ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

RADAR

ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ - ΦΙΜΩΣΗ - ΕΥΡΕΣΗ ΘΕΣΗΣ ΜΕ GPS ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ - ΣΤΙΓΜΙΑΙΟΣ

ΙΟΝΙΣΜΟΣ - ΑΠΟΦΥΓΗ ΚΕΡΑΥΝΟΥ

Ιωάννης Καλαθάς

Επιβλέπων Καθηγητής

Ιωάννης Βραδέλης

2008

Ευχαριστίες

Θα ήθελα με αυτή την ευκαιρία να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου για αυτή την εργασία, κύριο Ιωάννη Βραδέλλη για το χρήσιμο συμβουλευτικό του έργο. Ευχαριστώ επίσης τον πατέρα μου για την βοήθεια που πρόθυμα μου έχει προσφέρει, από τις δικές του εμπειρίες σε θέματα RADAR , αφού είναι ηλεκτρονικός και εργάζεται σαν μηχανικός RADAR στην Πολεμική Αεροπορία και όταν ήμουν μικρός πήγαινα μαζί του απογεύματα ή αργίες όταν είχε κάποια βλάβη και έχω αρκετές εικόνες από το χώρο και τα μηχανήματα .

Θα ήταν παράληψή μου μην ευχαριστήσω τους γονείς μου για την στήριξη που μου έχουν προσφέρει στα χρόνια της φοίτησής μου στη Σχολή προσφέροντας ότι μπορούσαν έτσι ώστε να επικεντρωθώ αποκλειστικά στα καθήκοντά μου .

2

ΠεριεχόμεναΚεφάλαιο 1 Εισαγωγή...................................................................................... 5

1.1 Ορισμός................................................................................. 51.2 Ιστορικό.................................................................................. 5

Κεφάλαιο 2 Βασικές Αρχές RADAR................................................................72.1 Ορισμοί................................................................................... 72.2 Ιδιότητες Η / Μ Κυμάτων....................................................... 72.3 Παράμετροι Η / Μ Κύματος.................................................112.4 Η / Μ Φάσμα..........................................................................122.5 Κατηγορίες Η / Μ Κυμάτων................................................142.6 Διαγράμματα Κάλυψης....................................................... 18

Κεφάλαιο 3 Βασικές Αρχές Λειτουργίας RADAR.......................................203.1 Αρχές Λειτουργίας................................................................203.2 Εξίσωση RADAR..................................................................213.3 Χαρακτηριστικά Συσκευών RADAR....................................233.4 Συμπεράσματα.....................................................................30

Κεφάλαιο 4 Κατηγορίες r Ad A R ...................................................................314.1Ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετούν..........................314.2 Ανάλογα με την εμβέλεια....................................................334.3 Ανάλογα με τον τρόπο εκπομπής το υ ς ............................334.4 Ανάλογα με τα στοιχεία που παρέχουν...........................344.5 Ανάλογα με την συχνότητα εκπομπής..............................354.6 Ανάλογα με τον σκοπό της αποστολής.............................354.7 Ανάλογα με την χρησιμοποίησή το υ ς ............................ 36

Κεφάλαιο 5 RADAR Παλμικής Εκπομπής................................................... 385.1 Βασικά Συγκροτήματα........................................................385.2 Σύστημα Εκπομπής............................................................385.3 Κυματοδηγοί ..................................................................... 475.4 Κεραία.................................................................................. 495.5 Σύστημα Λ ήψ ης................................................................. 515.6 Ενδείκτης............................................................................. 555.7 Τροφοδοτικό Ισχύος...........................................................56

Κεφάλαιο 6 Είδη Ενδεικτών.......................................................................... 576.1 Τύποι σαρώσεων................................................................ 576.2 Τύποι οθονών......................................................................59

Κεφάλαιο 7 Δευτερεύον RADAR ( IFF / SIF ) ...........................................647.1 Εισαγωγή.............................................................................647.2 Συγκροτήματα IFF / S IF ................................................... 647.3 Διαδικασία αναγνώρισης...................................................657.4 Πλεονεκτήματα του IFF / SIF έναντι του RADAR..........657.5 Μειονεκτήματα του IFF / SIF........................................... 657.6 Παρασιτικά φαινόμενα στο IFF / SIF............................... 66

Κεφάλαιο 8 Παρεμβολές - Ηλεκτρονικός Πόλεμος - Φίμωσηεχθρικού RADAR.......................................................................678.1 Σκοπός................................................................................. 678.2 Ηλεκτρονικά Αντίμετρα ( ECM = Electronic Counter

Measures )...........................................................................67

3

8.3 Ηλεκτρονικά αντι-αντίμετρα.............................................. 748.4 Επιπρόσθετα Επινοήματα.................................................79

Κεφάλαιο 9 Εύρεση της θέσης του Radar με GPS.................................... 809.1 Γενικά.................................................................................. 809.2 Εντοπισμός του Δέκτη με GPS..........................................82

Κεφάλαιο 10 Κακοκαιρία -Στιγμιαίος Ιονισμός - Αποφυγήκεραυνού - Αντικεραυνική Προστασία.......................... 85

10.1 Κακοκαιρία.........................................................................8510.2 Καταιγίδα..........................................................................8510.3 Οι κεραυνοί........................................................................8710.4 Αλεξικέραυνο.................................................................... 9010.5 Αντικεραυνική Προστασία - Βελτίωση ή Αρχική

Εγκατάσταση.................................................................... 90Βιβλιογραφία.............................................................101

4

Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

1.1 ΟρισμόςΗ λέξη RADAR προέρχεται από τα ακρωνύμια των λέξεων RAdio

Detection And Ranging ( Ραδιοανιχνευτής ή Ραδιοανίχνευση και μέτρηση απόστασης )

Ραντάρ ονομάζεται ένα βασικό ηλεκτρονικό σύστημα ηλεκτρομαγνητικού εντοπισμού και παρακολούθησης ακίνητων και κινητών στόχων ή αντικειμένων στον αέρα, στη θάλασσα ή στη ξηρά με τις μεθόδους του ραδιεντοπισμού, για αντικείμενα που δεν είναι ορατά από το ανθρώπινο μάτι ή και οπτικά όργανα.

Δεν ανιχνεύεται μόνο η απόσταση και η θέση του στόχου, αλλά αν είναι κινούμενος υπολογίζεται και η ταχύτητα και η πορεία του

1. 2 ΙστορικόΤο πρώτο στοιχείο που οδήγησε τους επιστήμονες στην έρευνα ενός

στοιχειώδους τύπου RADAR ήταν οι νυχτερίδες οι οποίες καθοδηγούνται στο σκοτάδι από την ηχώ των παλμών τους οποίους εκπέμπουν οι ίδιες με την βοήθεια ειδικών κεραιών τις οποίες διαθέτουν .

Οι επιστήμονες παρατήρησαν οτι οι κεραίες της νυχτερίδας εκπέμπουν στενούς παλμούς συχνότητας 500 kHz / s που όταν συναντήσουν ένα αντικείμενο ανακλώνται και επιστρέφουν προς το μέρος της νυχτερίδας που τους εξέπεμψε και η ηχώ συλλαμβάνεται από τις ίδιες κεραίες που ενεργούν σαν πομπός και σαν δέκτης και η νυχτερίδα καθοδηγείται με ασφάλεια στο σκοτάδι .

Το έτος 1849 είχε μετρήσει ο Γάλλος Φυσικός Armand Fizeau (Φιζώ, 819-1896) την ταχύτητα του φωτός με την καταγραφή του χρόνου που χρειάζεται μια φωτεινή δέσμη να ανακλαστεί σε εμπόδιο που βρίσκεται σε δεδομένη απόσταση, και να επιστρέψει στον πομπό της. Από τη στιγμή που είναι γνωστή η ταχύτητα του φωτός, μπορούμε να επαναλάβουμε το πείραμα με στόχο τον προσδιορισμό της απόστασης, στην οποία βρίσκεται το εμπόδιο. Όμως, το φως δεν προσφέρεται για τέτοιες εφαρμογές, γιατί ανακόπτεται εύκολα από διάφορα εμπόδια και επίσης απορροφάται και σκεδάζεται σε μεγάλο βαθμό από την υγρασία και τη σκόνη της ατμόσφαιρας. Ως πρωτοπόρος του RADAR δύναται να θεωρηθεί ο Rudolf Hertz ο οποίος το έτος 1866 ελέγχοντας τις θεωρίες του Maxwell περί διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων απέδειξε ότι τα ραδιοκύματα αντανακλώνται όταν προσπίπτουν επί μεταλλικών ή διηλεκτρικών σωμάτων.Στα τέλη της δεκαετίας του 1870 επανέλαβε ο Ινδός Jagadish Chandra Bose

(Μπόουζ, 1858-1937) τα πειράματα του Χερτς στην Καλκούτα, χρησιμοποιώντας μικρότερα μήκη κύματος. Με τα αποτελέσματα από αυτά τα πειράματα οδηγήθηκε ο Μπόουζ στην κατασκευή των πρώτων κυματοδηγών. Τη μέθοδο Φιζώ για εντοπισμό μεταλλικών αντικειμένων αλλά με ραδιοκύματα εφάρμοσε το έτος 1904 ο Γερμανός φοιτητής Christian Huelsmeyer (Χυλσμάγερ, 1881-1957), ο οποίος στα πλαίσια πειραμάτων ως υποψήφιος εκπαιδευτικός, προσδιόρισε την ακριβή απόσταση πλοίων στη θάλασσα από το εργαστήριό του. Τα ραδιοκύματα είναι κατάλληλα για μετρήσεις απόστασης μεταλλικών αντικειμένων εφόσον έχουν υψηλή συχνότητα (μικρό μήκος κύματος), αλλιώς κάμπτονται κατά την πρόσκρουση σε μεταλλικά εμπόδια και αλλάζουν κατεύθυνση εκπομπής. Τα κύματα

5

μεγάλης συχνότητας (μικροκύματα) είναι διεισδυτικά και διαπερνούν τα σύννεφα. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που έλαβε ο Χυλσμάγερ το ίδιο έτος έχει τίτλο: «Μέθοδος ειδοποίησης ενός παρατηρητή για την ύπαρξη απομακρυσμένων μεταλλικών αντικειμένων με χρήση ραδιοκυμάτων».Το έτος 1917 αξιοποίησε ο Γάλλος Φυσικός Paul Langevin (Λανζεβέν, 1872­1946) τους υπερήχους για εντοπισμό αντικειμένων στο νερό. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και το φως δεν ήταν δυνατόν να χρησιμοποιηθούν σ' αυτό το μέσο, ενώ οι υπέρηχοι προσφέρονται λόγω του μικρού μήκους κύματος που διαθέτουν κι επειδή δεν σκεδάζονται ή απορροφώνται από το νερό. Τα αντικείμενα που έπρεπε να εντοπιστούν δεν ήταν άγνωστα ευρήματα αλλά γερμανικά υποβρύχια, τα οποία κατά τη διάρκεια του α' παγκόσμιου πολέμου προκαλούσαν τεράστιες απώλειες στα αντίπαλα πλεούμενα. Η συσκευή που κατασκεύασε ο Λανζεβέν, το σονάρ (sonar = SOund, Navigation And Ranging), δεν ολοκληρώθηκε βέβαια έγκαιρα ώστε να αξιοποιηθεί στον πόλεμο, χρησιμοποιείται όμως βελτιωμένη μέχρι σήμερα για να εντοπιστούν, εκτός από υποβρύχια και ναυάγια, κοπάδια ψαριών, αλλά και για να καταγραφεί το ανάγλυφο του πυθμένα των θαλασσών.

Το πρώτο ραντάρ που τέθηκε σε λειτουργία με πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα ήταν κατασκευή του Εθνικού Εργαστηρίου Φυσικής (National Physical Laboratory, NPL) της Μ. Βρετανίας και ειδικότερα του προϊσταμένου του Ρόμπερτ Ουάτσον-Ουατ με το οποίο ήταν δυνατή η επισήμανση αεροσκάφους,το οποίο πετάει πέρα από την ακτίνα που φτάνει το ανθρώπινο μάτι χάρη στην ανάκλαση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων .

Αρχικά ήταν ένα σύστημα που αποκλήθηκε "Radio Direction Finding ή RDFra! στη συνέχεια μετονομάστηκε σε ραντάρ.

6

Κεφάλαιο 2ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ RADAR

2.1 Ορισμοί2.1.1 RADAR

Είναι το ηλεκτρονικό σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί ραδιοκύματα για να ανιχνεύσει αντικείμενα και να προσδιορίσει την απόσταση , την θέση , την ταχύτητα και την κατεύθυνση των αντικειμένων . (Σχ. 2.1).

Σχ. 2.1 Κεραία RADAR Ύψους

2.1.2 ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΡαδιοκύμα είναι μια έκρηξη ενέργειας που εκπέμπεται από τον

πομπό ενός Radar μέσω της ατμόσφαιρας. Αυτή η έκρηξη ενέργειας είναι μία σύνθεση ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου και ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό (Η/Μ) κύμα. Μετά την εκπομπή του ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός. Καθώς τα Η/Μ κύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, η οποία είναι σταθερή, ο χρόνος ταξιδιού και επιστροφής προς ένα αντικείμενο μπορεί να μετρηθεί. Έτσι προσδιορίζεται η απόσταση. Με τη χρήση ραδιοκυμάτων, το Radar μπορεί να προσδιορίσει την ακριβή αζιμουθιακή θέση του αντικειμένου που δημιουργεί την ηχώ.

2.1.3 ΗΧΩΗχώ είναι το ποσοστό της ενέργειας το οποίο επιστρέφει στο Radar

μετά την πρόσκρουση του ραδιοκύματος στο αντικείμενο. Αυτή η αρχή ανάκλασης είναι η βασική μέθοδος ανίχνευσης των αντικειμένων.

2.2 Ιδιότητες Η / Μ κυμάτωνΗ ιονόσφαιρα είναι το βασικό μέσο διάδοσης των Η/Μ κυμάτων και έχει

την ιδιότητα να «κάμπτει» to Η/Μ κύμα, ώστε vα επιστρέφει στη γη. Αv δεv είχε αvακαλυφθεί η ύπαρξη της δεv θα είχαv αvαπτυχθει o! τηλεπικoιvωvίες πoυ βασίζovται στα βραχέα κύματα.

2.2.1 Ανάκλαση Η/Μ Κύματος:

7

Το Η/Μ κύμα όπως και το φως όταν προσπέσει σε λεία επιφάνεια (με μικρές αvωμαλίες συγκριτικά με to μήκος κύματoς)

Σχ. 2.2 Ανάκλασηαvακλάται πρoς διαφoρετική κατεύθυvση. Κατά τηv αvάκλαση ισχύει ότι o! γωvίες ανάκλασης και πρόσπτωσης είναι ίσες και ακόμα το επίπεδο που σχηματίζουν είναι κάθετο στην επιφάνεια πρόσπτωσης (Σχ. 2.2).

2.2.2 Συμβολή Η/Μ Κυμάτων:Τα Η/Μ κύματα κατά την επιστροφή τους στην κεραία (μετά την

ανάκλαση) ακολουθούν δύο δρόμους. Ο ένας είναι απ’ ευθείας και ο άλλος με ανάκλαση στο έδαφος. Στην κεραία λοιπόν φτάνει το άθροισμα δύο συνιστωσών, οι οποίες επειδή έχουν καλύψει διαφορετική απόσταση, έχουν διαφορετική φάση και παρατηρείται μεταβολή της έντασης του Η/Μ κύματος (φαινόμενο συμβολής κυμάτων).

Η μεταβολή αυτή ποικίλλει λόγω μορφολογίας εδάφους και πιθανής κίνησης του στόχου από 2Α έως 0 (όπου Α είναι το εύρος του κύματος). Τα σημεία του χώρου όπου συναντώνται δύο ή περισσότερα Η/Μ κύματα, ονομάζονται κροσσοί συμβολής και το φαινόμενο συμβολή.

2.2.3 Διάθλαση Η/Μ Κύματος:To H/M κύμα στο κενό διαδίδεται ευθύγραμμα, όταν όμως διασχίζει δύο

υλικά με διαφορετική πυκνότητα τότε, αλλάζει ταχύτητα και υφίσταται αλλαγή διεύθυνσης (διαθλάται) κατά τη διάδοσή του στο δεύτερο υλικό.

Η διάθλαση χαρακτηρίζεται από το δείκτη διάθλασης (η) που ορίζεται ως ο λόγος της ταχύτητας του κύματος στο κενό προς την ταχύτητα του στο υλικό (Σχ. 2.3).

Μεταξύ δείκτη διάθλασης και γωνιών πρόπτωσης και διάθλασης ισχύει η σχέση:

8

Επειδή o δείκτης διάθλασης ελαττώνεται στην ατμόσφαιρα με το ύψος, το υψηλότερο τμήμα του κύματος κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα του χαμηλότερoυ τμήματος, με απoτέλεσμα vα μηv έχoυμε ευθύγραμμη κίvηση αλλά καμπύλη τρoχιά. Άρα τo Η/Μ κύμα καλύπτει απόσταση μεγαλύτερη του oπτικoύ oρίζovτα λόγω της διάθλασης πoυ υφίσταται στηv ατμόσφαιρα.

Η απόσταση στην oπoία μεταφέρεται τo Η/Μ κύμα καλείται Ορίζοντας RADAR (HORIZON RADAR) και δίδεται από τον τύπo :

+ ( 2 )

όπου :Η = είναι το υψόμετρo της κεραίας RADAR και h = το ύψoς στόχoυ.

Ο oρίζovτας RADAR (Σχ. 2.4) υπoλoγίζεται και από νομογράμματα στα

οποία θεωρούμε μία εικovική σφαιρική γήινη επιφάvεια, έχoυσα ακτίvα 4/3 της πραγματικής. Η υπόθεση αυτή διευκoλύvει την επίλυση σχετικώv πρoβλημάτωv και επιτρέπει τov ακριβή πρoσδιoρισμό τoυ ύψoυς του στόχoυ συvαρτήσει της απόστασης και της γωvίας του ύψoυς, καθόσov μ’ αυτή την ακτίvα τα Η/Μ κύματα διαδίδονται εφαπτομενικά της επιφάνειας της γης. Τα διαγράμματα αυτά δίδονται από τον κατασκευαστή και ονομάζονται διαγράμματα 4/3.

2.2.4 Ανώμαλη Διάδοση Η/Μ Κύματος:Πολλές φορές ο δείκτης διάθλασης δεν ακολουθεί γραμμική μεταβολή

με το ύψος, λόγω ατμοσφαιρικών διαταραχών με αποτέλεσμα να έχουμε ανώμαλη διάδοση των Η/Μ κυμάτων (Σχ. 2.5).

9

ττπος aΗ 5 r c F jL iT ^ c r w o t i / T o : ν 7 / ϊ /

' / 7 / ξ Ί Γ Τ ψ s μ ε α τ τ ο τ ε λ ε Ε τ μ α ν 7 / ϊ / ε μ ς ^ α ε . — i / t t r T y τ ^ τ ^ ω £ κ ι / ω μ £ κ Λ . 7 ^ ξ *5 ^ ,a t (5 d c t t j s _------------------------------------------- - *ΎτοΑά Χ<χαις1ΤΠΟΑΙΑΘΛΑΣ ΕΓ4— —------------------

KtlVOVLM.il

Η ΐ5 ε σ /-ΐ/τ} ΛΓαίμΎτ-τεταί/, Xi'yoTcpo με ίχ τ τ ο 'τ ε λ . ε σ μ ο : .-/ τ/1/ ε λ α - ϊ—fc jc tt t t j sε μ/3 ελε ί ck5

Σχ. 2.5 Ανώμαλη Διάδοση Η/Μ κύματος

Έτσι διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις:

2.2.4.1 Υποδιάθλαση:Συμβαίνει όταv o ρυθμός μεταβoλής tou δείκτη διάθλασης ε^αι

μικρότερoς τoυ καvovικoύ (η δέσμη tou RADAR κάμπτεται πρoς τα πάvω απoμακρυvόμεvη βαθμιαία από ^ v επιφάvεια της γης). Σε πολλές περιπτώσεις υπάρχει η πιθανότητα να αντιστραφεί η καμπυλότητα του κύματος, με αποτέλεσμα να ελαττώνεται η απόσταση που μπορεί να καλύψει το Η/Μ κύμα. Η υποδιάθλαση παρατηρείται σε ομιχλώδη ατμόσφαιρα γιατί τα υδροσταγονίδια δημιουργούν μικρότερη διηλεκτρική σταθερά από ^ v υπερκείμεvη ατμόσφαιρα.

2.2.4.2 Υπερδιάθλαση:Συμβα^ει όταv o ρυθμός μεταβoλής tou δείκτη διάθλασης ε^αι

μεγαλύτερoς τoυ καvovικoύ, με απoτέλεσμα η ταχύτητα τoυ υψηλότερoυ τμήματoς τoυ Η/Μ κύματoς vα είvαι μεγαλύτερη απ' ότι σ ^ oμαλή διάδoση και έτσι vα έχoυμε αύξηση της εμβέλειας RADAR. Υπερδιάθλαση παρατηρείται όταv θερμός αέρας κληθεί πάvω από ψυχρή θαλάσσια επιφάvεια, πρoκαλώvτας πτώση της θερμoκρασίας τoυ αέρα κovτά στηv επιφάvεια της γης (ξηρά, θάλασσα). Έτσι δημ^υργείται αύξηση της θερμoκρασίας με to ύψoς και τo φαιvόμεvo αυτό πoυ καλείται Θερμoκρασιακή Αvτιστρoφή επηρεάζει τηv τιμή τoυ δείκτη διάθλασης.

Η υπερδιάθλαση μπoρεί vα δημιoυργήσει έvα καvάλι μέσα στo oπoίo vα δεσμεύεται τo Η/Μ κύμα και vα μεταφέρεται σε μεγάλες απoστάσεις. Συvήθως αυτό to καvάλι δημιoυργείται γύρω στα 200 μέτρα πάvω από τηv επιφάvεια.

10

(Το φαινόμενο αυτό εγκλωβισμού του κύματος καλείται DUCTING ή TRAPPING).

Διακρίνουμε δύο τύπους υπερδιάθλασης:• όταv η δέσμη δεv συvαvτά την επιφάvεια της γης, με

αποτέλεσμα vα αvιχvεύovται στόχοι πολύ πέραv του Ορίζovτα RADAR (Τύπου 1) και

• όταv η δέσμη καμπυλώvεται τόσο πολύ που συvαvτά τηv επιφάvεια της γης με αποτέλεσμα vα περιορίζεται η εμβέλεια και vα εμφαvίζovται στόχοι σε λάθος αποστάσεις (Τύπου 2).

2.2.5 Περίθλαση Η/Μ Κύματος:Όταv το φως και κατ' επέκταση το Η/Μ κύμα διέλθει από μία οπή

μικρής διαμέτρου, συγκριτικά με το μήκος κύματος του, υφίσταται κάμψη. Το ποσοστό της κάμψης είναι αvάλoγo του μήκους κύματος. Το φαιvόμεvo αυτό καλείται περίθλαση.

Σχ. 2.6 Περίθλαση Η/Μ κύματος

Το ίδιο φαιvόμεvo (κάμψη του κύματος) έχουμε γύρω από αvτικείμεvα (εμπόδια) αvάλογoυ μεγέθους με το μήκος κύματος. Αυτή είναι η αιτία που ραδιoφωvικoί σταθμοί ΑΜ (λ= μερικές 100άδες μέτρα) καθώς και τηλεοπτικοί λαμβάvovται πίσω από τη σκιά κτιρίωv και βoυvώv. (Σχ. 2.6).

2.3 Παράμετροι Η/Μ Κύματος2.3.1 Συχνότητα (F):

Είναι ο αριθμός τωv κύκλωv που συμπληρώvει το Η/Μ κύμα σ’ έvα (1) sec. Ένας πλήρης κύκλος συμπληρώνεται όταν το Η/Μ κύμα λάβει διαδοχικά την ίδια τιμή με την ίδια φορά. Μονάδες μέτρησης δε της συχνότητας είναι: cycle/sec, ή Hz. (1ΚΗζ = 103Hz, 1MHz= 106Hz, 1GHz = 109Hz).

2.3.2 Περίοδος (Τ):Είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη συμπλήρωση ενός κύκλου του

Η/Μ κύματος και ισχύει Τ = 1/F. Μονάδες μέτρησης είναι το sec και τα υποπολλαπλάσια του, 1msec = 10"3sec, ^sec=10"6sec (Σχ. 2.7).

11

Σχ. 2.7 Περίοδος

2.3.3 Μήκος Κύματος (λ):Είναι το διάστημα που διανύει το Η/Μ κύμα σε χρόνο μιας περιόδου

(Τ). Ισχύει δε:r

λ = ο τ = -

Μονάδες μέτρησης μήκους κύματος είναι το μέτρο (m) και τα υποπολλαπλάσια του. 1μ = 10"6m (μικρόν), 1mμ=109m (μιλιμικρόν), 1Α = 10" 10m (Angstrom)

2.3.4 Φάση (φ):Είvαι η γωvία μεταξύ της αρχής τωv αξόvωv και τoυ πρώτoυ

μηδεvισμoύ tou κύματoς. Για vα συγκρίvoυμε δύo κύματα ως πρoς τη φάση, θα πρέπει αυτά vα βρίσκovται σε συvoχή δηλαδή vα έχoυv τηv ίδια συχvότητα (Σχ. 2.8).

Σχ. 2.8 Φάση Η/Μ κύματος

2.4 Η/Μ ΦάσμαΤα Η/Μ κύματα αvάλoγα με ^ v συχvότητά ^ υ ς κατατάσσovται σε

διάφoρες κατηγoρίες. Τo σύvoλo όλωv αυτών τωv κατηγoριώv απoτελεί τo Η/Μ φάσμα πoυ καλύπτει τηv περιoχή από τις ακoυστικές ως τις ^σμικές.

Οι κατηγορίες του Η/Μ φάσματος είναι οι ακόλουθες: Aκoυστικές Συχvότητες, Υπέρηχoι, Ραδιοσυχνότητες (RF), Υπέρυθρες ακτίνες, Ορατό Φως, Υπεριώδεις ακτίνες, Ακτίνες Χ, Ακτίνες Γ και τέλος Κοσμικές ακτίνες.

12

Επειδή το Η/Μ φάσμα καλύπτει συχνότητες από 10 Ηζ έως 1025Ηζ έχει κριθεί σκόπιμη η υπoδιαίρεσή του σε κατηγoρίες στις oπoίες τα Η/Μ κύματα έχoυv τις ίδιες σχεδόv ιδιότητες.

Οι κατηγoρίες αυτές φαίvovται στov παρακάτω πίνακα και ovoμάζovται ζώvες ραδιoσυχvoτήτωv.__________________________________

ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΖΩΝΗΣ ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ

ELF (EXTREMELY LOW FREQ.)

300Hz - 3KHz

VLF (VERY LOW FREQ.)

3 - 30KHz

LF (LOW FREQUENCY)

30 - 300KHz

MF (MEDIUM FREQUENCY)

300K - 3MHz

HF (HIGH FREQUENCY)

3 - 30MHz

VHF (VERY HIGH FREQ.)

30 - 300MHz

UHF (ULTRA HIGHFREQ )

300MHz - 3GHz

SHF (SUPER HIGH FREQ.)

3 - 30GHz

Ειδικά για τα RADAR χρησιμoπoιoύμε τις εξής υπoδιαιρέσεις:

L-BAND 1000 - 2000 MHzS-BAND 2000 - 4000 MHzC-BAND 4000 - 8000 MHzX-BAND 8000 - 12500 MHzKu -BAND 12,5 - 18 GHzK-BAND 18 - 26.5 GHzKa -BAND 26,5 - 40 GHzMILLIMETER 40 - 300 GHz

Eπιπλέov τωv παραπάvω υπάρχει και o διαχωρισμός σε αλφαβητικές ή αλφαριθμητικές ζώνες σύμφωvα με την πιο πρόσφατη διαίρεση του Η/Μ φάσματoς.

Κατ' αυτήν η συχvότητα λειτoυργίας εvός RADAR δίvεται απ’ έvα γράμμα και έναν αριθμό. Κάθε ζώνη συμβολίζεται μ’ ένα γράμμα από το Α έως το Μ και υποδιαιρείται σε δέκα (1θ) ίσες υποζώνες.

Έτσι αν ένα RADAR εκπέμπει στη Β-3 υποζώνη, αυτό σημαίνει ότι η συχνότητα του είναι η κύρια συχνότητα της ζώνης (250) συν τρία πλάτη ζώνης (25) δηλαδή από 325 - 350MHz.

13

BAND FREQUENCY Μ ^ CHANNELWIDTH

A (ALPHA) 0 - 250 25

B (BRAVO) 250 - 500 25

C (CHARLIE) 500 - 1000 50

D (DELTA) 1000 - 2000 100

E (ECHO) 2000 - 3000 100

F (FOXTROT) 3000 - 4000 100

G (GOLF) 4000 - 6000 200

H(HOTEL)

6000 - 8000 200

I (INDIA) 8000 - 10000 200

J (JULIET) 10 -20000 1000

K (KILO) 20 -40000 2000

L (LIMA) 40 -60000 2000

M (MIKE) 60 -100000 4000

2.5 Κατηγορίες Η/Μ ΚυμάτωνΤα Η/Μ κύματα ανάλογα με το ύψος διάδοσής τους μέσα στην

ατμόσφαιρα διακρίvovται στις ακόλουθες κατηγορίες:Κύματα εδάφους (GROUND WAVES),Ουράνια κύματα (SKY WAVES) και Κύματα χώρου (SPACE WAVES).

Αvάλoγα με ^ v κατηγορία τωv Η/Μ κυμάτωv χρησιμoπoιoύvται αvτίστoιχες συχvότητες. Συγκεκριμέvα για τα κύματα εδάφους χρησιμoπoιoύvται χαμηλές συχvότητες (μεσαία και μακρά) για τα ιovoσφαιρικά υψηλές ή μεσαίες συχvότητες (βραχέα), εvώ για τα κύματα χώρου συχvότητες πάvω από 10 GHz. Για τα RADAR χρησιμoπoιoύvται τα άμεσα (απ' ευθείας) κύματα εvώ σε oρισμέvες περιπτώσεις χρησιμoπoιoύvται και ιovoσφαιρικά (Σχ. 2.9).

14

Σχ. 2.9 Κατηγορίες κυμάτων

2.5.1 Κύματα Εδάφους:Η αποτελεσματικότητά τους χαρακτηρίζεται από την ισχύ του

πομπού, τη συχvότητα λειτουργίας και τις εδαφικές και μετεωρoλoγικές συvθήκες. Τα κύματα επιφαvείας κατά την διάδοσή τους στov ελεύθερο χώρο υφίσταvται εξασθέvηση αvάλoγα με τηv συχvότητα και τηv απόσταση.

Διακρίvovται σε :απ' ευθείας κύματα ή άμεσα, κύματα αvακλώμεvα στο έδαφος και καθαρά επιφαvειακά (Σχ. 2.10).

Σχ. 2.10 Κύμα αvακλώμεvo & επιφαvείας

2.5.1.1 Απ’ Ευθείας ή Άμεσα Κύματα:Χρησιμοποιούνται στα δίκτυα οπτικής επαφής και στα RADAR.

Τα κύματα αυτά ταξιδεύουν απ' ευθείας από τον πομπό στο δέκτη και σε μικρές σχετικά αποστάσεις. Η διάδοση γίνεται μέσα στην τροπόσφαιρα (έχει μέγιστο ύψος 15ΝΜ) όπου επιδρά ο δείκτης διάθλασης. Στη διάδοση των απ’ ευθείας κυμάτων σημαντικός παράγοντας είναι ο ορίζοντας RADAR.

2.5.1.2 Ανακλώμενα στο Έδαφος Κύματα:Είναι τα κύματα που προκύπτουν μετά από ανάκλαση του

εκπεμπόμενου κύματος στο έδαφος, που οφείλεται κυρίως στο λοβό ακτινοβολίας της κεραίας. Από τα ανακλώμενα κύματα ένα μέρος τους απορροφάται από το έδαφος, ενώ ένα άλλο ανακλάται. Το ποσοστό

15

ανάκλασης εξαρτάται από το έδαφος.Ο συνδιασμός απ' ευθείας και ανακλώμενου κύματος πρoκαλεί στo δέκτη τoυ RADAR, φαιvόμεvα διαλείψεωv (εκ της συμβoλής τωv δύo κυμάτωv) τα οποία επηρεάζoυν σημαvτικά τηv απόδoσή του, κυρίως για μεγάλoυς στόχoυς.

2.5.1.3 Επιφανειακά Κύματα:Διαδίδovται μέσω της επιφάvειας της γης και καλύπτoυv

απόσταση πoυ εξαρτάται από την αγωγιμότητα και τη διηλεκτρική σταθερά της. Καλύτερη επιφάvεια για την διάδoσή τoυς είvαι τo θαλάσση vερό εvώ χειρότερη τα δάση και η έρημoς.

2.5.2 Ουράνια Κύματα - Επίδραση της Ατμόσφαιρας:Αυτά χωρίζovται σε :

τρoπoσφαιρικά και ιovoσφαιρικά κύματα.

2.5.2.1 Λόγω της καμπυλότητας της γης σταθμoί πoυ απέχoυv πάvω από 150 Km εμπoδίζovται vα έχoυv απ' ευθείας επαφή. Γι' αυτό η επικoιvωvία τους γίvεται αξιoπoιώvτας το φαιvόμεvo σκέδασης της τρoπόσφαιρας, στην oπoία υπάρχoυv στρώματα αέρα πoυ αvακλoύv μικρή πoσότητα εvέργειας από την πρoσπίπτoυσα (Σχ. 2.11).

Σχ. 2.11 Τροποσφαιρικά κύματα

Οι κεραίες εκπoμπής και λήψης πρoσαvατoλίζovται, ώστε o! λoβoί τoυς vα σχηματίζουν ένα κοινό χώρο που λέγεται όγκος σκέδασης.

Στις τροποσφαιρικές ζεύξεις (μέχρι 300ΝΜ) το σήμα μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του 24ώρου και του έτους. Για καλύτερη απόδοση χρησιμοποιείται διαφορική λήψη (δηλαδή δύο κεραίες σε πομπό και δέκτη ή δύο συχνότητες λειτουργίας).

2.5.2.2 Ατμόσφαιρα:Η ατμόσφαιρα της γης εκτείνεται από την επιφάνεια της και

μέχρι το ύψος των 250 Νμ . H ατμόσφαιρα χωρίζεται στα εξής τρία στρώματα:• Τρoπόσφαιρα,• Στρατόσφαιρα και• Ω ό σ φ α ιρ α .

Η Τροπόσφαιρα αρχίζει από την επιφάνεια της γης και φτάνει μέχρι και ύψος 15 ΝΜ. Η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα μεταβάλλεται με το ύψος.

