کارکرد رادارها در شناسایی و رهگیری تهدیدات هوایی در مهندسی برق

امروزه از رادارها به عنوان یکی از فناوری‌های شاخص در حیطه‌ی دفاع هوایی نام برده می‌شود. رادارها امواج رادیویی با فرکانس بالا را برای شناسایی و ردیابی چیزهایی که ممکن است با چشم غیرمسلح نتوانید ببینید، ارسال و دریافت می‌کنند. سیستم‌های راداری با بهره‌گیری از امواج رادیویی به شناسایی و رهگیری اهداف هوایی می‌پردازند. اهمیت کارکرد رادارها در شناسایی تهدیدات هوایی به یکی از موضوعات داغ این روزها تبدیل گشته است که در این مقاله اهمیت و پتانسیل رو به گسترش آن‌ها بیان خواهد شد. 

معرفی رادارها 

رادار یک حسگر الکترومغناطیسی است که ابزاری قدرتمند برای انجام تشخیص و مکان‌یابی اشیاء با استفاده از امواج رادیویی برای کاربردهای متعدد محسوب می‌گردد. کلمه رادار (Radar) از مخفف عبارت radio detection and ranging به معنای تشخیص و فاصله‌یابی رادیویی تشکیل شده است. در رادارها از امواج الکترومغناطیسی (EW) در طیف فرکانس رادیویی (RF) برای تشخیص، مکان‌یابی و شناسایی اشیاء مورد نظر در زمین یا هوا در بردهای طولانی استفاده می‌کنند. یک سیستم رادار از دو بخش تشکیل گردیده است:

• یک فرستنده برای ارسال سیگنال‌های رادیویی 
• یک گیرنده برای دریافت هرگونه انرژی منعکس شده از اهداف 

 سیستم‌های راداری قادرند اشیاء را حتی در شرایط نامساعد آب و هوایی و نوری به طور دقیق تشخیص دهند. رادارها در حیطه‌های مختلفی چون نظامی، دریایی، هواشناسی و نظارت هوایی و نیز در زندگی روزمره برای اندازه‌گیری سرعت ماشین‌ها کاربرد دارند. دستگاه‌های رادار در طیف متنوعی از فرکانس‌ها کار می‌کنند که هر کدام به دلیل خواص فیزیکی منحصر به فرد، فرکانس عملیاتی و نوع آن برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند:

سیستم‌های رادار را می‌توان بر اساس کاربرد، پیکربندی و الگوی شناسایی به انواع مختلفی طبقه‌بندی کرد. در جدول زیر انواع رادارها معرفی گردیده است:

اهمیت رادارها در مقابله با تهدیدات هوایی

سیستم‌های رادار نظارتی در حوزه نظامی برای طیف وسیعی از اهداف دفاعی مانند نظارت، ردیابی هدف و هدایت موشک طراحی گردیده‌اند. این سیستم‌ها می توانند با ارائه‌ خدماتی به نیروهای نظامی به شناسایی تهدیدات و پاسخ به آن‌ها بپردازند. سرمایه گذاری‌های زیادی در هر کشور در حیطه‌ رادارهای نظامی انجام شده است و سالانه مقدار زیادی از بودجه صرف آن می‌گردد. با توسعه بیشتر فناوری رادارگریزی می‌توان به پیروزی‌های کشور در عملیات های نظامی بزرگ کمک بسیاری نمود. 

رادارها کاربردهای متعددی در عملیات‌های نظامی دارند:

• برای تشخیص هدف، شناسایی و کنترل سلاح در پدافند هوایی و نظارت استفاده می‌شود.
• رادارها مسیر پرتابه‌های خروجی را برای هدایت و افزایش دقت سلاح ردیابی می‌کنند.
• رادارها تاسیسات راداری و نظامی دشمن را شناسایی و مکان‌یابی می‌کنند
• سیگنال‌های رادار دشمن را مختل می‌کنند.
• هشدار اولیه را برای افزایش آگاهی موقعیتی و برنامه‌ریزی استراتژیک ارائه می‌دهند.
• رادارها اجزای جدایی‌ناپذیر پدافند موشکی بالستیک هستند.

