جون راندال وهاري بوت (John Randall & Harry Boot) وهذا المولد وعلى العكس من المجنيترون العادي قادر على توليد ترددات في منطقة الميكروويف وقادر كذلك على إنتاج قدرات كبيرة جدا تصل لمئات الكيلوطات. لقد كان هذا الاختراع الأساس التي قامت عليه أنظمة الرادار الحديث حيث تتطلب الرادارات ترددات وقدرات بث عالية جدا فالترددات العالية تلزم لتصغير حجم الهوائيات وكذلك لتقليل عرض أشعة الرادار لزيادة دقة تحديد موقع الهدف أما قدرات البث العالية فتلزم لزيادة المدى الذي يمكن للرادار أن يكشف ضمنه الأهداف. ولقد تم خلال الحرب العالمية الثانية (1939-1945م) تطوير الرادارات بشكل كبير جدا بسبب الحاجة الماسة لها وقد تمكن الأمريكان من تصنيع رادار يعمل على تردد ثلاثة جيقاهيرتز باستخدام المجنيترون بينما كانت جميع الرادارات الألمانية تعمل على ترددات دون واحد جيقاهيرتز مما ساعد في انتصار الحلفاء على ألمانيا. وفي عام 1946م تم استخدام الرادار لقياس بعد القمر عن الأرض. وخلال السنوات التي تلت الحرب بدأ باستخدام الرادارات في التطبيقات المدنية المختلفة كمراقبة الملاحة الجوية والبحرية وفي الأرصاد الجوية وفي استكشاف الفضاء ودراسة التضاريس الأرضية.وفي عام 1954م تم إنتاج أول رادار يعمل بنظام دوبلر حيث يمكنه تحديد سرعة الأهداف المتحركة. ومع ظهور الحواسيب والمتحكمات الدقيقة ومعالجات الإشارات الرقمية طرأت تحسينات كثيرة على أنظمة الرادار من حيث التحكم بالرادار لغرض متابعة الأهداف ومن حيث القدرة على استخلاص معلومات كثيرة من الإشارات المرتدة عن الأهداف.
​

8-3 مبدأ عمل الرادار

إن المبدأ الأساسي الذي يقوم عليه عمل جميع أنواع الرادارات هو في أن الموجات الكهرومغناطيسيةتنعكس (reflected) أو تتبعثر (scattered) عند انتقالها من وسط إلى وسط آخر يختلفان في بعض خصائصهما الكهربائية والمغناطيسية والتي عادة ما تتحدد بثوابت ثلاث وهي العزل الكهربائي(permittivity) والموصلية (conductivity) والنفاذية المغناطيسية (permeability). وبما أن الموجات الكهرومغناطيسية المنطلقة من هوائيات الرادارات تنتشر في الهواء فإنها بالتالي ستنعكس بدرجات متفاوتة عن جميع الأجسام التي تعترض طريقها وذلك لأن خصائصها الكهربائية والمغناطيسية تختلف عن تلك التي للهواء والتي هي أقرب ما تكون لخصائص الفراغ. وإذا ما تمكن الرادار باستخدام هوائيات الاستقبال من التقاط الموجات المنعكسة عن هذه الأجسام أو ما نسميها الأهداف فإنه يقوم بمعالجتها ليستخلص معلومات بالغة الأهمية عن هذه الأهداف. فالمعلومات المستخلصة في حالة الرادار المثالي هي أولا التأكد من وجود أو عدم وجود الهدف وثانيا تحديد مكان الهدف في الفضاء المحيط بالرادار والذي يعطى بأبعاد ثلاثة وهي الزاوية الأفقية (azimuth angle) والزاوية الرأسية (elevation angle) والبعد (distance) عن الرادار وثالثا تحديد اتجاه سير (direction) وسرعة (speed) الهدف إذا كان متحركا ورابعا طبيعة ونوع الهدف. إن شدة الموجة المنعكسة عن الأجسام تعتمد على عوامل كثيرة أولها طبيعة المادة التي يتكون منها سطح الجسم فالمعادن بمختلف أنواعها لها معامل انعكاس قد يصل إلى الواحد وذلك لارتفاع موصليتها ولذلك فإنه من السهل على الرادار كشف الطائرات والسفن والمركبات لأن أجسامها مصنوعة من المعادن كالحديد والألمنيوم. أما شدة الموجة المنعكسة عن المواد العازلة فإنه يعتمد على معاملات انكسارها (refractive index ) فكلما زاد معامل الانكسار كلما زادت درجة الانعكاس ولكنه لا يصل إلى مستوى المواد المعدنية. وهنالك من المواد المصنعة ما يمكنها امتصاص أشعة الرادار ولا يعكسها كبعض المواد المعدنية ذات المقاومة الكهربائية العالية وبعض المواد المغناطيسية وبعض الأصباغ الداكنة ولهذا فإنه من الصعب على الرادار أن يكشفها وتستخدم مثل هذه المواد لطلي أسطح أجسام الطائرات والصواريخ الحربية والعربات العسكرية. أما العامل الثاني فهو شكل سطح جسم الهدف فالأسطح المستوية والمنتظمة تعكس الموجات أكثر من الأسطح غير المستوية أو المتعرجة ولكن الأسطح المستوية ذات فائدة للرادار فقط إذا كانت متعامدة على اتجاه الموجة القادمة من الرادار أما إذا كانت مائلة ولو بزاوية صغيرة عن الاتجاه العمودي فإن الموجة المنعكسة لن تصل إلى الرادار أبدا وبالتالي لن يتمكن من اكتشاف الهدف . ولقد استقاد صانعي الطائرات الحربية من هذه الخاصية في تصنيع طائرات يصعب على الرادار كشفها وذلك من خلال تصنيع السطح الخارجي من عدد كبير من الأسطح المستوية الصغيرة تميل عن بعضها البعض بزوايا صغيرة كما في الطائرة الحربية الأمريكية المسماة بالشبح. أما العامل الثالث فهو طول الموجة التي يعمل عليها الرادار فإذا كان طول الموجة أكبر من أبعاد جسم الهدف فإن الموجة لن تنعكس عن الهدف بل ستحيد عنه وتكمل مسارها في نفس الاتجاه وذلك بسبب ظاهرة الحيود ( Diffraction) المعروفة. ولهذا السبب فإن معظم أنواع الرادارات تستخدم موجات بالغة القصر أي عالية التردد تقع في نطاق الأمواج الدقيقة (Microwaves) الذي يمتد من واحد جيقاهيرتز إلى مائة جيقاهيرتز.