Η Στρατόσφαιρα εκτείνεται πέρα της τροπόσφαιρας μέχρι τα κατώτερα στρώματα της ιονόσφαιρας και έχει ελάχιστη επίδραση στα Η/Μ κύματα. Συνήθως περιορίζεται σε ύψος μεταξύ 15 - 50 ΝΜ. Η θερμοκρασία από τα 50

16

ΝΜ μέχρι τα 100 ΝΜ είναι σταθερή. Γι' αυτό και το στρώμα αυτό συχνά αναφέρεται και ως ισόθερμο στρώμα.

Η δράση του ήλιου πάvω στην ατμόσφαιρα (η oπoία εκτείνεται πρακτικά αμετάβλητη ως τα 90 Km περίπου), είναι η κύρια αιτία της ύπαρξης της ωόσφαιρας. Η κίνηση της γης και oι αλλαγές στην κατάσταση και ακτιvoβoλία του ήλιαυ πρoκαλoύv μεταβoλές στηv ωόσφαιρα. Η δράση αυτή χαρακτηρίζεται από ακτιvoβoλίες (υπεριώδεις, χ και γ) ηλεκτρoμαγvητικής και σωματιδιακής μoρφής, πoυ βoμβαρδίζoυv τηv ατμόσφαιρα και τη γη σε μεγάλες πoσότητες. Οι μεταβoλές αυτές χαρακτηρίζovται ως κανονικές και μη καvovικές.

2.5.2.3 Επίδραση της Ιονόσφαιρας στα Η/Μ κύματα:Η διαδικασία της κάμψης των Η/Μ κυμάτων ακολουθεί τους

νόμους της οπτικής. Έτσι κάθε στρώμα της ιονόσφαιρας θεωρείται ότι έχει δική του διαστρωμάτωση, με αποτέλεσμα το κύμα που εισέρχεται σ’ αυτό να υφίσταται σταδιακή κάμψη προς τη γη.

Η διαφορετική πυκνότητα ηλεκτρονίων για κάθε ζώνη του στρώματος δίνει ένα χαρακτηριστικό για τη ζώνη συντελεστή διάθλασης. Η διαφοροποίηση του συντελεστή διάθλασης οδηγεί στην κάμψη του H/M κύματος όταν αυτό φτάσει στις πάνω ζώνες του στρώματος, στις οποίες βέβαια παρατηρείται μεγαλύτερη πυκνότητα ηλεκτρονίων. Όταν καμφθεί λοιπόν το Η/Μ κύμα επιστρέφει σε κάποιο σημείο της γης. Παρατηρείται τότε η ύπαρξη μιας ζώνης στην οποία δε φτάνει καμία από τις ανακλώμενες συνιστώσες.

Η περιοχή αυτή ανάμεσα στον πομπό και στο σημείο που φτάνει η πρώτη συνιστώσα του κύματος, είναι η Ζώνη Σιγής ή SKIP ZONE (Σχ. 2.12).

Η ανίχνευση του ύψους που βρίσκεται κάθε στρώμα γίνεται από εκπομπές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τα οποία είναι κάθετα σε σχέση με το επίπεδο της γης, με σταθερό ρυθμό επανάληψης, αλλά με μεταβαλλόμενη συχνότητα παλμών. Ο χρόνος που χρειάζεται για να ανακλαστούν τα Η/Μ κύματα από το συγκεκριμένο στρώμα είναι η παράμετρος που καθορίζει το ύψος του.

Τα ιονοσφαιρικά στρώματα λοιπόν μπορεί να θεωρηθούν σφαιρικά κάτοπτρα (ή καλύτερα τεράστια φίλτρα διάθλασης) που περιβάλλουν τη γη και αναγκάζουν τα Η/Μ κύματα να επιστρέφουν στο έδαφος. Αυτό όμως

17

συμβαίνει μόνο για ορισμένες συχνότητες. Ο βαθμός διάθλασης εξαρτάται από τη συχvότητα τωv Η/Μ κυμάτωv, τη γωvία πρόσπτωσης και ^ v ηλεκτρονική π υ^ότητα τoυ στρώματoς. Στις πολύ υψηλές συχνότητες o βαθμός διάθλασης ε^αι τόσo μικρός πoυ τα Η/Μ κύματα διαπερνούν ^ v ω όσφαιρα και ταξιδεύoυv στo διάστημα.

Κρίσιμη Συχνότητα:ε^αι η συχvότητα σ ^ oπoία τα Η/Μ κύματα πoυ εκπέμπονται

κατακόρυφα (90°) επιστρέφουν στη γη. Όσο μεγαλύτερο ε^αι to πoσoστό ιονισμού της ιovόσφαιρας, τόσo μεγαλύτερη συχvότητα χρειάζεται για vα διαπεραστεί η ιovόσφαιρα.

Η μέγιστη χρησιμοποιούμενη συχvότητα είvαι πoλύ σημαντική διότι γι' αυτή και για δεδομένη απόσταση πoμπoύ - δέκτη έχoυμε τη μικρότερη απορρόφηση εvέργειας και τη μεγαλύτερη ένταση πεδίου στo σημείο λήψης.

Κρίσιμη Γωνία:ε^αι η γωvία ως πρoς τo έδαφoς, πάvω από ^ v oπoία τα

εκπεμπόμενα Η/Μ κύματα παγιδεύονται ή διατρυπούν ^ v ωόσφαιρα. Η κρίσιμη γωvία εξαρτάται από τη συχvότητα τωv Η/Μ κυμάτωv και τo πoσoστό ιονισμού της ωόσφαιρας.

Η απόσταση από ^ v κεραία εκπoμπής μέχρι τo σημείο πoυ τo ιονοσφαιρικό κύμα επιστρέφει στη γη, καλείται ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ (SKIP DISTANCE) και εξαρτάται από τη γωvία εκπoμπής και to ύψoς tou ιονοσφαιρικού στρώματoς. Όσο μικρότερη είvαι η γωvία εκπoμπής και όσo ψηλότερα βρίσκεται to αvακλόv ιovoσφαιρικό στρώμα, τόσo μεγαλύτερη είvαι η SKIP DISTANCE.

2.5.3 Κύματα Χώρου ή Δορυφορικά:Αυτά χρησιμoπoιoύvται για δoρυφoρικές ζεύξεις. Τα δορυφορικά

δίκτυα συνήθως αποτελούνται από γεωστατικούς δορυφόρους πoυ τοποθετούνται σε υψόμετρo 36000 Κμ πάvω από τov Ισημερινό και σε θέσεις ώστε vα καλύπτoυv όλες τις χώρες. Συvήθως δορυφορική ζεύξη χρησιμoπoιείται για επίτευξη επικοινωνίας πάvω από 1000 ΚΜ και o! κεραίες τωv σταθμών εδάφους ε^αι της τάξης τωv 30m.

Οι δορυφόροι δε, χρησιμοποιούνται πολύ μικρές κεραίες τριών τύπων: Παγκοσμίου κάλυψης διαμέτρου 20cm, Ημισφαιρικής κάλυψης διαμέτρου 50cm και Κάλυψης κηλίδας διαμέτρου 2 m.

2.6 Διαγράμματα ΚάλυψηςΗ α π ε ι^ ισ η της εμβέλειας του RADAR συvαρτήσει της γωvίας ύψους

πτήσης καλείται Διάγραμμα Κάλυψης.Διακρ^ουμε δύο διαγράμματα κάλυψης,

• το κατακόρυφο και• το oριζόvτιo.•

2.6.1 Διάγραμμα Κατακόρυφoυ Κάλυψης (ΔΚΚΛ)Απεικovίζει ^ v εμβέλεια του RADAR σε συvάρτηση της γωvίας

ύψους του στόχου συγκεκριμέvης ισoδύvαμης αvακλαστικής επιφάvειας.Εκφράζει για το συγκεκριμένο στόχο τη μέγιστη εμβέλειά του, αγvoώvτας

τους περιορισμούς οι οποίοι τίθεvται από tov oρίζovτα και τα φυσικά εμπόδια.

2.6.2 Διάγραμμα Οριζovτίoυ Κάλυψης (ΔΟΚΛ)

18

Απεικονίζει τη μέγιστη εμβέλεια του RADAR μετά την εγκατάστασή του σε συγκεκριμέvη θέση αvεξαρτήτως στόχoυ.

Μ’ άλλα λόγια το ΔΚΚΛ εκφράζει την πoιότητα τoυ RADAR και το ΔΟΚΛ τηv διαμόρφωση την οποία υφίσταται η εμβέλεια RADAR από τον ορίζοντα και τα φυσικά εμπόδια.

19

Κεφάλαιο 3Βασικές Αρχές Λειτουργίας RADAR

3.1 Αρχές ΛειτουργίαςΗ λειτουργία του Radar βασίζεται στις ιδιότητες που έχουν τα

ηλεκτρομαγνητικά κύματα να ανακλώνται όταν προσπίπτουν επί ενός αντικειμένου , στη μεγάλη ταχύτητα διάδοσης ( 300 *106 μέτρα / sec ή 162*103 μίλια ) , στην ευθύγραμμη διάδοση και στην ικανότητα κατευθυντικότητας υπό μορφή λεπτής δέσμης προς ορισμένη επιθυμητή διεύθυνση .

Έτσι ο εντοπισμός των διαφόρων στόχων επιτυγχάνεται δια της υπό μορφή δέσμης εκπομπής ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων προς την περιοχή που πρόκειται να ερευνηθεί . Όταν η δέσμη προσκρούσει επί ενός αντικειμένου , μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας ανακλάται , τμήμα δε αυτής επιστρέφει στο Radar , όπου και ενισχύεται σε ένα πολύ ευαίσθητο δέκτη και εμφανίζεται σε ειδικό ενδείκτη ( οθόνη ) σαν ένδειξη παρουσίας στόχου . Πριν επιστρέψει η ενέργεια από το στόχο , ο πομπός σταματά και όταν επιστρέψουν στον πομπό όλες οι ανακλάσεις , ο πομπός τίθεται εκ νέου σε λειτουργία και επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία .

Ο ενδείκτης μετρά το χρόνο μεταξύ της εκπομπής ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και της επιστροφής της ανακλασθείσας .Επειδή η ενέργεια κινείται με σταθερή ταχύτητα ( αυτή του φωτός ) ο χρόνος μεταξύ εκπομπής και λήψης χρησιμοποιείται σαν μέτρο υπολογισμού της απόστασης του στόχου από το σταθμό Radar .

Η απόσταση του στόχου υπολογίζεται από τη σχέση :c * t

( 3.1 )

όπου :r = απόσταση του στόχου ( συνήθως μετράται σε μίλια ) c = ταχύτητα μετάδοσης Η / Μ κυμάτων t = ο χρόνος πλήρους διαδρομής του κύματος Αφού η ταχύτητα του Η / Μ κύματος είναι 162.000 μίλια / sec άρα

ταξιδεύει με 1 μίλι ανά 6,2 μsecΕπειδή πρέπει τα Η / Μ κύματα πρέπει να ταξιδέψουν διπλά , ( προς το

στόχο και επιστροφή ) άρα ταξιδεύουν 1 μίλι σε 12,4 μsec . Το μίλι αυτό ονομάζεται ΜΝίΓβάβΓ . π.χ. έστω ο παλμός ξεκινά προς το στόχο και η ηχώ επιστρέφει στο Radar μετά από 620 μsec . Η απόσταση του στόχου θα είναι :

620 : 12,4 = 50 μίλια Ή σύμφωνα με την ( 3.1 ) :

r1 6 2 *ΙΟ 3*620*10 6 ---------------7--------------- = 50 μίλια

Για τον προσδιορισμό της διεύθυνσης του στόχου απαιτείται η αζιμουθιακή θέση και το ύψος ( Elevation ) . Το αζιμούθιο είναι η σχετική οριζόντια διεύθυνση του στόχου σχετικά με κάποια διεύθυνση αναφοράς ( πραγματικός Βορράς ) εκφρασμένη σε μοίρες , ενώ το Elevation εκφράζει την

20

γωνία σε μοίρες κατά την οποία ο στόχος είναι πάνω ή κάτω από την θέση του Radar .

Η εύρεση αυτών των δυο διαστάσεων εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά διευθύνσεων των στοιχείων της κεραίας , δηλαδή από την κατεύθυνση του μετώπου του ανακλώμενου κύματος .

Από τις παραπάνω πληροφορίες είναι δυνατόν να προσδιοριστεί και η σχετική ταχύτητα του στόχου . Αυτό πετυχαίνεται με την μέτρηση της απόκλισης της συχνότητας, που υφίσταται το κύμα μετά την ανάκλασή του σε κινούμενο στόχο ( Φαινόμενο Doppler ) .

Η ολίσθηση της συχνότητας κατά το Φαινόμενο Doppler δίνεται από τη σχέση :

( 3.2 )

όπου :: . = συχνότητα ολίσθησης (Doppler ) σε Ηζ υ 0 = σχετική ταχύτητα στόχου ως προς το Radar σε m / sec

Λ = μήκος κύματος του εκπεμπόμενου σήματος σε m Εάν η συχνότητα επαναλήψεως εκπομπής είναι πολύ μεγάλη , τότε είναι

δυνατόν σήματα ηχούς από απομακρυσμένο στόχο να φτάσουν στο δέκτη μετά την εκπομπή του επόμενου παλμού . Επειδή όμως σαν αρχή μετρήσεων χρόνων λαμβάνεται η χρονική στιγμή της εκπομπής κάθε παλμού , η άφιξη της καθυστερημένης αυτής ηχούς θα έχει σαν αποτέλεσμα την εσφαλμένη ένδειξη της απόστασης του στόχου . Η ηχώ αυτή καλείται δευτεροβάθμια , η εμφανιζόμενη μετά τον τρίτο παλμό τριτοβάθμια , κλπ , και όπως είναι επόμενο θα εμφανίζει τον στόχο σε πολύ μικρότερη απόσταση από την πραγματική . Η απόσταση πέρα από την οποία οι στόχοι εμφανίζονται με δευτεροβάθμια ηχώ καλείται Μέγιστη απόλυτη απόσταση και εκφράζεται με την σχέση:

( 3.3 )

3.2 Εξίσωση RADARΠολλοί παράγοντες επηρεάζουν την εμβέλεια μιας συσκευής Radar .Η εμβέλεια καθορίζεται σαν η μέγιστη απόσταση από την οποία

μπορούμε να λάβουμε μια ηχώ .Έστω Pt η ισχύς που εκπέμπεται σε κάθε παλμό από ισότροπη (

εκπέμπει ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις ) κεραία .Η πυκνότητα ισχύος , δηλαδή η ισχύς στην μονάδα επιφάνειας σε μια απόσταση r από την κεραία , θα είναι :

PtΠυκνότητα ισχύος = ------ ( 3.3 )

4 τ τ γ ζ

όπου :4 π r2 = νοητή σφαιρική επιφάνεια ακτίνας r .

Επειδή όμως οι κεραίες που χρησιμοποιούνται έχουν κατευθυνόμενη εκπομπή ( ανισότροπη κεραία ) πρέπει το δεύτερο μέλος της ( 3.3 ) να πολλαπλασιαστεί με ένα συντελεστή που εξαρτάται από την κατευθυντικότητα της κεραίας , οπότε η ( 3.3 ) γίνεται :

21

Pt* GΠυκνότητα ισχύος = ------ π ( 3.4 )

4ττγ£Εάν η ενεργός επιφάνεια του στόχου είναι σ τότε η ισχύς Ρσ που

προσπίπτει στο στόχο είναι :

ΡσPt* Gt*a

4 i r r 2( 3.5 )

Η προσπίπτουσα ισχύς στο στόχο ανακλάται ομοιόμορφα και χωρίς απώλειες , οπότε η πυκνότητα ισχύος της ηχούς Pk είναι :

Pk =Ρ{* ΰ|-*σ (4 τ τ γ 2 ) 2

( 3.6 )

Το Radar λαμβάνει ένα μέρος από την ισχύ της ηχούς , ανάλογα με την ενεργό επιφάνεια Α r της κεραίας λήψης , τότε η ισχύς ηχούς Pr που λαμβάνεται θα είναι :

Pk* Α r , δηλαδή :

Pr =Pt * Gt * Ο * A r

ιβ π 2τ4

Από την θεωρία των κεραιών γνωρίζουμε ότι :

και ( 3.8 )

( 3 .7 )

όπου :t και r = δείκτες που αναφέρονται σε κεραίες εκπομπής και λήψης . Επειδή χρησιμοποιείται η ίδια κεραία για εκπομπή και λήψη , έχουμε :

Gt = Gr = G και Αt = Αι- = Ae Αντικαθιστώντας στην ( 3.7) έχουμε :

Pr P t*A |*ff 4 ττλ 2 r 4

( 3.9 )

Η ενεργός επιφάνεια της κεραίας Ae είναι πάντοτε μικρότερη από την επιφάνειά της Α και συνδέεται με την σχέση :

( 3.10 )

όπου :κ 0 = συντελεστής εξαρτώμενος από τον τύπο της κεραίας Από την ( 3.10 ) έχουμε :Ae = Κο * Α και αντικαθιστώντας το Ae στην ( 3.9 ) έχουμε :

„ Pt*Kn*A2*0( 3.11 )

4ττΛ2 r 4

22

Εάν Pr mjn είναι η ισχύς της μικρότερης ηχούς , η οποία μπορεί να διεγείρει τον δέκτη και να εμφανιστεί τελικά στην οθόνη , τότε για την ισχύ αυτή θα έχουμε την μέγιστη εμβέλεια του Radar που προκύπτει από την σχέση ( 3.11 )

Π ττ2 A 2 1

( JP . ) 4^ ΙΙΛ r r mm( 3.12 )

Η παραπάνω εξίσωση αποτελεί την Εξίσωση RADAR και μας δίνει την Μέγιστη Απόσταση από την οποία μπορεί ένας στόχος να εντοπιστεί από το Radar .

Η παραπάνω εξίσωση δεν είναι ακριβής γιατί αγνοήθηκαν ορισμένοι αστάθμητοι παράγοντες οι οποίοι επιδρούν δυσμενώς επί της εμβέλειας του Radar.

3.3 Χαρακτηριστικά συσκευών RADARΤα κύρια χαρακτηριστικά μιας συσκευής RADAR βάσει των οποίων

κρίνεται η απόδοσή του είναι:1. Η εμβέλεια ,δηλαδή η μέγιστη απόσταση εντοπισμού στόχων .2. Η ελάχιστη απόσταση εντοπισμού στόχων .3. Η ακρίβεια μέτρησης της απόστασης και διόπτευσης του στόχου .4. Η ικανότητα διαχωρισμού των στόχων .

3.3.1 Εμβέλεια . ( Μέγιστη απόσταση εντοπισμού στόχωνΗ εξίσωση ( 3 .12 ) δίνει την σχέση εξαρτήσεως της εμβέλειας του

RADAR από ορισμένες παραμέτρους . Οι παράμετροι αυτοί ,εκτός από την επιφάνεια ( σ ) του στόχου , μπορούν να επιλεγούν κατάλληλα από τον κατασκευαστή με τέτοιο τρόπο , ώστε να έχουμε την μέγιστη δυνατή απόδοση του RADAR από πλευράς εμβέλειας .

Το έργο του κατασκευαστή είναι αρκετά δύσκολο λόγω της αλληλεπίδρασης ορισμένων παραμέτρων , και η επιτυγχανόμενη εμβέλεια είναι πολλές φορές μικρότερη κατά 0,30 έως 0,50 από την υπολογισθείσα θεωρητική .Η διαφορά μεταξύ της θεωρητικής και της πραγματικής εμβέλειας οφείλεται αφ' ενός στην ίδια την εξίσωση ( 3.12 ) ,που υπολογίστηκε με την παραδοχή ότι η συσκευή λειτουργεί στον ελεύθερο χώρο , αφ'ετέρου στο γεγονός ότι οι παράμετροι Pr mjn , ( ελάχιστη ανιχνεύσιμη ηχώ ) και σ (ενεργός επιφάνεια στόχου ) είναι κατά φύση στατιστικής μορφής , άρα καθορίζονται στατιστικά . Στην πράξη η εμβέλεια μετρείται σε km ή miles ( μίλια ) για επιφάνεια στόχου 1m2 ή 10m2 , και για ορισμένη πιθανότητα ανίχνευσης στόχου ( συνήθως 50% ) .

Εξέταση των παραμέτρων της σχέσης ( 3 .12 ) που καθορίζουν την εμβέλεια .

3.3.1.1 Ισχύς του πομπού PtΣτους πομπούς RADAR διακρίνουμε δυο ισχύεις , την

Μέγιστη εκπεμπόμενη ισχύ ( Peak Power ) Pt που είναι η ισχύς κατά την διάρκεια ενός παλμού , και την Μέση ισχύ Pqv που είναι η ισχύς που αποδίδεται κατά την διάρκεια μιας περιόδου εκπομπής .

23

Εάν η εκπεμπόμενη κυματομορφή αποτελείται από μια σειρά ορθογώνιων παλμών ( Σχ. 3.1 ) τότε η μέγιστη ισχύς συνδέεται με την μέση ισχύ με την σχέση :

-► t

Σχ. 3.1 Παλμοί εκπομπήςPt / Ραν = Tr / τ -► Ραν = Pt τ / Tr -► Ραν = Pt τ fr ( 3.13 )

Όπου : Pt = Μέγιστη ισχύς Ραν = Μέση ισχύς τ = Διάρκεια παλμού εκπομπής Tr = Περίοδος επανάληψης εκπομπής fr = 1 / Tr Συχνότητα επανάληψης εκπομπής

Ο λόγος Pav / Pt ή τ / Tr ή τ fr καλείται Κύκλος Λειτουργίας του RADAR . Σε ένα συνηθισμένο RADAR παλμικής εκπομπής για την ανίχνευση αεροσκαφών , ο κύκλος λειτουργίας είναι της τάξης 0,001 ή μικρότερος , ενώ σε συνεχούς εκπομπής ισούται με την μονάδα . Έτσι σε ένα RADAR παλμικής εκπομπής Μέσης ισχύος Pw = 400 Watt και κύκλο λειτουργίας 0,001 η Μέγιστη ισχύς θα είναι :Pt = Pw / τ fr = 400 / 0,001 = 400 kwatt

Η αύξηση όμως της ισχύος Pt επιφέρει μικρή μόνο αύξηση της εμβέλειας , γιατί όπως προκύπτει από την εξίσωση ( 3 .12 ) , η εμβέλεια είναι ανάλογη της τέταρτης ρίζας της ισχύος .Εάν π.χ. διπλασιάσουμε την ισχύ Pt , η εμβέλεια θα αυξηθεί κατά 1,19 φορές , πράγμα ασύμφορο. Εάν ελαττώσουμε την ισχύ , η αναμενόμενη αύξηση της εμβέλειας αντισταθμίζεται από τον μικρότερο αριθμό παλμών , που δέχεται και ανακλά ο στόχος , σε κάθε περιστροφή της κεραίας .

3.3.1.2 Ελάχιστη απόσταση εντοπισμού στόχων ( Ελάχιστη ανιχνεύσιμη ισχύς ηχούς Pr / min )

Ο καθορισμός της ελάχιστης ισχύος ηχούς , η οποία μπορεί να διεγείρει τον δέκτη και να εμφανιστεί σαν ένδειξη παρουσίας στόχου στην οθόνη είναι περίπλοκος . Αυτό επειδή υπεισέρχονται ορισμένοι αστάθμητοι παράγοντες , που οδηγούν στην χρήση στατιστικών μεθόδων για τον προσδιορισμό της . Ένας τέτοιος παράγοντας είναι ο θόρυβος του δέκτη , του οποίου η στάθμη θα πρέπει να είναι μικρότερη από την στάθμη των λαμβανομένων σημάτων .

Ο θόρυβος στην οθόνη παρουσιάζεται υπό μορφή αιχμών μικρού ακανόνιστου πλάτους , λέγεται δε γρασίδι ( χλόη ) Για την απαλοιφή του θορύβου από την οθόνη χρησιμοποιείται κύκλωμα , που ρυθμίζει το Κατώφλι ευαισθησίας του δέκτη . Εάν ρυθμίσουμε την στάθμη ευαισθησίας του δέκτη , ώστε αυτή να είναι αρκετά μεγαλύτερη από την στάθμη του θορύβου , τότε θα απαλλαγούμε από το θόρυβο , αλλά ταυτόχρονα θα χάσουμε τους στόχους , που δίνουν ισχύ ηχούς μικρότερη του κατωφλίου ευαισθησίας του δέκτη .

Στο Σχ. 3.2 εικονίζεται η έξοδος ενός δέκτη Radar σε οθόνη τύπου Α

24

Σχ.3.2 Έξοδος δέκτη επί οθόνης τύπου Α

Έστω οτι καθορίζουμε το κατώφλι ευαισθησίας του δέκτη στην στάθμη UT και οτι στα σημεία ti , t2 , t3 έχουμε τρείς στόχους . Ο στόχος Α θα εμφανιστεί σίγουρα στην οθόνη γιατί η ηχώ υπερβαίνει το κατώφλι ευαισθησίας , ενώ η εμφάνιση των Β και Γ είναι αμφίβολη . Έστω οτι οι στόχοι Β και Γ δίνουν ηχώ του ίδιου πλάτους . Εάν η στιγμιαία τάση θορύβου είναι τέτοια ώστε προστιθέμενη σ'αυτήν η ηχώ του στόχου να δίνει σήμα μεγαλύτερο του κατωφλίου ευαισθησίας , τότε ο στόχος θα εμφανιστεί στην οθόνη . Σ'αυτήν την περίπτωση ανήκει ο στόχος Β . Ο στόχος Γ αν και δίνει ηχώ του ίδιου πλάτους , δεν εμφανίζεται στην οθόνη , γιατί η στιγμιαία τάση του θορύβου στον χρόνο t3 είναι μικρότερη της απαιτούμενης , ώστε προστιθέμενου και του πλάτους της ηχούς Γ να προκύψει σήμα μεγαλύτερο από το κατώφλι ευαισθησίας .

Εάν υποβιβάσουμε το κατώφλι ευαισθησίας του δέκτη τότε θα είναι μικρότερη η πιθανότητα να χάσουμε ασθενείς στόχους , μπορεί όμως αιχμές θορύβου να ληφθούν σαν στόχοι .

Μια τέτοια ηχώ που δεν ανήκει σε πραγματικό στόχο καλείται « ψευδοηχώ » .

Η ελάχιστη ανιχνεύσιμη ισχύς ηχούς Pr min εξαρτάται από διάφορους παράγοντες στατιστικής κυρίως μορφής , κυριώτεροι των οποίων είναι :

1. Η ισχύς θορύβου ( Ni ) στην είσοδο του δέκτη .2. Ο δείκτης θορύβου ( Fn ) του δέκτη .3. Ο απαιτούμενος λόγος σήματος προς θόρυβο ( S / N )t , για ένα

παλμό στην έξοδο του δέκτη , για την επιθυμητή πιθανότητα ανίχνευσης στόχου .

4. Ο αριθμός ( η ) των παλμών που λαμβάνονται σε κάθε σάρωση .5. Ο βαθμός ολοκλήρωσης , δηλαδή η αθροιστική ικανότητα της

συσκευής λήψης για τους ( η ) παλμούς που λαμβάνονται σε κάθε σάρωση .

3.3.1.3 Ενεργός επιφάνεια στόχων " σ ” ( Radar Cross Section of Targets )

Ενεργός επιφάνεια στόχου ορίζεται ως η επιφάνεια , η οποία δεχόμενη μια ισχύ Pt , διαχέει αυτήν εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις και παράγει στο Radar ηχώ ίση προς την παραγόμενη από το στόχο .

Σύμφωνα με τον ορισμό , η ενεργός επιφάνεια στόχου θα εκφράζεται από την σχέση :

ανακλώμενη ισχύς προς την κεραία λήψης/(μονκ5α στερεός γωνίας)σ = ---------------------------------;-------------------- ;--------- :—;----------------------------------

(προσπιπτουσα πυκνότητα ισχύος) /4π

25

Όταν ένα αντικείμενο δέχεται ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα , μέρος της προσπίπτουσας σ ' αυτό ενέργειας απορροφάται από αυτό σαν θερμότητα , η υπόλοιπη ενέργεια διαχέεται ακτινοβολούμενη προς όλες τις κατευθύνσεις . Ενδιαφέρει μόνο η ενέργεια που διαχέεται προς την κατεύθυνση του Radar .Το πεδίο από την διάχυση μπορεί να υπολογιστεί θεωρητικά με επίλυση των εξισώσεων Maxwell με κατάλληλες οριακές συνθήκες . Αυτό δυστυχώς μπορεί να γίνει μόνο για τα πολύ απλά γεωμετρικά σχήματα , άρα ο ακριβής υπολογισμός της ενεργού επιφάνειας των πραγματικών στόχων είναι αδύνατη .

3.3.1.4 Ενεργός επιφάνεια κεραίαςΗ ενεργός επιφάνεια κεραίας είναι πάντοτε μικρότερη της

φυσικής επιφάνειας ( σαν φυσική επιφάνεια κεραίας θεωρείται η επιφάνεια του ανοίγματος ή στομίου του ανακλαστήρα .

Ο λόγος των δυο επιφανειών μας δίνει μια σταθερά Κο που λέγεται « συντελεστής ανοίγματος κεραίας » .

Ο συντελεστής Κ0 εξαρτάται από τον τύπο της κεραίας και ειδικότερα από την κατανομή της ενέργειας στο άνοιγμά της . Το μέγεθος και το σχήμα του ανοίγματος της κεραίας είναι εκείνα , που ρυθμίζουν το εύρος και το σχήμα του κυρίως λοβού της ακτινοβολούμενης ενέργειας . Αυξανομένου του ανοίγματος της κεραίας ελαττώνεται η γωνία του λοβού ακτινοβολίας της . Εάν αυξηθούν οι διαστάσεις της κεραίας για την επίτευξη μεγαλύτερης εμβέλειας ( 3.12 ) ελαττώνεται η γωνία του λοβού της , και επομένως η ενδεχόμενη αύξηση της εμβέλειας αντισταθμίζεται από τον μικρότερο αριθμό παλμών που ανακλώνται επί του στόχου σε κάθε σάρωση της κεραίας . Εκτός από αυτό η αύξηση της επιφάνειας της κεραίας θα προκαλέσει μηχανικές δυσκολίες και θα απαιτηθεί μεγαλύτερη ισχύς για τον κινητήρα περιστροφής της .

3.3.1.5 Μήκος κύματος εκπομπής ( λ )Το μήκος κύματος εκπομπής ( λ ) όπως προκύπτει από την

εξίσωση Radar , επηρεάζει σοβαρά την εμβέλεια της συσκευής . Φαίνεται ότι η ελάττωση του μήκους κύματος αυξάνει την εμβέλεια . Όμως η ελάττωση του μήκους κύματος επηρεάζει άλλους παράγοντες καλής απόδοσης του Radar . Ελαττώνοντας το μήκος κύματος ελαττώνεται και η επιτυγχανόμενη ισχύς εξόδου . Επίσης η χρήση μικρότερων μηκών κύματος απαιτεί ελάττωση των μηχανικών κατασκευαστικών ανοχών της κεραίας , άρα δυσκολότερη κατασκευή . Ακόμη ελαττώνοντας το μήκος κύματος αυξάνει η απόσβεση των κυμάτων .

3.3.1.6 Συχνότητα παλμών εκπομπής ( fr )Από την εξίσωση Radar δεν προκύπτει ότι η συχνότητα

παλμών εκπομπής fr επιδρά στην εμβέλεια του Radar. Όμως επιδρά γιατί ηQ

απόλυτη απόσταση ( Ra ) εντοπισμού στόχων εξαρτάται από την fr (Ra = 7 ^ )

26

Σχ. 3.3 Επίδραση της συχνότητας επί της εμβέλειας

Στο σχήμα παρατηρούμε ότι η ηχώ Αι εμφανιζόμενη στο χρόνο ti μετά την έναρξη της πρώτης σάρωσης θα εμφανιστεί κανονικά στην οθόνη και θα δώσει σωστή ένδειξη απόστασης . Αν η ηχώ Α2 εμφανιζόμενη στο χρόνο t2 μετά το πέρας της πρώτης σάρωσης και κατά την έναρξη της δεύτερης σάρωσης , δεν θα εμφανιστεί καθόλου στην οθόνη . Αν η ηχώ Α3 εμφανιζόμενη στο χρόνο t3 μετά την έναρξη της δεύτερης σάρωσης , θα δώσει λανθασμένη ένδειξη απόστασης . Από τα παραπάνω προκύπτει ότι για να έχουμε ακρίβεια στην μέτρηση της απόστασης θα πρέπει η βάση χρόνου της οθόνης να είναι της ίδιας χρονικής διάρκειας ώστε να υπερκαλύπτεται η εμβέλεια της συσκευής

Αυτό όμως απαιτεί μείωση της συχνότητας επανάληψης εκπομπής fr , με αποτέλεσμα να δέχεται ο στόχος λιγότερους παλμούς σε κάθε σάρωση της κεραίας . Το γεγονός αυτό προκαλεί μείωση της εμβέλειας της συσκευής .

3.3.2 Ελάχιστη απόσταση εντοπισμού στόχωνΥπάρχει μια ορισμένη απόσταση πλησιέστερα της οποίας τα Radar

δεν είναι δυνατόν να αντιληφθούν την παρουσία στόχων . Η απόσταση αυτή καλείται « ελάχιστη απόσταση εντοπισμού στόχων » . Ανάλογα με τον τύπο του Radar αυτή κυμαίνεται μεταξύ 50 έως 100 μέτρα . Η αιτία που προκαλεί την αδράνεια αυτή στη συσκευή για τους πολύ κοντινούς στόχους είναι η αδυναμία παραγωγής απόλυτα ορθογωνικών παλμών . Έτσι μετά το τέλος του παλμού εκπομπής εξακολουθεί αποσβενούμενος παλμός ,( Σχ. 3.4 ) μικρής έντασης ,ικανής όμως να υπερκαλύψει σήματα ηχών από πολύ κοντινούς στόχους .

Σχ. 3.4 Παλμός εκπομπής

Άλλη αιτία είναι ο χρόνος αποκατάστασης του διακόπτη εκπομπής - λήψης . Κατά την διάρκεια του παλμού εκπομπής ο διακόπτης αυτός απομονώνει τον δέκτη από την κεραία και έτσι προστατεύεται ο δέκτης από την μεγάλη ισχύ των παλμών εκπομπής . Μετά το τέλος του παλμού εκπομπής , χρειάζεται ένα μικρό χρονικό διάστημα για να αποκαταστήσει ο διακόπτης

27

εκπομπής - λήψης την σύνδεση του δέκτη με την κεραία . Σήματα λοιπόν , από κοντινούς στόχους που θα φτάσουν στην κεραία κατά το μικρό αυτό χρονικό διάστημα , δεν θα εμφανιστούν στο δέκτη .

