Tutka

Wikipedia

Pitkän kantaman tutka-antenni

Tutka perustuu radioaaltojen heijastumiseen kohteesta. Sen avulla voidaan havaita, seurata ja mitata kohteiden suunta, etäisyys ja nopeus.

Tutkan lähetin lähettää voimakkaita radioaaltoja ja vastaanotin mittaa radioaallon heijastumisesta aiheutuvia tutkakaikuja. Heijastunut heikko radiosignaali on helppo havaita ja vahvistaa, toisin kuin esimerkiksi ääni ja valo, joten tutka sopii hyvin etäisten kohteiden havainnointiin.

Tutkat toimivat sähkömagneettisen spektrin radioaalto- tai mikroaaltoalueella. Lähetin voi lähettää radioaaltoja pulsseina tai jatkuvana aaltona. Tutkia on hyvin erityyppisiä käyttötarkoituksen mukaan (esimerkiksi maaperätutka, säätutka, lentokentän lähestymistutka ja maalinseurantatutka).

Tutkat voidaan jakaa myös lähettimen ja vastaanottimen sijaintipaikan mukaan monostaattisiin, bistaattisiin ja multistaattisiin tutkiin. Monostaattisen tutkan lähetin ja vastaanotin sijaitsevat samassa paikassa. Bistaattisen tutkan lähetin ja vastaanotin sijaitsevat eri paikoissa. Multistaattinen tutka on bistaattisen tutkan laajennettu versio.

Saksassa ja Englannissa kehitettiin 1930-luvun puolivälistä lähtien lentokoneiden ja laivojen havaitsemiseen tarkoitettuja sotilastutkia. Taistelun Britanniasta aikana Britannian rakentamalla Chain Home -tutkaverkolla oli suuri merkitys taistelun kululle. Viime vuosina onkin pyritty kehittämään häiveteknologiaa hyödyntäviä tutkassa vaikeasti havaittavia laivoja ja lentokoneita (esimerkiksi F-117-rynnäkköhävittäjä tai B-2 Spirit -pommikone) kehittämällä tutkaheijastuksia vähentäviä materiaaleja ja vaikuttamalla heijastavien pintojen muotoon.

Optista tutkaa kutsutaan lidariksi. Tutka, joka mittaa myös kohteen nopeuden, on Doppler-tutka.

[muokkaa] Tutkan historia

Skotlantilainen James Maxwell kuvasi sähkömagnetismin perusteet vuonna 1864 tehdyssä julkaisussaan. Hän ehdotti sähkömagneettisen säteilyn käyttäytyvän aaltomaisesti, sekä laskelmiensa perusteella aavisteli sähkömagneettisten aaltojen etenevän valonnopeudella.

Saksalainen Heinrich Hertz todisti, että sähkömagneettinen säteily heijastuu metalliesineistä. Tämän lisäksi hän osoitti, että sähkömagneettiset signaalit voivat matkustaa ilman halki. Vuonna 1888 hän todisti sähkömagneettisen säteilyn olemassaolon rakentamalla kojeen, jonka avulla voitiin tuottaa radioaaltoja.

Ensimmäisen varsinaisen tutkan rakensi saksalainen Christian Hülsmeyer, joka kehitti telemobiloskoopiksi kutsutun laitteen 1900-luvun alussa. Laite oli tarkoitettu käytettäväksi laivoissa, ja se lähetti signaalin, josta saatiin kaiku, jos laivan törmäyskurssilla oli este. Jos vastaanotin sai kaiun, se soitti hälytyskelloa. Laitteen kantama oli muutama kilometri. Hänen kehittämä tutka perustui kipinävälin tuottamaan laajakaistaiseen radiopulssiin, josta antennin muodostama resonanssipiiri päästi läpi vain halutun kaistan spektristä.

Yhdysvalloissa kokeiltiin CW (continuous wave, jatkuva aalto) -tyyppisiä tutkia 1920-ja 1930-luvuilla. Näiden tutkien avulla pystyttiin ilmaisemaan esimerkiksi veneen tai lentokoneen läsnäolo. 1930-luvulla Naval Research Laboratory alkoi suorittaa kokeita pulssitutkilla, joilla saatiin selville myös kohteen etäisyys. Aluksi näitä tutkia käytettiin vain ionosfäärin korkeuden mittaamiseen. Pulssitutkan kehitystä hankaloitti vastaanottoelektroniikan yksinkertaisuus. Kun elektroniikka kehittyi ja pulssit saatiin vastaanotettua luotettavasti, voitiin pulssitukaa alkaa käyttää maanpinnalla olevien kohteiden havaitsemiseen. Vuoden 1936 loppuun mennessä NRL:ssä oli kehitetty pulssitutka, jonka kantama oli noin 40 km.

Englannissa Robert Watson-Watt tutki mahdollisuutta käyttää ns. kuolemansäteitä ilma-aluksia vastaan. Pian huomattiin, että tämä olisi mahdotonta. Watson-Watt kuitenkin huomasi samalla, että radioaaltojen avulla voitaisiin havaita ilma-aluksia. Hän luovuttikin vuonna 1935 Yhdistyneen kuningaskunnan ilmailuministeriölle raportin tutkasta, nimeltään "The Detection of Aircraft by Radio Methods". Vuoteen 1936 mennessä mennessä tutkan kantama oli jo 90 mailia, ja seuraavana vuonna britit aloittivat Chain Home -tutkaverkon rakentamisen maan etelä- ja itärannikolle. Watson-Wattin keittämä tutka perustui noin 100 m korkeisiin mastoihin ja koska tutka oli bistaattinen tutka, vastaanotto ja lähetysmastot sijaitsivat eri paikoissa. Valmistumishetkellä tutkan käyttämän taajuus oli 30 MHz.

Maalin suunnan määritysmenelmät kehittyvivät oleellisesti 1950-luvulla. Vaikka antennien keilat olivat parhaimmillaan noin 1 asteen levyisiä, voitiin päästä jopa 0,1 milliradiaanin tarkkuuteen.