يعمل الرادار من خلال قيام جهاز الإرسال بإطلاق موجة كهرومغناطيسية من خلال الهوائي بتردد محدد باتجاه ما في الفضاء ثم يقوم جهاز الاستقبال بالتنصت على الموجات القادمة من ذلك الاتجاه فقط فإن استقبل موجة بنفس التردد أو قريبا منه فإن هذا يعني وجود جسم ما قد اعترض مسار الموجة المرسلة في ذلك الاتجاه وقام بعكسها باتجاه الرادار. إن الدقة في تحديد اتجاه الهدف يعتمد اعتمادا كبيرا على عرض الشعاع المنبعث من الرادار فكلما قل عرض الشعاع كلما زادت دقة تحديد الاتجاه ولهذا السبب فإن الرادارات تستخدم هوائيات عالية التوجيه (high directivity) للحصول على أشعة ذات عرض ضيق جدا أقرب ما تكون لشعاع الليزر. ولكي يتمكن الرادار من كشف الأهداف في جميع الاتجاهات فإن عليه القيام بمسح (scan) جميع الفضاء المحيط بالرادار بشعاع ضيق جدا وهذه مهمة ليست بالسهلة حيث يتطلب من الرادار تحريك الهوائي في جميع الاتجاهات ضمن فترة زمنية محددة ثم يقوم بتكرار هذه العملية بشكل دوري ومتواصل. ويتم تحديد الزاوية الأفقية والزاوية الرأسية لاتجاه الهدف من اتجاه الهوائي في اللحظة التي يتم بها إرسال أو استلام الموجة المنعكسة علما بأن الفترة الزمنية فيما بين إرسال الموجة واستقبالها لا يتجاوز الملي ثانية بسبب أن الموجات تنتشر بسرعة الضوء. أما بعد الهدف عن الرادار وكذلك سرعته فإنه يتم تحديدهما بطرق مختلفة وذلك حسب نوع الرادار والذي سنشرحها بعد قليل. إن مثل هذا الرادار الذي يحدد موقع الهدف بأبعاده الثلاثة وهي الزاوية الأفقية والزاوية الرأسية والبعد يسمى رادار ثلاثي الأبعاد (3D radar) وهو كما ذكرنا سابقا ليس من السهل تنفيذه. ولهذا السبب فإن معظم الرادارات العملية هي رادارات ثنائية الأبعاد (2D radar) تحدد البعد والزاوية الأفقية ولا تحدد الزاوية الرأسية و يلزم في هذا الحال أن يكون عرض الشعاع في الاتجاه الرأسي واسعا بينما يكون ضيقا جدا في الاتجاه الأفقي لكي يزيد من دقة تحديد الاتجاه الأفقي. وفي الرادارات ثنائية البعد يتم تدوير الهوائي ميكانيكيا حول المحور الرأسي لكي يغطي جميع الزوايا الأفقية التي تمتد من صفر إلى 360 درجة ويجب أن لا تزيد سرعة دوران الهوائي عن سرعة معينة وذلك لكي يتمكن من التقاط الموجات المرتدة من الأهداف البعيدة وتعتمد سرعة تدوير الهوائي على نوع الاستخدام حيث تتراوح بين عدة دورات في الدقيقة لرادارات الطقس وعدة عشرات في التطبيقات العسكرية.

معادلة الرادار (Radar Equation)
​

تستخدم معادلة الرادار لتصميم مختلف أنواع الرادارات للتطبيقات المختلفة فمن هذه المعادلة يمكن حساب أقصى بعد يمكن أن يغطيه الرادار أو قدرة البث اللازمة لتغطية منطقة مراقبة معينة. وتتحدد قدرةالإشارة المرتدة إلى الرادار من المعادلة المشهورة التالية:
​