Ένα επίσης πιθανό αίτιο είναι το γεγονός της υπερφόρτισης των κυκλωμάτων του δέκτη κατά την διάρκεια της εκπομπής . Παρά την ύπαρξη του διακόπτη εκπομπής - λήψης ο δέκτης δέχεται κατά την εκπομπή μια ποσότητα από την εκπεμπόμενη ενέργεια πολύ μεγαλύτερη από εκείνη που αποστέλλουν οι στόχοι στο δέκτη . Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την υπερφόρτιση των κυκλωμάτων ενίσχυσης του δέκτη και την μετατόπιση των σημείων λειτουργίας αυτών πέραν των κανονικών ορίων . Για να αποκατασταθεί η λειτουργία των ενισχυτών μετά το πέρας του παλμού εκπομπής απαιτείται ένα χρονικό διάστημα κατά το οποίο ο δέκτης δεν θα διεγείρεται από τα συνήθη σήματα των ηχών διαφόρων στόχων .

Τέλος η διάρκεια του παλμού εκπομπής και η ενεργός επιφάνεια του στόχου είναι δυο σοβαρά αίτια που επιδρούν στην ελάχιστη απόσταση εντοπισμού στόχων .

Από την αρχή λειτουργίας των Radar προκύπτει οτι στόχοι που βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη του μισού διάρκειας του παλμού εκπομπής δεν θα εμφανιστούν στη οθόνη , γιατί όταν φτάσει η ηχώ , ο πομπός ακόμη θα εκπέμπει τον παλμό .

Όσον αφορά την ενεργό επιφάνεια του στόχου , παρατηρούμε τα εξής :Επειδή η ισχύς μιας ηχούς δεν εξαρτάται μόνο από την απόσταση του

στόχου , αλλά και από τις ανακλαστικές ιδιότητες αυτού , γιαυτό , στόχος που βρίσκεται σε κάποια απόσταση μπορεί να συλληφθεί μόνον ,εάν η ενεργός επιφάνεια αυτού ( σ ) υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή .

Στο Σχ. 3.5 δίνεται η απαιτούμενη ενεργός επιφάνεια στόχου ( σ ) σε συνάρτηση της απόστασής του από το Radar .

Σχ. 3.5 Απαιτούμενη ενεργός επιφάνεια στόχου ( σ ) σε συνάρτηση της απόστασής του από το Radar

Παρατηρούμε οτι η απαιτούμενη ενεργός επιφάνεια αυξάνεται όσο αυξάνει η απόσταση , από ένα σημείο όμως ( rmin ) αυξάνεται αν και ελαττώνεται η απόσταση .

Πρέπει να σημειωθεί οτι , στόχος με ενεργό επιφάνεια μικρότερη από την σ min δεν θα δώσει ηχώ σε οποιαδήποτε απόσταση και αν βρίσκεται από το Radar .

3.3.3 Ακρίβεια μέτρησης απόστασης και διόπτευσης στόχου

28

3.3.3.1 Μέτρηση της απόστασης στόχουΓια να επιτευχθεί ακρίβεια μέτρησης θα πρέπει η πλευρές της

ηχούς να είναι όσο το δυνατόν κάθετες , ώστε να μην υπεισέρχεται μεγάλο σφάλμα , κατά την εκτίμηση του μέσου της πλευράς . Αυτό σημαίνει οτι ο πομπός πρέπει να εκπέμπει ορθογώνια πάλμωση με όσο το δυνατόν απότομες τις κατακόρυφες πλευρές . Γιαυτό το λόγο , κατά την μέτρηση της απόστασης χρησιμοποιούμε την αριστερή πλευρά του παλμού , η οποία είναι δυνατόν να γίνει κατακόρυφη ευκολότερα από την δεξιά . Παρόλα αυτά στην οθόνη και η αριστερή πλευρά της ηχούς θα έχει κάποια κλίση ως προς την κατακόρυφη , γιατί το εύρος ζώνης διέλευσης συχνοτήτων του δέκτη είναι περιορισμένο .

3.3.3.2 Μέτρηση διόπτευσηςΗ διόπτευση των στόχων καθορίζεται από την διεύθυνση προς

την οποία είναι στραμμένη η κεραία κατά την στιγμή κατά την οποία η ηχώ του στόχου στην οθόνη γίνεται μέγιστη . Όσο πιο ακριβής είναι ο καθορισμός του μεγίστου της ηχούς , τόσο μικρότερο θα είναι το σφάλμα κατά την μέτρηση της διόπτευσης . Αυτό όμως απαιτεί λοβό ακτινοβολίας μικρής γωνίας .

3.3.4 Ικανότητα διαχωρισμού στόχων

3.3.4.1 Διαχωρισμός στόχων κατ' απόστασηΔύο στόχοι που βρίσκονται στην ίδια κατεύθυνση μπορούν να

διακριθούν στην οθόνη , μόνο όταν η απόσταση μεταξύ τους υπερβαίνει μια ορισμένη ελάχιστη τιμή ,

Η ελάχιστη αυτή απόσταση διαχωρισμού στόχων εξαρτάται κυρίως από την διάρκεια του παλμού εκπομπής και των χαρακτηριστικών του δέκτη, και της οθόνης . Εάν η απόσταση μεταξύ δυο στόχων που βρίσκονται στην ίδια κατεύθυνση αντιστοιχεί σε χρόνο μικρότερο από το μισό της διάρκειας του παλμού εκπομπής , οι στόχοι δεν θα διαχωριστούν στην οθόνη , αλλά θα δώσουν μια μόνο ηχώ .

3.3.4.2 Διαχωρισμός στόχων κατά διόπτευσηΗ ικανότητα διαχωρισμού στόχων κατά διόπτευση , εξαρτάται

κυρίως από το εύρος του λοβού ακτινοβολίας της κεραίας και από την απόσταση των στόχων από το Radar . Εάν το εύρος του λοβού είναι τέτοιο , ώστε δυο ή περισσότεροι παρακείμενοι κατά διόπτευση στόχοι να συλλαμβάνονται συγχρόνως , κατά την περιστροφή της κεραίας , δεν θα διαχωριστούν , αλλά θα εμφανιστούν επί της οθόνης σαν ένας στόχος .

Σχ. 3.6 Διαχωρισμός στόχων κατά διόπτευση

29

Οι στόχοι Α και Β του Σχ. 3.6 ( α ) βρισκόμενοι στην ίδια απόσταση θα συλληφθούν ταυτόχρονα και θα εμφανιστούν επί της οθόνης σαν ένας στόχος . Με την χρησιμοποίηση όμως , πιο στενού λοβού ( Σχ. 3,6 ( β ) ) οι ίδιοι στόχοι Α και Β δεν θα συλληφθούν ταυτόχρονα και επομένως θα διαχωριστούν στην οθόνη .

Εάν οι στόχοι Α και Β βρισκόταν στη ίδια κατεύθυνση αλλά σε μικρή απόσταση από το Radar τότε ο Β θα έδινε ηχώ ανιχνεύσιμη και θα συλλαμβανόταν ταυτόχρονα με τον Α . Έτσι οι δυο στόχοι θα έδιναν πάλι μια ηχώ .

Παρατηρούμε οτι η διαχωριστική ικανότητα μιας συσκευής Radar ελαττώνεται για στόχους που βρίσκονται κοντά .

Εκτός από τα παραπάνω οι πλευρικοί λοβοί της κεραίας , αν και περιλαμβάνουν μόλις το 2 % της ενέργειας του κυρίως λοβού , είναι δυνατόν για κοντινούς στόχους , να δυσκολεύουν την εξαγωγή σωστών συμπερασμάτων .

3.4 ΣυμπεράσματαΑπό την ανάλυση των χαρακτηριστικών του Radar προκύπτει ότι οι

παράμετροι οι οποίες υπεισέρχονται στον καθορισμό αυτών επιδρούν με διαφορετικό τρόπο σε κάθε περίπτωση , και ως εκ τούτου ο καθορισμός μιας παραμέτρου για ωφέλεια ενός χαρακτηριστικού , θα επιδράσει πιθανόν δυσμενώς σε άλλα χαρακτηριστικά καλής απόδοσης του Radar .

Έτσι στον τελικό καθορισμό των παραμέτρων , οδηγός θα είναι ο σκοπός για τον οποίο προορίζεται το Radar .

30

Κεφάλαιο 4 Κατηγορίες RADAR

Τα Radar γενικά μπορούν να ταξινομηθούν κατά διάφορους τρόπους οι κυριότεροι των οποίων είναι :4.1 Ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετούν

4.1.1 Radar οριζόντιας έρευνας (ACQUISITION RADAR) το οποίο χρησιμοποιείται για την αποκάλυψη παντός αντικειμένου που βρίσκεται εντός της περιοχής την οποία καλύπτει για τον προσδιορισμό της θέσης , και αν είναι κινούμενα για την εύρεση των στοιχείων : πορεία , ταχύτητα , αριθμός καθώς και για την κατεύθυνση των αεροσκαφών .

Τα RADAR ερεύνης είναι μία παραλλαγή των RADAR EW και σχετίζονται με oπλικά συστήματα εδάφoυς όπως ΑΑ όπλα και βλήματα εδάφoυς - αέρoς.Η λει^υργία ^ υ ς ε^αι όμoια με τη λει^υργία τωv EW RADAR. Συγκρίvovτας τα δύo RADAR βλέπoυμε ότι τα RADAR ερεύvης έχoυv μικρότερo εύρoς παλμoύ (PW συvήθως 1 - 2 μsec) και PRF 500 - 800 pps και στεvότερo εύρoς δέσμης.

Σχ. 4.1 RADAR ACQISITION

Ο βαθμός περιστρoφής της κεραίας ε^αι 6 - 12 περιστρoφές to λεπτό. Συvήθως η μέγιστη θεωρητική εμβέλεια αυτώv τωv RADAR είvαι περίπoυ 150 ΝΜ, η πραγματική όμως ε^αι πoλύ πιo μικρή επειδή περ^ρίζεται σημαvτικά η ικαvότητα ισχύoς. Λειτoυργoύv σε υψηλές συχvότητες για vα επιτυγχάvεται ακριβέστερη εστίαση της δέσμης εκπομπής .

4.1.2 Radar ύψους (Height Finder Radar - HFR)το οποίο χρησιμοποιείται για την εύρεση του ύψους ιπτάμενων

αντικειμένων .

31

Σχ. 4.2 Κεραία RADAR Ύψους

To Radar ύψους και ερεύνης διαφέρουν μόνο στην κεραία καθώς πομπός, δέκτης και υποσυγκροτήματα βασικά είναι τα ίδια. Ο ενδείκτης του Radar ύψους καλείται RHI (Range Height Indicator) ή τύπου Ε.

Η κεραία του Radar ύψους εκτελεί περιστροφική κίνηση 360ο και συγχρόνως εκτελεί υποκλίσεις πάνω - κάτω σε τόξο περίπου από -2ο έως +32ο Λόγω του γρήγορου ρυθμού υπόκλισης και του στενού εύρους δέσμης, θα πρέπει να είναι μικρού μεγέθους και βάρους, γι’ αυτό απαιτείται υψηλή συχνότητα λειτουργίας ώστε να μειωθεί το μέγεθός της.

Σχ. 4.3 Σαρωση Radar Υψους

Οι συχνότητες των Radar HF συνήθως κυμαίνονται στη περιοχή 2700 - 3000 MHz. To RADAR ύψους εκπέμπει ενέργεια στενής κατακόρυφης δέσμης (0,5ο) έτσι ώστε η ηχώ να λαμβάνεται μόνο όταν η δέσμη διέλθει πάνω από το στόχο.

Για τη μέτρηση του ύψους απαιτείται η συνεργασία με το Radar ερεύνης το οποίο θα δώσει τις πληροφορίες της διεύθυνσης και απόστασης του στόχου. Για ακριβή διαχωρισμό της Slant Range που επιδρά στην οριζόντια απόσταση και στο ύψος πάνω από το έδαφος, συνήθως χρησιμοποιείται μικρό πλάτος παλμού της τάξης των 2μsec. Tα δύο Radar θα πρέπει να έχουν την ίδια εμβέλεια για αυτό μία PRF της τάξης των 300 pps θεωρείται ικανοποιητική.

32

4.1.2.1 Εξίσωση Ύψους :Εάν δεν ληφθεί υπ' όψη η καμπυλότητα της γης, το ύψος του

στόχου δίδεται από τη σχέση: h = R * τιμθ°

όπου :R = η Slant Range (υποτείνουσα) και θ = η γωνία ύψους.

Για την εύρεση του σωστού ύψους θα πρέπει να προστίθεται και το ύψος του Radar (Η). Προς αντιμετώπιση του σφάλματος ύψους λόγω διάθλασης, η ακτίνα της γης λαμβάνεται ίση με 4/3 της πραγματικής.

4.1.3 Radar αεροναυτιλίαςΕίναι εγκατεστημένα είτε στο έδαφος , είτε επί αεροσκαφών , τα

οποία χρησιμοποιούνται για αεροναυτιλιακούς σκοπούς .

4.2 Ανάλογα με την εμβέλεια4.2.1 Πολύ μικρής εμβέλειας κάτω από 50 μίλια4.2.2 Μικρής εμβέλειας από 50 έως 150 μίλια4.2.3 Μέσης εμβέλειας από 150 έως 300 μίλια4.2.4 Μεγάλης εμβέλειας από 300 έως 800 μίλια4.2.5 Πολύ μεγάλης εμβέλειας πάνω από 800 μίλια

4.3 Ανάλογα με τον τρόπο εκπομπής τους ( Αρχή λειτουργίας )

4.3.1 Παλμικά - Doppler Radar (Pulse Doppler)Ένα παλμικό Doppler Radar χρησιμοποιεί τις ίδιες αρχές όπως ένα

Radar CW, αλλά χρησιμοποιεί και διαμόρφωση παλμού (όπως ακριβώς ένα παλμικό) με σκοπό να πετύχει μεγαλύτερη ισχύ και μεγαλύτερη εμβέλεια.

Επίσης χρησιμοποιεί μία κεραία αντί για δύο. (Σε πολλές περιπτώσεις το παλμικό Doppler θεωρείται υποκατηγορία του παλμικού Radar).To κύκλωμα ΜΤ! του παλμικού Radar και τα Pulse Doppler χρησιμοποιούνται για την αποκάλυψη κινητών στόχων και απαλοιφή σταθερών επιστροφών όπως ξηρά, θάλασσα, νέφη κλπ.

Μεταξύ ενός παλμικού Radar με κύκλωμα ΜΤ! και ενός PD δεν υπάρχουν σαφείς διαφορές καθώς και τα δύο χρησιμοποιούν την αρχή Doppler. Το μεν ΜΤ! χρησιμοποιεί γραμμή καθυστέρησης, το δε PD χρησιμοποιεί φίλτρα. Ουσιώδης διαφορά μεταξύ ΜΤ! και PULSE DOPPLEr είναι η διαφορετική τιμή της PRT.Tα ΜΤ! λειτουργούν με σχετικά υψηλές PRT (χαμηλή PRF) ενώ το Pulse Doppler εργάζεται με μεγάλη συχνότητα επανάληψης παλμών για αποφυγή τυφλών ταχυτήτων. Αποτέλεσμα αυτού είναι η ανακριβής μέτρηση της απόστασης, χαρακτηρίζεται δε από την ακριβή μέτρηση της ταχύτητας. Ο όρος ΜΤ! χρησιμοποιείται για παλμικά RADAR εδάφους που λειτουργούν για έρευνα ενώ ο όρος Pulse Doppler αναφέρεται στα Radar αεροσκαφών και σε παλμικά Radar εδάφους που λειτουργούν για παρακολούθηση στόχων.

H παλμική λειτουργία του PD μας δίνει μεγαλύτερη ακρίβεια στη μέτρηση της απόστασης (στο απλό CW RADAR είναι αδύνατη, στο FM - CW η μέτρηση της απόστασης είναι δυνατή πλην όμως δεν είναι ακριβής). Το PD ακόμα πλεονεκτεί έναντι του ΜΤ! στο ότι μπορεί να αποκαλύπτει στόχους μέσα σε

33

ισχυρότερες ανακλάσεις απ' ότι το ΜΤΙ. To PD χρησιμοποιείται πιο πολύ για αποκάλυψη χαμηλά ιπτάμενων στόχων και η απαιτούμενη μέγιστη εμβέλεια είναι μικρή λόγω του ορίζοντα Radar (παράδειγμα τέτοιου Radar είναι το MPDR - 90 της SIEMENS).

4.3.2 Συνεχούς Κύματος CW.Η αρχή λειτουργίας του Radar συνεχούς κύματος βασίζεται στο

φαινόμενο DOPPLER βάσει του οποίου, αν μεταξύ Radar και στόχου υπάρχει σχετική κίνηση τότε η συχνότητα της ηχούς από το στόχο διαφέρει από τη συχνότητα που εκπέμπει το Radar.

Η διαφορά συχνότητας (DOPPLER SHIFT) δίδεται από τη σχέση:

όπου :fd: είναι η διαφορά συχνότητας σε Hz/sec,103: σταθερά,Vr: η ταχύτητα του στόχου σε knots καιλ: το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης συχνότητας σε cm.

Τα Radar CW (Continuous Wave) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ταχύτητας, εντοπίζουν μόνο κινητούς στόχους και έχουν δύο κεραίες διαφορετικές για εκπομπή και λήψη.

Υποκατηγορία τωv CW είναι τα FM-CW (Frequency Modulation - CW). Στα FM-CW εφαρμόζεται η τεχνική μεταβολής της συχνότητας της εκπεμπόμενης ενέργειας που με κατάλληλη επεξεργασία του σήματος που επιστρέφει, υπολογίζεται η απόσταση του στόχου.

Ο πομπός είναι μια λυχνία η οποία ταλαντώνεται στη συχνότητας fo. O δέκτης που καλείται ομώδυνος διαφέρει από τον υπερετερώδυνο στο ότι η εvδιάμεση συχνότητα (IF) δεv προκύπτει από τη μίξη ηχούς και σήματος τοπικού ταλαντωτή αλλά παράγεται από έναν ταλαντωτή ενδιάμεσης συχνότητας.

Το εύρος της ζώνης δέκτη πρέπει να είναι τέτοιο ώστε να επιτρέπει τη διέλευση των αναμενόμενων συχνοτήτων DOPPLER οι οποίες είναι ανάλογες τωv ταχυτήτων τωv στόχων τους οποίους το RADAR προορίζεται vα εντοπίσει. Δέκτης ευρείας ζώνης που θα καλύπτει όλο το φάσμα τωv συχνοτήτων δεv συvίσταται γιατί ελαττώνεται ο λόγος σήματος προς θόρυβο S/Ν.

Για το λόγο αυτό προτιμάται η χρησιμοποίηση φίλτρων τοποθετημένων μετά τον ενισχυτή ενδιαμέσου συχνότητας (IF). Κάθε φίλτρο θα επιτρέπει τη διέλευση μικρού εύρους ζώνης συχνοτήτων. Μ' αυτό τον τρόπο βελτιώνεται ο λόγος S/N. Κλασικό παράδειγμα Cw RADAR είναι το RADAR της τροχαίας που μετρά την ταχύτητα των αυτοκινήτων.

4.4 Ανάλογα με τα στοιχεία που παρέχουν

4.4.1 Έρευνας τα οποία παρέχουν γωνία διόπτευσης και απόσταση4.4.2 Ύψους τα οποία παρέχουν γωνία ύψους.4.4.3 Τριών διαστάσεων (3D) τα οποία έχουν τη δυνατότητα

υπολογισμού και των δύο γωνιών .Το πιο ουσιώδες πλεονέκτημα αυτώv τωv RADAR ε^αι το ποσό τωv

π ληροφορώ που μας παρέχει. Η κεραία αυτού του RADAR περιστρέφεται

34

κατά 360° με ταχύτητα έξι σαρώσεις το λεπτό. Αυτό σημαίνει ότι κάθε 10sec θα έχουμε συγχρόνως ένδειξη διόπτευσης - απόστασης και ύψος στόχου. Τα RADAR 3D χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές για να εξάγουν το στοιχείο του ύψους.

4.5 Ανάλογα με την συχνότητα εκπομπής4.5.1 L - band4.5.2 S - band4.5.3 K- band4.5.4. I - band4.5.5 J - band κλπ .

4.6 Ανάλογα με τον σκοπό της αποστολής

4.6.1 Εξασφάλιση ασφαλούς ναυσιπλοΐας πλοίων και αεροσκαφών.4.6.2 Έλεγχος της κυκλοφορίας των αεροσκαφών στην περιοχή των

αεροδρομίων και παρακολούθηση της πτήσης τους σε όλη τη διάρκεια του δρομολογίου .

4.6.3 Έγκαιρος προσδιορισμός και παρακολούθηση των επερχόμενων καταιγίδων .

Τα RADAR καιρού χρησιμεύουν για τον εντοπισμό και παρακολούθηση των καταιγίδων, νεφών κλπ, δηλαδή στόχους οι οποίοι χαρακτηρίζονται «ανεπιθύμητοι» σ’ ένα RADAR έρευνας και προσπαθούμε να τους απορρίψουμε με το MTI. Αυτά τα RADAR είναι παλμικά, εμβέλειας 100 - 120 ΝΜ και λειτουργούν κυρίως στη συχνότητα από (4000 - 8000 MHz).

Δύο αντιμαχόμενοι παράγοντες καθορίζουν τη συχνότητα λειτουργίας πρώτα η συχνότητα πρέπει να είναι μεγάλη ώστε να έχουμε αρκετά ισχυρή ηχώ από τα σταγονίδια και δεύτερο πρέπει να είναι αρκετά χαμηλή ώστε η ενέργεια να μην εξασθενίζει από τα σταγονίδια. Η κεραία των RADAR καιρού είναι ίδια σαν του RADAR παρακολούθησης. Εκπέμπουν κωνική δέσμη εύρους 10ο - 20ο για να περιορίζουν τις εδαφικές ανακλάσεις και να παρέχουν τη δυνατότητα μέτρησης του ύψους. Η διάμετρος της κεραίας είναι 2 - 4 μέτρα και μπορεί να κινείται περιστροφικά και κατακόρυφα

4.6.4 Ασφαλής προσγείωση αεροσκαφών υπό δυσμενείς συνθήκες ορατότητας . ( GCA )

Στα περισσότερα αεροδρόμια τοποθετούνται τέτοια RADAR και συνήθως χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο αναχωρήσεων και αφίξεων των αφών, ακόμη και ως RADAR έρευνας για τον από το έδαφος έλεγχο προσεγγίσεων (GCA). Είναι RADAR σχετικά ακριβή και μικρής εμβέλειας. Το εύρος παλμού είναι κανονικά μικρότερο από ^ s e c και η p Rf πάνω από 1000 pps. Η εμβέλειά του είναι της τάξης 50 - 90 ΝΜ. Οι συχνότητες λειτουργίας συνήθως είναι 2700 - 2900 MHz.

35

Σχ. 4.4 RADAR G.C.A.4.6.5 Προσδιορισμός από τα ίδια αεροσκάφη για το ύψος πτήσης τους

από το έδαφος .4.6.6. Προσδιορισμός της ταχύτητας των οχημάτων στους δρόμους για

την παρακολούθηση των ορίων ταχύτητας σε κάθε δρόμο .4.6.7 Προσδιορισμός των στοιχείων διαφόρων σημείων στη γαιωδεσία4.6.8 Επιτήρηση αέρος - θαλάσσης - εδάφους για την ανίχνευση της

παρουσίας εχθρικών στόχων και εντοπισμό τους .4.6.9 RADAR Αεροσκαφών Αναχαίτισης

Όσον αφορά τα RADAR των αφών η μόνη διαφορά τους από τα Radar κωνικής σάρωσης είναι η συχνότητα και ο τύπος σάρωσης στο ρυθμό έρευνας. Γενικά ένα RADAR αεροσκάφους αναχαίτησης χρησιμοποιεί κωνική σάρωση για ρυθμό παρακολούθησης (LOCK ON) και σπειροειδή, RASTER ή PALMER - RASTER για ρυθμό έρευνας (TRACKING Mo De ). Συνήθως αυτά τα RADAR λειτουργούν σε συχνότητες πάνω από 8500 MHz για μείωση του μεγέθους τους (υπενθυμίζεται ότι το μήκος κύματος άρα και η συχνότητα εκπομπής συνδέονται άμεσα με τις φυσικές διαστάσεις της κεραίας).

4.6.10 Έλεγχο πυρός , δηλαδή εξαγωγή στοιχείων βολής για πυροβόλα όπλα , κατεύθυνση κατευθυνόμενων βλημάτων , καθοδήγηση των αεροσκαφών αναχαίτισης και βομβαρδισμού .

4.6.11 Αναγνώριση φίλιων αεροσκαφών και πλοίων .

4.7 Ανάλογα με την χρησιμοποίησή τους4.7.1 Ναυσιπλοΐας

Είναι απλά Radar εγκατεστημένα πάνω σε πλοία και παρέχουν απεικόνιση χάρτου . Δείχνουν άλλα πλοία , ακτές , παγόβουνα και άλλα χαρακτηριστικά .

4.7.2 RADAR Ναυτιλίας και ΧαρτογράφησηςΤα συστήματα χαρτογράφησης είναι RADAR υψηλής συχνότητας

(πάνω από 8500 MHz) που παρέχουν μία χαρτογράφηση του εδάφους που βρίσκεται κάτω ή μπροστά από το αφος. Εμφανίζονται με πολλές μορφές

36

ανίχνευσης από CW, κωνικής σάρωσης μέχρι σάρωσης οριζόντιου τομέα, εμπρόσθιας ή πλευρικής όψης (SAR - Synthetic Aperture Radar).

Σχ. 4.5 Ναυτιλία μέσω DOPPLER

Η αρχή DOPPLER χρησιμoπoιείται επίσης για vα μετρά ^ v oλίσθηση αvέμoυ σ’ έvα αφoς καθώς τηv ταχύτητα και απόσταση πoυ διάvυσε.Πρόκειται για έvα RADAR CW πoυ εκπέμπει 2 - 4 δέσμες. Η μεταβoλή της συχνότητας που υφίσταται κάθε δέσμη είναι συνάρτηση της κίνησης του αφους. Η ηχώ χρησιμοποιείται για έλεγχο της κεραίας που στρέφει ώστε η διαφoρά μεταξύ τωv ηχώ μηδεvισθεί (απόκλιση μηδέv).

Επίσης η συχvότητα DOPPLER παρέχει έvδειξη της ταχύτητας τoυ αφους και με ολοκλήρωση ως προς τον χρόνο, παρέχει ένδειξη της απόστασης.

Τα σ^ιχεία αυτά δυvατόv vα τρoφoδoτoύv ένα μικρό υπoλoγιστή, στov oπoίo πρωτoπoθετoύvται η πoρεία και η απόσταση από to επιθημητό σημείo διαδρoμής. Ο υπoλoγιστής επιλύovτας τo πρόβλημα παρέχει απόκλιση (δεξιά - αριστερά) και υπόλoιπo απόστασης.

4.7.2 Ελέγχου Κυκλοφορίας4.7.3 Μετεωρολογίας

Είναι εγκατεστημένα στο έδαφος και χρησιμοποιούνται για να δίνουν πληροφορίες για την ύπαρξη , θέση και ένταση νεφών , βροχής και καταιγίδων .

4.7.4 Εξερεύνησης ή Έρευνας4.7.4.1 Επιφανείας4.7.4.2 Αέρος4.7.4.3 Μικτές

4.7.5 Πυροβολικού4.7.5.1 Επιφανείας4.7.5.2. Αέρος4.7.5.3. Μικτές4.7.5.4 Ελέγχου πυρός

4.7.6 Ειδικές Συσκευές

37

Κεφάλαιο 5RADAR Παλμικής Εκπομπής

5.1 Βασικά ΣυγκροτήματαΤα βασικά συγκροτήματα του RADAR Παλμικής Εκπομπής είναι:1. Συγχρονιστής ( Timer )2. Διαμορφωτής3. Πομπός4. Κυματοδηγοί5. Κεραία6. Δέκτης7. Ενδείκτης8. Τροφοδοτικό Ισχύος

Στο Σχ. 1 φαίνεται χονδρικό διάγραμμα RADAR Παλμικής Εκπομπής

Σχ. 5.1 Διάγραμμα RADAR Παλμικής Εκπομπής

5.2 Σύστημα Εκπομπής5.2.1 Χρονιστής ή Συγχρονιστής ( Timer ή Παραγωγός Trigger)

Είναι η καρδιά όλου του συστήματος ενός Radar .Η λειτουργία του είναι να εξασφαλίζει σε όλα τα κυκλώματα τα συνδεόμενα με το κύκλωμα του Radar την λειτουργία σε μια ορισμένη σχέση χρόνου μεταξύ τους και ότι τα χρονικά διαστήματα μεταξύ των παλμών είναι τα κατάλληλα .

Παράγει σκανδαλισμούς ( Trigger ) ορισμένης συχνότητας ( PRF=Pulse Repetition Frequency ) με τους οποίους τροφοδοτεί τον διαμορφωτή για την δημιουργία εκπομπής και την οθόνη για τον συγχρονισμό της σάρωσης .

Περιλαμβάνει έναν ταλαντωτή φραγμού για δημιουργία πολύ στενών παλμών της τάξεως του 1 μsec . Η χρονική διάρκεια μεταξύ των σκανδαλισμών αυτών καλείται PRT ( Pulse Repetition Time ) και είναι πάντοτε αντιστρόφως ανάλογη της PRF , δηλαδή :

Η PRF ενός Radar καθορίζει την μέγιστη απόσταση κάλυψης αυτού και κατά κάποιο τρόπο την ακρίβεια του Radar . Η έξοδος από τον Χρονιστή

38

οδηγείται στον Διαμορφωτή .Ο συγχρονιστής που η αποστολή του είναι η πυροδότηση του πλέγματος μιας λυχνίας κενού ή αερίου , είναι μία απλή ηλεκτρονική διάταξη .

5.2.2 Διαμορφωτής ( Modulator )Ο Διαμορφωτής περιλαμβάνει τέσσερα βασικά κυκλώματα :

1 . Μία λυχνία αερίου Thyratron2 . Ένα δικτύωμα Μετασχηματιστή ( PFN = Pulse FormingNetwork )3 . Ένα τροφοδοτικό που παράγει Υ.Τ. ( Υψηλή Τάση ) της

τάξης των KV .4 . Ένα μετασχηματιστή παλμών ( Pulse Transformer)

Σχ. 5.2 Δ ιαμορφω τήςΟι σκανδαλισμοί από τον χρονιστή εισέρχονται στην λυχνία Thyratron η

οποία ενεργεί σαν ηλεκτρονικός διακόπτης , επιδρώσα επί της PFN .Ταυτόχρονα στην PFN φτάνει Υ.Τ. από το τροφοδοτικό του διαμορφωτήΑπό την επίδραση των δυο αυτών κυκλωμάτων η PFN παράγει ένα

παλμό Υ.Τ. και επιθυμητής διάρκειας ( από 1 έως 50 μικροδευτερόλεπτα ή περισσότερο ) για κάθε σκανδαλισμό από τον χρονιστή , για την διέγερση του πομπού .Το πλάτος του παλμού αυτού ( Pulse Width ) θα καθορίσει και τον χρόνο εκπομπής του Radar . Η διάρκεια μεταξύ των παλμών αυτών καλείται «Χρόνος Λήψης » και σε αυτό το Radar περιμένει να λάβει ανακλάσεις από την ενέργεια την οποία εξέπεμψε . Το εύρος του παλμού καθορίζει και την μέγιστη ισχύ εξόδου της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας του Radar .

Ένας ειδικός διαμορφωτής απαιτείται για να παράγει αυτούς τους παλμούς Υψηλής Τάσης . Η Tyratron υδρογόνου είναι ο πιο κοινός διαμορφωτής.

cathode heating

This dot indicates the gas filling

Σχ. 5.3 Το σύμβολο της Thyratron

39

Ο Διαμορφωτής χρησιμοποιεί μια PFN ( Pulse Forming Network ) που φορτίζεται αργά , σε μια υψηλή τιμή της τάσης .Το δίκτυο εκφορτίζεται γρήγορα μέσω ενός μετασχηματιστή παλμών ( Pulse T ransformer ) για να αναπτύξει ένα παλμό εξόδου . Η μορφή και η διάρκεια του παλμού καθορίζονται από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της PFN και Pulse Transformer .

Ο Pulse Transformer είναι ένας ανυψωτής τάσης ο οποίος αυξάνει το εύρος του παλμού για την επίτευξη της επιθυμητής ισχύος εξόδου του Radar

Ταυτόχρονα δημιουργεί μια αντιστροφή πολικότητας του παλμού , όπου αυτός εφαρμοζόμενος στην λυχνία Magnetron αναγκάζει αυτήν να ταλαντώνεται.

I

Σχ. 5.4 Thyratron TGi2-400/16 Σχ 5.5 Thyratrons κεραμικές

Σαν κύκλωμα για αποθήκευση της ενέργειας η Thyratron χρησιμοποιεί ουσιαστικά ένα σύντομο τμήμα της τεχνητής γραμμής εκπομπής , η οποία είναι γνωστή σαν PFN .

Μέσω της πορείας φόρτισης η PFN φορτίζεται στην διπλή τάση του τροφοδοτικού Υ.Τ. με την βοήθεια του μαγνητικού πεδίου της σύνθετης αντίστασης φόρτισης .

Ταυτόχρονα η σύνθετη αντίσταση φόρτισης περιορίζει το ρεύμα φόρτισης . Η δίοδος φόρτισης ( Charging Diode ) αποτρέπει την εκφόρτιση της PFN προς το τροφοδοτικό Υ.Τ.

Η λειτουργία της Thyratron είναι να ενεργήσει σαν ηλεκτρονικός διακόπτης που απαιτεί ένα θετικό Trigger μόνο 150 Volt .

H Thyratron απαιτεί ένα αιχμηρό παλμό για ένα παλμό Trigger και εξαρτάται από μια ξαφνική πτώση στην ανοδική τάση ( που ελέγχεται από τον παλμό που παράγει η PFN ) για να ολοκληρώσει τον παλμό και να διακόψει την λυχνία .

Το RC κύκλωμα ενεργεί σαν ασπίδα στο DC ρεύμα και προστατεύει το πλέγμα της Thyratron .

Αυτός ο παλμός Trigger αρχίζει τον πλήρη ιονισμό της Thyratron από την τάση φόρτισης . Αυτός ο ιονισμός επιτρέπει την έξοδο από την φορτισμένη PFN μέσω του Pulse Transformer .

Η έξοδος από το διαμορφωτή οδηγείται στον Πομπό .

5.2.2.1 Φόρτιση της PFNΗ φόρτιση περιλαμβάνει το πρωτεύον του Pulse Transformer ,

το τροφοδοτικό DC και την σύνθετη αντίσταση φόρτισης .