در دفاع از کشور، رادارها برای امنیت نیروهای مسلح و غیرنظامیان ضروری به شمار می‌روند زیرا هشدار اولیه در برابر تهدیداتی مانند موشک‌های بالستیک و کروز و جنگنده‌ها را صادر می‌کنند.

چگونگی شناسایی تهدیدات هوایی توسط رادارها

در ادامه نحوه‌ کارکرد مرحله به مرحله‌ رادارها به زبان ساده بیان شده‌اند:

1. ارسال: رادارها پرتوهای باریکی را از امواج رادیویی الکترومغناطیسی را به صورت در پالس‌های با استفاده از یک فرستنده ارسال می‌کنند.
2. بازتاب: این امواج می‌توانند رهگیری و منعکس شوند. بازتاب امواج به اپراتورهای رادار کمک می‌کند تا ویژگی‌های بسیاری از آن جسم را مانند فاصله، جهت، سرعت و برد تعیین گردد.
3. دریافت: گیرنده انرژی برگشتی امواج رادیویی را دریافت نموده و مقدار زمان سپری شده از زمان شروع ارسال را اندازه‌گیری می‌کند. اندازه‌گیری کل زمان رفت و برگشت سیگنال رادار، برد جسم با هدف محاسبه می‌شود. با اندازه‌گیری مکان یک هدف در طول زمان نیز می‌توان مسیر اخیر هدف را تعیین کرد و سپس مسیر آینده را پیش‌بینی کرد.
4. تشخیص، طبقه‌بندی و اقدام: در نهایت تمام این داده‌های دیجیتال پردازش می‌شوند تا برد و مسیر اشیاء شناسایی شده  تا سطح تهدید آن‌ها تعیین گردد. 

انواع تهدیدات هوایی

در جنگ‌های صورت گرفته در بین کشورها و ایالات، تهدیدات هوایی می‌توانند به شکل‌های متفاوتی بروز پیدا کنند. در بسیاری از موارد، این تهدیدات قابل کنترل خواهند بود و با فراهم نمودن زیر ساخت‌های اصولی می توان از نفوذ دشمن جلوگیری نمود. در کشور ایران با وجود تحریم‌های بسیار و فشارهای متوالی در سال‌های اخیر، دانشمندان و افراد متخصص در حیطه‌ راداری فعالیت‌های چشمگیری را انجام داده اند که نمونه‌های موفق و افتخارآمیز آن‌ها را در جنگ تحمیلی 12 روزه توسط رژیم صهیونیستی اسرائیل را همگان مشاهده نمودند.

در اینجا به برخی از انواع تهدیدات هوایی و تاثیرات این تهدیدات بر رادارها اشاره می‌گردد:

• انجام حملات هوایی با استفاده از بمب افکن‌ها و موشک‌های هدایت‌شونده کروز به جهت آسیب رساندن به زیرساخت‌های دشمن
• استفاده از جنگنده‌های فوق پیشرفته برای شناسایی و هدف قرار دادن اهداف زمینی
• نفوذ به سیستم‌های شناسایی و کامپیوتری دشمنان از طریق حملات سایبری برای مختل نمودن یا به تعویق انداختن سیستم‌های رادار و پدافند
• دفاع هوایی در برابر حملات دشمن از طریق رهگیری پهپادها

چالش‌های شناسایی و رهگیری اهداف

در جنگ‌های اخیر اطلاعات زیادی از چالش‌ها و مشکلات ارتش‌ها در شناسایی اهداف بدست آمده است. در اینجا برخی از مهم ترین آن‌ها مشاهده می‌گردد:

