Radar là một hệ thống định vị bằng sóng vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến để xác định khoảng cách (phạm vi), góc (phương vị) và vận tốc hướng tâm của các vật thể so với địa điểm. Nó được sử dụng để phát hiện và theo dõi máy bay, tàu thủy, tàu vũ trụ, tên lửa dẫn đường và phương tiện cơ giới, đồng thời lập bản đồ các dạng thời tiết và địa hình. Một hệ thống radar bao gồm một máy phát tạo ra sóng điện từ trong đài phát thanh hoặc miền vi sóng, ăng-ten phát, ăng-ten thu (thường sử dụng cùng một ăng-ten để truyền và nhận), bộ thu và bộ xử lý để xác định các thuộc tính của đối tượng. Sóng vô tuyến (xung hoặc liên tục) từ máy phát phản xạ khỏi vật thể và quay trở lại máy thu, cung cấp thông tin về vị trí và tốc độ của vật thể.
Radar được phát triển bí mật cho mục đích quân sự của một số quốc gia trong giai đoạn trước và trong Thế chiến II. Một bước phát triển quan trọng là máy phát nam châm khoang ở Vương quốc Anh, cho phép tạo ra các hệ thống tương đối nhỏ với độ phân giải dưới mét. Thuật ngữ RADAR được đặt ra vào năm 1940 bởi Hải quân Hoa Kỳ như một từ viết tắt của “radio detection and ranging” (phát hiện vô tuyến và phạm vi). Thuật ngữ radar kể từ đó đã nhập tiếng Anh và các ngôn ngữ khác như một danh từ chung, mất hết cách viết hoa.
Việc sử dụng radar hiện đại rất đa dạng, bao gồm kiểm soát giao thông trên không và trên mặt đất, thiên văn học radar, hệ thống phòng không, hệ thống chống tên lửa, radar hàng hải để xác định vị trí mốc và các tàu khác, hệ thống chống va chạm máy bay, hệ thống giám sát đại dương, không gian bên ngoài hệ thống giám sát và điểm hẹn, giám sát lượng mưa khí tượng, đo độ cao và hệ thống điều khiển chuyến bay, hệ thống định vị mục tiêu tên lửa dẫn đường, ô tô tự lái và radar xuyên đất để quan sát địa chất. Các hệ thống radar công nghệ cao hiện đại sử dụng quá trình xử lý tín hiệu kỹ thuật số và máy học và có khả năng trích xuất thông tin hữu ích từ mức độ nhiễu rất cao.
Các hệ thống khác tương tự như radar sử dụng các phần khác của phổ điện từ. Một ví dụ là lidar, sử dụng ánh sáng hồng ngoại chủ yếu từ tia la-ze hơn là sóng vô tuyến. Với sự xuất hiện của các phương tiện không người lái, radar được kỳ vọng sẽ hỗ trợ nền tảng tự động giám sát môi trường của nó, do đó ngăn ngừa các sự cố không mong muốn.
Lịch sử
Thí nghiệm đầu tiên
Ngay từ năm 1886, nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz đã chỉ ra rằng sóng vô tuyến có thể bị phản xạ từ các vật thể rắn. Năm 1895, Alexander Popov, giảng viên vật lý tại trường Hải quân Đế quốc Nga ở Kronstadt, đã phát triển một thiết bị sử dụng ống kết hợp để phát hiện sét đánh ở xa. Năm sau, anh ấy đã thêm một bộ phát tia lửa điện. Năm 1897, trong khi thử nghiệm thiết bị này để liên lạc giữa hai con tàu ở biển Baltic, ông đã chú ý đến một nhịp giao thoa gây ra bởi sự đi qua của tàu thứ ba. Trong báo cáo của mình, Popov đã viết rằng hiện tượng này có thể được sử dụng để phát hiện các vật thể, nhưng ông không làm gì hơn với quan sát này.