40

Η Thyratron ( σαν συσκευή διακοπής διαμορφωτή ) είναιένα ανοιχτό κύκλωμα σε χρόνο μεταξύ των παλμών του Trigger . Γιαυτό παρουσιάζεται σαν ανοιχτός διακόπτης στο Σχ. 5.6

charging diode D magnetic field

Σχ. 5.6 Τμήμα Φ όρτισηςΜόλις το Power Supply τεθεί ΟΝ ( Το πράσινο χρώμα , δείχνει το

πήδημα τάσης στο διάγραμμα του Σχ. 5.7 ) , το ρεύμα διατρέχει μέσω της διόδου φόρτισης και της σύνθετης αντίστασης φόρτισης,φορτίζει τους πυκνωτές της PFN .

Τα πηνία της PFN δεν είναι ακόμα λειτουργικά , εντούτοις η επαγωγή της σύνθετης αντίστασης φόρτισης δημιουργεί μια μεγάλη επαγωγική αντίσταση στο ρεύμα και ενισχύει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο.Η φόρτιση των πυκνωτών ακολουθεί μια εκθετικής μορφής λειτουργία ( πράσινο χρώμα ). Η αυτεπαγωγή προστατεύει γιαυτό .

Εάν οι πυκνωτές φορτιστούν με την τάση του Power Supply , μειώνεται το ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο διακόπτεται . Το διακομένο μαγνητικό πεδίο προκαλεί μια πρόσθετη επαγωγή μιας τάσης . Αυτό συνεχίζει την φόρτιση των πυκνωτών , μέχρι την διπλάσια τάση , αυτής του Power Supply . Τώρα οι πυκνωτές θέλουν να εκφορτιστούν ( μπλε καμπύλη ) από την αντίσταση του Power Supply , αλλά η δίοδος φόρτισης , κόβει τη ροή του ρεύματος και η ενέργεια μένει αποθηκευμένη , επομένως στους πυκνωτές .

41

5.2.2.2 Εκφόρτιση της PFNΌταν ένας θετικός παλμός Trigger εφαρμόζεται στο πλέγμα

της Thyratron η λυχνία ιονίζει και αναγκάζει την PFN να εκφορτιστεί μέσω της Thyratron και του πρωτεύοντος του Pulse Transformer. ( Σχ. 5.8 )

Επομένως ένα ρεύμα διατρέχει κατά την διάρκεια του Pulse Width διαμέσου του πρωτεύοντος του Pulse Transformer στη γη , και από τη γη στη Thyratron , η οποία τώρα οδηγεί την άλλη πλευρά της PFN . O παλμός Υ.Τ. για την Magnetron μπορεί να ληφθεί από το δευτερεύον του Pulse Transformer. Ακριβώς για αυτή την περίοδο η Magnetron ταλαντώνεται στη συχνότητα εκπομπής . Λόγω των επαγωγικών ιδιοτήτων της PFN , η θετική τάση εκφόρτισης τείνει να ταλαντωθεί αρνητικά.

discharge of thepulse-forming network

discharge ofa condenser

PW

Σχ. 5.7 Δ ιάγραμμα ΕκφόρτισηςΕάν η επαγωγική αντίσταση της Magnetron και του Pulse Transformer

προσαρμόζονται με σύνθετη αντίσταση γραμμής , η παλμική τάση που εμφανίζεται στο πρωτεύον του μετασχηματιστή , πάνω από το μισό της τάσης που η γραμμή φορτίστηκε αρχικά .

Ο διαμορφωτής επειδή αποκαθιστά και διακόπτει την υψηλή ισχύ του πομπού είναι αρκετά μεγάλος σε όγκο .

42

5.2.3 ΠομπόςΟ πομπός περιλαμβάνει την Magnetron και τον Αποφράκτη .

Οι παλμοί που έρχονται από τον Pulse Transformer μετατρέπονται σε ενέργεια υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε εξαιρετικά μεγάλη ισχύ και η ενέργεια αυτή οδηγείται κατάλληλα μέσω του συστήματος κυματοδηγών στην κεραία .

Οι πομποί διακρίνονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες .• Η μια περιλαμβάνει τους πομπούς με αυτοδιεγειρόμενο

ταλαντωτή , όπως είναι ο ταλαντωτής της λυχνίας Magnetron .• Η άλλη περιλαμβάνει τους πομπούς που χρησιμοποιούν

σταθερό ταλαντωτή χαμηλής ισχύος και μια ή δυο ενισχυτικές βαθμίδες ισχύος μέσω των οποίων επιτυγχάνεται η ενίσχυση των παραγόμενων ταλαντώσεων στην επιθυμητή στάθμη ισχύος εκπομπής . Αυτοί ογκωδέστεροι των πομπών με αυτοδιεγειρόμενο ταλαντωτή .

Η επιλογή του ταλαντωτή γίνεται αφού ληφθεί υπ'όψη η επιθυμητή συχνότητα και η ισχύς εκπομπής .

Η επιλογή της συχνότητας εκπομπής εξαρτάται από διάφορους παράγοντες , κυριότεροι από τους οποίους είναι :

1. Το μέγεθος και η κατευθυντικότητα της κεραίας.2. Οι απώλειες κατά την διάδοση των εκπεμπόμενων κυμάτων

εντός της ατμόσφαιρας και3. Η τακτική χρησιμοποίηση της συσκευής .

Η ισχύς εκπομπής καθορίζεται από την επιθυμητή εμβέλεια της συσκευής .Αύξηση όμως της εμβέλειας με αύξηση της ισχύος εκπομπής είναι πολύ δαπανηρή .

Στην αρχή οι πομποί Radar λειτουργούσαν στην περιοχή VHF ή UHF και χρησιμοποιούσαν κοινές τριόδους ή τετρόδους λυχνίες . Με την ανακάλυψη της Magnetron κατέστη δυνατή η κατασκευή πομπών στην περιοχή των μικροκυμάτων .

Στους πομπούς αυτοδιεγειρόμενου ταλαντωτή χρησιμοποιείται εκτός της Magnetron και η Stabilitron, ενώ στους πομπούς ενισχυτών ισχύος χρησιμοποιούνται συνήθως οι λυχνίες Reflex Klystron ( Σχ. 5.8 ) , Οδεύοντος Κύματος ( TWT ) ( Σχ. 5.9 ) και Amplitron

Σχ. 5.8 K lystron

43

Σχ. 5.9 H igh-power TWT VTR 572B

5.2.3.1 MagnetronΗ Magnetron είναι μια διοδική λυχνία ( Σχ. 5.10 )της οποίας η

άνοδος είναι γειωμένη , ο δε αρνητικός παλμός από τον Pulse Transformer εφαρμόζεται στην κάθοδο.

Σχ. 5.10 Λυχνία Magnetron

Είναι ειδικού τύπου και χρησιμοποιείται στα Radar για την δημιουργία ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας πολύ υψηλών συχνοτήτων , μεγάλης ισχύος .Η άνοδος που αποτελεί το εξωτερικό περίβλημα της λυχνίας είναι από χαλκό , εσωτερικά δε φέρει συντονισμένες κοιλότητες .Κάθε κοιλότητα φέρει ένα άνοιγμα προς το κέντρο της λυχνίας .( Σχ. 5.11 )

Ανοδος

Σχ. 5.11 Τομή Magnetron

Η κάθοδος βρίσκεται στο κέντρο της λυχνίας και είναι συνδεδεμένη με τα νήματα της λυχνίας προς αποφυγή δημιουργίας σπινθήρων λόγω της Υ.Τ. από τον παλμό που εφαρμόζεται στην κάθοδο.

Εξωτερικά η λυχνία περιβάλλεται από ένα μόνιμο μαγνήτη τύπου ALNICO ( Σχ. 5.12 ).

44

Σχ. 5.12 Ο μαγνήτης στη Magnetron

Η ύπαρξη του μαγνήτη δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό της λυχνίας . Επίσης η εφαρμογή του αρνητικού παλμού Υ.Τ. στην κάθοδο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ της καθόδου και των ανόδων που βρίσκονται κυκλικά . Έτσι υφίσταται μια συνύπαρξη ενός ηλεκτρικού και ενός μαγνητικού πεδίου μέσα στη λυχνία .

Τα συντονισμένα κυκλώματα της λυχνίας αποτελούνται από τις κοιλότητες .

Όταν εφαρμόζεται αρνητικός παλμός στην κάθοδο δημιουργείται ροή ηλεκτρονίων από την κάθοδο προς την άνοδο της λυχνίας .Τα ηλεκτρόνια αυτά υφίστανται την επίδραση τόσο του ηλεκτροστατικού όσο και του μαγνητικού πεδίου . Ένεκα τούτου η πορεία τους προς τις ανόδους δεν είναι ομαλή . Αυτά μεταβαίνουν στις ανόδους δημιουργώντας μικρές καμπύλες τροχιές (Σχ. 5.13).

Σχ. 5.13 Τροχιά Ηλεκτρονίου

Έτσι διεγείρονται οι συντονισμένες κοιλότητες , οι οποίες αρχίζουν να ταλαντώνονται στην συχνότητα για την οποία έχουν κατασκευαστεί , η οποία είναι και η συχνότητα εκπομπής του Radar . Η συνύπαρξη του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου μέσα στη λυχνία έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ηλεκτρομαγνητικού κύματος . Τέλος , εφαρμογή στην λυχνία παλμού Υ.Τ. δίνει στις ταλαντώσεις μεγάλη ισχύ . Έτσι η Magnetron είναι η λυχνία που θα μας δώσει παλμούς υψηλής συχνότητας και μεγάλης ισχύος υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος . Η έξοδος μπορεί να ληφθεί από μια οποιαδήποτε κοιλότητα με τη βοήθεια ενός συζευκτήρα σε μορφή άγκιστρου . Λόγω της μεγάλης ισχύος που αναπτύσσεται μέσα στη Magnetron όταν

45

ταλαντώνεται αυτή υπερθερμαίνεται με κίνδυνο να καταστραφεί και ο μόνιμος μαγνήτης να εξασθενήσει αρκετά .

Γιαυτό υπάρχει σύστημα ψύξης . Οι Magnetron μικρής ισχύος φέρουν εξωτερικά , πτερύγια ψύξης για την δημιουργία μεγαλύτερης εξωτερικής επιφάνειας , ώστε να γίνεται διάχυση της θερμοκρασίας . Οι Magnetron μεγαλύτερης ισχύος , εκτός από τα πτερύγια ψύχονται είτε με ανεμιστήρα είτε με ροή κρύο νερού μέσα σε σωλήνες γύρω από τη λυχνία .Η RF ενέργεια από τη Magnetron μέσω του συζευκτήρα οδηγείται στον κυματοδηγό , όπου μέσω του αποφράκτη οδηγείται στην κεραία για εκπομπή στο χώρο .

5.2.4 ΑποφράκτηςΗ έξοδος από την Magnetron οδηγείται στην κεραία μέσα από τον

διακόπτη κεραίας T - R . Ο διακόπτης αυτός βραχυκυκλώνεται και κλείνει από την ισχύ που εκπέμπει η Magnetron όταν ταλαντώνεται . Με τον τρόπο αυτό προφυλάσσει την είσοδο του δέκτη .

Το εσωτερικό του διακόπτη T - R φαίνεται το Σχ. 5.14 .

ΗΗεκτροόιο

προ.ονισρουπρος tov πομπό

Παρόθυρο

ΚουΠουροκωνικό πΠεισρόβια( Ραδιενεργό

υλικό )Σχ. 5.14 Δ ιακόπ της TR σε κυμαοδηγό

Είναι ένα κομμάτι κυματοδηγού που η είσοδος και η έξοδός του έχουν φραχτεί με γυάλινα φράγματα , ώστε να μένει αεροστεγώς κλεισμένος , χωρίς να διακόπτει τη ροή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων .

Η κατασκευή έχει μήκος λίγο μεγαλύτερο από το μήκος λg της συχνότητας που εκπέμπει η Magnetron μέσα στον κυματοδηγό . Το εσωτερικό περιέχει υδρατμούς σε πολύ χαμηλή πίεση .

Μέσα στο διακόπτη υπάρχουν δυο ζεύγη κολουροκωνικών ηλεκτροδίων , τοποθετημένα στο μέσων των δυο απέναντι φαρδιών πλευρών του κυματοδηγού , εκεί που το ηλεκτρικό πεδίο έχει την μεγαλύτερη ένταση . Η απόσταση ανάμεσα στα δυο ζεύγη των ηλεκτροδίων κατά μήκος του κυματοδηγού είναι λg / 4 . Ανάμεσα στα κολουροκωνικά ηλεκτρόδια των απέναντι πλευρών υπάρχει ένα διάκενο κλάσματος του χιλιοστομέτρου . Έτσι όταν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μέσα στον κυματοδηγό έχει μεγάλη τιμή , ανάμεσα στα αντικριστά ηλεκτρόδια και των δυο ζευγών εκρίγνηνται σπινθήρες που δημιουργούν δυο βραχυκυκλώματα σε απόσταση λg / 4 και διακόπτουν την ροή των κυμάτων .

Στο ζευγάρι κολουροκωνικών ηλεκτροδίων , που τοποθετείται μακρύτερα από την έξοδο του πομπού , εφαρμόζεται μια συνεχής τάση ίση περίπου με 1 KV . Ονομάζεται τάση προϊονισμού και έχει σκοπό να διατηρεί συνεχώς ένα αριθμό ιόντων γύρο από το ηλεκτρόδιο , ώστε σε κάθε κύκλο να

46

γίνεται η έκρηξη του σπινθήρα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα ( κλάσμα του nsec ) .

5.3 ΚυματοδηγοίΗ μεταφορά ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας πολύ υψηλών συχνοτήτων δεν

γίνεται με κοινές γραμμές μεταφοράς ( καλώδιο Coaxial ) αλλά μέσω κυματοδηγών για αποφυγή απωλειών . Αυτοί είναι κοίλοι μεταλλικοί σωλήνες ορθογώνιας διατομής ή κυκλικοί. Οι διαστάσεις τους εξαρτώνται από την συχνότητα της ενέργειας την οποία πρόκειται να μεταφέρουν . Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι ορθογώνιας διατομής . Υπάρχουν οι σταθεροί κυματοδηγοί ( Σχ. 5.15 ) και οι εύκαμπτοι ( flexible waveguide ) ( Σχ. 5.16 )

Σχ. 5.15 Σταθερός κυματοδηγός Σχ. 5.16 Εύκαμπτος Κυματοδηγός

5.3.1 Χαρακτηριστικά Κυματοδηγών

5.3.1.1 Συχνότητα αποκοπής ( fa )Είναι η συχνότητα κάτω από την οποία για ένα κυματοδηγό

δεδομένων διαστάσεων , η διάδοση καθίσταται αδύνατη .5.3.1.2 Μήκος κύματος ( λκ )

Το μήκος κύματος κυματοδηγού είναι γενικά μεγαλύτερο του μήκους κύματος στον ελεύθερο χώρο ( λ ) . Η εξάρτηση του μήκους κύματος κυματοδηγού σε σχέση με το μήκος κύματος αποκοπής ( λα ) δίνεται από τησχέση :

( 5.2 )

Από αυτή τη σχέση προκύπτει οτι όσο η τιμή του λ πλησιάζει την τιμή του λα τόσο το λκ αυξάνει .

5.3.1.3 Ταχύτητα φάσης ( υρ )Είναι η ταχύτητα κίνησης του μετώπου του κύματος από τον

κυματοδηγό και συνδέεται με τα λ , λα , λκ με την σχέση :

υρ = f * λκ ( 5.3 )

5.3.1.4 Συντελεστής μετατόπισης φάσης ( β )

47

β =2τι

( 5.4 )

5.3.1.5 Χαρακτηριστική Αντίσταση ( Ζκ )Ένας συντελεστής κοινός για όλους τους τρόπους έκφρασης

της χαρακτηριστικής αντίστασης είναι η αντίσταση ελεύθερου χώρου και καθορίζεται από το λόγο των εντάσεων του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου ή από τη σχέση :

( 5.5 )

όπου : μ0 = Διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου

εο = διηλεκτρική σταθερά του ελεύθερου χώρου5.3.2 Διέγερση Κυματοδηγών

Αφού οι κυματοδηγοί χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας , θα πρέπει να βρεθεί κάποιος τρόπος με τον οποίο να εισάγεται το ηλεκτρομαγνητικό κύμα μέσα σ'αυτούς , ώστε να μπορέσει αυτό να προχωρήσει

Αυτό επιτυγχάνεται με τρεις μεθόδους :1 . Με την δημιουργία ηλεκτρικών πεδίων

Όταν ένα μικρό τμήμα γραμμής ή κεραίας ( μεταλλικός ακροδέκτης ) τοποθετηθεί σε ένα κυματοδηγό και τροφοδοτηθεί με ραδιοσυχνότητα , ρεύμα θα διαρρεύσει σ'αυτό το τμήμα και θα δημιουργήσει ένα ηλεκτροστατικό πεδίο . Αυτό αναγκάζει τις ηλεκτρικές γραμμές να αποσπαστούν μόνες τους από το τμήμα και να σχηματιστούν στον κυματοδηγό . Όταν το τμήμα αυτό τοποθετηθεί σε κατάλληλη θέση μέσα στον κυματοδηγό θα δημιουργηθεί ένα πεδίο με ανάλογη ένταση .Αυτό καλείται διέγερση του κυματοδηγού και μπορεί αυτή να μεταβληθεί με μεταβολή του μήκους του τμήματος .

2 . Με την δημιουργία μαγνητικού πεδίου .Αυτό επιτυγχάνεται με τοποθέτηση μέσα στον κυματοδηγό μιας

μικρής σπείρας ( Loop ) , η οποία φέρει ρεύμα μεγάλης έντασης . Στην περίπτωση αυτή ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται γύρω από την σπείρα που εκτείνεται και προσαρμόζεται προς τον κυματοδηγό , εάν η συχνότητα του ρεύματος είναι κατάλληλη .

3 . Με την δημιουργία Η /Μ πεδίου .Αυτό επιτυγχάνεται με την δημιουργία ανοίγματος σε ένα σημείο

του κυματοδηγού . Έτσι το αναπτυσσόμενο Η / Μ πεδίο θα εισέλθει από την οπή στον κυματοδηγό μέσα στον οποίο θα αρχίσει να ταξιδεύει . Με τον ίδιο τρόπο μπορεί να γίνει και η εξαγωγή της ενέργειας από τους κυματοδηγούς .

5.3.3 Συνδέσεις κυματοδηγώνΟι συνδέσεις αυτές συνδέουνμηχανικά ή ηλεκτρικά τα διάφορα

τμήματα των κυματοδηγών μεταξύ τους ή τους κυματοδηγούς στις διάφορες συσκευές του συστήματος Τα τμήματα της σύνδεσης δεν απαιτείται να έχουν μεταλλική , αλλά ηλεκτρική συνέχεια . Η σύνδεση αυτή μπορεί να είναι αεροστεγώς κλεισμένη με ένα σύστημα σταθερής πίεσης , με μη μεταλλικά υλικά σύνδεσης .

48

5.3.4 Κάμψεις - συστρέψεις κυματοδηγών .Οι κυματοδηγοί μπορούν να καμφθούν ή και να συστραφούν ,όπου

αυτό απαιτείται . Οι μεταβολές αυτές πρέπει να γίνονται βαθμιαία ώστε να μη δημιουργείται ανάκλαση ταξιδεύοντος Η / Μ κύματος . Εκεί όπου απαιτείται ελευθερία κινήσεων χρησιμοποιούνται ελαστικά τμήματα κυματοδηγών .Αυτά εσωτερικά φέρουν λεπτή μεταλλική επένδυση, ενώ εξωτερικά φέρουν ένα στρώμα από ελαστικό για να καθίστανται αεροστεγή .

5.4 ΚεραίαΕίναι το συγκρότημα του Radar που εκπέμπει τον παλμό εκπομπής στο

χώρο και λαμβάνει την ηχώ του στόχου . Συνδέεται μα τον πομπό και τον δέκτη μέσω γραμμών μεταφοράς ενέργειας ( κυματοδηγών ) . Κατά την εκπομπή η κεραία εστιάζει την ακτινοβολούμενη ενέργεια σε μια ορισμένη περιοχή στο χώρο . Στη λήψη η κεραία συγκεντρώνει την ενέργεια που περιέχεται στο σήμα της ηχούς και την παρέχει στο δέκτη .

Επειδή η κεραία βλέπει προς μια κατεύθυνση , πρέπει να περιστρέφεται προκειμένου να καλύπτει όλη την περιοχή γύρο από το στόχο . Αυτό καλείται ερεύνηση ή σάρωση και με αυτή επιτυγχάνεται η ύπαρξη στόχων στην περιοχή κάλυψης του Radar .

Διακρίνουμε δυο βασικά μέρη στην κεραία Radar :1 . Το ακίνητο ( Βάση )2 . Το κινητό

5.4.1 Ακίνητο μέροςΗ βάση της κεραίας αποτελεί το σταθερό μέρος του όλου

συγκροτήματος της κεραίας και χρησιμεύει για να στηρίζει το κινητό μέρος . Τοποθετείται πάνω σε ισχυρή σιδηροκατασκευή ή ειδική εγκατάσταση από μπετόν . Φέρει τον απαραίτητο κινητήρα ( Drive Motor ) για την περιστροφή του κινητού μέρους με το οποίο είναι συνδεδεμένη μηχανικά με γρανάζια .

Επίσης φέρει διάφορα βοηθητικά κυκλώματα όπως τα SENSYL που είναι συγχρονογεννήτρια αναφοράς και δίνει κάθε στιγμή μια ταλάντωση αρμονική που δηλώνει τη θέση του περιστρεφόμενου στοιχείου της κεραίας .

Από τη διαφορά φάσης αυτής και της περιβάλλουσας των παλμών που επιστρέφουν , διαπιστώνεται η θέση του στόχου σε σχέση με τον άξονα περιστροφής της κεραίας .

5.4.2 Κινητό μέροςΠεριλαμβάνει τον παραβολικό ανακλαστήρα κατάλληλα

τοποθετημένο ώστε αυτός να ακολουθεί την κίνηση του κινητού μέρους της κεραίας .

Επίσης περιλαμβάνει το τελευταίο τμήμα του κυματοδηγού που μεταφέρει την ενέργεια από τον πομπό για να την ακτινοβολήσει στον ανακλαστήρα , ο οποίος στη συνέχεια θα την εκπέμψει υπό μορφή κατευθυνόμενης δέσμης στο χώρο . Από το ίδιο τμήμα αυτού του κυματοδηγού θα γίνει και η λήψη της επιστρεφόμενης ενέργειας στον ανακλαστήρα , για να οδηγηθεί αυτή στη συνέχεια στο δέκτη .

Το άκρο του κυματοδηγού υπό μορφή χοάνης για προσαρμογή στο χώρο , είναι τοποθετημένο στο σημείο εστιάσεως του ανακλαστήρα . ( Σχ. 5.17 )

Ο ανακλαστήρας μπορεί να είναι συμπαγής , είτε από μεταλλικό πλέγμα και έχει συνήθως παραβολικό σχήμα . Αυτός ενεργεί ακριβώς σαν ένα

49

κάτοπτρο . Αφού τα Η / Μ κύματα συμπεριφέρονται όπως το φως , εάν αναλύσουμε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα σε ηλεκτρομαγνητικές ακτίνες , αυτές συμπεριφέρονται κατ'αναλογία όπως και οι φωτεινές .

AΛ ·· */ ι ,

/ " \ . V *

μ ~ V \ Χο ά ν η

” ' ____ _ι ι — — m 1

γ /

Α να κΛ αοτή|> ας

Σχ. 5.17 Παραβολικός Ανακλαστήρας

Κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτίνα , η οποία θα εξέρχεται από την χοάνη ,θα προσκρούει στο σημείο του ανακλαστήρα . Σύμφωνα με τους νόμους της ανάκλασης οι ακτίνες αυτές θα ανακλαστούν με μια γωνία ανάκλασης ανάλογη προς τη γωνία πρόσπτωσης . Έτσι το σύνολο των ακτίνων που αποτελούν το Η / μ κύμα , ανακλώμενες θα οδεύουν υπό μορφή δέσμης , η γωνία της οποίας θα εξαρτάται από τα κατασκευαστικά στοιχεία του ανακλαστήρα .

Αντίστροφη ακριβώς πορεία θα ακολουθεί το εκ των στόχων ανακλώμενο κύμα . Αυτό προσπίπτοντας πάνω στον ανακλαστήρα και ανακλώμενο πάνω σ ' αυτόν , θα συγκεντρώνεται στο σημείο εστίασης .Με τον τρόπο αυτό θα συλλέγεται από την χοάνη του κυματοδηγού , και θα αρχίσει να ταξιδεύει μέσα στον κυματοδηγό για να φτάσει στο δέκτη του R adar.

5.4.3 Περιστρεφόμενος σύνδεσμοςΗ ανάγκη περιστροφής είτε κατ'αζιμούθιο είτε καθ'ύψος της

κεραίας ενός Radar δημιουργεί ένα κινητό και ένα ακίνητο μέρος . Για να είναι δυνατή αυτή η περιστροφή της κεραίας , ενώ οι κυματοδηγοί να παραμένουν σταθεροί , η έξοδος του κυματοδηγού τροφοδοτείται στην κεραία μέσω μιας περιστρεφόμενης σύνδεσης που βρίσκεται στο σημείο μεταξύ κινητού και ακίνητου μέρους της κεραίας . Εάν είναι αναγκαία η υπόκλιση της κεραίας κατά την περιστροφή της , μια δεύτερη περιστρεφόμενη σύνδεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί , αν και η μικρή συνήθως γωνία υπόκλισης μπορεί μερικές φορές να είναι επαρκής , από τμήμα εύκαμπτου κυματοδηγού .

Ο κυματοδηγός που φτάνει στη βάση της κεραίας από τον αποφράκτη είναι οριζόντιας διατομής . Λίγο πάνω και κάτω του σημείου περιστροφής της κεραίας ( μεταξύ κινητού και ακίνητου μέρους ) αυτός μεταπίπτει σε κυκλικό κυματοδηγό κατάλληλης διατομής . Στη συνέχεια αυτός πάλι μεταπίπτει σε ορθογώνιο για να καταλήξει στο σημείο εστίασης του ανακλαστήρα .

Ο περιστρεφόμενος σύνδεσμος περιλαμβάνει τα τμήματα εκείνα του κυματοδηγού όπου αυτός μεταπίπτει από ορθογώνιο σε κυκλικό και πάλι σε ορθογώνιο .

50

Μια μικρή κεραία με ρυθμιστικό προσαρμογής στο κάτω μέρος του ορθογώνιου κυματοδηγού , μέσω μιας οπής εισέρχεται στον κατακόρυφο κυκλικό κυματοδηγό .Η κεραία διεγείρεται από την ενέργεια του ορθογώνιου κυματοδηγού και στη συνέχεια αυτή διεγείρει τον κυκλικό κυματοδηγό .Μια επαγωγική περιστρεφόμενη σύνδεση εισέρχεται στον κυλινδρικό κυματοδηγό κατά τέτοιο τρόπο , ώστε χωρίς να υπάρχει μηχανική συνέχεια , να υπάρχει ηλεκτρική .Τα δυο τμήματα του κυλινδρικού κυματοδηγού στο σημείο περιστροφής δυνατόν να εφάπτονται ή να υπάρχει κάποιο κενό μεταξύ τους . Συνήθως τίθεται κομμάτι μονωτικής ύλης από πλαστικό για την αποφυγή σκόνης ή υγρασίας μέσα στους κυματοδηγούς .Στην κορυφή του κυλίνδρου η ενέργεια μεταφέρεται σε ένα ορθογώνιο κυματοδηγό με τον ίδιο τρόπο που τροφοδοτείται το κάτω μέρος του κυλινδρικού κυματοδηγού .

Η λήψη της Η / Μ ενέργειας μέσω του περιστρεφόμενου συνδέσμου ακολουθεί ακριβώς την αντίστροφη πορεία .

5.5 Σύστημα ΛήψηςΗ ανακλασθείσα ενέργεια που επιστρέφει στην κεραία σε πολλές

περιπτώσεις είναι πάρα πολύ μικρής ισχύος . Επειδή οι πληροφορίες του Radar όσον αφορά τους στόχους εξαρτώνται από μια ασθενή ηχώ θα πρέπει τα λαμβανόμενα σήματα να ενισχύονται κατάλληλα ώστε να μπορούν απεικονιζόμενα να αναγνωριστούν.

Την επεξεργασία αυτή των σημάτων λήψεως , εκτελεί το σύστημα λήψεως , δηλαδή ο Δέκτης , ο οποίος λαμβάνει τους διάφορους ήχους , τους ενισχύει και τους μετατρέπει σε οπτικά σήματα κατάλληλα να απεικονιστούν σε μια οθόνη .

Τα βασικά κυκλώματα του δέκτη είναι ( Σχ. 5.18 )1. Ο Ενισχυτής Ραδιοσυχνότητας ( RF )2. Ο Μίκτης3. Ο Τοπικός Ταλαντωτής ( Local Oscillator )4. Ο Ενισχυτής Ενδιάμεσης συχνότητας ( IF )5. Ο Φωρατής6. Ο Ενισχυτής Οπτικού Σήματος ( Video Amplifier )

Στο κύκλωμα λήψης μπορεί να θεωρηθεί οτι ανήκει και ο αποφράκτης την στιγμή που εμποδίζει την εκπομπή να εισέλθει στο δέκτη .

Σχ. 5.18 B lock διάγραμμα τω ν κυκλω μάτω ν λήψης

5.5.1 Ενισχυτής RFΛαμβάνει από τον αποφράκτη τα ασθενή επιστρεφόμενα σήματα

υψηλής συχνότητας και τα ενισχύει ώστε να αποκτήσουν ικανοποιητικό εύρος

51

.Απαιτείται η χρησιμοποίηση ειδικών λυχνιών χαμηλού θορύβου , λόγω των πολύ ασθενών σημάτων που καλείται να ενισχύσει .

Συνήθως χρησιμοποιείται ο Παραμετρικός Ενισχυτής που παρουσιάζει χαμηλό δείκτη θορύβου. Ονομάζεται έτσι από τις παραμέτρους που εμφανίζονται στην διαφορική εξίσωση η οποία διέπει την λειτουργία του .

Τα ενισχυμένα σήματα οδηγούνται στο κύκλωμα μίξης .

5.5.2 ΜίκτηςΤο κύκλωμα αυτό λαμβάνει δυο εισόδους. Μια είσοδο από τον

ενισχυτή RF , η οποία είναι το σήμα λήψης και μια είσοδο από τον Τοπικό Ταλαντωτή .

Ο Μίκτης συγκρίνει τις δυο εισόδους , αφού τις αναμίξει και εξάγει μια νέα συχνότητα σταθερή η οποία θα είναι το άθροισμα ή η διαφορά των δυο συχνοτήτων των σημάτων εισόδου και η οποία καλείται Ενδιάμεση Συχνότητα ( IF = Intermediate Frequency ) .

Αυτό πετυχαίνεται ως εξής :Λόγω της ικανότητας του Τοπικού Ταλαντωτή να μπορεί να ταλαντώνεται σε μια αρκετά μεγάλη ζώνη συχνοτήτων , αυτός συντονίζεται ώστε η συχνότητα εξόδου να είναι πάνω ή κάτω από τη συχνότητα του σήματος λήψης , κατά ποσοστό ίσο προς την επιθυμητή ενδιάμεση συχνότητα .

Είναι γνωστό οτι η συχνότητα του σήματος λήψης είναι ίδια με αυτή της εκπομπής . Εάν γνωρίζουμε την συχνότητα στην οποία ταλαντώνεται η Magnetron και εάν καθορίσουμε την επιθυμητή ενδιάμεση συχνότητα , εύκολα μπορούμε να βρούμε την συχνότητα που θα συντονίσουμε τον Τοπικό Ταλαντωτή .

Παράδειγμα :Έστω οτι η ενδιάμεση συχνότητα είναι 60 MHz . Αφού η Μίκτρια θα

πρέπει να βγάζει στην έξοδο συχνότητα 60 MHz , τότε ο Τοπικός Ταλαντωτής θα πρέπει να συντονιστεί ή στα 1360 MHz ή στα 1240 MHz . Συνήθως συντονίζεται πάνω από την συχνότητα εκπομπής .

Στην βαθμίδα του Μίκτη χρησιμοποιούνται κρύσταλλοι , συνήθως πυριτίου ( 1Ν21 ή 1Ν25 ) λόγω του χαμηλότερου θορύβου που παρουσιάζουν έναντι των άλλων κρυστάλλων .

Το σήμα εισόδου αφού περάσει από το Duplexer και τον ενισχυτή RF οδηγείται στην κρυσταλλική Μίκτρια δια μιας κοιλότητας συντονισμού . ( Σχ.5.19 )

Προτιμάται η κοιλότητα συντονισμού γιατί παρουσιάζει χαμηλό βαθμό απωλειών και είναι πρακτικά κατασκευάσιμη από πλευράς μεγέθους στην περιοχή των μικροκυμάτων

52

Η κοιλότητα μίξης αντιπροσωπεύεται από το πηνίο L το οποίο συντονίζεται στη συχνότητα του σήματος με την χωρητικότητα Cp . ( Σχ. 5.20 )

( Σχ. 5.20 ) Ισοδύναμο κύκλωμα Μίκτη

Η χωρητικότητα Cp στο Σχ. 5.19 καθορίζεται από τον κοχλία που βρίσκεται στη μια πλευρά της κοιλότητας συντονισμού .

Το σήμα εισόδου από την κεραία και το σήμα από τον Τοπικό Ταλαντωτή ( διαφέρουν μεταξύ τους κατά την μέση συχνότητα 30 MHz ) συνδυάζονται στη βαθμίδα μίξεως , με αποτέλεσμα να εμφανιστεί στην έξοδο ένα πλήθος συνιστωσών συχνοτήτων . Από τις συχνότητες αυτές επιλέγουμε την IF , η οποία προκύπτει από την διαφορά των δυο συμβαλλόμενων συχνοτήτων . Με τον ακροδέκτη C0 το σήμα του Τοπικού Ταλαντωτή εισέρχεται στην κοιλότητα μίξης . Ο ακροδέκτης αυτός ρυθμίζεται ώστε το όργανο ρεύματος του κρυστάλλου να δείχνει την καθορισμένη για την κρυσταλλοδίοδο τιμή ρεύματος .

Η τελική προσαρμογή πετυχαίνεται με ρύθμιση των Cp και C1 . Ο C1 οδηγεί το σήμα εισόδου από την κεραία στην κοιλότητα μίξης , ρυθμίζεται δε ώστε να τροφοδοτείται η κοιλότητα με το μέγιστο σήμα εισόδου . Η παραγόμενη από τον κρύσταλλο συχνότητα IF λαμβάνεται με ένα ακροδέκτη από τη βάση της κοιλότητας , η δε χωρητικότητα C1 αποτελεί φίλτρο προσγείωσης των υψηλών συχνοτήτων .