​

حيث أن Pt هي قدرة الإشارة المرسلة من الرادار و Gt هو كسب هوائي الإرسال و Ar هي المساحة الفعلية لهوائي الاستقبال و σهو مساحة المقطع العرضي الفعلي للهدف كما يراه الرادار وF هو عامل الانتشار الذي يأخذ في الاعتبار طبيعة التضاريس والجو الذي يعمل فيه الرادار وأخيرا R هيالمسافة بين الرادار والهدف. ومن الواضح من هذه المعادلة أن قدرة الإشارة المرتدة تتناسب عكسيا مع المسافة مرفوعة للأس أربعة بينما تتناسب هذه القدرة في أنظمة الاتصالات عكسيا مع مربع المسافة مما يعني صعوبة بالغة في تصميم أنظمة الرادار وعلى الأخص بعيدة المدى. فعلى سبيل المثال فإن قدرة البث اللازمة لرادار يغطي مائة كيلومتر تزيد بعشرة ملايين مرة عن تلك التي لنظام الاتصالات إذا ما افترضنا نفس الحساسية للمستقبل ونفس الكسب لهوائي الإرسال والاستقبال. ويمكن تقليل قدرة البث المفرطة العلو في أنظمة الرادار بعيدة المدى من خلال استخدام طرق مختلفة أهمها استخدام هوائيات كبيرة الحجم حيث أن قدرة الإشارة المستلمة تتناسب طرديا مع أبعاد هوائي الإرسال والاستقبال أو استخدام ترددات عالية جدا حيث أن كسب الهوائي يتناسب طرديا مع مربع التردد المستخدم ولذلك نجد أن معظم الرادارات تستخدم ترددات تقع في نطاق الموجات الدقيقة والملليمترية أي الترددات من واحد إلى مائة جيقاهيرتز. ولكن من عيوب الترددات التي تقع في هذا النطاق أن الغيوم والأمطار والرمال تمتص جزء كبير من طاقتها ويزداد الامتصاص كلما زاد التردد ولذلك فإن بعض التطبيقات تلزم استخدام ترددات أقل من واحد جيقاهيرتز كما في الرادارات المستخدمة في الطائرات والسفن. ومن الواضح أيضا من المعادلة أنه كلما زادت مساحة مقطع الهدف كلما زادت قدرة الإشارة المستقبلة وكلما سهل اكتشافه من قبل الرادار وليس من الضروري أن يتناسب المقطع الفعلي مع حجم الهدف الحقيقي حيث أن شكل سطح الهدف ونوع مادة سطحه مع عوامل أخرى هي التي تحدد مساحة المقطع الفعلي ولهذا فإنه بالإمكان تصنيع طائرات كبيرة الحجم ولكن بمقاطع فعلية صغيرة جدا بحيث يصعب على الرادار اكتشافها. إن الذي يحدد قدرة الرادار على اكتشاف الأهداف هو قيمة قدرة الإشارة المستقبلة بالمقارنة مع قدرة الإشارات غير المرغوب فيها التي تدخل معها إلى المستقبل والتي من أهمها الضجيج (noise)الذي تولده العناصر الإلكترونية في المستقبل وكذلك الركام (clutter) وهو عبارة عن الموجات التي ترتد عن الأجسام الثابتة المحيطة بالهدف كالجبال والغيوم وما شابه ذلك
​

8-4 أنواع الرادار

الرادار النبضي (Pulsed Radar)

يعمل الرادار النبضي من خلال إرسال نبضات قصيرة جدا من الموجات الكهرومغناطيسية باتجاه الهدف وبمعدل يتم تحديده بناءا على البعد الأقصى الذي يمكن للرادار أن يقيسه. ويتم تحديد بعد الهدف في الرادار النبضي من خلال قياس الفترة الزمنية التي استغرقتها النبضة من وقت إطلاقها إلى رجوعها للرادار ومن ثم يتم حساب بعد الهدف من خلال ضرب سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء والبالغة ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية بنصف قيمة الفترة الزمنية المقاسة.


ولكي يتمكن الرادار من تحديد بعد الهدف بدون أي التباس (ambiguity) يجب أن تصل النبضة المرتدة قبل إطلاق النبضة التالية وإلا فإن وصولها بعدها سيجعل الأمر ملتبسا على المستقبل لا يدري إن كانت النبضة المرتدة ناتجة عن النبضة المرسلة حديثا أم عن النبضات التي سبقتها. وعلى هذا فإن الرادار المصمم لقياس مدى قد يصل إلى مائة كيلومتر وبدون أي التباس يجب أن لا يزيد معدل النبضات المرسلة عن ألف وخمسمائة نبضة في الثانية. أما أقل بعد يمكن أن يقيسه الرادار فيتحدد من عرض النبضة المرسلة فالرادار النبضي لا يمكنه قياس النبضات التي ترتد في زمن يقل عن عرض النبضة. ولقياس بعد الأهداف القريبة يجب أن يقل عرض النبضة عن قيمة محددة يتم احتسابها من قيمة أقل بعد فعلى سبيل المثال فإن عرض النبضة يجب أن لا يزيد عن سبعة أجزاء من مليون جزء من الثانية. إن تقليل عرض النبضة سيؤدي إلى تقليل كمية الطاقة التي تحتويها وبالتالي سيؤدي إلى تقليل البعد الأقصى للهدف الذي يمكن للرادار أن يكتشفه ولذلك فإنه من الصعب استخدام الرادار النبضي في نفس الوقت لقياس بعد الأهداف البعيدة والقريبة ولذلك يوجد رادارات نبضية بعيدة المدى لا يمكنها قياس بعد الأهداف القريبة وكذلك العكس.​

رادار دوبلر (Doppler Radar)



أما سرعة الأهداف المتحركة فيمكن قياسها باستخدام تأثير دوبلر (Doppler effect) والذي مفاده أن تردد الموجة الكهرومغناطيسية المرتدة عن الهدف المتحرك قد يزيد أو ينقص عن تردد الموجة المرسلة بمقدار يتناسب طرديا مع مركبة سرعة الهدف باتجاه الرادار ففي حالة الزيادة فإن الهدف يقترب من الرادار وفي حالة النقصان فإنه يبتعد عنه.ومن الواضح أن سرعة الهدف لا يمكن تحديدها بشكل مطلق إلا في حالة واحدة وهي إذا كان الهدف يتحرك بشكل مباشر نحو الهدف أما إذا كان يتحرك بزاوية عامودية أو مائلة على الخط الواصل بين الهدف وموقع الرادار فإنه من غير الممكن تحديد السرعة المطلقة. ويمكن حساب سرعة الهدف المطلقة بشكل غير مباشر إذا ما تمكنت المعالجات الموجودة في الرادار من تحديد اتجاه سير الهدف والسرعة الشعاعية (radial velocity) التي تم قياسها من خلال رادار دوبلر. ويقوم جهاز موجود في مستقبل الرادار بمقارنة الترددين وإيجاد الفرق بينهما ومن ثم يتم احتساب السرعة الشعاعية بضرب فرق التردد بثابت معين يتم تحديده حسب الوحدات المستخدمة لإظهار السرعة كأن تكون كيلومتر في الساعة. ولا بد من التنويه أن حساب السرعة يكون صحيحا إذا كان الرادار ثابتا أما إذا كان الرادار من النوع المحمول فإن السرعة التي يقيسها للهدف هي السرعة الشعاعية النسبية وهي حاصل جمع السرعتين الشعاعيتين إذا كانا يقتربان من بعضهما وحاصل الطرح في حالة التباعد.