Nhà phát minh người Đức Christian Hülsmeyer là người đầu tiên sử dụng sóng vô tuyến để phát hiện “sự hiện diện của các vật thể kim loại ở xa”. Năm 1904, ông chứng minh tính khả thi của việc phát hiện một con tàu trong sương mù dày đặc, nhưng không phải khoảng cách của nó với máy phát. Ông đã nhận được bằng sáng chế cho thiết bị phát hiện của mình vào tháng 4/1904 và sau đó là bằng sáng chế cho một sửa đổi liên quan để ước tính khoảng cách đến con tàu. Ông cũng đã nhận được bằng sáng chế của Anh vào ngày 23/9/1904 cho một hệ thống radar đầy đủ, mà ông gọi là kính viễn vọng. Nó hoạt động trên bước sóng 50 cm và tín hiệu radar xung được tạo ra thông qua một khe hở tia lửa. Hệ thống của ông đã sử dụng thiết lập ăng-ten cổ điển của ăng-ten sừng với gương phản xạ parabol và đã được giới thiệu cho các quan chức quân đội Đức trong các cuộc thử nghiệm thực tế ở cảng Cologne và Rotterdam nhưng đã bị từ chối.
Năm 1915, Robert Watson-Watt đã sử dụng công nghệ vô tuyến để đưa ra cảnh báo trước cho các phi công và trong những năm 1920, ông đã lãnh đạo cơ sở nghiên cứu của Vương quốc Anh đạt được nhiều tiến bộ bằng kỹ thuật vô tuyến, bao gồm thăm dò tầng điện ly và phát hiện sét ở khoảng cách xa. Thông qua các thí nghiệm về sét của mình, Watson-Watt đã trở thành một chuyên gia về việc sử dụng phương pháp tìm kiếm vô tuyến trước khi chuyển hướng nghiên cứu của mình sang truyền sóng ngắn. Yêu cầu một máy thu phù hợp cho những nghiên cứu như vậy, oong ấy nói với “cậu bé mới” Arnold Frederic Wilkins tiến hành đánh giá toàn diện các đơn vị sóng ngắn hiện có. Wilkins sẽ chọn một mô hình Tổng cục Bưu điện sau khi lưu ý mô tả của hướng dẫn sử dụng về hiệu ứng “mờ dần” (thuật ngữ phổ biến để chỉ nhiễu vào thời điểm đó) khi máy bay bay trên đầu.
Băng qua Đại Tây Dương vào năm 1922, sau khi đặt một máy phát và máy thu ở hai bờ đối diện của sông Potomac, các nhà nghiên cứu của Hải quân Hoa Kỳ A. Hoyt Taylor và Leo C. Young đã phát hiện ra rằng các con tàu đi qua đường chùm tia khiến tín hiệu nhận được mờ dần. Taylor đã đệ trình một báo cáo, gợi ý rằng hiện tượng này có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các con tàu trong tầm nhìn hạn chế, nhưng Hải quân đã không tiếp tục công việc ngay lập tức. Tám năm sau, Lawrence A. Hyland tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân (NRL) đã quan sát thấy các hiệu ứng mờ dần tương tự do máy bay đi qua; tiết lộ này đã dẫn đến một ứng dụng bằng sáng chế cũng như đề xuất nghiên cứu chuyên sâu hơn về tín hiệu vô tuyến dội lại từ các mục tiêu đang di chuyển sẽ diễn ra tại NRL, nơi Taylor và Young đóng trụ sở vào thời điểm đó.
Tương tự như vậy, ở Anh, LS Alder đã lấy bằng sáng chế bí mật tạm thời cho radar Hải quân vào năm 1928. WAS Butement và PE Pollard đã phát triển một thiết bị thử nghiệm breadboard, hoạt động ở 50 cm (600 MHz) và sử dụng điều biến xung cho kết quả thí nghiệm thành công. Vào tháng 1/1931, một bài viết về thiết bị đã được đưa vào Sách Phát minh do các Kỹ sư Hoàng gia lưu giữ. Đây là kỷ lục chính thức đầu tiên ở Vương quốc Anh về công nghệ được sử dụng trong phòng thủ bờ biển và được tích hợp vào Chain Home dưới dạng Chain Home (thấp).