5.5.3 Τοπικός Ταλαντωτής ( Local Oscillator )Σκοπός του Τοπικού Ταλαντωτή είναι να παράγει ένα ημιτονικό

σήμα σταθερού εύρους , πολύ υψηλής συχνότητας , το οποίο μπορεί να μεταβληθεί αρκετά και το οποίο εφαρμόζεται στο κύκλωμα μίξεως .

Περιλαμβάνει μια ταλαντώτρια λυχνία ειδικού τύπου που ταλαντώνεται σε μια υψηλή συχνότητα . Οι λυχνίες που χρησιμοποιούνται σαν τοπικοί ταλαντωτές στους δέκτες Radar έχουν σαν ταλαντευόμενα κυκλώματα συντονισμένες κοιλότητες , των οποίων οι διαστάσεις μπορούν να

53

μεταβάλλονται . Τέτοιες λυχνίες είναι η λυχνία Φάρος ( π.χ. 2C40 ) αλλά πέραν των 3000 MHz χρησιμοποιείται λυχνία τύπου Klystron .

Ο Τοπικός Ταλαντωτής ταλαντώνεται σε συχνότητα 30 ή 60 MHz μικρότερη από την συχνότητα της Magnetron και δέχεται ρύθμιση της συχνότητας των ταλαντώσεων χοντρομετρική ( χειροκίνητα ) ή μικρομετρική ( ηλεκτρονικά ) .

5.5.4 Ενισχυτής IF ( IF Amplifier = Intermediate Frequency )Αποτελείται από μερικές βαθμίδες ενισχυτών , οι οποίες είναι

προσυντονισμένες στην επιθυμητή IF του Radar . Έχει κεντρική συχνότητα 30 'η 60 MHz και εύρος ζώνης από 1 έως 10 MHz . Συνήθως το εύρος ζώνης Β του ενισχυτή IF είναι : Β = 1,2 / τ όπου : τ είναι η διάρκεια των παλμών του Radar .Δίνει μια ενίσχυση έως 100 db στο σήμα της μέσης συχνότητας του δέκτη .

Έτσι πετυχαίνεται μια συνεχής ενίσχυση του σήματος εισόδου από βαθμίδα σε βαθμίδα καθώς επίσης δεν μπορεί να περάσει από αυτό το κύκλωμα κανένα σήμα , που έχει διαφορετική συχνότητα από εκείνη για την οποία έχει συντονιστεί ο ενισχυτής IF .

Η ενισχυμένη έξοδος από τον ενισχυτή IF οδηγείται στο κύκλωμα του φωρατή .

5.5.5 ΦωρατήςΣκοπός του κυκλώματος είναι να μετατρέψει σε οπτικό σήμα (

Video ) την εξαχθείσα ενδιάμεση συχνότητα .Αυτό γίνεται με την βοήθεια μιας διοδικής λυχνίας κενού ή μιας

κρυσταλλοδιόδου ,οι οποίες εξαλείφουν τις αρνητικές ημιπεριόδους των σημάτων IF μετατρέποντας τις θετικές στο ρυθμό χαμηλής συχνότητας που είναι το Video .

Η έξοδος υπό μορφή παλμών εφαρμόζεται στον ενισχυτή Οπτικού Σήματος για περαιτέρω ενίσχυση .

5.5.6 Ενισχυτής Video ( Video Amplifier )Λόγω του οτι το οπτικό σήμα από το φωρατή δεν έχει ακόμη

αποκτήσει επαρκές εύρος ώστε να καθίσταται δυνατή η απεικόνισή του στην οθόνη αυτό διέρχεται από ένα ενισχυτή , ο οποίος το ενισχύει ακόμη περισσότερο .

Η έξοδος του τελικού ενισχυτή που είναι παλμοί ικανοποιητικού εύρους οδηγείται στις οθόνες για απεικόνιση .

5.5.7 Κυκλώματα MTIΕπειδή υπάρχει η αδυναμία των Radar να διακρίνουν κινητούς

στόχους που βρίσκονται πλησίον σταθερών στόχων μεγάλης επιφάνειας κατασκευάστηκαν οι συσκευές ΜΤΙ ( Moving Target Indicator ) , οι οποίες τίθενται σε λειτουργία κατά βούληση του χειριστή και παρουσιάζουν στην οθόνη μόνο τους κινητούς στόχους .

Αυτό επιτυγχάνεται με αλληλοεξουδετέρωση των παλμών σταθερού πλάτους . Για την εξουδετέρωση χρησιμοποιείται συνήθως μια γραμμή καθυστέρησης ( Delay Line ) και ένα κύκλωμα αφαίρεσης . ( Σχ. 5.21 )

54

Σχ. 5.21 Σύστημα λήψης ΜΤΙΑπό την έξοδο του δέκτη το σήμα οδηγείται σε ένα κύκλωμα αφαίρεσης

από δυο διαφορετικές κατευθύνσεις .Από τη μια κατεύθυνση το σήμα εφαρμόζεται απ' ευθείας στο κύκλωμα αφαίρεσης , ενώ από την άλλη το σήμα διέρχεται από μια γραμμή καθυστέρησης , πριν οδηγηθεί στο κύκλωμα αφαίρεσης .

Στην γραμμή καθυστέρησης το σήμα υφίσταται μια καθυστέρηση Τ ίση προς την περίοδο επανάληψης των παλμών εκπομπής Tr . Η αφαίρεση των δυο αυτών σημάτων που λαβαίνει χώρα στο κύκλωμα αφαίρεσης , θα έχει σαν αποτέλεσμα την εξαφάνιση των ηχών σταθερού πλάτους , που προέρχονται από μη κινούμενους στόχους . Η συνεχής όμως μεταβολή του πλάτους των ηχών από τους κινούμενους στόχους θα έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση στην έξοδο του κυκλώματος αφαίρεσης , σήματος πλάτους ίσου προς την διαφορά δυο διαδοχικών ηχών προερχόμενων από τον ίδιο στόχο.

5.6 ΕνδείκτηςΟ ενδέικτης είναι το συγκρότημα εκείνο του Radar το οποίο αφού λάβει

το οπτικό σήμα από τον δέκτη , το απεικονίζει στην οθόνη του ενδείκτη , ανάλογα με τον τύπο του ενδείκτη .Όλοι οι ενδείκτες έχουν σάρωση η οποία σε άλλους απεικονίζεται σαν απόκλιση ,όπου υπάρχει στόχος , και σε άλλους χαράσσει μια γραμμή που κινείται κατά μήκος της επιφάνειας της οθόνης ή περιστρέφεται ώστε να καλύπτεται ολόκληρη η επιφάνεια της οθόνης .

Σ'αυτούς ο στόχος εμφανίζεται σαν λαμπρότερο σημείο , πάνω στην κινούμενη σάρωση .

Η σάρωση πρέπει να συγχρονίζεται ακριβώς με τον εκπεμπόμενο παλμό γιαυτό και παίρνει Trigger ( Χρονισμό ) από το χρονιστή .Επίσης πρέπει να συγχρονίζεται με την περιστροφή της κεραίας , γιαυτό και έχει σύστημα SELSYN ( Synchro ) αντίστοιχο με αυτό της κεραίας με το οποίο είναι συνδεδεμένο . ( Σχ. 5.22 )

55

| y Κεραία

Ενδείκτης ΡΡΙ

ΣυνχρονηΓεwήτpια

ΠηνίοΟδηνοςΕκτροπηςΚινητήρας /»»

ΣυνχρονοςΤάση Τροφοδοσίας ACκινητήρας

Σχ. 5.22 Σύστημα Συγχρονισμού

Ο ενδείκτης είναι το συγκρότημα εκείνο , μέσω του οποίου επιτυγχάνεται η ανεύρεση της θέσης , της ταχύτητας , της πορείας του ύψους και του αριθμού των στόχων οι οποίοι κινούνται μέσα στην εμβέλεια του Radar

Ανάλογα με τις επιθυμούμενες πληροφορίες χρησιμοποιείται και ανάλογος ενδείκτης . ( Κεφάλαιο 6 ) .

5.7 Τροφοδοτικό ΙσχύοςΕίναι το συγκρότημα εκείνο που τροφοδοτεί όλα τα υπόλοιπα

συγκροτήματα του Radar με τις απαραίτητες τάσεις για την λειτουργία των διαφόρων κυκλωμάτων .

Πολλά Radar τροφοδοτούνται απ ' ευθείας από το δίκτυο της ΔΕΗ . Μερικά που εργάζονται με τάση 115 Volt χρησιμοποιούν μεταλλάκτες για την δημιουργία της κατάλληλης τάσης και συχνότητας .

Άλλα πάλι ( κυρίως τα κινητά ) έχουν επί πλέον συγκρότημα ( Η / Ζ = Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος ) που χρησιμοποιούν σε περίπτωση μετακίνησης ή σε περίπτωση διακοπής της ΔΕΗ .

56

Κεφάλαιο 6

ΕΙΔΗ ΕΝΔΕΙΚΤΩΝ

6.1 Τύποι σαρώσεωςΗ μέθοδος παρουσίας των πληροφοριών στην οθόνη εξαρτάται από την

αποστολή του RADAR , επειδή δε η ηλεκτρονική δέσμη διατρέχει την οθόνη του ενδείκτη , η μέθοδος παρουσίασης αναφέρεται και σαν τύπος σάρωσης .

Οι κυριότεροι τύποι σάρωσης που χρησιμοποιούνται στους ενδείκτες είναι :

6.1.1 Σάρωση τύπου ΑΗ ηλεκτρονική δέσμη είναι σταθερής έντασης και ξεκινά από το

αριστερό άκρο της οθόνης , κινούμενη με σταθερή ταχύτητα προς τα δεξιά .Το ξεκίνημα αρχίζει την στιγμή που αρχίζει η ακτινοβολία ενός παλμού εκπομπής . Όταν η δέσμη που γίνεται αντιληπτή από το ίχνος που διαγράφει στην οθόνη ,, φτάσει στο δεξιό άκρο επιστρέφει ταχύτατα στην αρχική θέση εκκίνησης . Αυτή την κίνηση επαναλαμβάνει η σάρωση σε κάθε παλμό εκπομπής .

Η ηχώ που λαμβάνει ο δέκτης , οδηγείται σε κατακόρυφα πλακίδια εκτροπής υπό μορφή θετικού παλμού . Έτσι προκαλείται κατακόρυφη εκτροπή της δέσμης η οποία θα είναι ανάλογη της έντασης του λαμβανόμενου σήματος .Η οριζόντια απόσταση μεταξύ του σημείου εκκίνησης και της εμφάνισης της ηχούς επί της οθόνης , καθορίζει την απόσταση του στόχου .

6.1.2 Σάρωση τύπου ΒΜ' αυτήν επιτυγχάνεται η μέτρηση της απόστασης και της

διόπτευσης του στόχου .Χρησιμοποιείται λυχνία μαγνητικής εκτροπής και κεραία στενής δέσμης ακτινοβολίας , περιστρεφόμενη γύρο από κατακόρυφο άξονα . Στα πηνία οριζόντιας εκτροπής εφαρμόζεται ένταση ρεύματος ανάλογη της γωνίας περιστροφής της κεραίας που αναγκάζει τη δέσμη να κινηθεί οριζόντια κατά διάστημα που αντιστοιχεί σε μια ορισμένη γωνία περιστροφής . Η βάση αυτή μέτρησης της διόπτευσης του στόχου ρυθμίζεται , ώστε να τοποθετηθεί στο κάτω μέρος της οθόνης και συνήθως καλύπτει μια γωνία 900 εκατέρωθεν της κεντρικής γραμμής , η οποία ταυτίζεται προς την

57

κατεύθυνση του Βορρά . Στα κατακόρυφα πηνία εκτροπής εφαρμόζεται ένταση γραμμικά μεταβαλλόμενη με το χρόνο , που αναγκάζει την δέσμη να κινηθεί κατακόρυφα με σταθερή ταχύτητα . Η κατακόρυφη αυτή κίνηση της δέσμης που καλείται και Βάση Χρόνου επαναλαμβάνεται κατά την έναρξη της ακτινοβολίας κάθε παλμού . Επειδή δε η ταχύτητα της κατακόρυφης κίνησης της δέσμης είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από την οριζόντια , θα εμφανιστεί στην οθόνη μια σειρά κατακόρυφων γραμμών που ισαπέχουν . Η ένταση της δέσμης ρυθμίζεται ώστε οι γραμμές να είναι μόλις ορατές στην οθόνη.

Η ηχώ εφαρμόζεται στο πλέγμα της καθοδικής λυχνίας σαν θετικός παλμός και έτσι στην οθόνη εμφανίζονται σαν μια έντονη κηλίδα .Οι συντεταγμένες αυτής της κηλίδας θα καθορίσουν τα στοιχεία του στόχου , η τεταγμένη την απόσταση και η τετμημένη την κατεύθυνση .

6.1.3 Σάρωση τύπου ΡΡΙΕπιτυγχάνεται η μέτρηση της απόστασης και διόπτευσης στόχου . Η

δέσμη ακτινοβολίας της κεραίας είναι συνήθως στενή κατά το οριζόντιο επίπεδο και ευρεία κατά το κατακόρυφο , περιστρέφεται δε ομοιόμορφα γύρο από κατακόρυφο άξονα . Κατά την εκπομπή κάθε παλμού , η ηλεκτρονική δέσμη κινείται από το κέντρο της οθόνης , προς την περιφέρεια ευθύγραμμα και με σταθερή ταχύτητα . Η κίνηση αυτή αποτελεί την βάση χρόνου . Όταν η δέσμη φτάσει στο άκρο της οθόνης , επιστρέφει ταχύτατα στο κέντρο και αρχίζει μια νέα κίνηση προς την περιφέρεια κατά την έναρξη ακτινοβολίας του επόμενου παλμού εκπομπής . Σε συγχρονισμό με την περιστροφική κίνηση της κεραίας περιστρέφεται και η βάση χρόνου .

Η ηχώ ενός στόχου εφαρμοζόμενη στο πλέγμα της λυχνίας υπό μορφή θετικού παλμού , αυξάνει την ένταση της Η / Μ δέσμης και εμφανίζεται στην οθόνη σαν φωτεινό στίγμα . Η απόσταση του στίγματος από το κέντρο καθορίζει την απόσταση του στόχου , η δε γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης αναφοράς ( Βορράς ) και της ακτίνας που περνάει από το στίγμα καθορίζει τις διοπτεύσεις του στόχου

6.1.4 Σάρωση τύπου CΚατά την σάρωση αυτή η ηχώ εμφανίζεται πάνω στην οθόνη σαν φωτεινή κηλίδα , σε σύστημα ορθογωνίων συντεταγμένων κατά τα οποία η τετμημένη καθορίζει την οριζόντια διόπτευση , ενώ η τεταγμένη την καθ' ύψος διόπτευση

6.1.5 Σάρωση τύπου ΕΜια παραλλαγή της σάρωσης τύπου Β αποτελεί η σάρωση τύπου

Ε , στην οποία η ηχώ του στόχου εμφανίζεται σαν μια φωτεινή κηλίδα στην οθόνη , σε σύστημα ορθογωνίων συντεταγμένων, στο οποίο η τετμημένη καθορίζει την απόσταση , ενώ η τεταγμένη την γωνία ανύψωσης του στόχου .

Αυτός ο τύπος της σάρωσης χρησιμοποιείται στο σύστημα τυφλής προσγείωσης αεροσκαφών ( GCA )

6.1.6 Σάρωση τύπου GΣ' αυτήν η ηχώ του στόχου εμφανίζεται στην οθόνη σαν μια

φωτεινή κηλίδα με πτερύγια , των οποίων το μέγεθος αυξάνει , ελαττούμενης της απόστασης του στόχου . Η διόπτευση του στόχου μετρείται στον άξονα των τετμημένων , το δε ύψος στον άξονα των τεταγμένων .

58

Χρησιμοποιείται για χειροκίνητη σκόπευση πυροβόλου . Όταν ο στόχος τοποθετηθεί στο κέντρο της οθόνης , σημαίνει οτι το πυροβόλο έχει σωστή σκόπευση , όταν δε τα πτερύγια της ηχούς φτάσουν σε ορισμένο μέγεθος , ο στόχος βρίσκεται σε απόσταση βολής .

6.1.7 Σάρωση τύπου JΑποτελεί παραλλαγή της σάρωσης τύπου Α στην οποία η οριζόντια

κίνηση της δέσμης ( βάση χρόνου ) έχει αντικατασταθεί με κυκλική . Το σήμα της ηχούς προκαλεί στιγμιαία εκτροπή της δέσμης από την κυκλική κίνηση , η οποία αποτελεί την ένδειξη παρουσίας στόχου . Μεταβαλλόμενης της απόστασης του στόχου , η ένδειξη αυτού στην οθόνη θα κινείται στην περιφέρεια της βάσης χρόνου .

Χρησιμοποιείται στους Ραδιουψωμετριτές και σε μερικούς τύπους RADAR αυτόματης παρακολούθησης στόχου .

6.1.8 Σάρωση τύπου LΑποτελεί επίσης παραλλαγή της σάρωσης τύπου Α . Χρησιμοποιεί

σύστημα λίκνισης δέσμης ακτινοβολίας από δυο συνήθως κεραίες . Τα λαμβανόμενα δε από κάθε κεραία σήματα ηχούς εμφανίζονται στην οθόνη σαν δυο τρίγωνα με κοινή βάση . Όταν με περιστροφή του συστήματος κεραιών τα δυο τρίγωνα καταστούν ίσα , ο άξονας του συστήματος δίνει την κατεύθυνση του στόχου . Το μεγαλύτερο σήμα ηχούς δείχνει την κατεύθυνση προς την οποία πρέπει να στραφεί το σύστημα κεραιών ,για να συναντήσει ο άξονας το στόχο .

6.1 Τύποι Σαρώσεων

59

6.2 Τύποι οθονώνΑνάλογα με τον τύπο της σάρωσης που χρησιμοποιούν οι ενδείκτες είναι

αντίστοιχου τύπου . Δηλαδή έχουμε ενδείκτες τύπου Α , Β , ΡΡΙ , C , E , G , J ,L . Επίσης υπάρχει και ο ενδείκτης RHI . Κυριώτεροι από αυτούς είναι :

1 . Τύπου Α2 . Τύπου ΡΡΙ3 . Τύπου RHI

6.2.1 Ενδείκτης τύπου ΑΟ ενδείκτης αυτός χρησιμοποιεί λυχνία καθοδικών ακτίνων

ηλεκτροστατικού τύπου . Η σάρωση παριστάνεται σαν μια οριζόντια γραμμή και οι στόχοι σαν κατακόρυφες αποκλίσεις της σάρωσης στα σημεία που εμφανίζονται . Τα σημεία αυτά αντιπροσωπεύουν την απόσταση κάθε στόχου από το Radar . Ολόκληρη η σάρωση αντιπροσωπεύει την απόσταση κάλυψης του Radar . Γιαυτό η σάρωση διαιρείται κατάλληλα σε σημεία που απέχουν μεταξύ τους ίσες αποστάσεις σε μίλια καλούμενα σημεία αποστάσεως ή Range Marks.

targets

Λ \

S 7range marks

Σχ. 6.2 Ενδείκτης τύπου Α

Το σημείο της σάρωσης , στο οποίο εμφανίζεται ένας στόχος αντιπροσωπεύει κάποια απόσταση από την αρχή της σάρωσης που μετριέται με τα Range Marks . Αφού η αρχή της σάρωσης αντιπροσωπεύει την θέση του Radar , η μετρούμενη απόσταση θα είναι και πραγματική απόσταση του στόχου από το σταθμό Radar στο χώρο.Είναι φανερό οτι με αυτόν τον ενδείκτη μπορούμε να προσδιορίσουμε μόνο την απόσταση του στόχου , όχι όμως και την διόπτευση .

6.2.2 Ενδείκτης Τύπου ΡΡΙΟ τύπος αυτού του ενδείκτη είναι ο πιο διαδεδομένος από όλους

τους τύπους ενδεικτών . Η ονομασία του Plan Position Indicator μπορεί να αποδοθεί σαν « Ενδείκτης θέσεως χάρτου» . Χρησιμοποιεί CRT ( καθοδική λυχνία ) ηλεκτρομαγνητικού τύπου για την δημιουργία της σάρωσης . Η οθόνη είναι κυκλική και καλύπτει περιοχή που ανταποκρίνεται σε πλήρη περιφέρεια κύκλου .

Η κυκλική σάρωση που απαιτείται για τον προσδιορισμό της διόπτευσης του στόχου , επιτυγχάνεται με περιστροφή του μαγνητικού πεδίου σε συγχρονισμό με το περιστρεφόμενο σύστημα κεραίας

60

Η περιστροφή επιτυγχάνεται είτε με περιστροφή των πηνίων εκτροπής σε συγχρονισμό με την κεραία , είτε με σταθερά πηνία τροφοδοτούμενα με κατάλληλα ρεύματα .

Στην πρώτη μέθοδο , ένα ζεύγος πηνίων εκτροπής τροφοδοτούμενο μέσω ψυκτρών με τραπεζοειδή τάση εκτρέπει την δέσμη από το κέντρο της οθόνης προς την περιφέρεια , δημιουργώντας την βάση χρόνου για την μέτρηση της απόστασης των στόχων .Το σύστημα των πηνίων εκτροπής περιστρέφεται ταυτόχρονα με το σύστημα κεραίας από ένα σύγχρονο κινητήρα ( SELSYN ) , σε συνδυασμό με την συγχρονογεννήτρια της κεραίας . ( Σχ. 6.3 )

ΚινητήραςΠηνίο εκτροπής

Οδοντωτοί τροχοί

/ Πηνίο Εστίασης

;]"ΤΖΝ— Έδρανο ολισ6ησης

ώακτυλιοι επαφής

Σχ. 6.3 Μέθοδος περιστρεφόμενου πηνίου

Η συγχρονογεννήτρια της κεραίας συνδέεται με γρανάζια με την περιστρεφόμενη κεραία και τροφοδοτεί τον σύγχρονο κινητήρα με τάση ανάλογες της γωνιακής ταχύτητας της κεραίας .

Ο σύγχρονος κινητήρας περιστρέφει αντίστοιχα το σύστημα των πηνίων εκτροπής ( Σχ. 5.22 ) . Τέτοιοι τύποι ενδεικτών είναι : ΟΑ-99 και ΟΑ-175 .

Οθόνη ΟΑ - 175

Στην δεύτερη μέθοδο για την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ζευγάρι σταθερών πηνίων εκτροπής , γύρο από το λαιμό της καθοδικής λυχνίας , τροφοδοτούμενων με τα κατάλληλα ρεύματα , που διεγείρουν μαγνητικά πεδία κάθετα μεταξύ τους ( Σχ. 6.4 )

61

Σχ. 6.4 Μέθοδος σταθερού πηνίουΤα ρεύματα που διαρρέουν τα πηνία είναι σύγχρονα πριονωτά , με

περίοδο Τ που δίνει ο χρονιστής του Radar και προκαλούν την ακτινική εκτροπή της δέσμης , και τα πλάτη τους ορίζονται από τα σήματα που δίνει η συγχρονογεννήτρια της κεραίας, έχουν συχνότητα την συχνότητα περιστροφής της κεραίας και διαφορά φάσεως 900 .

Το σύνθετο πεδίο που δημιουργούν τα δυο κάθετα πηνία προκαλεί την περιστροφή της ακτίνας του ενδείκτη , συγχρονισμένη με την περιστροφή της κεραίας . Τέτοιοι τύποι ενδεικτών είναι : AN/UPA-35 και ΑΝ/ϋΡΑ-62 .

Οι στόχοι προξενούν μεταβολή της λαμπρότητας της σάρωσης , στα σημεία στα οποία εμφανίζονται στην οθόνη .Το κέντρο της οθόνης παριστάνει την θέση του σταθμού , το διάστημα μεταξύ της θέσης του φωτεινού στίγματος και του κέντρου παριστάνει την απόσταση του στόχου από το σταθμό και μετριέται σε μίλια , και η διεύθυνση του στόχου σε σχέση με το Βορρά ( 00 ) παριστάνει την διόπτευση του στόχου και μετριέται σε μοίρες .

Έτσι η οθόνη είναι ένας κυκλικός χάρτης με το σταθμό του Radar στο κέντρο του χάρτη ( κέντρο της οθόνης ) .

Για να είναι ακριβής και γρήγορος της απόστασης και διόπτευσης των διαφόρων στιγμάτων έχει εφαρμοστεί ένα σύστημα ηλεκτρικής επικάλυψης που παρέχει παραστάσεις γραμμών στην επιφάνεια της οθόνης .

1 . Φωτεινοί ομόκεντροι κύκλοι που καλούνται σημεία αποστάσεως ( Range Marks ) και που εμφανίζονται στην οθόνη σε επιθυμητές αποστάσεις . Συνήθως οι οθόνες ρυθμίζονται ώστε τα R.M. εμφανίζονται σε διάστημα 10 μιλίων με κάθε πέμπτο ( 50 μίλια ) φωτεινότερο .

2. Ακτινοειδείς φωτεινές γραμμές που καλούνται σημεία γωνιών ( Angle Marks ) που αρχίζουν από το κέντρο της οθόνης και καταλήγουν στην περιφέρεια . Σε κάθε υποδιαίρεση αντιστοιχεί και μια ακτίνα . Συνήθως κάθε 300 εμφανίζεται μια φωτεινότερη .

Σε άλλους ενδείκτες τα Range Marks παράγονται στα κυκλώματα του Radar και σε άλλους στους ίδιους τους ενδείκτες .

62

6.2.3 Ενδείκτης τύπου RHIΑυτός ο τύπος ενδείκτη μπορεί να μας δώσει το ύψος των

αποκαλυπτόμενων στόχων από το Radar .Το RHI ( Range Height Indicator = ενδείκτης αποστάσεως ύψους )

χρησιμοποιεί λυχνία καθοδικών ακτίνων Η / Μ τύπου . Χρησιμοποιείται στα Radar ύψους . Η κεραία της συσκευής αυτής στρέφεται προς το στόχο ( από τον χειριστή μέσω του Overlay) ,που ο ενδείκτης ΡΡΙ προσδιόρισε την διόπτευση και την απόσταση και εκτελεί συνεχώς υποκλίσεις , σαρώνοντας τον εναέριο χώρο προς την διεύθυνση του οποίου έχει εντοπιστεί ο στόχος .Η κηλίδα αρχίζει να κινείται από το κάτω αριστερό άκρο της οθόνης ( απόσταση και ύψος 0 ) όπου και η θέση του Radar , εκτείνεται προς την δεξιά πλευρά της οθόνης , για την δημιουργία της σάρωσης , η δε σάρωση υποκλίνεται συνέχεια πάνω κάτω και καλύπτει όλη την επιφάνεια της οθόνης .Η κίνηση αυτή είναι απόλυτα συγχρονισμένη με τις υποκλίσεις της κεραίας . Ο συγχρονισμός γίνεται με σύστημα SELSYN ανάλογο του ΡΡΙ .

Οι αποκαλυπτόμενοι στόχοι εμφανίζονται στην οθόνη υπό μορφή φωτεινού επιμήκους κατακόρυφου στίγματος και δημιουργώντας μια μεταβολή λαμπρότητας της σάρωσης στο σημείο που απεικονίζεται .

Η απόσταση του στόχου προσδιορίζεται με την βοήθεια των Range Marks , που εδώ εμφανίζονται σαν κατακόρυφες φωτεινές γραμμές . Το ύψος των στόχων προσδιορίζεται με την βοήθεια βαθμονομημένης κλίμακας κατά την κατακόρυφη έννοια από μηχανικό CURSOR ή με την βοήθεια ηλεκτρονικού CURSOR .

Σχ. 6.6 Ενδείκτης τύπου RHI

63

Κεφάλαιο 7Δευτερεύον Radar ( IFF ή SSR )

Identification Friend or Foe ( Αναγνώριση φίλου ή εχθρού ) Secondary Surveillance Radar

7.1 ΕισαγωγήΤο RADAR είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που αποκαλύπτει αντικείμενα

στο χώρο .Το τελικό αποτέλεσμα είναι η εμφάνιση στην οθόνη ενός ίχνους ( BLIP ) από το οποίο προκύπτουν ταχύτητα , πορεία , ύψος κ.λ.π.Το αν ο στόχος είναι εχθρός ή φίλος , ( ικανότητα που δεν έχει το κοινό RADAR , παρέχει το σύστημα IFF / SIF ( Selective Identification Feature = Δυνατότητα επιλογής των χαρακτηριστικών αναγνώρισης ) .

Το IFF / SIF είναι πομποδέκτης που συνεργάζεται με μια συσκευή που υπάρχει στο αεροσκάφος και παρέχει :

1 . Διεύθυνση και απόσταση του αεροσκάφους με την χρησιμοποίηση των αρχών του RADAR .

2 . Ύψος του αεροσκάφους με την χρησιμοποίηση κωδικοποιημένων παλμών .

3 . Πληροφορίες για την ταυτότητα του αεροσκάφους με την χρησιμοποίηση κωδικοποιημένων παλμών .

7.2 Συγκροτήματα IFF / SIF7.2.1 . Συσκευή IFF / SIF στο έδαφος .

Περιλαμβάνει :

7.2.1.1 . Τον CODER ( Κωδικοποιητής ) που κωδικοποιεί το σήμα και το στέλνει στον Interrogator ( Μονάδα που παράγει επερωτήσεις ) . Συγχρονίζεται με το συνεργαζόμενο RADAR με σήμα σκανδαλισμού για να συμπίπτουν οι αποκρίσεις του IFF τον ίδιο χρόνο στις οθόνες του RADAR με την ένδειξη του στόχου του αντίστοιχου αεροσκάφους .

7.2.1.2. Τον INTERROGATOR που ρωτά το αεροσκάφος .

7.2.1.3 . Τον RESPONDER ( Ανταποκριτής ) που είναι ο παραλήπτης της κωδικής απάντησης που αναμένεται από το αεροσκάφος

64

για να εκτελέσει την αποκωδικοποίηση .

7.2.1.4 . Μια κατευθυντική κεραία που βρίσκεται εγκατεστημένη στην κεραία του Πρωτεύοντος RADAR και περιστρέφεται συγχρονισμένα με αυτή .

7.2.1.5 . Συσκευές απεικόνισης και CONTROL BOX .

7.2.2 Συσκευή IFF / SIF στο Αεροσκάφος .Περιλαμβάνει :

7.2.2.1 . Τον TRANSPONDER ( Πομποδέκτης ) που λαμβάνει την ερώτηση και απαντά .

7.2.2.2 . Το CONTROL BOX στο COCPIT του αεροσκάφους .

7.2.2.3 . Μια κατευθυντική κεραία ( ominidirectional ) που λαμβάνει και εκπέμπει προς όλες τις κατευθύνσεις .

7.3 Διαδικασία αναγνώρισηςΣυντελείται σε 4 φάσεις :

7.3.1 Coding ( Κωδικοποίηση ) . Ο CODER καθορίζει στον Interrogator τον τύπο του σήματος που θα εκπέμψει ( MODE ) .

7.3.2 Interrogation ( Ερώτηση ) . Η ερώτηση αρχίζει από τον Interrogator . Η συσκευή αυτή είναι ένας πομπός που εκπέμπει κωδικοποιημένους παλμούς .

7.3.3 Reply ( Απάντηση από το αεροσκάφος ) . Εάν ο στόχος είναι φίλιος , το σήμα της ερώτησης λαμβάνεται και ενισχύεται στον Transponder του αεροσκάφους . Κατόπιν μια ομάδα παλμών φεύγει από τον Transponder σε απάντηση της κωδικοποιημένης ερώτησης από τον Interrogator που τον διήγειρε .

7.3.4 Decoding ( Αποκωδικοποίηση ) . Την διαδικασία αυτή θα την αναλάβει ο Responder που βρίσκεται στο έδαφος . Θα επεξεργαστεί την απάντηση που θα του στείλει ο Transponder του αεροσκάφους , θα την ενισχύσει και θα την οδηγήσει στις οθόνες ( SCOPE ) . Εάν η απάντηση από το αεροσκάφος είναι ορθή , το αεροσκάφος αναγνωρίζεται σαν φίλιο .Εάν δεν είναι ορθή ή δεν υπάρχει καθόλου απάντηση αναγνωρίζεται σαν εχθρικό .

7.4 . Πλεονεκτήματα του IFF / SIF έναντι του RADARΤο IFF / SIF ή SSR και το RADAR μοιάζουν ως προς την μέθοδο

μέτρησης της απόστασης και της διεύθυνσης . Παρουσιάζουν όμως μια σημαντική διαφορά . Ενώ το RADAR χρησιμοποιεί την ηχώ της δικής του ενέργειας το IFF / SIF χρησιμοποιεί την ενέργεια η οποία εκπέμπεται από τον πομπό του αεροσκάφους .

Από αυτή τη διαφορά προκύπτουν ορισμένα πλεονεκτήματα .7.4.1 Οι παλμοί απάντησης από το αεροσκάφος είναι ισχυρότεροι της

ηχούς . Σαν αποτέλεσμα έχουμε την αποκάλυψη στόχων με IFF σε πολύ μεγαλύτερη εμβέλεια πριν αποκαλυφτούν από το RADAR .

65

7.4.2 Η χρησιμοποίηση των διαφορετικών συχνοτήτων εκπομπής και λήψης περιορίζει τις ανεπιθύμητες ανακλάσεις από το έδαφος , θάλασσα , νέφη κλπ

7.4.3 Εξασφαλίζει την αναγνώριση της ταυτότητας του αεροσκάφους .

7.4.4 Έχει την ικανότητα υπολογισμού του ύψους του αεροσκάφους .

7.4.5 Είναι μικρών διαστάσεων , καταναλώνει ελάχιστη ισχύ και η συντήρησή του είναι φτηνή και εύκολη .

7.5 Μειονεκτήματα του IFF / SIF7.5.1 . Ο εντοπισμός του στόχου του IFF επηρεάζεται από την κλίση

του αεροσκάφους στο χώρο ( σκίαση κεραίας από την πτέρυγα του αεροσκάφους

7.5.2 Το άνοιγμα του λοβού της κεραίας του ερωτητή δεν επιτρέπει ικανοποιητικό αζιμουθιακό διαχωρισμό των αεροσκαφών .

7.6 Παρασιτικά φαινόμενα στο IFF / SIF7.6.1 Δακτύλιος ( Φαινόμενο Ring Around )

Αεροσκάφη τα οποία πετούν σε απόσταση περίπου ίση με το 1 / 3 της μέγιστης εμβέλειας του επίγειου σταθμού IFF / SIF είναι δυνατόν να ερωτηθούν από κάποιο δευτερεύοντα λοβό της κεραίας του IFF . Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός δακτυλίου γύρο από το κέντρο της οθόνης και που μπορεί να εξουδετερωθεί με την εκπομπή ενός τρίτου παλμού από τον Interrogator που ονομάζεται Παλμός Ελέγχου και θα χρησιμοποιηθεί για διάφορες συγκρίσεις . Το κύκλωμα που θα εκτελέσει την εργασία αυτή ονομάζεται SLS ( Side Lobe Suppression = Πλευρικός Λοβός Εξασθένισης ) .