​

الرادار ذو الموجة المستمرة (Continuous Wave radar)
​

​

يعمل الرادار ذو الموجة المستمرة من خلال إرسال موجة كهرومغناطيسية جيبية عالية التردد بشكل مستمر وليس على شكل نبضات كما في الرادار النبضي. ويوجد نوعان من هذا الرادار ففي النوع الأول يكون تردد الموجة المرسلة ثابتا ولا يمكن في مثل هذا الحال قياس بعد الهدف سواء أكان متحركا أم ثابتا ولكن يمكن استخدام هذا الرادار لقياس سرعة الأهداف المتحركة باستخدام تأثير دوبلر. ويستخدم هذا النوع في التطبيقات التي تهتم بسرعة الهدف فقط كما في الرادارات المستخدمة من قبل الشرطة لقياس سرعات المركبات على الطرق ولكي يتمكن الشرطي من قياس السرعة بشكل دقيق عليه أن يوجه الرادار بنفس اتجاه سير المركبة ,وإلا ستكون السرعة المقاسة أقل من السرعة الحقيقية. ولقياس بعد الهدف باستخدام الرادار ذي الموجة المستمرة يتم تعديل تردد الموجة الجيبية بإشارة ذات تردد منخفض لها شكل سن المنشار (Sawtooth wave) بحيث يزداد تردد الموجة الجيبية خطيا من قيمة دنيا عند بداية الدورة إلى قيمة عليا عند نهايتها ويسمى هذا النوع رادار الموجة المتصلة بتعديل التردد (frequency-modulated continuous wave radar). وعندما يقوم المستقبل بمقارنة تردد الموجة المرتدة مع تردد الموجة المرسلة عند لحظة زمنية معينة نجد أن هنالك فرقا بينهما نتيجة للتأخير الزمن في الموجة المرتدة ومن السهل إثبات أن بعد الهدف عن الرادار يتناسب مع الفرق في التردد. ويستخدم هذا النوع من الرادار لقياس بعد الأهداف الثابتة حيث أن الأهداف المتحركة تعمل أيضا على تغيير التردد مما يجعل الأمر ملتبسا على المستقبل فلا يستطيع التمييز فيما إذا كانت الإزاحة في التردد ناتجة عن التأخير الزمني أو عن تأثير دوبلر. ومن الواضح أيضا أن هذا النوع من الرادارات لا يمكنه قياس سرعة الهدف وذلك لنفس السبب. ولذلك فإن رادار الموجة المتصلة بتعديل التردد يستخدم بكثرة في الطائرات لقياس ارتفاعها عن الأرض والذي يسمى راديو مقياس الارتفاع (radio altimeters).
​

رادار المصفوفة الطورية (Phased Array Radar)




لا يختلف رادار المصفوفة الطورية عن الرادار التقليدي سوى في نوع الهوائي المستخدم والطريقة التي يتم بها مسح الفضاء بشعاع الهوائي. ففي الرادار التقليدي تستخدم الهوائيات الصحنية والتي يتم تدويرها بسرعة معينة لكي تتم عملية المسح بينما يستخدم رادار المصفوفة الطورية هوائيات ثابتة لا تتحرك وتتم عملية مسح الفضاء المحيط بتوجيه الشعاع وتحريكه بطريقة إلكترونية. ويكمن سر هذا الرادار في هوائي المصفوفة الطورية (phased array antenna)وهو عبارة عن مجموعة من الهوائيات البسيطة (dipole antennas) يتم تغذيتها بتيارات يمكن التحكم بشدتها وبأطوارها (phases) بطريقة إلكترونية ومن خلال اختيار شدة التيارات وأطوارها للهوائيات البسيطة يمكن الحصول على شعاع أو أكثر وبأي اتجاه للهوائي الكلي. وتتميز هوائيات المصفوفة الطورية كذلك بقدرتها على تشكيل أكثر من شعاع ويمكن تحريك كل شعاع بشكل مستقل عن بقية الأشعة وهذا يناسب رادارات التتبع (tracking radars). لقد ظهرت فكرة استخدام الرادارات ذات المصفوفة الطورية خاصة في الطائرات الحربية أثناء الحرب العالمية الثانية ولكن لم تنجح محاولات بنائها إلا في الستينات بعد تطور تكنولوجيا الإلكترونيات. لقد أصبح هذا النوع من الرادارات هو المفضل في كثير من التطبيقات بسبب عدم الحاجة لتحريك الهوائيات ميكانيكيا وأكثر ما تستخدم في الطائرات بمختلف أنواعها وذلك لصعوبة وضع رادارات تقليدية على ظهرها.
​

