Radar là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Radar được ứng dụng ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống từ quân sự đến kiểm soát không lưu, kiểm soát giao thông,…  Vậy radar là gì? Trong bài viết dưới đây, Việt Thanh Group – công ty cung cấp máy đo đạc hàng đầu tại Việt Nam sẽ chia sẻ những kiến thức về radar, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các ứng dụng của radar.

Radar là gì

RADAR là viết tắt của cụm từ “Radio Detection And Ranging”, có nghĩa là dò tìm, phát hiện và định vị vật thể bằng sóng vô tuyến. Về cơ bản, nó là một hệ thống điện từ được sử dụng nhằm phát hiện vị trí và khoảng cách của một vật thể bất kỳ từ điểm đặt radar.

Nó hoạt động bằng cách truyền năng lượng điện từ vào không gian và theo dõi tín hiệu phản xạ lại từ các vật thể. Các mục tiêu có thể là máy bay, tàu thủy, tàu vũ trụ, ô tô và các thiên thể, hoặc thậm chí là chim, côn trùng và mưa. Ngoài việc xác định sự hiện diện, vị trí và vận tốc của các vật thể đó, radar đôi khi còn có thể xác định được kích thước và hình dạng của chúng. 

Radar thường hoạt động ở vùng vi sóng của phổ điện từ được đo bằng Hz, ở tần số kéo dài từ khoảng 400 MHz đến 40 GHz. Điều phân biệt radar với các thiết bị cảm biến quang học và hồng ngoại khác là khả năng phát hiện các vật thể ở xa trong điều kiện thời tiết bất lợi và xác định phạm vi hoặc khoảng cách của chúng một cách chính xác.

Lịch sử của Radar

Mặc dù đã được phát minh từ trước nhưng radar được phát triển hơn nữa trong chiến tranh thế giới thứ 2. Việc nghiên cứu công nghệ này được thúc đẩy bởi mối đe dọa từ các cuộc tấn công trên không. Radar có nhiều ứng dụng trong chiến tranh – nó được sử dụng để định vị tàu và máy bay địch, chỉ đạo bắn súng và hỗ trợ điều hướng tàu và máy bay.

Sau chiến tranh thế giới thứ 2, công nghệ này đã được ra mắt công chúng và nhanh chóng được nhiều ngành công nghiệp khác sử dụng. Radar hiện được sử dụng để giúp điều hướng tàu thuyền trong sương mù và máy bay trong thời tiết xấu. Radar có thể phát hiện một chiếc ô tô đang chạy quá tốc độ và theo dõi vệ tinh. Điều quan trọng nhất đối với các nhà khí tượng học là radar có thể phát hiện mọi loại hiện tượng khí quyển.

Nguyên lý hoạt động radar

Nguyên lý radar hoạt động giống với nguyên tắc phản xạ sóng âm. Radar truyền một xung năng lượng điện từ giống như lò vi sóng hoặc điện thoại di động, nhưng mạnh hơn) vào một vật thể. Một phần chùm năng lượng này phản xạ trở lại và được radar đo và cung cấp thông tin về vật thể. Radar có thể đo kích thước, số lượng, tốc độ và hướng chuyển động vật thể tính từ vị trí của nó

Khoảng cách được radar xác định bằng cách tính thời gian của tín hiệu để truyền từ radar đến mục tiêu và phả xạ lại. Để đo phạm vi và vị trí của các vật thể chuyển động, người ta thường sử dụng radar Doppler.

Cấu tạo của hệ thống radar

Hệ thống Radar thường bao gồm một máy phát tạo ra tín hiệu điện từ phát ra không gian bằng ăng ten. Khi tín hiệu này bị chặn bởi bất kỳ đối tượng nào, nó sẽ bị phản xạ ngược trở lại theo nhiều hướng. Khi tín hiệu dội trở lại được nhận bằng ăng ten và đưa đến máy thu. Tại đây tín liệu này sẽ được xử lý để xác định số liệu thống kê chi tiết của vật thể. 

• Máy phát: Bộ phận này nhằm tạo ra xung năng lượng.
• Ống dẫn sóng: Các ống dẫn sóng là đường truyền tín hiệu RADAR.
• Ăng-ten: Ăng-ten được sử dụng có thể là gương phản xạ parabol, mảng phẳng hoặc mảng pha để thu tín hiệu.
• Bộ thu: Bộ thu bao gồm bộ xử lý để phát hiện, khuếch đại và chuyển đổi xử lý tín hiệu nhận được thành định dạng video.

Phân loại radar 

Dựa theo dạng sóng, Radar được chia làm 2 loại là: Radar xung và Radar sóng liên tục. 

Radar xung 

Radar xung phát ra các xung ngắn, công suất và tần số cao tới đối tượng vật thể mục tiêu sau đó nhận được tín hiệu dội lại. Radar xung chủ yếu được thiết kế cho khoảng cách xa và truyền công suất xung tương đối cao. Khoảng cách và độ phân giải của Radar xung phụ thuộc vào tần số lặp lại xung. Nó sử dụng phương pháp dịch chuyển Doppler.