7.6.2 Ανεπιθύμητοι Στόχοι ( Φαινόμενο FRUIT )Αφού η κεραία IFF / SIF του αεροσκάφους είναι

πολυκατευθυντική είναι δυνατόν η απάντηση που θα δώσει σε ένα επίγειο σταθμό IFF / SIF από τον οποίο ρωτήθηκε να ληφθεί από τους άλλους σταθμούς της περιοχής , μέσω της κύριας δέσμης ή μέσω των πλευρικών λοβών .

Το αποτέλεσμα θα είναι ότι , εάν σε μια περιοχή με πολλούς σταθμούς IFF / SIF υπάρχει μεγάλη κίνηση αεροσκαφών , δημιουργείται μια πολύ ενοχλητική κατάσταση , γιατί οι οθόνες όλων των σταθμών κυριολεκτικά κατακλύζονται από ανεπιθύμητους στόχους .

Για την επίλυση αυτού του προβλήματος χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα γνωστό σαν DEFRUITTER .

66

Κεφάλαιο 8 Παρεμβολές

Ηλεκτρονικός πόλεμος Φίμωση εχθρικού RADAR

8.1 Σκοπός :Η ανάπτυξη της ικανότητας ελέγχου , εκείνου του τμήματος του

ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που επιθυμεί να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά ή να παρεμποδίσει και υποβιβάσει την αποτελεσματική χρησιμοποίηση από τον εχθρό .

Περιλαμβάνει τρεις υποδιαιρέσεις :8.1.1 Μέτρα υποστήριξης ( ESM = Electronic Support Measures )

Είναι οι ενέργειες που αποσκοπούν :στην έρευνα στον εντοπισμό στην αναγνώρισητων ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών και της γεωγραφικής τους θέσης ,

έτσι ώστε να γίνει άμεση αναγνώριση του εχθρού , αλλά και προγραμματισμός των φίλιων ηλεκτρονικών αντιμέτρων και αντιαντιμέτρων .

8.1.2 Ηλεκτρονικά Αντίμετρα ( ECM = Electronic Counter Measures ) Είναι οι ενέργειες που αποσκοπούν :

στην απαγόρευση της αποτελεσματικής χρησιμοποίησης του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος από τον εχθρό .

Τέτοιες ενέργειες είναι :Παρεμβολή ( Μείωση της αποτελεσματικότητας )Παραπλάνηση ( Σύγχυση - Παραπλάνηση )Εξουδετέρωση ( Προσωρινή ή Μόνιμη Καταστροφή )

8.1.3 Ηλεκτρονικά Αντιαντίμετρα ( EPM = Electronic Protective Measures )

Είναι οι ενέργειες που αποσκοπούν : στην εξασφάλισητης φίλιας αποτελεσματικής χρήσης του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος

παρά τη χρησιμοποίηση ηλεκτρονικών μέσων από τον εχθρό .

67

8.2 Ηλεκτρονικά αντίμετρα ( ECM = Electronic Counter Measures )

Τις ενέργειες αυτές παρέχει ο παρεμβολέας ( JAMMER ) και επειδή υπάρχουν πολλοί τύποι RADAR που πρέπει να αντιδράσουν , πρέπει να εφαρμοστούν διαφορετικοί τύποι παρεμβολής και παρεμβολέα .

Οι διαφορετικοί τύποι παρεμβολής μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες :

α . Παρεμβολή Θορύβουβ . Παρεμβολή Παραπλανήσεως ( μερικές φορές ονομάζεται

SPOOFING )γ . Συνδυασμός παρεμβολής θορύβου και παρεμβολής

παραπλανήσεως , γνωστή σαν Διαμορφωμένη Παρεμβολή .Η ισχύς του παρεμβολέα , αν και σημαντική , δεν καθορίζει την ολική

αποτελεσματικότητα του παρεμβολέα του RADAR .

8.2.1 Παρεμβολή ΘορύβουΠαράγεται με την διαμόρφωση ενός κύματος RF με θόρυβο ( τυχαίες

μεταβολές πλάτους ) και μεταβιβάζοντας αυτό το φέρον κύμα στη συχνότητα του εχθρικού RADAR.

Εφ ’ όσον ένα RADAR πρέπει να χρησιμοποιήσει υπερβολικά αδύνατους παλμούς ηχούς , που ανακλώνται από ένα στόχο , ο δέκτης του πρέπει να είναι ευαίσθητος . Αυτή η υπερβολική ευαισθησία κάνει το RADAR να είναι αρκετά ευάλωτο στην παρεμβολή θορύβου , εφ ’ όσον το σήμα παρεμβολής είναι συνήθως μεγαλυτέρου πλάτους από το σήμα της ηχούς που επιστρέφει από ένα στόχο . Για να ερευνήσει το RADAR ένα στόχο , το πλάτος του επιστρεφόμενου σήματος πρέπει να είναι μεγαλύτερο από του περιβάλλοντος θορύβου . Αυτό εκφράζεται μαθηματικά από μια αναλογία , γνωστή σαν η " αναλογία SIGNAL-TO-NOISE ” ( S / N ) . Για να ερευνηθεί οποιοδήποτε σήμα η αναλογία πρέπει να είναι μεγαλύτερη από ένα ( 1 ) . Εάν S / N < 1 το σήμα που επιστρέφει στον στόχο χάνεται στον περιβάλλοντα θόρυβο και δεν θα έχουμε πληροφορίες γ ια τη θέση .Το Σχ. 1 δείχνει ένα στόχο που απεικονίζεται σε μια οθόνη και σε ένα περιβάλλον όπου S / Ν > 1 ,

Σχ. 1 Οθόνη Radar χω ρίς παρεμβολήενώ το Σχ. 2 δείχνει την επίδραση της παρεμβολής θορύβου που παράγει

ένα S / N < 1 . Αποτελεσματική παρεμβολή έχουμε , όταν η αναλογία SIGNAL-TO-NOISE είναι μικρότερη από ένα .

68

Σχ. 2 Οθόνη Radar με παρεμβολήΟι παρεμβολείς θορύβου μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες

κατηγορίες :

8.2.1.1 Παρεμβολείς Στίγματος ( SPOT JAMMERS )Αυτό ο τύπος παρεμβολέα έχει χειροκίνητη ρύθμιση στη

συχνότητα του σήματος του εχθρικού RADAR . Έχουν εφαρμογή όπου απαιτείται συγκέντρωση υψηλής ισχύος κατά ενός RADAR με ορισμένη σταθερή συχνότητα .

Τα δυο μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της παρεμβολής στίγματος είναι η πυκνότητα υψηλής ισχύος και η συνεχής κάλυψη του εχθρικού RADAR .

Μειονεκτούν σε RADAR που μπορούν να αλλάζουν ταχέως τις συχνότητες εκπομπής τους ( ευκινησία συχνότητας ) και να απομακρυνθούν από το σήμα της παρεμβολής.

i------------------ ■ * '

° “ Ο " B ilN C W D T H JA M W C *

- 1£

L · . . . . .11 ΰ -----------------------------------

0 “ B W * CW

ΛΛΛΛΛΤID EALJ&MMiT

US

□ Ε Τ Γ σ τΓ Γ » c w

L

R j — -1■q.

^ rq tg tF V E H r n — 1*

Ά ? - Τ \ . Ά Ϊ . S P O T j a m w e :* —

* '

*

/L·.Σχ. 3 SPOT JAMMER

8.2.1.2 Παρεμβολείς Σαρώσεως (SWEEP JAMMERS )Αυτός ο τύπος παρεμβολέα μεταδίδει ένα σήμα παρεμβολής

περιορισμένης ζώνης ( σήμα παρεμβολής στίγματος ) διαμέσου μιας ζώνης ευρείας συχνότητας και σε αναλογίες που ποικίλουν από αργές μέχρι υπερβολικά ταχείς . Συντονίζοντας τον παρεμβολέα πίσω - μπρος - πάνω από την επιθυμητή περιοχή , όλα τα εχθρικά RADAR επηρεάζονται από την παρεμβολή .Το πλεονέκτημα της παρεμβολής σαρώσεως είναι , ότι όλα τα RADAR καλύπτονται από παρεμβολή υψηλής ισχύος . Το μειονέκτημα είναι ότι η παρεμβολή δεν είναι συνεχής . Όμως η παρεμβολή ταχείας σαρώσεως (

69

παρεμβολή σαρώσεως σε μια γρήγορη αναλογία ) μπορεί να προσεγγίσει την συνεχή κάλυψη προκαλώντας ένα φαινόμενο γνωστό σαν " RINGING ” .

8.2.1.3 Παρεμβολείς φραγμού ( BARRAGE JAMMERS )H παρεμβολή φραγμού μπορεί να αναπτυχθεί σε εφαρμογές

όπου η πυκνότητα υψηλής ισχύος μπορεί να θυσιαστεί για συνεχή κάλυψη των εχθρικών RADAR. Οι παρεμβολείς φραγμού είναι πομποί θορύβου ευρείας ζώνης , σχεδιασμένοι να αρνούνται την χρησιμοποίηση συχνοτήτων σε ευρέα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος . Η χρησιμοποίηση αυτού του τύπου παρεμβολής είναι ελκυστική , επειδή αρκετοί εχθρικοί δέκτες μπορούν να παρενοχληθούν συγχρόνως και επειδή η συχνότητα ευαίσθητων RADAR μπορεί να παρενοχληθεί χωρίς να υπάρχει επαναρύθμιση της συχνότητας παρεμβολής .

Σχ. 4 Παρεμβολή ΦραγμούΣτο 4 απεικονίζεται η βασική παρεμβολή μπαράζ . Το μόνο

μειονέκτημα αυτής της παρεμβολής είναι ότι η πυκνότητα ισχύος είναι αντιστρόφως ανάλογη με το εύρος ζώνης . Ένα λειτουργικό διάγραμμα ενός παρεμβολέα μπαράζ παρουσιάζεται στο Σχ. 5

Σχ. 5 Πομπός Φραγμού8.2.1.4 Παρεμβολή Πλευρικού Λοβού ( SIDE LOBE JAMMING )

Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία προγραμμάτων παρεμβολής πλευρικού λοβού , που εξαρτάται από τον τύπο του RADAR και από τα επιθυμητά αποτελέσματα . Ο σκοπός ενός RADAR παρακολουθήσεως είναι η ρίψη μεγάλης ενέργειας παρεμβολής στη μια γωνία πύλης παρακολουθήσεως και τίποτα στην άλλη . Σχ. 6

70

Αυτό προκαλεί σφάλματα στην γωνία παρακολούθησης στο ποσό του μισού εύρους της δέσμης του RADAR . Αυτό μπορεί να μην εκτείνεται , αλλά με εύρος δέσμης ενός βαθμού , αυτό μεταφράζεται σε ένα σφάλμα παρακολούθησης περίπου 150 μέτρων σε μια εμβέλεια 10 ναυτικών μιλίων .Ο σκοπός στην παρεμβολή πλευρικών λοβών ενός RADAR έρευνας είναι η αχρήστευση ενός μεγάλου τομέα του δέκτη . Αυτό θα κάνει επιλεκτική κάλυψη στους στόχους σε αζιμούθια διαφορετικά από αυτά του του αεροσκάφους παρεμβολής . Μια φυσική συνέπεια και στην παρεμβολή θορύβου και στην παρεμβολή παραπλάνησης είναι ένας συνδυασμός των δυο , ο οποίος παράγει «διαμορφωμένη» παρεμβολή .

8.2.2. Διαμορφωμένοι παρεμβολείςΟι διαμορφωμένοι παρεμβολείς είναι ειδικά προσαρμοσμένοι

υβριδικοί παρεμβολείς θορύβου , των οποίων ο πρωταρχικός σκοπός είναι να απεγκλωβίσουν το στόχο ή να αρνούνται την ικανότητα παρακολούθησης σε ένα RADAR . Ένα διαμορφωμένο σήμα δίνεται στον παρεμβολέα ο οποίος διαφοροποιεί την έξοδο παρεμβολής θορύβου σε μια συχνότητα που έχει σχέση με την αναλογία ανίχνευσης του RADAR παρακολούθησης .

8.2.3 Παρεμβολή Παραπλανήσεως / ΣυγχύσεωςΟι παρεμβολείς Παραπλανήσεως / Συγχύσεως είναι μηχανήματα

αρκετά πολύπλοκα που επεξεργάζονται την ενέργεια του RADAR και την αναμεταδίδουν σαν αληθινό στόχο , που παρουσιάζεται πάνω στην οθόνη του RADAR εδάφους . Απαιτείται η γνώση των δυνατοτήτων του δέκτη του RADAR σχετικά με την παρακολούθηση της απόστασης , γωνίας και ταχύτητας για να προγραμματιστεί ο παρεμβολέας Παραπλανήσεως / Συγχύσεως . Οι παρεμβολείς αυτοί συνήθως λειτουργούν με τον παλμό ενέργειας του RADAR που χτυπά στο αεροσκάφος , ευρύνοντάς το , διαμορφώνοντάς το , καθυστερώντας το ή αυξάνοντάς το , και μεταβιβάζοντας το διαφοροποιημένο σήμα πίσω στο RADAR . Τα αποτελέσματα μπορούν να προκαλέσουν στόχους ( σύγχυση ) , επαναφορά ( PULL OFF ) της θύρας αποστάσεως ( RANGE GATE ) ή μετατόπιση της θέσης κατά αζιμούθιο / ύψος ( παραπλάνηση ) .

8.2.3.1 Παρεμβολείς παραπλάνησης απόστασης ( RANGE DECEPTION )

71

Η παρεμβολή αυτή παίρνει σαν πλεονέκτημα οποιαδήποτε εσωτερική αδυναμία στα κυκλώματα παρακολουθήσεως της θύρας αποστάσεως ( RANGE GATE ) του RADAR Ο παρεμβολέας αρχικά λαμβάνει , ενισχύει και αναμεταβιβάζει το σήμα του RADAR . Το σήμα του παρεμβολέα εμφανίζεται στην κορυφή και δυναμώνει την ανακλώμενη επιστροφή του RADAR . Στο κύκλωμα παρακολούθησης του RADAR , υπάρχει μια αυτόματη ρύθμιση κέρδους ( GAIN CONTROL ) και ο δυνατός αναμεταβιβαζόμενος παλμός προκαλεί την αυτόματη ρύθμιση κέρδους , να χαμηλώσει το κέρδος του κυκλώματος . Το κύκλωμα αποστάσεως με το χαμηλωμένο κέρδος θα συναντήσει μόνο το σήμα του παρεμβολέα και όχι της επιστροφής του RADAR . Η θύρα αποστάσεως ( RANGE GATE ) αιχμαλωτίζεται . Οι παλμοί που ακολουθούν από το RADAR λαμβάνονται , ενισχύονται και αναμεταδίδονται με μια αυξανόμενη καθυστέρηση χρόνου όπως φαίνεται στα Σχ. 7 και 8

Σχ. 8 Θύρα παρακολούθησης απόστασης

Το εχθρικό RADAR το λαμβάνει σαν μια αυξανόμενη απόσταση στόχου και απομακρύνει την ( RANGE GATE ) από τον αληθινό στόχο Μετά από μια χρονική περίοδο ο παρεμβολέας επαναλαμβάνει την ίδια διαδικασία .

8.2.3.2 Παραπλάνηση Γωνίας ( ANGLE DECEPTION )Η παρεμβολή γωνίας χρησιμοποιείται κατά του συνεχούς

LOBING ( λαμβάνοντας διαδοχικά επιστροφές από αρκετές δέσμες κεραίας ή λοβούς ) . Μπορεί να έχει το πλάτος διαμορφώσεως ενός παρεμβολέα θορύβου ή να χρησιμοποιεί έναν παρεμβολέα επαναλήπτη ( REPEATER JAMMER ) με ένα διαμορφωμένο πρόγραμμα . Το Σχ. 9 απεικονίζει ένα παρεμβολέα επαναλήπτη ο οποίος αισθάνεται το πλάτος των παλμών ενός

72

RADAR και ενισχύει τους πιο αδύνατους παλμούς πολύ περισσότερο απ’ ότι οι δυνατότεροι παλμοί . Όταν αυτοί οι παλμοί αναμεταβιβάζονται , το RADAR θα λάβει παλμούς , οι οποίοι έχουν πλάτος αντίθετο από ότι οι πραγματικοί παλμοί . Τότε στο κύκλωμα ανιχνεύσεως γωνίας του RADAR λαμβάνει έμμεσα σήματα ψευδούς διόρθωσης το οποίο καταλήγει σε γωνιακό απεγκλωβισμό ( BREAK-LOCK ) ή « ANGLE WALK OFF »

Σχ. 9 Επαναλήπτης Πομπός ECM

8.2.4 Άλλες Τεχνικές ECM

8.2.4.1 Ground Bounce ( Αναπήδηση εδάφους )Χρησιμοποιεί το έδαφος σαν ανακλαστήρα για να

προσελκύσει το θύμα RADAR προς το έδαφος . Για το σκοπό αυτό η κεραία του παρεμβολέα στέλνει την μέγιστη ισχύ της στο έδαφος και το δυνατόν λιγότερη προς το RADAR . Ένα τμήμα της ενέργειας ανακλάται από το έδαφος ( εξαρτάται βέβαια από την ανακλαστικότητα του εδάφους ) και οδηγεί το θύμα RADAR να κάνει LOCK ON μεταξύ ανακλάσεως του εδάφους και της πραγματικής ηχούς συν το σήμα παρεμβολής προς την κατεύθυνσητου rA dA r .

8.2.4.2 Αερόφυλλα ( CHAFF )Στην αρχή τα CHAFF κατασκευάζονταν από λουρίδες

χαρτιού με επένδυση μετάλλου , οι οποίες διασκορπίζονταν σε μεγάλες ποσότητες στο χώρο . Αργότερα μειώθηκε το μέγεθος και το βάρος τους και αυξήθηκε η δραστικότητά τους . Σήμερα κατασκευάζονται από λουρίδες αλουμινίου ή από νάϊλον και υαλοβάμβακα με επένδυση αλουμινίου , είναι αρκετά ελαφρά για να μεταφέρονται από αεροπλάνο και σκορπίζονται σε μεγάλες ποσότητες .

Τρόπος λειτουργίας τω ν CHAFFΤα CHAFF αποτελούνται από ένα μεγάλο αριθμό διπολικών

ανακλαστών και έχουν σχεδιαστεί να προσαρμόζουν το μισό μήκος κύματος της ραδιοσυχνότητας ενός εχθρικού RADAR . Επανακτινοβολεί την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια για να δημιουργήσει μια ηχώ RADAR . Εφ' όσον οι λουρίδες CHAFF είναι κομμένες στο ένα δεύτερο ( 1 / 2 ) ενός μήκους κύματος , τότε είναι πολύ δραστικά ακτινοβολούντα σώματα . Μια μικρή δέσμη από CHAFF μπορεί να προκαλέσει μια πολύ μεγαλύτερη επιστροφή στο RADAR από αυτή που παράγεται από ένα αεροσκάφος . Είναι κατασκευασμένα για να ανταποκρίνονται σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων σε μια απλή συσκευασία με δίπολα διαφορετικού μήκους στην ίδια δέσμη . Αυτό

73

το πράγμα επιτρέπει στα CHAFF να είναι αποτελεσματικά σε περισσότερα από ένα RADAR . Τα CHAFF χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν τα αεροσκάφη να διεισδύσουν σε ένα δίκτυο RADAR δημιουργώντας πλήθος παραπλανητικών στόχων ή μια μεγάλη περιοχή με συμπαγείς επιστροφές , που προκαλούν σύγχυση και παραπλάνηση . Ακόμη και αν το RADAR προσδιορίσει τον στόχο η παρουσία των CHAFF μπορεί να προκαλέσει σφάλματα παρακολούθησης .

Τα CHAFF μπορούν να διασκορπιστούν σε μεγάλες ποσότητες για μια συνεχή χρονική περίοδο με αποτέλεσμα να έχουμε μια σειρά επιστροφών αρκετών μιλίων πάνω στην οθόνη του RADAR . Σχ. 10

Σχ. 10 Συνεχής άφεση CHAFF ( RANDOM )Άλλη μέθοδος είναι η ρίψη αυτών σε μικρές ποσότητες και ακανόνιστα

διαστήματα (BURST AND RANDOM ) Σχ. 11 .Αυτό προκαλεί ένα κορεσμό ψευδών στόχων

Σχ. 11 Ακανόνιστη άφεση CHAFF ( RANDOM )

8.3 Ηλεκτρονικά Αντι - Αντίμετρα ( ECCM = ELECTRONIC COUNTER COUNTER MEASURES)

8.3.1 Σκοπό έχουν την υποβάθμιση ή την μείωση της αποτελεσματικότητας των ECM . Υπάρχουν διάφορα προγραμματισμένα χαρακτηριστικά σε ένα σύστημα RADAR ή τροποποιήσεις στα υπάρχοντα συστήματα για την υποβάθμιση ή μείωση της αποτελεσματικότητας των ECM

8.3.2 Πομπός8.3.2.1 Ευκινησία αλλαγής συχνότητας ( Frequency Agility )

Είναι η ικανότητα ενός RADAR να συντονίζεται γρήγορα από μια συχνότητα σε μια άλλη . Ο συντονισμός μπορεί να γίνει με το χέρι ή

74

μπορεί να προσαρμοστεί μια προγραμματισμένη αλλαγή συχνότητας . Οι προγραμματισμένες αλλαγές συχνότητας μπορούν να γίνονται αυτόματα σε προκαθορισμένους χρόνους ή σε τυχαία διαστήματα .

8.3.2.2 Δίδυμη Λειτουργία ( Diplexing )Είναι η χρησιμοποίηση δυο ανεξάρτητων πομπών και

δεκτών που λειτουργούν σε διαφορετικές συχνότητες , αλλά χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα κεραίας .

8.3.2.3 Πρόσθεση ισχύος ( ADD POWER )Εάν το RADAR έχει δυο πομπούς , τέτοιους που χρειάζονται

για δίδυμη λειτουργία είναι δυνατό να εκπέμπει με την ίδια συχνότητα συγχρόνως και στους δυο πομπούς . Όταν γίνεται αυτό η ισχύς εξόδου αυξάνεται σημαντικά και υπάρχει μια αξιόλογη αύξηση στη δύναμη της ηχούς στην είσοδο του δέκτη του RADAR .

Αυτή η τεχνική βελτιώνει το σήμα ως προς την αναλογία της παρεμβολής και επεκτείνει την απόσταση BURN THROUGH ( αποκάλυψης ) .

8.3.2.4 Αυξημένο εύρος παλμού ( INCREACED PULSE WIDTH )Αυξάνοντας το εύρος παλμού αυξάνει και η μέση ισχύς ,

επιτρέποντας περισσότερη ισχύ να χτυπήσει το στόχο καταλήγοντας σε μια αύξηση της ηχούς στην είσοδο του δέκτη . Η αύξηση όμως του εύρους παλμού με σκοπό την αύξηση της μέσης ισχύος , γίνεται σε βάρος της ικανότητας διαχωρισμού ( RANGE RESOLUTION ) . Η απόσταση διαχωρισμού μειώνεται , όσο αυξάνει το εύρος του παλμού .

8.3.2.5 Συμπίεση παλμού ( PULSE COMPRESSION )Η συμπίεση παλμού αυξάνει την μέση εκπεμπόμενη ισχύ (

χωρίς την αύξηση της μέγιστης εκπεμπόμενης ισχύος ) χωρίς απώλεια στην ικανότητα διαχωρισμού . Στην πίεση παλμού δημιουργείται ένας μικρός παλμός , ο οποίος εκτείνεται κατά την διάρκεια του χρόνου εκπομπής . Τότε όταν επιστρέφει σαν ηχώ , ο παλμός επαναφέρεται στο αρχικό του πλάτος .

Η διαδικασία εκτάσεως του παλμού καλείται κωδικοποίηση. Το μεγάλο πλεονέκτημα γίνεται αντιληπτό όταν επιτυγχάνεται η αποκωδικοποίηση ή η συρρίκνωση της ηχούς που επιστρέφει .

8.3.2.6 Κλιμάκωση της PRF ( STAGGERED PRF )Σε αυτόν τον τύπο παρεμβολής ο παρεμβολέας ακολουθεί

τον παλμό του RADAR . Κάθε φορά που ο δέκτης του παρεμβολέα αντιλαμβάνεται ένα παλμό από το RADAR στέλνει πίσω μια σειρά παλμών σε κανονικά διαστήματα , συμπληρώνοντας πλήρως το χρόνο επαναλήψεως παλμού ( PRΤ ) του RADAR ή το χρόνο ακρόασης . Εάν ο παρεμβολέας πάλλεται συνέχεια και έχει επαρκή ισχύ , μερικοί από τους πλευρικούς και οπίσθιους λοβούς του RADAR δυνατόν επίσης να παρεμβληθούν . Στην οθόνη θα εμφανιστούν αρκετές γραμμές διατεταγμένες ακτινικά και που αποτελούν μια σειρά στόχων. Όταν ο παρεμβολέας είναι πολύ κοντά , μπορεί να εμφανιστεί μια σειρά από συγκεντρωτικούς κύκλους . Ένα αντι-αντίμετρο για παρεμβολείς παλμικού συγχρονισμού είναι να κλιμακώσουμε την συχνότητα επανάληψης του παλμού του RADAR (Σχ. 12) .

75

Σχ. 12 STAGGERED PRFΚανονικά , το διάστημα ανάμεσα σε εκπεμπόμενους παλμούς ( PRT )

δεν θα αλλάζει από παλμό σε παλμό . Όταν αυτό το διάστημα κλιμακώνεται επηρεάζεται η χρονομέτρηση του παλμικού συγχρονισμού . Η εμβέλεια της ηχούς του RADAR θα παραμείνει σταθερή , αλλά οι εμβέλειες ψευδών στόχων που προκαλούνται από την παρεμβολή θα ποικίλουν από σάρωση σε σάρωση καθιστώντας τις ενσωματωμένες τεχνικές του VIDEO , ικανές να ξεχωρίζουν τα ψευδή σήματα της παρεμβολής από την πραγματική ηχώ του RADAR.

8.3.2.7 JITTERED PRFΕίναι παρόμοιο με την κλιμάκωση PRF . Διαφέρει στο ότι η

PRF διαφοροποιείται τυχαία από παλμό σε παλμό . Χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση της παρεμβολής παλμού συγχρονισμού . Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνεργασία με τον ενδείκτη κινητού στόχου ( ΜΤΙ ) , που είναι ειδικός δέκτης , ο οποίος εξαλείφει τις ανεπιθύμητες επιστροφές εδάφους και τους σταθερούς στόχους από την έξοδο του V iDe O του Ra Da R .

8.3.3 ΔέκτηςΗ λειτουργία ενός δέκτη είναι η ενίσχυση του ληφθέντος σήματος

σε μια τέτοια έκταση ώστε , να είναι δυνατή η απεικόνισή του με κάποια μορφή . Σε ένα RADAR , αυτό σημαίνει ότι η ηχώ του στόχου πρέπει να είναι ισχυρότερη από ένα ατμοσφαιρικό θόρυβο ή ένα σήμα παρεμβολής . Αυτό είναι γνωστό σαν αναλογία σήματος - θορύβου ή σήματος - παρεμβολής . Εάν το εύρος της ηχούς του στόχου υπερβεί εκείνο του σήματος παρεμβολής , η μείωση κέρδους του δέκτη μπορεί να απαλείψει την παρεμβολή , ενώ θα διατηρήσει το στόχο . Η μείωση κέρδους επηρεάζει και το στόχο και την παρεμβολή ισοδύναμα .

Μερικές τεχνικές ελέγχου κέρδους είναι οι παρακάτω :

8.3.3.1 Χειροκίνητος Έλεγχος Κέρδους ( Manual Gain Control ) Είναι δυνατόν ο δέκτης να κορεστεί και ακόμη θα έχει ηχώ

στόχου ,που είναι ισχυρότερη από το σήμα παρεμβολής . Σε αυτή την περίπτωση , μια απλή μείωση στο κέρδος του δέκτη μπορεί να φέρει τον δέκτη εκτός κορεσμού . Και ο στόχος και η παρεμβολή εξασθενούνε ισοδύναμα και έτσι η ηχώ του στόχου και έτσι η ηχώ του στόχου είναι ακόμα ισχυρότερη , απ' ότι το σήμα της παρεμβολής . Ο στόχος μπορεί να απεικονιστεί στην οθόνη πάνω από το σήμα της παρεμβολής .

8.3.3.2 Αυτόματος Έλεγχος Κέρδους ( Instantaneous Automatic Gain Control )

Το κύκλωμα αυτόματου ελέγχου κέρδους ( AGC ) δοκιμάζει το μέσο επίπεδο θορύβου στην έξοδο του δέκτη και υψώνοντας ή χαμηλώνοντας το κέρδος της μέσης ταχύτητας του δέκτη , διατηρεί το

76

επίπεδο της εξόδου σταθερό . Επειδή όμως τα AGC λειτουργούν πάρα πολύ σιγά , χρησιμοποιείται ο !AGC του οποίου ο χρόνος απόκρισης είναι αρκετά μικροδευτερόλεπτα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μειώσει την πιθανότητα να κορεστεί ο δέκτης .

8.3.3.3 Αυτόματη Ρύθμιση Θορύβου στις βαθμίδες του VIDEO ( AVNL = Automatic Video Noise Leveling )

Η αυτόματη ρύθμιση θορύβου στις βαθμίδες του VIDEO είναι ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου κέρδους , που χρησιμοποιείται για να διατηρήσει ένα σταθερό επίπεδο θορύβου στην έξοδο των ενισχυτών του VIDEO , ενός δέκτη RADAR . Ο σκοπός του AVNL , είναι να διαφοροποιεί το κέρδος των βαθμίδων του ενισχυτή VIDEO του δέκτη , οπότε το επίπεδο θορύβου μειώνεται ή αυξάνεται . Η AVNL όπως και ο AGC , είναι ένα σχετικά σταθερό κύκλωμα μακράς χρονικής περιόδου . Χρειάζεται πολλά μιλλιδευτερόλεπτα να αποκριθεί πλήρως στις αλλαγές της στάθμης εισόδου . Κανονικά το κύκλωμα AVNL δοκιμάζει την στάθμη θορύβου σε κάποιο διάστημα μικρής εμβέλειας κοντά στη μέγιστη εμβέλεια του RADAR και χρησιμοποιεί αυτή τη στάθμη , για να καθορίσει την απαιτούμενη αποκατάσταση κέρδους ( GAIN SETTING ) .

8.3.3.4 Σταθερά Ταχέως Χρόνου ( FTC = Fast Time Constant )Η τεχνική της σταθεράς ταχέως χρόνου χρησιμοποιείται σε

ένα περιβάλλον υψηλής ταραχής ( ύπαρξη πολλών ανεπιθύμητων σημάτων ή ακόμη σε περιβάλλον παρεμβολής για βελτίωση της ικανότητας αποκάλυψης στόχου . Αποτελείται από ένα διαφοριστή VIDEO σταθεράς , μικρού χρόνου.Ένα κανονικό κύκλωμα FTC χρησιμοποιεί μια σταθερά χρόνου που είναι λίγο μεγαλύτερη από ότι ο εκπεμπόμενος παλμός του RADAR . Αυτό σημαίνει ότι οι κανονικές επιστροφές στόχου περνούν με λίγη ή καθόλου παραμόρφωση ενώ οι μεγαλύτερες επιστροφές παλμού , όπως αυτές από παρεμβολή μεγάλου παλμού , μειώνονται ως προς το μήκος

Για σωστή λειτουργία FTC , ο δέκτης δεν πρέπει να παθαίνει κορεσμό από την παρουσία δυνατής παρεμβολής . Εάν ο κορεσμός γίνεται είτε στην βαθμίδα IF είτε στην βαθμίδα VIDEO πριν από το κύκλωμα FTC , τα στοιχεία του στόχου δεν μπορούν να αποκαλυφθούν με την λειτουργία του FTC .

8.3.3.5 Διαγραφή Πλευρικού Λοβού ( SLC = Side Love Cancellation ) και

Αμαύρωση Πλευρικού Λοβού ( SLB = Side Love Blanking ) Η διαγραφή πλευρικού λοβού και η αμάυρωση πλευρικού λοβού είναι

δυο τεχνικές που μειώνουν την επίδραση της λήψης του πλευρικού λοβού της κεραίας . Όλες οι κατευθυντήριες κεραίες έχουν πλευρικούς λοβούς διαφόρου ισχύος . Το υψηλότερο κέρδος , που μπορούμε να βρούμε σε πλευρικούς λοβούς ενός RADAR είναι μεταξύ 15 και 30 dB , κάτω του κέρδους του κυρίως λοβού . Συνεπώς ένας παρεμβολέας μέτριας ισχύος θα εισάγει την παρεμβολή , δια μέσου μερικών από τους πλευρικούς λοβούς , καθώς επίσης και από τον κύριο λοβό .

Η λήψη του πλευρικού λοβού μπορεί να προκαλέσει σύγχυση κάνοντας δύσκολο αν όχι αδύνατο τον εντοπισμό του παρεμβολέα στο σωστό αζιμούθιο και δεύτερον επιτρέποντας τον παραμβολέα να σκεπάζει το στόχο . Το σύστημα διαγραφής πλευρικού λοβού χρησιμοποιεί μια ξεχωριστή κατευθυντική κεραία και σύστημα λήψεως σε συνδυασμό με την κεραία του

77

κυρίως RADAR και του συστήματος λήψης . Όπως υπονοεί και ο όρος « διαγραφή πλευρικού λοβού » οι επιστροφές αζήτητων σημάτων εξαλείφονται με την τεχνική της διαγραφής . Η διαγραφή μπορεί να γίνει στο επίπεδο IF ή VIDEO . Στην εφαρμογή , το κέρδος της συνδυασμένης SLC κατευθυντικής κεραίας μαζί με τον δέκτη της , διαμορφώνεται για να είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το κέρδος του μεγαλύτερου πλευρικού λοβού της συνδυασμένης κύριας κεραίας , μαζί με τον δέκτη του κύριου RADAR . Η SLC είναι περισσότερο αποτελεσματική εναντίον ενός μόνο παρεμβολέα . Με περισσότερους του ενός παρεμβολείς αρχίζει να χάνει την δραστικότητά της , επειδή δεν μπορεί να ξεχωρίσει τα σήματα της παρεμβολής , από τις διάφορες πηγές για την διαδικασία της διαγραφής .