​

الرادار ذو الفوهة المصطنعة (Synthetic Aperture Radar (SAR))
​

Le = maximum flight path length for effective SAR processing." id="_x0000_s1040" type="#_x0000_t75" style="height: 158.25pt; left: 0px; margin-left: 9pt; margin-top: 93.7pt; position: absolute; text-align: left; width: 172.5pt; z-index: 251662336;">يتطلب تصوير بعض الأهداف بحيث تظهر تفصيلات معالمه هوائيات ذات حجم بالغ الكبر وذلك للحصول على شعاع ضيق جدا يمكنه مسح تفصيلات الهدف. وغالبا ما يصعب بناء مثل هذه الهوائيات الكبيرة أو يصعب حملها بالطائرات إذا كان التصوير من الجو. وقد تم التغلب على هذه المشكلة من خلال استخدام مبدأ بسيط وهو أن عددا من الهوائيات الصغيرة الحجم المتباعدة مكانيا والموجهة نحو الهدف يمكن أن تقوم مقام هوائي كبير الحجم شريطة القيام بمعالجة معقدة للإشارات التي تلتقطها هذه الهوائيات من زوايا مختلفة وذلك باستخدام الحواسيب. وقد تم استخدام ما يشبه هذه الطريقة في تصوير المجرات حيث يتم توزيع الهوائيات على مناطق جغرافية متباعدة ويتم معالجة الصور الفردية الملتقطة غير الواضحة للحصول على صورة عالية الوضوح. وكذلك يتطلب تصوير أهداف موجودة على سطح الأرض بدقة واضحة من الجو باستخدام رادارات محمولة بالطائرات هوائيات كبيرة الحجم يصعب في الغالب وضعها على هذه الطائرات. وبدلا من استخدام عدة رادارات موزعة في الجو وهو ما يصعب تحقيقه تقوم طائرة واحدة تحمل رادار بهوائي صغير بالتحرك فوق الهدف وأخذ صور متلاحقة من أماكن مختلفة في الجو وعند معالجة هذه الصور يتم الحصول على صورة رادارية عالية الوضوح. يستخدم هذا النوع من الرادارات في تطبيقات لا حصر لها كالاستشعار عن بعد وفي تصوير الأهداف والمنشئات العسكرية.

​

 

[Антонов]

رادار التتبع (Tracking Radar)
​

​

تتطلب بعض التطبيقات أن يقوم الرادار بتتبع الهدف المتحرك بعد أن يتم اكتشافه من قبل نفس الرادار أو رادار آخر حيث يتوقف هوائي الرادار عن الدوران ويتم توجيهه نحو الهدف تماما ويتابع حركته باستمرار. وغالبا ما يتم استخدام نظام تحكم بتغذية راجعة سلبية تتحكم بحركة الهوائي لكي يتمكن من متابعة الهدف بشكل دقيق. وأكثر ما تستخدم مثل هذه الأنظمة في التطبيقات العسكرية حيث يتم ربط نظام التتبع بنظام التحكم بمصادر النيران بحيث يتم توجيهها نحو أهدافها بطريقة آلية وما على الجندي إلا الضغط على الزناد لإطلاق النار في الوقت المناسب أو يتم ذلك بشكل تلقائي. وتستخدم هذه الأنظمة في أنظمة الدفاع الجوي والصواريخ قصيرة المدى وفي الأنظمة المضادة للصواريخ وغيرها. وتستخدم كذلك في أنظمة هبوط الطائرات. إن أحد عيوب هذا النظام أن عملية المسح للأهداف الأخرى توقف بمجرد اكتشاف الرادار لأحد الأهداف والقيام بتتبعه وتحل هذه المشكلة إما بوجود رادارات أخرى أو باستخدام نظام التتبع مع البحث (track-while-scan (TWS)) ولكن يلزم في هذه الحالة وجود حاسوب يقوم بتخزين معلومات عن عدد من الأهداف المتتبعة ويمكنه إرسال إشارات لأنظمة التحكم بالنيران لتوجيهها نحو هذه أهداف. ويمكن أن تحل هذه المشكلة أيضا باستخدام رادارات بهوائيات المصفوفة الطورية (phased array antenna). وتتميز هذه الأنواع من الرادارات بأن عملية المسح تتم بطريقة إلكترونية (electronic scanning) حيث لا يلزم تحريك الهوائي كما في الرادارات العادية. وتتميز كذلك بإمكانية برمجة الهوائي ليشكل أكثر من شعاع يستخدم بعضها للمسح وبعضها لمتابعة الأهداف.
​

​

8-5 مكونات الرادار(Radar Components)
​

​

يتكون الرادار بشكل عام من عدة أقسام رئيسية وهي المرسل والمستقبل والهوائيات ومفتاح الإرسال والاستقبال وشاشة العرض ومعالجات الإشارة والمؤقت أو المزامن (synchronizer). ويتكون المرسل من مذبذب يقوم بتوليد إشارة كهربائية جيبية ذات قدرة منخفضة وبتردد ثابت أو متغير تحدد قيمته حسب نوع الرادار ومن معدل يقوم بتحديد شكل الموجة التي يرسلها الرادار والتي تكون في الغالب على شكل نبضات متتالية بعرض لا يتجاوز عدة ميكروات من الثانية ومن مضخم يقوم بتكبير الإشارة الكهربائية ذات القدرة المنخفضة التي يولدها المذبذب لينتج إشارة عالية القدرة قد تصل إلى الميجاواط . ويتكون المستقبِل من مضخم عالي الحساسية (high sensitive amplifier) يقوم بتكبير الإشارة الضعيفة جدا المرتدة من الهدف والتي قام الهوائي بالتقاطها والتي لا تتجاوز قدرتها جزء من بليون جزء من الواط ومن عدد كبير من المرشحات لتقليل أثر إشارات الضجيج والتداخلات على الإشارة المرتدة ومن معالج الإشارات الذي يقوم بحجب إشارات الصدى(echo signals) المرتدة عن الأهداف الكبيرة والثابتة ومن ثم حساب بعد الهدف وسرعته وإظهار الهدف على شاشة العرض. أما هوائي الرادار فيتكون النوع الأكثر شيوعا من هوائي بوقي (horn antenna) مثبت في مقدمة هوائي صحني عاكس حيث يشع البوق الموجات الكهرومغناطيسية باتجاه العاكس الذي يقوم بدوره بتركيزها وبثها على شكل شعاع يتم تحديد شكله تبعا لنوع الرادار. وبما أن معظم الرادارات تتطلب أن يكون عرض الشعاع (beamwidth) في المستوى الأفقي ضيق جدا لزيادة دقة تحديد الهدف بينما يكون عرض الشعاع في المستوى الرأسي كبير نسبيا فإن الهوائي العاكس المستخدم ذا طول وتحدب كبيرين في الاتجاه الأفقي وصغيرين في الاتجاه الرأسي. ويقاس عرض الشعاع بمقدار الزاوية التي تنحصر فيها معظم طاقة الشعاع وهي تتناسب عكسيا مع التردد وقطر الهوائي فكلما زاد التردد والقطر كلما قلت الزاوية وزادت دقة تحديد الهدف. وعادة ما تقل زاوية الشعاع بالمستوى الأفقي في معظم الرادارات عن درجة واحدة بينما قد تصل لعشرات الدرجات في المستوى الرأسي.