Có hai loại RADAR xung là:

• Radar xung Doppler

Radar xung Doppler là hệ thống radar xác định khoảng cách tới mục tiêu bằng kỹ thuật định thời xung và sử dụng hiệu ứng Doppler của tín hiệu phản xạ nhằm tính vận tốc của đối tượng mục tiêu. Nó kết hợp các tính năng của radar xung và radar sóng liên tục, vốn trước đây tách biệt do sự phức tạp của thiết bị điện tử.

Hệ thống Radar xung Doppler đo phạm vi tới các vật thể bằng cách đo thời gian trôi qua giữa việc gửi xung năng lượng vô tuyến và nhận được sự phản xạ của vật thể. Sóng vô tuyến truyền đi với tốc độ ánh sáng nên khoảng cách tới vật thể bằng thời gian trôi qua nhân với tốc độ ánh sáng, chia cho hai – ở đó và quay lại.

• MTI Radar

Khác với radar xung Doppler sử dùng tần số sao, MTI Radar truyền xung tần số thấp nhằm tránh những khoảng cách không rõ ràng. Nó nhận tín hiệu và phát hiệu các mục tiêu là đối tượng chuyển động như máy bay hay các tuyền thuyền đang chuyển động trên biển và từ chối nhận tín hiệu phản xạ lại từ các toà nhà đứng yên hay ngọn đồi, hòn đảo,…

Radar sóng liên tục 

Radar sóng liên tục (radar CW) là một loại hệ thống radar trong đó năng lượng vô tuyến sóng liên tục có tần số ổn định được truyền đi và sau đó nhận được từ bất kỳ vật thể phản xạ nào. Về cơ bản, radar sóng liên tục để đo tốc độ thay đổi của khoảng cách bằng cách đo sự dịch chuyển Doppler khi tín hiệu phản xạ trở lại. 

Ưu điểm và nhược điểm của sóng radar

Ưu điểm của sóng radar

• Tín hiệu radar có thể xuyên qua các chất cách điện. Nó phân biệt giữa các vật thể mục tiêu đứng im và di chuyển, đồng thời xác định  vận tốc của một mục tiêu.
• Hệ thống radar có khả năng tính toán vận tốc của một đối tượng đang di chuyển. Vì thế, ngoài biết được vị trí của mục tiêu, bạn cũng có thêm dữ liệu về vận tốc của vật thể. 
• Ngoài ra, sóng radar sở hữu các ưu điểm vượt trội như: khả năng thu thập dữ liệu, tần số hoạt động. Đây là lý do giúp cho công nghệ radar được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực.

Nhược điểm của sóng radar

• Sóng radar cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí quyển như mưa hoặc tuyết. Điều này có thể phân tán hoặc hấp thụ sóng vô tuyến, từ đó làm giảm độ chính xác của phép đo.
• Chính vì thế, việc lựa chọn môi trường cần được cân nhắc kĩ càng để sóng radar mang lại hiệu quả cao nhất. 

Ứng dụng của Radar

Hiện nay sóng radar được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như: quân sự, giao thông, hàng không, khí tượng thủy văn,… . Cùng Việt Thanh Group tìm hiểu một số ứng dụng của radar trong phần nội dung tiếp theo nhé.

Ứng dụng trong khí tượng thủy văn

Trong lĩnh vực khí tượng thủy văn, người ta sử dụng radar để phát hiện, đo đạc các yếu tố hiện tượng trên cao và để theo dõi, dự báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như: Bão, mưa lớn, lốc, giông tố,… Hiện nay các Đài khí tượng thủy văn khu vực hầu hết đều được trang bị radar khí tượng và các trạm radar thời tiết tạo ra một mạng lưới trạm quốc gia, để phục vụ mục đích nghiên cứu và dự báo thời tiết.

Ứng dụng trong quân sự:

• Trong phòng không không quân, radar được sử dụng để phát hiện, nhận dạng mục tiêu và kiểm soát vũ khí
• Trong hệ thống tên lửa, radar với nhiệm vụ là dẫn đường cho vũ khí.
• Bên cạnh đó, radar còn có thể xác định vị trí của kẻ thù trên bản đồ.

Kiểm soát không lưu

• Radar được sử dụng để phát hiện và hiển thị vị trí của máy bay trong các sân bay.
• Radar được sử dụng để hướng dẫn máy bay hạ cánh trong điều kiện thời tiết xấu

Kiểm soát giao thông đường bộ

• Radar được sử dụng nhằm xác định tốc độ của phương tiện, kiểm soát chuyển động của phương tiện bằng cách đưa ra cảnh báo về sự xuất hiện của các phương tiện khác hoặc bất kỳ chướng ngại vật nào phía sau chúng.

Bài viết đã chia sẻ những kiến thức về radar là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của radar trong đa dạng lĩnh vực đời sống. Hy vọng bài viết hữu ích với bạn đọc.

>>> Bài viết liên quan: Lidar là gì? Nguyên lý hoạt động của lidar