Η αμαύρωση του πλευρικού λοβού χρησιμοποιεί τα ίδια βασικά στοιχεία όπως η SLC, με την εξαίρεση ότι η SLC εξαλείφει τις αζήτητες επιστροφές του πλευρικού λοβού με μια τεχνική αμαυρώσεως , μάλλον παρά με την μέθοδο της διαγραφής του SLC . Όταν η έξοδος του διαγραφέα δείχνει παρεμβολή πλευρικού λοβού , παράγεται μια πύλη αμαυρώσεως που διακόπτει τον κύριο δέκτη . Καθώς αμαυρώνεται ο κύριος δέκτης , δεν μπορεί να υπάρξει καμμία έξοδος οποιουδήποτε είδους . Έτσι η SLB θα προκαλέσει την απώλεια των ισχυρών στόχων . Εάν η παρεμβολή είναι μικρής διάρκειας , όπως η παρεμβολή παλμού , η SLB μπορεί να είναι ακόμη αποτελεσματική , επειδή αμαυρώνει τον κύριο δέκτη μόνο , για μικρά χρονικά διαστήματα , μειώνοντας έτσι την απώλεια πληροφοριών για έγκυρους στόχους στην SLB .

8.3.3.6 Διάκριση Εύρους Παλμού ( PWD = Pulse Width Discrimination )

Η Διάκριση Εύρους Παλμού είναι μια τεχνική , που χρησιμοποιείται για να κάνει διευκρίνιση επί των λαμβανόμενων παλμών που δεν έχουν την ίδια διάρκεια , όπως ο εκπεμπόμενος παλμός του RADAR . Μερικά κυκλώματα PWD κάνουν διάκριση εναντίον όλων των παλμών , που είναι ή μικρότεροι ή μεγαλύτεροι από την διάρκεια του εκπεμπόμενου παλμού , ενώ άλλα κυκλώματα PWD κάνουν διάκριση μόνον εναντίον παλμών , που είναι μεγαλύτεροι από τον εκπεμπόμενο παλμό . Η PWD επεξεργάζεται κάθε σήμα RADAR δια μέσου δυο διαδρομών . Η μια είναι η κανονική διαδρομή του σήματος μέσα από τον δέκτη . Η άλλη αποτελείται από κυκλώματα , που μετρούν την διάρκεια του παλμού του κάθε σήματος και παράγουν σήματα ελέγχου για να καταστείλουν εκείνα με το λανθασμένο μήκος . Η PWD χρησιμοποιείται για να εξαλείψει την επίδραση της παρεμβολής παλμού , όταν οι παλμοί παρεμβολής δεν έχουν το ίδιο μήκος , όπως ο πραγματικός παλμός RADAR . Εφ' όσον αυτό το κύκλωμα παράγει μια πύλη αμαυρώσεως η οποία αποκλείει τον δέκτη , όταν γίνεται αντιληπτός ένας παλμός λανθασμένου μήκους , τότε καταλήγουμε στην απώλεια πληροφοριών ισχυρού στόχου .

8.3.3.7 Ανιχνευτής Παρεμβολής Παλμού ( DPI = Detector Pulse Interference )

Η ανίχνευση παλμού παρεμβολής είναι μια τεχνική παρόμοια , με την PWD στο ότι τα σήματα του RADAR που λαμβάνονται επεξεργάζονται μέσω δυο διαδρομών. Η μια διαδρομή μεταφέρει το λαμβανόμενο σήμα του RADAR , ενώ η άλλη αναπτύσσει ένα σήμα ελέγχου , το σήμα περνά μέσω δυο διαύλων . Ο ένας δίαυλος περιλαμβάνει μια καθυστέρηση ισοδύναμη με το χρόνο επαναλήψεως του παλμού του RADAR.

78

Ο άλλος δίαυλος δεν έχει καμία καθυστέρηση . Τα σήματα καθυστερήσεως και τα μη καθυστερούμενα συγκρίνονται για σύμπτωση . Οι πραγματικοί στόχοι θα έχουν περίπου την ίδια εμβέλεια σε διαδοχικές επιστροφές , αλλά η μη σύγχρονη παρεμβολή δεν θα έχει . Εάν ένας παλμός εμφανίζεται σε μια PRT ( Pulse Repetition Time ) , αλλά όχι ο επόμενος , τότε αμαυρώνεται . Εάν ένας στόχος εμφανίζεται στην ίδια εμβέλεια σε διαδοχικές PRT , θεωρείται πραγματικός και επιτρέπεται να ερευνηθεί . Οι επιστροφές , που φαίνονται να κινούνται αισθητά σε απόσταση , κατά την διάρκεια κάθε PRT καταστέλλονται.

8.4 Επιπρόσθετα επινοήματα8.4.1 Πολικότητα της Κεραίας

Η πόλωση της κεραίας είναι επίσης ένας μεγάλος συντελεστής για την ικανότητα του RADAR να εργάζεται σε ένα περιβάλλον ECM . Θεωρητικά μια κεραία με κατακόρυφη πόλωση δεν θα ανταποκριθεί καθόλου σε ηλεκτρομαγνητικά σήματα που έχουν οριζόντια πόλωση και αντίθετα . Επίσης μια κεραία που είναι κυκλικά πολωμένη σε μια διεύθυνση δεν θα λαμβάνει σήματα που είναι κυκλικά πολωμένα ως προς την αντίθετη κατεύθυνση . Έτσι ένα RADAR που έχει την δυνατότητα να αλλάζει πόλωση θα είναι ικανό να επιλέγει την κατάλληλη πόλωση και να είναι αποτελεσματικό εναντίον της παρεμβολής ή της παρενόχλησης που λαμβάνει .

8.4.2 Χρονικός Έλεγχος Ε υ α ισ θ η σ ία ς ^ ^ = Sensitivity Time Control) Αφού η ισχύς της επιστρεφόμενης ηχούς είναι αντιστρόφως

ανάλογη της τετάρτης δύναμης της απόστασης , θα υπήρχε μια μεγάλη ποικιλία στο μέγεθος των VIDEO παλμών για ίδιους στόχους σε διαφορετικές αποστάσεις . Μεγάλου μεγέθους επιστροφές στην περιοχή γύρο από το RADAR μειώνουν σοβαρά τις ικανότητες του RADAR σε κοντινές αποστάσεις , όπως επίσης και στις μεγάλες αποστάσεις . Γι αυτό οι περισσότεροι δέκτες χρησιμοποιούν τα κυκλώματα STC . Το κύκλωμα STC ελαττώνει το GAIN όταν ο παλμός εκπέμπεται και τον αυξάνει σταδιακά μέχρι την μέγιστη τιμή λίγο πριν στείλει τον επόμενο παλμό .

Ηχώ από κοντινούς στόχους φτάνουν αμέσως αφότου έφυγε ο παλμός και το κέρδος της κεραίας επιστροφής είναι πολύ μικρό . Ηχώ από μεγαλύτερες αποστάσεις φτάνουν αργότερα , εξασθενημένες αλλά το STC τους δίνει μεγαλύτερο κέρδος και έτσι φαίνονται όλα σχεδόν ομοιόμορφα .

79

Κεφάλαιο 9Εύρεση της θέσης του Radar με GPS

9.1 ΓενικάΤο παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα GPS Global Positioning System ) για

την διακρίβωση του στίγματος ( προσδιορισμός των απόλυτων και σχετικών συντεταγμένων ) ενός δέκτη μπορεί να εντοπίσει τον δέκτη , παντού πάνω στη γη σε τρέχοντα χρόνο (

Σχ. 9.1 Δορυφορικό τμήμα του GPSΗ ακρίβεια του εντοπισμού είναι καλύτερη από 100 μέτρα για το κοινό .

Για δέκτες που έχουν πρόσβαση στους κώδικες ακριβείας του συστήματος , το σφάλμα είναι μικρότερο από 10 μέτρα .

Τα τρία βασικά τμήματα από τα οποία αποτελείται το σύστημα GPS φαίνεται στο Σχ. 9.2 .

Real Time ) .( Σχ. 9

Σχ. 9.2 Βασικά τμήματα του GPSΟ εντοπισμός του δέκτη γίνεται σε τρεις διαστάσεις και παρέχονται , το

γεωγραφικό μήκος , το γεωγραφικό πλάτος , και το υψόμετρο πάνω από την θάλασσα.

80

Ο προσδιορισμός του στίγματος στηρίζεται στη μέτρηση της απόστασης του δέκτη από τέσσερις δορυφόρους . ( Σχ. 9.3 )

Σχ 9.3 Η αρχή εντοπισμού θέσης με GPSΜετά την μέτρηση αυτή , το στίγμα του προσδιορίζεται στην τομή

τεσσάρων σφαιρικών επιφανειών με κέντρα τις θέσεις των δορυφόρων και ακτίνες τις αποστάσεις που μετρήθηκαν .

Τους δορυφόρους του συστήματος παρακολουθούν , ελέγχουν , συγχρονίζουν και ενημερώνουν μια σειρά σταθμών εδάφους ( Σχ. 9.4 )

Όλοι οι δορυφόροι του συστήματος έχουν την ικανότητα να διορθώνουν τις τυχόν αποκλίσεις από τα προϋπολογισμένα , που παρουσιάζονται στην τροχιά τους . Επίσης έχουν την ικανότητα να στρέφουν σταθερά την κεραία εκπομπής τους προς τη γη .

Το σήμα που εκπέμπουν οι δορυφόροι μεταφέρει στοιχεία για την τροχιά τους , από τα οποία είναι δυνατός ο ακριβής υπολογισμός της θέσης του δορυφόρου , κάθε χρονική στιγμή . Ακόμη εκπέμπουν τον ακριβή παγκόσμιο χρόνο και μια διαμόρφωση που επιτρέπει να καθορίζεται η χρονική στιγμή της άφιξης του σήματος στο δέκτη με ακρίβεια 0,1 μββο . Επιπλέον το σήμα τους μεταφέρει με τον αργό ρυθμό των 50 bit / sec , μια σειρά μηνυμάτων , που υπαγορεύουν στους δορυφόρους , οι επίγειοι σταθμοί του συστήματος .

Το κεντρικό στοιχείο του κυκλώματος κάθε δορυφόρου είναι ένας ατομικός ταλαντωτής καισίου σε συχνότητα 10.23 ΜΗζ που ελέγχεται από τη γη και συγχρονίζεται με τον ακριβή παγκόσμιο αστρονομικό χρόνο .

Η συχνότητα του ταλαντωτή πολλαπλασιάζεται επί 154 φορές για να δώσει την συχνότητα 1575,42 ΜΗζ ( λ = 19 cm ) και επί 120 φορές για να δώσει την συχνότητα 1227,6 ΜΗζ ( λ = 24 cm ) . Οι δυο αυτές συχνότητες διαμορφώνονται διαφορικά κατά φάση , με παλμοσειρές ενός δυαδικού ψευδοτυχαίου κώδικα που βοηθά να σημειωθεί στο δέκτη η ακριβής χρονική

81

στιγμή της άφιξής τους και να υπολογιστεί ( για κάθε συχνότητα χωριστά ) η διάρκεια του ταξιδιού της από τον δορυφόρο στο δέκτη , μέσα από την ιονόσφαιρα .

Όλοι οι δορυφόροι του συστήματος εκπέμπουν στις συχνότητες 1227,6 ΜΗζ και 1575,42 ΜΗζ , συνεχώς . κάθε δορυφόρος όμως χρησιμοποιεί την δική του χαρακτηριστική κωδική ψευδοτυχαία ακολουθία δυαδικών παλμών , όπως του την υπαγορεύουν οι σταθμοί εδάφους , για να διαμορφώσει τις συχνότητες που εκπέμπει .Η χαρακτηριστική αυτή ακολουθία είναι γνωστή στο δέκτη , πριν από τη λήψη του σήματος του δορυφόρου . Στο δέκτη , τα σήματα όλων των δορυφόρων χωρίζονται στο στάδιο της αποκωδικοποίησης , με υπολογισμό της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης της κάθε κωδικοσειράς , ώστε για κάθε δορυφόρο ( και για κάθε συχνότητα ) να μετριέται χωριστά ο χρόνος διαδρομής του σήματος .

9.2 Εντοπισμός του Δέκτη με GPSΤο στίγμα του δέκτη προσδιορίζεται στην τομή τεσσάρων σφαιρικών

επιφανειών με κέντρα τις θέσεις των δορυφόρων και ακτίνες τις αποστάσεις τους από το δέκτη.

Με την επεξεργασία των αποτελεσμάτων της μέτρησης υπολογίζονται το γεωγραφικό μήκος , το γεωγραφικό πλάτος , και το υψόμετρο πάνω από την θάλασσα .

Όταν φτάνουν τα σήματα από περισσότερους δορυφόρους , αυτός επιλέγει αυτόματα εκείνα που σχηματίζουν τον περισσότερο αξιόπιστο σχεδιασμό .

Το πρώτο στοιχείο που χρειάζεται για την μέτρηση της κάθε μιας απόστασης δορυφόρου - δέκτη είναι η ακριβής θέση του δορυφόρου τη στιγμή που ο κάθε δορυφόρος εκπέμπει το σήμα χρονικής αναφοράς .

Το δεύτερο στοιχείο που χρειάζεται για την μέτρηση της κάθε μιας απόστασης δορυφόρου - δέκτη είναι η ακριβής στιγμή που ο κάθε δορυφόρος εκπέμπει το σήμα χρονικής αναφοράς .

Το τρίτο στοιχείο που χρειάζεται για την μέτρηση της κάθε μιας απόστασης δορυφόρου - δέκτη είναι η ακριβής χρονική στιγμή , που το σήμα του κάθε δορυφόρου φτάνει στο δέκτη .Οι δορυφόροι εκπέμπουν στις συχνότητες f = 1575,42 MHz και f2 = 1227.6 MHz .

Οι δυο συχνότητες διαμορφώνονται με μια κωδική λέξη , που συνιστούν 1023 δυαδικοί παλμοί , διάρκειας 09975 μββο ο καθένας . Επομένως κάθε κωδική λέξη διαρκεί ακριβώς 1 msec ( Σχ. 9.5 )

82

1 Msec* t

“ r L T m i / H A i ? / w k N A(γίνικής i '

πρόσβασης) Μήκος κώδικα ι msecΔιαδοχή 1000 παλμών E/τανύίΐπψη

διαδοχής

Κώδικας Ρ __ [Εμπιστίυτικσς | L.

_ j [_ 0,1 μ5«

^-rLF 1 b j y l . 'V 'O P iry^I r 1

Μήκος κώδικα μια εβδομάδα

Σχ. 9.5 Κώδικες χαμηλής και υψηλής ακρίβειας του δέκτηΠαράλληλα ο δορυφόρος εκπέμπει ένα σήμα χρονικής αναφοράς κάθε

1,5 sec . Μετρώντας ο δέκτης ανάμεσα σε δυο σήματα χρονικής αναφοράς , μπορεί να γνωρίζει σε κάθε στιγμή , τον ακριβή παγκόσμιο χρόνο της εκπομπής του σήματος με ακρίβεια 1 μsec . Η λέξη που διαμορφώνει τις συχνότητες f1 και f2 ονομάζεται κώδικας χαμηλής ακρίβειας ( Coarse Acquisition , C / A Code ) .

Όταν λάβει ο δέκτης την κωδική λέξη , πρέπει με υπολογισμό της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης να υπολογίσει τη χρονική στιγμή άφιξης του σήματος με ακρίβεια 1 μsec .

Ο υπολογισμός της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης στο δέκτη γίνεται από τον έλεγχο του ρολογιού του δέκτη . Το ρολόι του δέκτη αλλάζει την φάση του αρχέτυπου σε μικρά βήματα ίσα με 1 μsec . ( Σχ. 9.6 )

Σχ. 9.6 Συγχρονισμός των σημάτων γ ια τον εντοπ ισμό του συσχετισμού τους

Όταν τα δυο σήματα γίνουν συμφασικά , η έξοδος του κυκλώματος αυτοσυσχέτισης μεγιστοποιείται .

Η χρονική στιγμή της άφιξης του δορυφορικού σήματος στο δέκτη μετριέται με το ρολόϊ του που έχει μικρή ακρίβεια .

Σημασία έχει όμως η χρονική διαφορά από την άφιξη των κωδικών λέξεων που έρχονται από τους άλλους τρεις δορυφόρους και μετριούνται με το ίδιο ρολόι του δέκτη

Η ακρίβεια 1 μsec στην καταχώρηση της άφιξης του δορυφορικού σήματος στο δέκτη σημαίνει οτι παραμένει περιθώριο σφάλματος 100 έως 150 μέτρων στον προσδιορισμό του στίγματος .

83

Έστω οτι είναι γνωστές με ακρίβεια στο δέκτη οι συντεταγμένες τεσσάρων δορυφόρων ( χι , yi , ζι ) , ( χ2 , y2 , Ζ2 ) , ( χ3 , ys , zs ) και ( χ4 , y4 , z4 ) και οι αντίστοιχες χρονικές στιγμές t1 , t2 , t3 και t4 της εκπομπής των σημάτων τους αλλά και οι αντίστοιχες διορθώσεις Δ^ , Δ t2 , Δ t3 και Δ t4 του ρολογιού , καθένα του σε σχέση με τον παγκόσμιο χρόνο .

Επίσης έστω οτι υπολογίζονται με ακρίβεια οι χρονικές στιγμές Τ1 ,Τ2 , Τ3 , και Τ4 της άφιξης των τεσσάρων δορυφόρων.

Με αξιοποίηση των δεδομένων αυτών είναι δυνατόν να υπολογιστούν οι συντεταγμένες χ , y , z αλλά και το σφάλμα του ρολογιού του δέκτη , Δ ^ με τις εξισώσεις :

( xi - x )2 + ( yi - y )2 + ( zi - ζ )2 = c2 . ( Ti + Δ ^ - ti - Δ ίι )2

( Χ2 - x )2 + ( y2 - y )2 + ( Z2 - z )2 = c2 . ( T2 + Δίο - t2 - Δί2 )2

( Χ3 - x )2 + ( y3 - y )2 + ( z3 - z )2 = c2 . ( T3 + Δίο - t3 - Δ13 )2

( x4 - x )2 + ( y4 - y )2 + ( z4 - z )2 = c2 . ( T4 + ΔΙο - t4 - Δ14 )2

Στη χρονική περίοδο που μεσολάβησε ως την ολοκλήρωση του συστήματος έχει σημασία να γίνει δυνατή η μέτρηση του στίγματος του δέκτη ακόμη και όταν πάνω από τον ορίζοντά του υπήρχαν τρεις δορυφόροι με την προϋπόθεση οτι ο δέκτης βρίσκεται στην επιφάνεια της θάλασσας οπότε το υψόμετρο είναι μηδενικό . οπότε έχουμε σύστημα τριών εξισώσεων για τις αποστάσεις του δέκτη από τους τρεις δορυφόρους και σαν τέταρτη εξίσωση να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση της επιφάνειας του γεωειδούς ( = μέση στάθμη της επιφάνειας της θάλασσας την οποία φανταζόμαστε να επεκτείνεται και κάτω από τις προεξοχές της γης Σχ. 9.7 ) , που περιέχει βέβαια μόνο τους αγνώστους χ , y , ζ και όχι Δίο ■

Σχ. 9.7 Γ εωειδές

84

Κεφάλαιο 10Κακοκαιρία -Στιγμιαίος Ιονισμός - Αποφυγή

κεραυνούΑντικεραυνική Προστασία - Βελτίωση ή Αρχική

Εγκατάσταση

10.1 ΚακοκαιρίαΩς κακοκαιρία ορίζεται ένα διάστημα με "κακές" καιρικές συνθήκες.

Αυτό το διάστημα μπορεί να συμπεριλαμβάνει ισχυρές βροχοπτώσεις, χιονοπτώσεις, καταιγίδες με ή χωρίς χαλάζι

10.2 ΚαταιγίδαΗ Καταιγίδα (Thunderstorm) είναι ένα μετεωρολογικό φαινόμενο που

συνοδεύεται από αστραπές, κεραυνούς, μερικές φορές χαλάζι και πάντα με έντονη βροχόπτωση και ισχυρούς ανέμους. Σπανίως εμφανίζονται και ανεμοστρόβιλοι μαζί με τις καταιγίδες, αλλά μόνο σε ορισμένα σημεία στον κόσμο. Καταιγίδα λέγεται κάθε βίαιη ατμοσφαιρική διατάραξη (συνεπώς κακοκαιρία) που συνοδεύεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις.

10.2.1 Προϋποθέσεις δημιουργίαςΓια να δημιουργηθεί μια καταιγίδα πρέπει να εκπληρώνονται

κάποιες προϋποθέσεις που είναι ακριβώς εκείνες του ασταθή και υγρού καιρού. Η πιο σημαντική από αυτές είναι να συμβεί μία μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο έδαφος και στην ανώτερη ατμόσφαιρα, δηλαδή η καθ' ύψος θερμοκρασία πρέπει να μειώνεται έντονα σταδιακά με ρυθμό τουλάχιστον 0,6 βαθμούς Κέλβιν ανά 100 μέτρα. Έτσι η αέρια μάζα που θερμαίνεται έχει ως συνέπεια να ανυψώνεται αφού είναι πιο ζεστή και επομένως πιο ελαφριά από ότι ο περιβάλλων αέρας της. Έτσι συνεχίζει να ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα.

Ένας άλλος εξίσου σημαντικός παράγοντας για την δημιουργία μιας καταιγίδας είναι η ύπαρξη αυξημένης υγρασίας στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας , κοντά στο έδαφος. Και για να αρχίσει να ανεβαίνει η υγρή και θερμή αέρια μάζα χρειάζεται ένα "σπρώξιμο" προς τα πάνω. Αυτό το σπρώξιμο μπορεί να είναι η ηλιακή ενέργεια ή ένας λόφος.

85

Σχ. 10.1 Σύννεφο Cum ulonim bus

10.2.2 Διαδικασία δημιουργίας - Στιγμιαίος ΙονισμόςΑφού όλες οι απαιτούμενες προϋποθέσεις έχουν εκπληρωθεί , η

αέρια μάζα με τους υφιστάμενους σ ' αυτή υδρατμούς αρχίζει να ανυψώνεται. Όταν φτάσει σε ένα ορισμένο ύψος, στο σημείο δρόσου, τότε ψύχεται. Το υψόμετρο στο οποίο θα φτάσει στο σημείο δρόσου , και επομένως να συμπυκνώνεται, εξαρτάται από την σχετική υγρασία. Έτσι δημιουργούνται τα σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης που λέγονται σωρείτες (Cumulus). Αν το ανοδικό ρεύμα συνεχίσει να υπάρχει τα σύννεφα μεγαλώνουν και διογκώνονται κατακόρυφα, και όταν το ανώτερο μέρος του σύννεφου έχει φτάσει σε τέτοιο υψόμετρο ώστε αρχίζει και παγώνει, τότε μιλάμε για σωρειτομελανίες (Cumulonimbus). Συνήθως το επίπεδο παγοποίησης αυτών των σύννεφων είναι γύρω στα 10 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του εδάφους, σε ορισμένες περιπτώσεις μέχρι και 12 χιλιόμετρα. Στις τροπικές περιοχές φτάνουν σε ύψος ακόμη και τα 18 χιλιόμετρα.

Στην πραγματικότητα οι υδροσταγόνες στα νέφη αυτά κυριολεκτικά αναρπάζονται στροβιλιζόμενα προς τα πάνω από πολύ ισχυρά ανοδικά ρεύματα που επικρατούν σ ' αυτά τα νέφη. Οι σταγόνες αυξάνουν μεν κατά μέγεθος αλλά όχι απεριόριστα. Όταν αυτές αποκτήσουν ένα ορισμένο μέγεθος (διάμετρο περίπου 5-6 mm) λόγω της αντίστασης του αέρα διασπώνται σε μικρότερες. Κατά την διάσπασή τους απελευθερώνονται ηλεκτρικά φορτία θετικά και αρνητικά, που όμως κατανέμονται χωριστά στα διάφορα μέρη του νέφους μεταξύ της βάσης του και της κορυφής του. Όταν το δυναμικό μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων αυξηθεί αρκετά επέρχεται εκκένωση υπό μορφή ηλεκτρικού σπινθήρα. Η εκκένωση αυτή μπορεί να γίνει μεταξύ του νέφους και της Γης, ή μεταξύ δύο νεφών ή ακόμη και μεταξύ επιμέρους τμημάτων του ίδιου του νέφους.

• Αστραπή ονομάζεται η λάμψη της ηλεκτρικής αυτής εκκένωσης.• Βροντή ονομάζεται ο κρότος που συνοδεύει αυτή την εκκένωση.• Κεραυνός ή αστροπελέκι (κατά δημώδη έκφραση) ονομάζεται ιδιαίτερα

η εκκένωση που συμβαίνει μεταξύ νέφους και επιφάνειας Γης (στη ξηρά ή στη θάλασσα). Άν το καταιγιδοφόρο νέφος βρίσκεται πολύ μακριά πιθανώς η βροντή να μην ακουσθεί.

Η ατμόσφαιρα είτε ο ουρανός είναι αίθριος είτε με κακοκαιρία και με νέφη είναι πάντοτε ηλεκτρισμένη.

Ενώ η ατμόσφαιρα είναι μονωτής (διηλεκτρικό) σε κανονικές συνθήκες, κάτω όμως από ειδικές συνθήκες (η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ ενός σύννεφου και της Γης να γίνει πολύ μεγάλη π.χ. 5 εκατομμύρια V/m) γίνεται αγώγιμη (για πολύ μικρό χρόνο ( Στιγμια ίος Ιονισμός ) της τάξεως των μsec). Αποτέλεσμα είναι τα ηλεκτρόνια στη βάση του νέφους να διαπερνούν την ατμόσφαιρα και να φτάνουν στη Γη. Έτσι δημιουργείται μια ηλεκτρική εκκένωση που συνοδεύεται και από άλλα φαινόμενα.

86

Σχ 10.2 Η κλασική εικόνα του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού

Η Γη και η ηλεκτρόσφαιρα θεωρούνται δύο οπλισμοί ενός σφαιρικού πυκνωτή, οι οποίοι χωρίζονται από την ατμόσφαιρα.Στη μελέτη του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού η Γη θεωρείται ότι είναι αρνητικά φορτισμένη. Τα θετικά φορτία που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα κινούνται προς τη Γη και δημιουργείται έτσι ένα κατακόρυφο ηλεκτρικό ρεύμα αέρα - Γης.

10.3 Οι κεραυνοίΟι ηλεκτρικές εκκενώσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα και

οφείλονται σε φυσικά αίτια ονομάζονται κεραυνοί. Ο κεραυνός συνοδεύεται από φωτεινά φαινόμενα, τις αστραπές, και από ηχητικά φαινόμενα, τις βροντές.

Οι κεραυνοί δημιουργούνται κατά τη διάρκεια των καταιγίδων, συνήθως στα νέφη τύπου σωρειτομελανία. Οφείλονται στο διαχωρισμό και τη συγκέντρωση σε ξεχωριστές περιοχές θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων. Ο διαχωρισμός των ηλεκτρικών φορτίων δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο όταν η ένταση του ξεπεράσει τη διηλεκτρική αντοχή του αέρα, ξεσπά ο κεραυνός. Κατά τη τι διάρκεια μιας καταιγίδας μπορεί να ξεσπάσουν κεραυνοί ανάμεσα σε διαφορετικά νέφη, μέσα στο ίδιο νέφος, ανάμεσα σε ένα νέφος και στον αέρα ή από ένα νέφος προς το έδαφος.

Τα ισχυρά ρεύματα του κεραυνού παράγουν πολύ μεγάλα και χρονικώς μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ακόμη, προκαλούν πολλές καταστροφές. Μια από αυτές είναι μεγάλες βλάβες στις ηλεκτρικές γραμμές μεταφοράς και καταστροφή εκτεθειμένων ή μη προστατευόμενων ηλεκτρονικών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων υψηλού κόστους. Κεραυνοί πέφτουν σε ολόκληρο τον κόσμο. Εκτιμάται ότι κάθε χρονική στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη 1.800 καταιγίδες, που παράγουν 100 κεραυνούς το

δευτερόλεπτο. Σε ημερήσια βάση στη Γη σημειώνονται 44.000 καταιγίδες, που παράγουν πάνω από 8.000.000 κεραυνούς.

10.3.1 Η μελέτη του κεραυνού

87

Οι κεραυνοί ξεσπούν επειδή μέσα στα σύννεφα παράγονται, με διαδικασίες διαχωρισμού των ηλεκτρικών φορτίων, περιοχές που έχουν αμιγώς ένα μόνο είδος φορτίου, πράγμα που δίνει στα σύννεφα μια δομή ηλεκτρικού δίπολου (όπως το μαγνητικό δίπολο της Γης, με το ένα άκρο θετικό και το άλλο αρνητικό).

Ένα καθαρό θετικό φορτίο τοποθετείται σε ύψος δέκα χιλιομέτρων (όπου η θερμοκρασία είναι περίπου -45°) και ένα καθαρό αρνητικό φορτίο στα πέντε χιλιόμετρα (-15°). Και τα δύο φορτία έχουν το ίδιο μέγεθος, συνήθως 40 κουλόμπ. Ένα μικρότερο θετικό φορτίο υπάρχει σε ύψος δύο χιλιομέτρων (+ 5°). Η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού ανάμεσα στο σύννεφο και το έδαφος είναι της τάξης των 108 βολτ (εκατό εκατομμύρια βολτ). Στην περίπτωση αυτή το φορτίο επικάθεται σε σωματίδια πάγου η σε σταγόνες νερού ή και στα δύο.

Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορούν να ξεσπάσουν μεταξύ οποιωνδήποτε αντίθετα φορτισμένων περιοχών, ή ανάμεσα στο σύννεφο και στον περιβάλλοντα αέρα.

Με την εμφάνιση των καταιγιδοφόρων νεφών τύπου σωρειτομελανία (cumulonibus), η ηλεκτρική κατάσταση της ατμόσφαιρας και του εδάφους αλλάζει ριζικά.

Ο σωρειτομελανίας δρα σαν μια τεράστια ηλεκτροστατική μηχανή, επειδή στο εσωτερικό του επικρατούν ισχυρά ρεύματα, κυρίως ανοδικά και καθοδικά. Φορείς των ηλεκτρικών φορτίων είναι οι σταγόνες και οι παγοκρύσταλλοι.

Σύντομα η διαφορά δυναμικού μεταξύ της βάσης και της κορυφής του νέφους, που αρχικά υπάρχει λόγω του γήινου ηλεκτρικού πεδίου, παίρνει πολύ μεγάλες τιμές και ξεσπά ο κεραυνός μεταξύ νέφους και εδάφους, όπου ήδη έχουν συγκεντρωθεί επαγωγικά μεγάλα ηλεκτρικά φορτία, ή μεταξύ δύο νεφών ή μέσα στο ίδιο το νέφος.

Συνήθως θετικά φορτισμένη είναι η βάση του νέφους και αρνητικά το έδαφος, αλλά μπορεί να συμβεί και το αντίθετο, ή ακόμη να γίνει ταχύτατη εναλλαγή πολικότητας κατά τη διάρκεια του φαινομένου.

Η διαφορά δυναμικού κατά την έκρηξη του κεραυνού είναι εκατοντάδες εκατομμύρια Volt και το ρεύμα που διέρχεται από τη φλέβα του σπινθήρα είναι δεκάδες χιλιάδες Αmperes. Το μήκος του κεραυνού μπορεί να φθάσει αρκετά χιλιόμετρα και έχει τεθλασμένη ή κυματοειδή μορφή, ενώ το πλάτος της φλέβας του σπινθήρα είναι μικρό, μέχρι μερικές δεκάδες εκατοστόμετρα.

88

Το π ιο χαμηλό τμήμα ενός καταιγιδοφόρου νέφους εδώ είναι αρνητικά φορτισμένο. Λόγω επαγω γής το απέναντι μέρος της Γης φορτίζεται

θετικά. Έ τσ ι δημιουργείτα ι ένα ρεύμα αρνητικώ ν φορτίω ν προς τη Γη (αρνητική αστραπή). Μπορεί όμως να δημιουργηθεί και το αντίθετο

φαινόμενο (θετική αστραπή)

Η διάρκεια του κεραυνού είναι μικρή, μερικά δέκατα του δευτερολέπτου, αλλά μέσα στο διάστημα αυτό δημιουργούνται πολλοί διαδοχικοί σπινθήρες με μικρή μετατόπιση στην τροχιά τους. Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται μέσα στη φλέβα είναι πολύ μεγάλη, της τάξης των 10.000 °C και δημιουργεί έντονο ιονισμό και διέγερση των αερίων της ατμόσφαιρας, τα οποία φωτοβολούν για όσο διάστημα διαρκεί η εκκένωση (αστραπή).

Η μεγάλη θέρμανση του αέρα και η εκτόνωση του δημιουργεί έντονο κρότο (βροντή). Επειδή το φως διαδίδεται ασυγκρίτως ταχύτερα από τον ήχο, αν μετρηθεί το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ της αστραπής και της βροντής μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση η απόσταση του τόπου παρατήρησης από την περιοχή πτώσης του κεραυνού.

10.3.2 Κίνδυνος από κεραυνούςΗ πτώση των κεραυνών συμβαίνει στα υπερυψωμένα σημεία του

εδάφους όπου, εξαιτίας της πύκνωσης των δυναμικών γραμμών, το ηλεκτρικό πεδίο έχει τις μεγαλύτερες τιμές.

Συχνά τα θύματα δεν πλήττονται άμεσα από τον κεραυνό, αλλά από τα ισχυρά επαγωγικά ρεύματα που δημιουργούνται στην περιοχή πτώσης του.

89

10.4 ΑλεξικέραυνοΑποτελεσματική προστασία από τους κεραυνούς δίνει το αλεξικέραυνο

με το οποίο πρέπει να εφοδιάζονται τα υψηλά και απομονωμένα κτίρια.Το αλεξικέραυνο αποτελείται από μία ή περισσότερες μεταλλικές

ανοξείδωτες αιχμές, στερεωμένες σε μεταλλική ράβδο που προεξέχει από το υψηλότερο σημείο του κτιρίου. Η ράβδος γειώνεται με χονδρό χάλκινο καλώδιο συνδεόμενη με μια μεγάλη χάλκινη πλάκα, κατάλληλα τοποθετημένη μέσα στο έδαφος. Στις ακίδες των σύγχρονων αλεξικέραυνων τοποθετείται μικρή ποσότητα ραδιενεργού υλικού, η οποία δημιουργεί ιονισμό στον αέρα και, συνεπώς, αύξηση της αγωγιμότητας του.

Με την προσέγγιση ηλεκτροφόρου νέφους, το αλεξικέραυνο δρα στην αρχή προληπτικά, γιατί στην κορυφή του δημιουργείται εκκένωση θυσάνου, η οποία εκφορτίζει το έδαφος. Αν παρ' όλα αυτά η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου παραμένει υψηλή και πέσει ο κεραυνός, τότε το ισχυρότατο ρεύμα του διέρχεται από τη «γραμμή» της καλύτερης αγωγιμότητας, που είναι πρώτα η ιονισμένη από την προηγηθείσα εκκένωση περιοχή του αέρα πάνω από το αλεξικέραυνο και στη συνέχεια ο αγωγός του αλεξικέραυνου, μέχρι την απορρόφηση του από το έδαφος. Ικανοποιητική προστασία παρέχει το αλεξικέραυνο σε απόσταση από τη βάση του περίπου διπλάσια του ύψους του.