وفي بعض التطبيقات كالأرصاد الجوية وأنظمة تتبع الصواريخ والاستشعار عن بعد يتطلب أن يكون عرض الشعاع ضيق جدا في المستويين وفي هذه الحالة يمكن استخدام هوائيات صحنية دائرية كتلك المستخدمة في أنظمة الاتصالات. ويتم في معظم أنواع الرادار تدوير الهوائي ميكانيكيا حول محور رأسي في جميع الاتجاهات وذلك لمسح (scan) الفضاء المحيط بالرادار بحثا عن الأهداف المنشودة وقد تتراوح سرعة الدوران من عدة دورات في الدقيقة كما في رادارات الأرصاد الجوية وقد تصل لعدة عشرات من الدورات في الدقيقة في الأنظمة المضادة للصواريخ. وفي الرادار النبضي يستخدم في الغالب الهوائي نفسه للإرسال والاستقبال وهذا يتطلب وجود ما يسمى بالمبدل التناوبي (Duplexer) والذي يقوم بربط المرسل بالهوائي عند الإرسال بينما يكون المستقبل معزولا تماما عن المرسل وإلا احترق بسبب القدرة الهائلة للإشارة المرسلة وبعد انتهاء الإرسال يتم ربط الهوائي بالمستقبل لكي يتمكن من استقبال الإشارة الضعيفة جدا المرتدة من الأهداف. وعند استلام الإشارة تقوم دوائر إلكترونية بمعالجة الإشارة المستلمة واستخلاص المعلومات المتعلقة بالهدف وإظهارها على شاشة العرض وفي الأنواع الحديثة تتم عملية المعالجة بالكامل باستخدام معالجات الإشارات الرقمية ويتم التحكم بكامل عمل الرادار بالحواسيب والمتحكمات الدقيقة (microcontrollers). وأما شاشة العرض الأكثر استعمالا في الرادارات فهي ما يسمى بمؤشر الموقع التخطيطي (plan position indicator (PPI) وهي عبارة عن أنبوبة أشعة مهبطية كتلك المستخدمة في التلفزيونات ولكن لها شكل دائري وتظهر الأهداف على الشاشة على شكل نقاط مضيئة. ويظهر موقع الرادار في مركز الشاشة ويتم تدريج محيطها بالزاوية الأفقية لتحديد اتجاه الهدف بينما يتم رسم دوائر متعددة حول مركز الشاشة لتبيِن المسافة بالميل أو بالكيلومتر حيث أن المسافة بين نقطة الهدف ومركز الشاشة هي مقدار بعد الهدف عن الرادار. وفي الرادارات ثنائية الأبعاد تكون ارتفاعات الأهداف البعيدة الظاهرة على الشاشة أعلى منها في الأهداف القريبة وذلك بسبب تحدب الأرض وبسبب أن شعاع الرادار يتم إمالته بزاوية معينة عن سطح الأرض. وفي حالة عدم توفر رادار من نوع دوبلر لقياس سرعة الهدف يمكن تحديد سرعة الهدف بشكل تقريبي من خلال قياس الوقت الذي تستغرقه النقطة لتقطع مسافة معينة على شاشة الرادار. ولقد طرأت تحسينات كثيرة على شاشات الرادار حيث يمكن إظهار كثير من المعلومات عن الهدف بشكل رقمي توضع عند أطراف الشاشة. أما المزامن وهو عبارة عن إشارات توقيتية تضبط سرعة دوران الهوائي وتغذى إلى شاشة العرض لكي يتم إظهار الهدف في المكان المناسب على الشاشة وذلك لتحديد الزاوية الأفقية لموقع الهدف.




8-6 استخدامات الرادار

تستخدم الرادارات في تطبيقات لا حصر لها ولقد أدى استخدامها في كثير من هذه التطبيقات في تحسين آدائها بل إن تعطل الرادارات فيها قد يؤدي لشلل تام في عملها كما في أنظمة الملاحة الجوية والبحرية. وتنحصر مهام الرادارات في التطبيقات المختلفة في أربعة مهام رئيسية وهي المراقبة(surveillance) والتتبع (tracking) والتصوير الراداري (radar imaging) واختراق الأرض لكشف ما تحت سطحها (ground pentration). وفي كل تطبيق توجد أنواع لا حصر لها من الرادارات حيث تتفاوت في أحجامها وفي الترددات المستخدمة وطرق المسح ونوع الهوائيات وطرق معالجة الإشارات وهذا بالتالي ينعكس على أثمانها التي تتراوح بين عدة مئات من الدولارات وملايين الدولارات.