• سامانه‌های پدافندی در درجه‌ اول به سیستم دقیق تشخیصی نیاز دارند تا بتوانند انواع فرکانس‌ها را شناسایی نمایند.
•  استفاده از ریزپرنده‌هایی که از موتورهای سوپرسایلنت و بدنه‌ کامپوزیت تشکیل شده‌اند که این ویژگی ها شناسایی و رهگیری آن‌ها را دشوار می‌نماید.
• استفاده از سیستم‌های پدافندی قدیمی مانند اس 300 برای مقابله نمودن با موشک‌های پرسرعت باید به‌روزرسانی شود
• طراحی سیستم‌های رهگیری و انهدامی با ارتفاع بالا در مقایسه با سامانه‌های قدیمی می‌تواند اهداف را در کمترین زمان ممکن ساقط نماید.
• هزینه‌های بالا در توسعه و ساخت همیشه وجود دارد و اغلب بسیاری از ملاحظات به دلایل امنیتی، نگهداری و مالی نادیده گرفته می‌شوند.
• تهدیدات امنیت سایبری تهدید بزرگی برای امنیت عملیاتی سیستم‌های راداری محسوب می‌شوند و دشمنان می‌توانند از آن سو استفاده کنند.

آینده رادارها در شناسایی تهدیدات هوایی

رادارها هر روزه در حال تغییر و تحول هستند. شناسایی اهداف متخاصم در کشور نیازمند استفاده از رادارهای پیشرفته خواهد بود. دانشمندان این زمینه می‌توانند با یادگیری هوش مصنوعی و برنامه‌نویسی به ساختن مدل‌هایی با پردازش و تشخیص خودکار اهداف بپردازند که سطح بالاتری از کارایی را داشته باشند. با یادگیری برنامه نویسی با جدیدترین روش‌های آموزش می‌توان به امنیت کشور در حوزه راداری و امنیت هوایی کمک شایانی نمود. Raytheon Technologies نیز یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های جهان در حوزه فناوری‌های دفاعی، رادار، موشک و پدافند هوایی است. این شرکت توسعه‌دهنده برخی از پیشرفته‌ترین سامانه‌های راداری برای شناسایی تهدیدات هوایی در جهان است و سایت آن مرجع مناسبی برای علاقه‌مندان به فناوری‌های نظامی و هوافضا محسوب می‌شود. 

علاقه‌مندان در هر رشته‌ای که در آن تحصیل نموده‌اند می‌توانند در این زمینه برای کشور ایران افتخار آفرین باشند و نقش مهمی را ایفا کنند. با شرکت در دوره‌های آموزشی می توان سرعت یادگیری را دو چندان نمود و با بهره‌مندی از تجربیات اساتید این حوزه پیشرفت چشمگیری داشت. دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان به علاقه‌مندان این امکان را می‌دهد که علاوه بر یادگیری بتوانند به بازار کار نیز ورود کنند و از مدارک اعطا شده توسط گروه آموزشی پارس پژوهان به نحو احسن استفاده نمایند. برخی از مهم‌ترین دوره‌ها را می‌توان در زیر مشاهده نمود:

• دوره آموزش پایتون (PYTHON) مقدماتی
• دوره آموزش پردازش تصویر پیشرفته
• دوره آموزش سی پلاس پلاس (++C)
• دوره آموزش علم داده با پایتون (Data Science by Python)

جمع‌بندی

سیستم‌های رادار با ایفای نقش‌های محوری خود در دفاع از مرزهای هوایی و زمینی به عضوی جداناپذیر در جنگ‌های ده‌های اخیر تبدیل شده‌اند. به طور کلی، کارکرد رادارها در شناسایی و رهگیری تهدیدات هوایی نه تنها به افزایش امنیت ملی کمک می‌کند بلکه به حفظ ثبات و آرامش در مناطق مختلف نیز می‌انجامد. با نگاهی به آینده مسیر فناوری رادار می‌توان بی نهایت دید و قابلیت‌های مهندسین و متخصصین کشور ایران را در بالاترین درجات مشاهده کرد. برای آشنایی بیشتر با حوزه‌های تخصصی مرتبط، پیشنهاد می‌کنیم مقاله‌ مهندسی برق چیست؟ را نیز مطالعه کنید.

نویسنده: صالحه علی پور، کارشناس ارشد مهندسی پزشکی.