Με ειδικά αλεξικέραυνα εφοδιάζονται πάντοτε και οι εναέριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος ώστε, όταν πληγούν άμεσα ή επαγωγικά από κεραυνό, να μην αυξηθεί υπερβολικά η τάση στο δίκτυο και επακολουθήσουν καταστροφές.

10.5 Αντικεραυνική προστασία - Βελτίωση ή Αρχική Εγκατάσταση

Για να τοποθετηθεί ένα αλεξικέραυνο πρέπει να μελετηθεί σε ποιά στάθμη προστασίας ( Ι - IV ) θα πρέπει να ενταχθεί ο σχεδιασμός του . Αφού ενταχθεί σε μια από τις στάθμες προστασίας γίνεται ο σχεδιασμός του και η υλοποίηση . Γιαυτό συμβουλευόμαστε το πρότυπο ΕΛΟΤ 1412 .

Επίσης επιβάλλεται να γίνεται έλεγχος σε υπάρχοντα αλεξικέραυνα και να γίνεται η βελτίωσή τους σύμφωνα με τον ΕΛΟΤ 14 ΐ 2 και ΕΛΟΤ 1197 .

Σύμφωνα με το παραπάνω πρότυπο έχουμε :1 . Το Εξωτερικό Σύστημα Αντικεραυνικής Προστασίας ( Εξωτερικό

ΣΑΠ )2 . Το Εσωτερικό Σύστημα Αντικεραυνικής Προστασίας ( Εσωτερικό

ΣΑΠ )10.5.1 Εξωτερικό ΣΑΠ

Μπορεί να είναι σε επαφή με την κατασκευή που χρήζει προστασίας . Επίσης μπορεί να είναι μονωμένο , που εγκαθίσταται όταν οι θερμικές επιπτώσεις στο σημείο του πλήγματος ή στους αγωγούς που διαρρέονται από ρεύμα κεραυνού , μπορούν να προκαλέσουν ζημιά στην κατασκευή που χρήζει προστασίας .

Αποτελείται από :1 . Το Συλλεκτήριο Σύστημα2 . Τους Αγωγούς καθόδου3 . Το Σύστημα γείωσης

90

10.5.1.1 Συλλεκτήριο ΣύστημαΗ πιθανότητα ένας κεραυνός να πλήξει μια κατασκευή που

χρήζει προστασίας μειώνεται σημαντικά , λόγω της παρουσίας ενός κατάλληλα μελετημένου συλλεκτηρίου συστήματος .

'Εχει σκοπό να συλλέξει το κεραυνικό ρεύμα και να το διοχετεύσει μέσω των αγωγών καθόδου στο σύστημα γείωσης με ασφάλεια.

Το συλλεκτήριο σύστημα μπορεί να αποτελείται από οποιοδήποτε συνδυασμό των ακόλουθων στοιχείων :

1 . Ράβδων2 . Τεταμένων συρμάτων3 . Πλέγματος αγωγών

Ο αγωγός χαλκού θα μπορέσει να έχει εφαρμογή σε όλες τις εγκαταστάσεις αντικεραυνικής προστασίας παρέχοντας μεγαλύτερη μακροζωία στο σύστημα αντικεραυνικής προστασίας.

Η στήριξη των παραπάνω αγωγών γίνεται ανά 1 m περίπου και οπωσδήποτε σε κάθε αλλαγή κατευθύνσεως του αγωγού, ένα προ της αλλαγής και ένα μετά, με κατάλληλα στηρίγματα κατασκευασμένα κατά DIN. Υπάρχουν για κάθε επιφάνεια τα κατάλληλα στηρίγματα όπως (π.χ.):

Η επιλογή του υλικού των στηριγμάτων πρέπει να είναι ίδιο με εκείνο του αγωγού προκειμένου να αποφεύγονται γαλβανικά φαινόμενα, διότι σε σύντομο χρονικό διάστημα θα υπάρξει διάβρωση είτε στον αγωγό είτε στο στήριγμα. Προσοχή θα πρέπει να δίδεται στην σωστή επιλογή των στηριγμάτων τα οποία τοποθετούνται στο δώμα. Θα πρέπει να αποφεύγονται όσα για την στήριξή τους απαιτείται το άνοιγμα οπής. Εάν παρ’ όλα αυτά απαιτηθεί το άνοιγμα οπής θα πρέπει να λαμβάνονται μέτρα αποκατάστασης της στεγανότητας εκεί όπου τοποθετήθηκε το στήριγμα. Έτσι πχ, σε περίπτωση εγκατάστασης στηρίγματος σε οριζόντια επιφάνεια, θα πρέπει να γίνει χρήση της ροδέλας στεγανοποίησης.

Κάθε 20m περίπου ευθείας αγωγού καθώς επίσης σε κάθε διασταύρωση αγωγών, τοποθετείται συστολοδιαστολικό .

Οτιδήποτε αγώγιμο υπερβαίνει τη σκεπή ή το δώμα (πύργοι ψύξης, σωληνώσεις κ.λ.π) θα πρέπει να συνδέεται αγώγιμα με το συλλεκτήριο αγωγό μέσω κατάλληλων συνδέσμων για χαλύβδινες επίπεδες επιφάνειες και για χάλκινες επίπεδες επιφάνειες κ.λ.π, και μέσω κατάλληλων περιλαίμιων για τις σωληνώσεις κ.λ.π

Στην περίπτωση των μη αγώγιμων κατασκευών (καμινάδες, δώμα κ.λ.π) είτε τοποθετείται ακίδα επί της άνω επιφάνειας αυτών η οποία γεφυρώνεται με το κύριο συλλεκτήριο σύστημα, μέσω αγωγού ιδίων διαστάσεων και υλικού με τους αγωγούς του κύριου συλλεκτηρίου συστήματος, είτε δημιουργούνται βρόχοι οι οποίοι μέσω τουλάχιστον δύο αγωγών καθόδου συνδέονται με το κύριο συλλεκτήριο σύστημα επίσης.

Εάν δεν είναι δυνατή η χρησιμοποίηση εξαρτημάτων του ιδίου υλικού, για την αποφυγή ηλεκτροχημικής διάβρωσης θα πρέπει να παρεμβάλλεται διμεταλλική επαφή Cupal ή αντίστοιχη μεταξύ διαφορετικών υλικών πχ χάλκινων και επιψευδαργυρωμένων.

Η θέση του συλλεκτηρίου συστήματος είναι κατάλληλη εάν η κατασκευή που χρήζει προστασίας, κείται εξ ολοκλήρου μέσα στον όγκο που προστατεύει.

Ο χώρος προστασίας μίας κατακόρυφου ράβδου έχει τη μορφή ενός ορθού κυκλικού κώνου με την κορυφή πάνω στον άξονα του ιστού, ημιγωνία

91

κορυφής α εξαρτώμενη από την στάθμη προστασίας και από το ύψος του συλλεκτηρίου συστήματος, όπως δίνεται στον πίνακα 1. ( Σχ. 10.4 )

Σχ. 10.4 Ό γκος προστασίας συλλεκτηρίου συστήματος μίας κατακόρυφης ράβδου.

Ο χώρος προστασίας ενός τεταμένου σύρματος ορίζεται από την σύνθεση των όγκων προστασίας των κατακόρυφων ράβδων οι οποίες έχουν για κορυφές τα σημεία του σύρματος. ( Σχ. 10.5 )

Σχ. 10.5 Ό γκος προστασίας συλλεκτηρίου συστήματος ενός τεταμένουσύρματος.

Ο χώρος προστασίας ενός πλέγματος ορίζεται από των συνδυασμό των όγκων προστασίας που καθορίζονται από καθένα αγωγό χωριστά που σχηματίζουν το πλέγμα. ( Σχ.10.6 )

92

Σχ.10.6 Ό γκος προστασίας συλλεκτηρίου συστήματος πλέγματος.

10.5.1.2 Αγωγοί Καθόδου .Οι αγωγοί καθόδου σκοπό έχουν να οδηγήσουν το κεραυνικό

ρεύμα από το συλλεκτήριο, με ασφάλεια στο σύστημα γείωσης.Τοποθετούνται είτε περιμετρικά στις εξωτερικές παράπλευρες

επιφάνειες του κτιρίου, είτε εγκιβωτισμένοι στο σκυρόδεμα των υποστυλωμάτων της κατασκευής , σε μέση απόσταση που δίδεται στον πίνακα 1 , ανάλογα με την κατάταξη της στάθμης προστασίας της κατασκευής.

ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΣΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΓΩΓΩΝ ΚΑΘΟΔΟΥ

Ι 10mΙΙ 15mΙΙΙ 20m!V 25m

Πίνακας 1

10.5.2.1.1 Τοποθέτηση των αγωγών καθόδου στις εξωτερικές παράπλευρες επιφάνειες.

Οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται είναι ίδιου υλικού με τους αγωγούς του συλλεκτηρίου. Η στήριξη των αγωγών καθόδου γίνεται κατά ανάλογο τρόπο με την στήριξη των αγωγών του συλλεκτηρίου. Ένα έως δύο μέτρα περίπου πριν από την είσοδο του αγωγού καθόδου στο έδαφος τοποθετείται λυόμενος σύνδεσμος ( Σύνδεσμος Ελέγχου ) που σκοπό έχει τον διαχωρισμό του συλλεκτηρίου συστήματος και των αγωγών καθόδου από το σύστημα γείωσης, για την μέτρηση του συστήματος και την συντήρηση γενικώς του ΣΑΠ.

Στις περιπτώσεις όπου θέλουμε να προστατεύσουμε τον αγωγό καθόδου από μηχανικές καταπονήσεις, αντί του λυόμενου συνδέσμου

93

τοποθετούμε προστατευτικό αγωγό διαμέτρου Φ16mm χαλύβδινο θερμά επιψευδαργυρωμένο, ή χάλκινο. Η χρησιμοποίηση ως μηχανική προστασία σωλήνας πλαστικής ή μεταλλικής δεν ενδείκνυται, διότι δεν επιτρέπει τον οπτικό έλεγχο του αγωγού της καθόδου.

Άλλη δυνατότητα προστασίας από μηχανικές καταπονήσεις του αγωγού καθόδου είναι η τοποθέτηση αντί του προστατευτικού αγωγού ταινίας 30x3,5mm και χρησιμοποίηση λυόμενου συνδέσμου Κατά την είσοδο των αγωγών στο έδαφος θα πρέπει να επενδύονται με αντιδιαβρωτική ταινία, , 20­30 cm πριν και μετά την είσοδό τους στο έδαφος, προς αποφυγή της διάβρωσης των αγωγών σε εκείνο το σημείο.

Κατά ανάλογο τρόπο ενεργούμε γενικώς όταν αγωγοί αλλάζουν μέσο όπως για παράδειγμα από το μπετόν στο έδαφος.

10.5.2.1.2 Εγκιβώτισης των αγωγών καθόδου.Οι αγωγοί καθόδου μπορούν να εγκιβωτισθούν στα τοιχία ή

στα υποστυλώματα του κτιρίου στο στάδιο κατασκευής του.Σ’ αυτή την περίπτωση τοποθετείται αγωγός χαλύβδινος θερμά

επιψευδαργυρωμένος Φ10mm και συγκρατείται - γεφυρώνεται με τον οπλισμό του κτιρίου με κατάλληλα στηρίγματα οπλισμού ανά 2m περίπου .

Οι αγωγοί καθόδου πρέπει να τοποθετούνται έτσι ώστε να αποτελούν όσον είναι δυνατόν, την απευθείας συνέχεια των συλλεκτηρίων αγωγών.

Οι αγωγοί καθόδου πρέπει να τοποθετούνται ευθείς και κατακόρυφοι ώστε να εξασφαλίζεται η συντομότερη και άμεση όδευση προς τη γη. Πρέπει να αποφεύγεται ο σχηματισμός βρόχων.

Η διαχωριστική απόσταση d μεταξύ των αγωγών καθόδου αφενός και των μεταλλικών εγκαταστάσεων και των εσωτερικών ηλεκτρικών και τηλεπικοινωνιακών εγκαταστάσεων της κατασκευή που χρήζει προστασίας αφετέρου, δεν πρέπει να είναι μικρότερη από την απόσταση ασφαλείας s.

d > s

όπου:ki εξαρτάται από την επιλεγόμενη στάθμη προστασίας του ΣΑΠ kc εξαρτάται από το ρεύμα του κεραυνού που ρέει στους αγωγούς καθόδουkm εξαρτάται από το διαχωριστικό υλικόl (m) είναι το μήκος του αγωγού καθόδου από το σημείο που πρόκειται να

ελεγχθεί η γειτνίαση μέχρι τ πλησιέστερο σημείο ισοδυναμικής σύνδεσης Όπου απαιτείται, απόσταση ασφαλείας μεταξύ μιας μεταλλικής

εγκατάστασης (ή ενός ηλεκτρικού καλωδίου) και του συλλεκτηρίου συστήματος, μπορεί να υπολογισθεί μια προσεγγιστική τιμή του s χρησιμοποιώντας τη ίδια σχέση που δίνει την απόσταση ασφαλείας από τον πλησιέστερο εξωτερικό αγωγό καθόδου.

Οι αγωγοί καθόδου δεν πρέπει να εγκαθίστανται μέσα σε οριζόντιες ή κατακόρυφες υδρορροές ακόμα κι αν καλύπτονται με μονωτικό υλικό. Η υγρασία που υπάρχει στις υδρορροές επιτείνει τη διάβρωση των αγωγών καθόδου.

94

Συνιστάται η τοποθέτηση να είναι τέτοια ώστε να προβλέπεται μία απόσταση μεταξύ αυτών και κάθε θύρας ή παραθύρου.

10.5.1.3 Σύστημα Γείωσης .Σκοπός του συστήματος γείωσης είναι να επιτυγχάνει την διάχυση του

κεραυνικού ρεύματος μέσα στη γη, με ταχύτητα και ασφάλεια χωρίς να δημιουργούνται επικίνδυνες υπερτάσεις στον χώρο όπου είναι κατασκευασμένη. Η απαίτηση της τιμής της αντίστασης του συστήματος γείωσης είναι, είτε κάτω από 10Ω, είτε ένα ελάχιστο μήκος γειωτή όπως φαίνεται στον πίνακα 2

do

500 1000 1500 2000 2500 3000

Εΐίΐκή (τνιίστααη piilm)Hd-Στάθμη 1 - θ - Στάθμη II -3*-Στάθμη I l l -ΙV

Πίνακας 2Τα παραπάνω μπορούν να επιτευχθούν :είτε τοποθετώντας σε κάθε κάθοδο ηλεκτρόδια όπως :

■ ραβδοειδείς (σταυρού θερμά επιψευδαργυρωμένα, κυκλικής διατομής ηλεκτρολυτικώς επιχαλκωμένα)

■ πλάκες θερμά επιψευδαργυρωμένες ή χάλκινες■ ταινίες θερμά επιψευδαργυρωμένες ή χάλκινες■ γειωτές τύπου ‘’ Ε ‘’ θερμά επιψευδαργυρωμένοι ή χάλκινοι

είτε κατασκευάζοντας Περιμετρική ή Θεμελιακή γείωση.Από την άποψη της αντικεραυνικής προστασίας, την καλύτερη λύση

αποτελεί μια ενιαία γείωση ενσωματωμένη στο κτίριο, η οποία μπορεί να προσφέρει πλήρη προστασία (δηλαδή αντικεραυνική προστασία, προστασία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων χαμηλής τάσης και των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων).

Σοβαρά προβλήματα διάβρωσης μπορούν να δημιουργηθούν, όταν στα συστήματα γείωσης χρησιμοποιούνται διαφορετικά υλικά που συνδέονται μεταξύ τους.

Ο εξωτερικός δακτύλιος γείωσης πρέπει να τοποθετείται κατά προτίμηση μέσα στο έδαφος σε βάθος τουλάχιστον 0,5 m και σε απόσταση τουλάχιστον 1 m από τους τοίχους.

Τα ηλεκτρόδια γείωσης πρέπει να εγκαθίστανται έξω από τον χώρο που χρήζει προστασίας, σε βάθος τουλάχιστον 0,5 m και να είναι κατανεμημένα όσο το δυνατό ομοιόμορφα για να ελαχιστοποιούνται τα φαινόμενα ηλεκτρικής σύζευξης μέσα στο έδαφος.

Τα θαμμένα ηλεκτρόδια γείωσης πρέπει να εγκαθίστανται έτσι ώστε να επιτρέπεται ο έλεγχος κατά την διάρκεια της κατασκευής του ΣΑΠ.

95

Το βάθος τοποθέτησης και ο τύπος των ηλεκτροδίων γείωσης πρέπει να είναι τέτοια ώστε να ελαχιστοποιούνται οι επιδράσεις από διάβρωση, ξήρανση ή πάγωμα του εδάφους, για να σταθεροποιείται η ισοδύναμη αντίσταση γείωσης.

Το πρώτο μέτρο ενός κατακόρυφου ηλεκτροδίου γείωσης συνιστάται να μη θεωρείται ενεργό σε συνθήκες πάγου. Για απογυμνωμένο συμπαγή βράχο συνιστάται να γίνεται με περιμετρικό ηλεκτρόδιο γείωσης , εξωτερικά της κατασκευής , με τουλάχιστον το 80 % του συνολικού μήκους του , σε επαφή με το έδαφος ή από ένα ηλεκτρόδιο θεμελιακής γείωσης

Ηλεκτρόδια γείωσης εγκατεστημένα σε μεγάλο βάθος μπορεί να είναι αποτελεσματικά σε ειδικές περιπτώσεις, όπου η ειδική αντίσταση του εδάφους μειώνεται με το βάθος και όπου υπάρχουν υποστρώματα χαμηλής ειδικής αντίστασης σε βάθη μεγαλύτερα από εκείνα στα οποία εγκαθίστανται συνήθως τα ηλεκτρόδια.

10.5.2 Εσωτερικό ΣΑΠΕκτός από τα εξωτερικά αλεξικέραυνα πρέπει να τονιστεί η ανάγκη

εγκατάστασης εσωτερικής αντικεραυνικής προστασίας που έχει σκοπό να προφυλάξει από τις υπερτάσεις που εισέρχονται στο εσωτερικό των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων , κατά την διάρκεια κεραυνικού πλήγματος ( αμμέσου ή εμμέσου ) επί της κατασκευής ή πλησίον αυτής μειώνοντας τις τάσεις που αναπτύσσονται , σε αποδεκτά επίπεδα , έτσι ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος ανάπτυξης επικίνδυνων σπινθήρων ή τάσεων επαφής .

Είναι έτσι αναγκαίο κάθε εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας να ολοκληρώνεται με την αντικεραυνική προστασία κάθε μηχανήματος όπως συνήθως ορίζεται από τους κατασκευαστές των επιμέρους μηχανημάτων ή ακόμη και από τους κατασκευαστές των εσωτερικών αυτών αλεξικέραυνων.

Η μείωση των τάσεων επιτυγχάνεται με :1 . Ισοδυναμικές Συνδέσεις2 . Απαγωγούς Κρουστικών Υπερτάσεων

10.5.2.1 Ισοδυναμικές Συνδέσεις Οι Ισοδυναμικές Συνδέσεις πραγματοποιούνται με συνδετήριους

αγωγούς όπου η ηλεκτρική συνέχεια δεν εξασφαλίζεται με φυσικές συνδέσεις.Ο εσωτερικός χώρος του υπό προστασία χώρου πρέπει να διαιρεθεί σε

Ζώνες Αντικεραυνικής Προστασίας (ΖΑΠ)Στα όρια των ζωνών τοποθετούνται Ισοδυναμικοί Ζυγοί πάνω στους

οποίους γεφυρώνονται τα μεταλλικά μέρη και οι εγκαταστάσεις που διασχίζουν τα όρια των ζωνών ( μεταλλικοί σωλήνες , καλωδιώσεις ) με την χρήση κατάλληλων περιλαίμιων και συνδέσμων.

Προτείνεται ο ισοδυναμικός δεσμός σχήματος ταινίας για την ελαχιστοποίηση των Η / Μ κρούσεων .

Στον Ισοδυναμικό ζυγό μπορούν να απολήξουν διαφορετικές γειώσεις , όπως Ηλεκτρολογική , είτε απ'ευθείας είτε μέσω Απαγωγών Κρουστικών Υπερτάσεων και σπινθηριστών στην περίπτωση που επιθυμούμε τον διαχωρισμό τους .

10.5.2.2 Απαγωγείς Κρουστικών ΥπερτάσεωνΕίναι διατάξεις προστασίας ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών που

προφυλάσσουν από κρουστικές υπερτάσεις μειώνοντας αυτές που

96

δημιουργούνται από φυσικές ή τεχνητές πηγές , όπως κεραυνοί , αστραπές ηλεκτροστατικές εκφορτίσεις κλπ .

Κρουστικές υπερτάσεις, εννοούμε τις απότομες αυξήσεις της απόλυτης τιμής του δυναμικού, η διάρκεια των οποίων κυμαίνεται από εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (10"δ s) μέχρι κάποια χιλιοστά του δευτερολέπτου (10"3s). Η αύξηση της απόλυτης τιμής του δυναμικού κυμαίνεται από μερικά Volts, μέχρι χιλιάδες Volts.

Τα αίτια δημιουργίας κρουστικών υπερτάσεων είναι είτε φυσικά, είτε τεχνητά. Φυσικές πηγές είναι οι κεραυνοί (lightning electromagnetic pulses ή LEMP), τόσο μεταξύ νέφους και γης, όσο και μεταξύ νεφών, και οι διάφορες ηλεκτροστατικές εκφορτίσεις (electrostatic discharges ή ESD). Τεχνητές πηγές είναι τα ηλεκτρικά δίκτυα που αναπτύσσουν κρουστικές υπερτάσεις, είτε από χειρισμούς διακοπτών, είτε από βραχυκυκλώματα (switching electromagnetic pulses ή SEMP).

Η αρχή λειτουργίας των απαγωγών κρουστικών υπερτάσεων είναι ηεξής:

Ο κάθε απαγωγός κρουστικών υπερτάσεων, SPD, χαρακτηρίζεται σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας του, από μία πολύ υψηλή αντίσταση μεταξύ των άκρων του. Όταν στο δίκτυο που είναι συνδεδεμένος εφαρμοστεί μία κρουστική τάση με τιμή μεγαλύτερη από την τάση διάσπασης του SPD, βραχυκυκλώνει τα άκρα του σε χρόνο της τάξης ns, μειώνοντας έτσι τις διαφορές δυναμικού μεταξύ των ηλεκτρικά μονωμένων αγωγών και μεταξύ των γειωμένων μερών, σε στάθμη που πρέπει να είναι χαμηλότερη της διηλεκτρικής αντοχής των μονωτικών της εγκατάστασης . Η τάση αυτή ονομάζεται τάση προστασίας (Up) και είναι το βασικότερο κριτήριο επιλογής του SPD. Όταν η τάση του δικτύου επανέλθει στα φυσιολογικά επίπεδα, ο απαγωγός κρουστικών υπερτάσεων, SPD, αυτόματα επανέρχεται στην αρχική φυσιολογική του θέση, χωρίς την ανάγκη διακοπής της παροχής του ηλεκτρικού δικτύου, αντικατάσταση τηκτών, ή επαναοπλισμού αυτόματων διακοπτών.

Ανάλογα με το τι συσκευή θέλουμε να προστατεύσουμε και από ποια σημεία εισόδου του κύματος, υπάρχουν και οι αντίστοιχοι απαγωγοί κρουστικών υπερτάσεων. Οι απαγωγοί που συνηθέστερα συναντώνται είναι οι εξής:

1 . Οι απαγωγοί μέσης τάσης έχουν σκοπό να προστατεύσουν έναν υποσταθμό ή γενικότερα ένα δίκτυο μέσης τάσης από κρουστικά κύματα ερχόμενα από το δίκτυο της ΔΕΗ. Η ονομαστική τάση λειτουργίας τους είναι συνήθως για τη χώρα μας 21kV και τοποθετούνται παράλληλα με το δίκτυο, ένας σε κάθε φάση (συνολικά τρεις για τριφασικό ρεύμα).

Αποτελούν την πρώτη βαθμίδα προστασίας, και χωρίζονται σε :• Πορσελάνης και• Πολυμερίου (polymer).

2 . Οι απαγωγοί χαμηλής τάσης για συστήματα TN-S, όπως αυτό της ΔΕΗ , τοποθετούνται στον κεντρικό πίνακα και παράλληλα στην κάθε φάση του ρεύματος αλλά και στον ουδέτερο (συνολικά τέσσερα για τριφασικό ρεύμα, δύο για μονοφασικό). Όποτε κρίνεται σκόπιμο τοποθετούνται απαγωγοί και στους υποπίνακες ως επιπλέον ζώνες προστασίας, αλλά και ακριβώς πριν από μία συσκευή.

97

Οι συγκεκριμένοι απαγωγοί δεν πρέπει κατά την απαγωγή των κρουστικών υπερτάσεων να διακόπτουν την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο μηδενίζοντας την τάση του δικτύου, αλλά να συνεχίζεται η ομαλή τροφοδοσία του, έστω και με μεγαλύτερη τάση, μέσα στα πλαίσια της αντοχής των μονωτικών των συσκευών που τροφοδοτούνται από το δίκτυο .

Η πληρέστερη προστασία ενός δικτύου από κρουστικές υπερτάσεις επιτυγχάνεται με το διαχωρισμό του σε ζώνες προστασίας. Ως πρώτη ζώνη τοποθετούμε απαγωγούς που έχουν την ικανότητα να αντεπεξέρχονται σε κρουστικά ρεύματα μεγάλης έντασης και ενέργειας. Στις υπόλοιπες ζώνες χρησιμοποιούνται μικρότεροι απαγωγοί, καθώς το κυρίως κρουστικό κύμα έχει ήδη «κοπεί» στην πρώτη ζώνη, που στόχο έχουν να μειώσουν βαθμιαία την παραμένουσα τάση στα επιθυμητά όρια.

Ο διαχωρισμός του δικτύου σε αυτές τις ζώνες γίνεται με βάση τις εξής παραμέτρους:

1 . Τη διηλεκτρική αντοχή των συσκευών που θέλουμε να προστατεύσουμε.

2 . Το συνολικό μήκος του δικτύου..3 . Τη στάθμη προστασίας της κατασκευής.4 . Το αναμενόμενο μέγεθος του κεραυνικού ρεύματος.5 . Καταμερισμός κεραυνικού ρεύματος

Σχ. 10.7 Καταμερισμός του κεραυνικού ρεύματος σε μία κατασκευή.

Τονίζεται η αναγκαία απόσταση μεταξύ των διαφόρων ζωνών, έτσι ώστε να εξαλειφθεί η περίπτωση μια δευτερεύουσα ζώνη να λειτουργήσει πριν την προηγούμενη.

Πρωτεύον στόχος του απαγωγού είναι να προστατεύσει τις ηλεκτρικές συσκευές και κατά δεύτερον να «αυτοπροστατευτεί». Αν ένας απαγωγός καταστραφεί από ένα κρουστικό ρεύμα και όλες οι υπόλοιπες συσκευές δεν πάθουν τίποτα, θεωρείται επιτυχία και όχι αποτυχία.

Τοποθετώντας πολύ μεγαλύτερους απαγωγούς, χωρίς να προσέξουμε την παραμένουσα τάση που αφήνουν και το τι ακριβώς χρειαζόμαστε στη συγκεκριμένη περιοχή του δικτύου, πέρα του ότι είναι ένα ανώφελο

98

οικονομικό κόστος, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα η προστασία μας να είναι ελλιπής.

Στην περίπτωση που οι αποστάσεις μέσα στο κτίριο είναι μεγάλες και ταυτόχρονα απαιτείται μέγιστος βαθμός προστασίας, συνιστάται η τοποθέτηση απαγωγών κρουστικών υπερτάσεων και στους υποπίνακες της ηλεκτρολογικής εγκατάστασης, ( Σχ. 10.8 ) , δημιουργώντας κάποιες ζώνες προστασίας. Έτσι, κάθε συσκευή προστατεύεται όσο ακριβώς χρειάζεται, χωρίς ελλείψεις και ανακρίβειες, αλλά και χωρίς υπερβολές.

Σχ. 10.8 Η λογική των ζω νών προστασίας από κρουστικές υπερτάσεις σε μια κατασκευή. Κάθε συσκευή προστατεύεται με βάση τη δ ιηλεκτρ ική

της αντοχή, φτάνοντας μέχρι και στην τέταρτη στάθμη προστασίας.

Η σύνδεση των Απαγωγών Κρουστικών τάσεων και η απόσταση μεταξύ βαθμιδών προστασίας φαίνεται στο Σχ. 10.9

Σχ. 10.9

10.5.3 Υλικά και διαστάσεις εξαρτημάτωνΤα υλικά και οι διαστάσεις των εξαρτημάτων καθορίζονται ανάλογα

με το είδος της κατασκευής που πρόκειται να εγκατασταθούν , της ηλεκτρικές καταπονήσεις από τον κεραυνό , τον κίνδυνο διαβρώσεων , την ασφάλεια του εγκαταστάτη στις δυσμενείς συνθήκες που εργάζεται (μεγάλο ύψος κ.λ.π.) ,

99

καθώς επίσης να παρέχουν ευχέρεια για τον έλεγχο και τη συντήρηση της εγκατάστασης.

Θα πρέπει να αποφεύγεται η χρησιμοποίηση υλικών με μεγάλη διαφορά ηλεκτρολυτικής τάσεως , διότι σε σύντομο χρόνο θα διαβρωθούν και θα υπάρξει πρόβλημα στην εγκατάσταση. Ειδικότερα , εφόσον χρησιμοποιούνται αγωγοί από χάλυβα , θερμά επιψευδαργυρωμένοι ή αλουμινίου τα στηρίγματα καθώς και οι σφικτήρες συνδέσεων θα πρέπει να είναι από χάλυβα , θερμά επιψευδαργυρωμένοι , χυτοσίδηρο θερμά επιψευδαργυρωμένοι , χυτό ψευδάργυρο ή πλαστικό, με βίδες χαλύβδινες, θερμά επιψευδαργυρωμένες ή ανοξείδωτου χάλυβα. Εξαρτήματα από χυτοχάλυβα (μαντέμι) δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται . Για χάλκινους αγωγούς , τα στηρίγματα και οι σφικτήρες συνδέσεων πρέπει να είναι από χαλκό ή κόκκινο ορείχαλκο με βίδες χάλκινες ή ανοξείδωτου χάλυβα ή κόκκινου ορείχαλκου.

Εφόσον απαιτείται η σύνδεση εξαρτημάτων χαλκού με αλουμίνιο ή με χάλυβα θερμά επιψευδαργυρωμένα, πρέπει οπωσδήποτε να χρησιμοποιείται διμεταλλική επαφή. Η σύνδεση αγωγών μεταξύ τους με ηλεκτροσυγκόλληση ή οξυγονοκόλληση πρέπει να αποφεύγεται και να χρησιμοποιούνται οι κατάλληλοι σφικτήρες για κάθε περίπτωση. Αγωγός αλουμινίου και εξαρτήματα από χυτό ψευδάργυρο ή χυτό αλουμίνιο , είναι επικίνδυνο να χρησιμοποιούνται σε τμήματα της εγκαταστάσεως θαμμένα στο έδαφος.

10.5.4 Συντήρηση και επιθεώρηση των ΣΑΠΣκοπός των επιθεωρήσεων είναι η επιβεβαίωση ότι:

1 . Το ΣΑΠ συμφωνεί με τη σχεδίαση,2 . Όλα τα στοιχεία του ΣΑΠ είναι σε καλή κατάσταση και ικανά να

εκπληρούν τις λειτουργίες για τις οποίες μελετήθηκαν συμπεριλαμβανομένης και της αντοχής τους σε διάβρωση,

3 . Οποιεσδήποτε νεώτερες πρόσθετες παροχές ( ηλεκτρικό ρεύμα , νερό , αέριο , τηλέφωνο ) ή κατασκευές ενσωματώνονται στην προστατευόμενη κατασκευή με ισοδυναμικές συνδέσεις ή επεκτάσεις στο ΣΑΠ.Πρέπει να γίνονται επιθεωρήσεις :

1 . Για τυχόν ζημιές στα θαμμένα ηλεκτρόδια κατά τη διάρκεια της κατασκευής του κτίσματος

2 . Μετά την εγκατάσταση του ΣΑΠ3 . Περιοδικά επαναλαμβανόμενες επιθεωρήσεις σε χρονικά

διαστήματα που καθορίζονται ανάλογα με τη φύση του χώρου που χρήζει προστασίας και των προβλημάτων διάβρωσης

4 . Πρόσθετες επιθεωρήσεις μετά από τροποποιήσεις ή επισκευές ή όταν είναι γνωστό ότι η κατασκευή δέχθηκε πλήγμα από κεραυνό.

10.5.5 ΣυντήρησηΒασικός παράγοντας για μία αξιόπιστη συντήρηση ενός ΣΑΠ είναι

οι κανονικές επιθεωρήσεις. Όλα τα σφάλματα που παρατηρήθηκαν πρέπει να επ ισκευάζονται χω ρίς καθυστέρηση .

100

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Συστήματα Ραδιοεντοπισμού - Ραδιοπλοίας Μακρίδης Χ.2. Ραντάρ και Ραδιοβοηθήματα Μ αρκόπουλος Δ.3. http://mystica.gr/bios franklin.htm4. http://www.tpub.com/content/fc/14099/css/14099 28.htm5. http://www.livepedia.gr/index.php6. http://sfrang.com/historia/selida601 .htm7. http://el.wikipedia.org/wiki/8. http://en.wikipedia.org/wiki/RADAR9. http://www.ceid.upatras.gr/faculty/alexi

ou/ahts/notes/kef08.pdf10. www.cs.pitt.edu/~panickos/recent work/thesis/GIS%20-%20Data%11. http://www.elot.gr/announcement/ELOT 1197.pdf12. http://www.elemko.gr/documents/sap.asp ( ΕΛΟΤ 1412 )13. http://www.iok.gr/petep/04-50-01-00.pdf14. http://www.osha.gov/SLTC/etools/electric power/illustrated glossary/s

ubstation equipment/lightning arresters.html15. http://www.hellascams.gr/grc/products/wireless/lightning protection.ht

ml16. http://www.hvpsi.com/hulkmovarrestors.html17. http://artemis.cslab.ntua.gr:80/Dienst/UI/1.0/Display/artemis.ntua.ece/

DT2006-020218. http://www.hvpsi.com/transient.html19. http://gis.kkal.gr/tilepiskopisi.html20. http://gis.kkal.gr/gps.html21. http://www.radartutorial.eu/22. http://thunder.msfc.nasa.gov/primer/index.html23. http://www.techteam.gr/index.php?showtopic=15856&st=0&p=102490

&#entry10249024. http://dspace.lib.ntua.gr/25. http://www.esa.int/esapub/br/br251/br251 .pdf)

101