الاستخدامات العسكرية





إن أكثر المجالات استخداما للرادار هي القوات المسلحة بمختلف أنواعها البرية والبحرية والجوية وقد كانت الاحتياجات الحربية هي الدافع الرئيسي في ظهور الرادار وفي تطويره للمستوى الذي هو عليه الآن. يستخدم الرادار في الأنظمة العسكرية في مهام لا حصر لها ويتراوح حجم الرادار فيها من تلك التي تحمل باليد إلى التي تحتل مئات الأمتار المربعة أما تعقيدها فيتراوح بين تلك التي تقيس بعد الهدف إلى التي ترسم صورا ثلاثية الأبعاد لساحات المعارك. إن أهم مهام الرادار في الأنظمة الحربية هو في كشف وتحديد مواقع الأهداف العسكرية للعدو كالطائرات الحربية والصواريخ بمختلف أنواعها وحاملات الطائرات والغواصات والسفن والزوارق الحربية والدبابات والمدافع والمركبات وحتى الأفراد. أما المهمة الثانية فهي في توجيه الصواريخ وقذائف المدافع والدبابات ضد أهداف العدو بشكل آلي وإصابتها بدقة عالية وذلك من خلال تحديد موقع الهدف أو من خلال إضاءة الهدف بالأمواج الكهرومغناطيسية للصواريخ المحملة برادارات تلتقط الموجة المنعكسة عن الهدف فتقوم بتوجيه الصواريخ نحوه. ويبلغ مدى الرادارات المستخدمة في المدافع المضادة للطائرات عشرة كيلومترات بينما يصل إلى ثلاثين كيلومتر في الصواريخ قصيرة المدى وإلى مائة كيلومتر في الصواريخ متوسط المدى وإلى آلاف الكيلومترات في الصواريخ بعيدة المدى.

رادارات الملاحة الجوية




لقد أصبح الرادار أداة مهمة لا غنى عنها في الملاحة الجوية فقد أسهم استخدامه في المطارات وكذلك في الطائرات في استغلال المطارات بكفاءة عالية من خلال زيادة عدد الطائرات القادمة والمغادرة وكذلك الحد من حوادث الطائرات أثناء سيرها في الجو أو عند إقلاعها وهبوطها. ويستخدم في أنظمة التحكم بحركة الطائرات (Air traffic control (ATC) أنواع مختلفة من الرادارات بعضها بعيد المدى وبعضها قصير المدى وذلك لتتبع حركة الطائرات المدنية في الجو وإرشادها أثناء طيرانها بين المطارات حيث تظهر الموجات المنعكسة عن الطائرات كنقاط مضيئة على شاشة الرادار. ويمكن تحديد مسار الطيران لكل طائرة من خلال متابعة حركات هذه النِقاط على الشاشة ضمن دائرة قد يصل نصف قطرها إلى ثمانين كيلومتر. ويقوم المراقبون الجويون المتواجدون في أبراج المراقبة من خلال شاشات الرادارات بتوجيه التدفق المستمر للطائرات القادمة والمغادرة من خلال اختيار أنسب المسارات للطائرات وتحديد زمن إقلاعها وهبوطها وكذلك مساعدة الطيارين عند الهبوط في حالة الطقس الرديء. ويمكن للأنواع الحديثة من الرادارات المسماة برادار المراقبة الثانوي (Secondary Surveillance Radar(SSR)) أن تتعرف على هوية الطائرة من خلال نظام اتصالات يتراسل مع جهاز آلي تحمله الطائرة يسمى المستجيب (transponder) يقوم بتزويد المطار بالمعلومات اللازمة عن الطائرة. ويقوم رادار الاقتراب الدقيق (Precision approach radar (PAR)) وبمساعدة برج المراقبة الطائرات على الهبوط بشكل آمن على مدرج المطار خاصة في الأحوال السيئة. ويوجد في معظم الطائرات الحديثة أنواع مختلفة من الرادارات تساعد الطيار أثناء الطيران وعند الإقلاع والهبوط فعلى سبيل المثال يستخدم رادار مقياس الارتفاع (radar altimeter) لتحديد ارتفاع الطائرة عن سطح تضاريس الأرض وخاصة عند الإقلاع والهبوط. ويوجد في الطائرات أيضا رادارات توضع في مقدمة الطائرة لمعرفة الأحوال الجوية في مسار الطائرة وذلك لمساعدة الطيار على تجنب الأحوال السيئة واتخاذ القرارات المناسبة عند الهبوط.



رادارات الملاحة البحرية

يستخدم الرادار على نطاق واسع في مختلف أنواع السفن وناقلات النفط والبوارج الحربية وحاملات الطائرات حيث يقوم الرادار بتحديد أماكن السفن الأخرى في عرض البحر وكذلك تحديد أماكن الشواطئ والجزر الصغيرة والصخور والجبال الثلجية التي تعترض طريقا مما يجنبها الاصطدام بها. وفي الموانئ يستخدم الرادار لكشف وجود السفن وتحديد بعدها في المياه المحيطة بالميناء وذلك لتنظيم دخولها وخروجها من الميناء. إن تصميم رادارات الملاحة البحرية أصعب بكثير من تلك التي في الملاحة الجوية بسبب كون الهدف ملاصقا لسطح الماء وبارتفاعات قليلة نسبيا وكذلك فإن الهدف يبدأ بالاختفاء تدريجيا عن نظر الرادار بسبب تكور الأرض. وعادة ما يتم استخدام رادارات بترددات منخفضة نسبيا تقل عن واحد جيقاهيرتز وذلك لتقليل امتصاص الموجات من قبل الماء والتي تنتشر ملاصقة لسطحه. ولا يتجاوز أقصى مدى لهذه الرادارات المائة كيلومتر بسبب تكور الأرض كما ذكرنا وعادة ما يتم وضع الرادار على أبراج عالية لزيادة مدى رؤيتها.


رادارات الطقس (Weather Radars)

مشاهدة المرفق 58449




تستخدم الرادارات لمساعدة العاملين في دوائر الأرصاد الجوية في معرفة أحوال الطقس والتنبؤ بها حيث تقوم الرادارات بالكشف عن وجود الغيوم والأمطار والثلوج والعواصف والأعاصير بمختلف أنواعها ورسم خرائط لها على شاشات الرادار. ويقوم العاملين في مجال الأرصاد الجوية باستخلاص كثير من المعلومات عن حالة الجو من حيث كثافة الغيوم وما تحمله من أمطار وثلوج وارتفاعاتها وحجمها واتجاه سيرها وكذلك كثافة هطول الأمطار والثلوج. وتستخدم أنواع معينة من الرادار لتحديد سرعة واتجاه الرياح في طبقات الجو المختلفة. وتستخدم رادارات الطقس النوع النبضي حيث تتناسب شدة النبضة المرتدة طرديا مع كثافة الغيوم والأمطار والثلوج والرمال ويمكن تحديد سرعة حركتها باستخدام تأثير دوبلر. ويجب أن يتم اختيار التردد الذي يعمل عليه رادار الطقس بشكل دقيق وضمن مدى معين وهو ما بين ثلاثة إلى ثلاثين جيقاهيرتز وذلك لأن شدة النبضة المرتدة تعتمد على طول الموجة المرسلة بالمقارنة مع أحجام قطرات المطر وحبات البرد وقطع الثلج. وتتراوح قدرات الموجة المرسلة في رادارات الطقس بين مائة واط وخمسين كيلواط وذلك حسب نوع الرادار والمدى الذي يغطيه. وتستخدم رادارات الطقس الحديثة أنظمة معالجة الصور (image processing) للحصول على صور دقيقة لحالة الطقس. وتستخدم المطارات والموانئ رادارات قصيرة المدى لا يتجاوز مدها المائة كيلومتر لمعرفة أحوال الطقس حولها وذلك لإرشاد الطائرات والسفن وإعطاء النصائح المناسبة للطيارين والربان عند دخول أجواءها.


الاستشعار عن بعد (Remote sensing)

تستخدم الرادارات المحمولة بالأقمار الصناعية والطائرات لدراسة سطح الأرض وماعليه من مكونات وذلك من خلال إرسال نبضات كهرومغناطيسية بترددات معينة ومن ثم التقاط النبضات المرتدة عن سطح الأرض والقيام بتحليلها باستخدام معالجات الإشارات الرقمية لرسم صور عن المنطقة الممسوحة. وتستخدم هذه الصور لاستخلاص معلومات مهمة عن طبيعة الأرض التي تم مسحها من قبل شعاع الرادار ومن هذه المعلومات طبيعة التضاريس الأرضية وطبوغرافيتها ونوع الغابات والنباتات والمحاصيل المزروعة والآفات الزراعية والظروف المناخية والبيئية والبراكين والأعاصير والفياضانات والثروات المعدنية والمياه الجوفية والبترول . ويوجد أنواع مختلفة من رادارات الاستشعار عن بعد يتم تصميمها بناءا على نوع المعلومات المراد استشعارها وغالبا ما يعتمد هذا على مقدار التردد المستخدم في الرادار فالبحث عن ثروات الأرض يتطلب استخدام ترددات تقل عن واحد جيقاهيرتز وذلك لقدرتها على اختراق سطح الأرض بينما يتطلب رسم خارطة طبوغرافية ترددادت أعلى من ذلك بكثير للحصول قدرة تمييز عالية لتضاريس الأرض.

الرادار الخارق للأرض ((Ground Penetrating Radar

يستخدم الرادار الخارق للأرض في تطبيقات لا حصر لها في الجيولوجيا لمعرفة عمق وسمك الطبقات الصخرية وأنواع التربة والرواسب ووضع خرائط للتراكيب الجيولوجية وتحديد الكهوف والشقوق الطبيعية والصدوع وكشف المياه الجوفية وآبار البترول والغاز. ويستخدم في التطبيقات البيئية لكشف التسريبات في خزانات المياه ووضع خرائط لمراقبة المواد الملوثة في المياه السطحية وكشف مواقع دفن النفايات وتحديد مواقع خزانات الوقود المدفونة وبراميل الزيت وتحديد مواقع التسربات النفطية. ويستخدم في مجال الهندسة المدنية لعمل الاختبارات الخرسانية وتحليل رصف الطرق وتحديد الفراغات وقوة الرصف وتحديد مواقع المرافق العامة المدفونة مثل أنابيب المياه والمجاري الحديدية والبلاستيكية والخرسانية وكذلك الكيبلات الكهربائية والهاتفية. ويستخدم في مجال الآثار لتحديد مواقع الأشياء المعدنية المدفونة كالكنوز ومواقع الكهوف السطحية والآبار والأجسام الأثرية. ويستخدم في التطبيقات العسكرية لكشف حقول الألغام بشكل عام والكشف عن مكان اللغم بالتحديد.


وتستخدم الرادارات في تطبيقات أخرى يصعب حصرها حيث تستخدمه الشرطة في قياس سرعة المركبات على الطرق لضمان عدم تجاوزها السرعات المقررة. وتستخدم في أنظمة الكشف والمتابعة الفضائية حيث تقوم الرادارات بتوجيه الصواريخ الحاملة للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية منذ انطلاقها إلى أن تضعها في مداراتها وتقوم بمراقبة الأقمار الصناعية والتأكد من بقائها في المواقع المخصصة لها في مداراتها. وتستخدم بعض أنواع الرادارات البسيطة في المركبات الحديثة لتنبيه وتحذير السائق عند الاقتراب الشديد لمركبته من المركبات الأخرى والأرصفة والحواجز وذلك لتجنيبه الاصطدام بها. وتستخدم كذلك في مراقبة ومتابعة الأجسام التي تأتي من الفضاء الخارجي وتقترب من الأرض كالمذنبات والشهب والنيازك وغيرها. وقد تم استخدام الرادار لدراسة سطح القمر ومعرفة كامل تضاريسه قبل إرسال المركبات الفضائية إليه وهبوطها عليه. وتستخدم الرادارات في بعض أنظمة الإنسان الآلي المتحركة وفي المركبات التي تم إنزالها على أسطح الكواكب لتجنيبها الاصطدام بما حولها من أجسام.

من كتاب (مدخل إلى الهندسة الكهربائية) \ منصور العبادي
يطلب من: