pienoiskuva|Pitkän kantaman tutka ALTAIR (ARPA Long-Range Tracking and Instrumentation Radar) Marshallsaarilla on tarkoitettu havaitsemaan ballistisia ohjuksia. pienoiskuva|Optinen "tutka" LIDAR nopeuksia mittaamassa. Tutka on radiotekninen mittauslaite, joka perustuu radioaaltojen (sähkömagneettisen säteilyn) avulla tapahtuvaan ilmaisuun ja mittaamiseen. Sen avulla voidaan tutkia ympäristöä monissa eri tarkoituksissa, kuten ohjata meri- tai ilmaliikennettä tai valvoa sitä (esim. tutkailmavalvonta). Sillä voidaan havaita, seurata ja mitata kohteiden suunta, etäisyys, nopeus ja muitakin ominaisuuksia. Useimmissa muissa kielissä sanaa tutka vastaa sana radar (radio detection and ranging).Skolnik, Merrill, I: "Introduction to Radar Systems", Sivut: 8–13, http://www.radartutorial.eu/01.basics/Radar%20Principle.en.html
Tutka on yleisnimitys tutkajärjestelmille kuten ensiötutka PSR (primary surveillance radar), lennonjohdon lähialuetutka TAR (terminal area radar), tarkkuuslähestymistutka PAR (precision approach radar) ja lennonvarmennuksen pitkänkantamantutka ESR (en-route surveillance radar). Tutkalaitteita on valtavan laaja valikoima pienistä vartiointi- ja teollisuusautomaatiolaitteista pienen kylän kokoisiin ohjusvaroitusjärjestelmiin. Tutkaksi nimitetään toisinaan myös sellaisia laitteita, jotka eivät käytä radio- tai mikroaaltoja, vaan esimerkiksi ultraääntä. Esimerkiksi auton peruutustutka on teknisesti pikemminkin kaikuluotain. Optista tutkaa kutsutaan lidariksi.
Tutkan toimintaperiaate
oikea Tutkassa on radiolähetin (oma lähetin tai passiivisessa tutkassa vieras lähetin), joka lähettää voimakkaita radioaaltoja, ja radiovastaanotin, joka käsittelee (prosessoi) kohteen heijastumisesta aiheutuvia tutkakaikuja. Heijastunut heikko radiosignaali on mahdollista havaita ja vahvistaa, joten tutka sopii hyvin etäistenkin kohteiden havainnointiin.Skolnik, Merrill, I: "Introduction to Radar Systems", Sivut: 5–7, http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/es310/radarsys/radarsys.htm
Tutkat toimivat sähkömagneettisen spektrin radioaalto- tai mikroaaltoalueella, ja siksi mittaaminen voi tapahtua lähes haitatta sumun, sateen ja pimeyden läpi, jopa erikoistapauksissa kiinteiden aineiden, kuten puun tai maaperän läpi. Käyttötarkoitus ja toimintataajuus ovat yhteydessä toisiinsa, mutta kaikki taajuusalueet ovat mittaamisessa jollain tavalla käyttökelpoisia. Säätilan vaikutus kasvaa merkitsevästi, kun taajuus on yli 3 GHz. 9 GHz:n taajuudella rankka vesi- ja lumisade vaimentavat mittausetäisyyden alle sataan kilometriin.Skolnik, Merrill, I: "Introduction to Radar Systems", Sivut: 7–8 ja 459–465 ja 498–507,
Taajuusalueiden perinteisiä nimityksiä L-alue, aallonpituus n. 30 cm, taajuus n. 1 GHz. Pitkän kantaman tutka ja toisiotutka. S-alue, aallonpituus n. 10 cm, taajuus n. 3 GHz. Keskipitkän kantaman tutka. C-alue, aallonpituus n. 5 cm, taajuus n. 6 GHz. Keskipitkän kantaman tutka, säätutka. X-alue, aallonpituus n. 3 cm, taajuus n. 9 GHz. Lyhyen kantaman tutka, merenkulkututka. K-alue, aallonpituus n. 1 cm, taajuus n. 24 GHz. Hyvin lyhyen kantaman tutka, liikenteenvalvontatutka.
Pulssitutkan lähettimen lähete on jaksotettu lyhyiksi, suuritehoisiksi pulsseiksi. Lähetetty ja maalista heijastunut signaali etenevät valon nopeudella. Aika, joka kuluu signaalin etenemisessä lähettimestä maaliin ja takaisin, on mitattavissa ja muutettavissa laskennallisesti etäisyydeksi.
Kantoaaltotutkan jatkuvassa lähetteessä ei ole katkoksia, eikä se ole erityisen suuritehoinen. Jos siinä käytetään modulaatiota, joko taajuusmodulaatiota (FM) tai vaihemodulaatiota (PM), etäisyys voidaan mitata sen avulla määrittämällä aika, joka kuluu kun täsmälleen lähetetyn kaltainen signaalin tunnusmerkki palaa heijastuneena maalista takaisin. Aina ei ole tarpeen mitata etäisyyttä, esim. poliisin nopeudenvalvontatutka, joka on tyypillinen dopplertutka.Skolnik, Merrill, I: "Introduction to Radar Systems", Sivut: 68–95,
pienoiskuva|vasen|200 px|Monopulssiperiaate.Jos käytetty aallonpituus on kyllin lyhyt, jotta antenni voi olla kohtuullisen pieni muodostaakseen tarpeeksi terävän säteilykuvion eli keilan, voidaan sen asennon avulla määrittää maalin suunta sekä sivu- että korkeussuunnassa.
Monopulssitutka pyrkii hyvin suureen suuntatarkkuuteen. Se perustuu keilan jakamiseen kahteen (tai useampaan) osaan ja osakeilojen tuottamien kaikujen vertaamiseen keskenään, joko niiden voimakkuuden, tai vaihe-eron perusteella.
Seuranta: Kun maalin paikka voidaan näin määritellä toistuvasti ja tarkasti, voidaan näiden reittipisteiden avulla määritellä maalin kulkunopeus ja reitti. Näitä tietoja voidaan käyttää myös maalin tulevan reitin ennakointiin esimerkiksi törmäysten estämiseksi lennonvarmennuksessa ja merenkulussa, tai maaliin osumiseksi ammuksella sotilaallisissa sovellutuksissa.
Pulssidopplertutka on pulssitutkan ja dopplertutkan yhdistelmä. Tarkoituksena on eritellä kaikupulssit maalin liikehdinnän aiheuttaman dopplersiirtymän eli taajuuden pienen muutoksen perusteella. Tyypillinen sovellus on lennonvarmennustutka, joka suodattaa pois kuvasta ja tietojenkäsittelystä tarpeettomat maalit, kuten maanpinnasta, metsistä, tuuliturbiineista ja rakennuksista syntyneen suuren ja tarpeettoman maalien joukon, maavälkkeen. Näin saadaan hyötymaalit, lentoliikenne, paremmin näkyville, kun se ei peity tarpeettomien maalien alle.Skolnik, Merrill, I: "Introduction to Radar Systems", Sivut: 101–148, Dopplersiirtymän avulla voidaan eritellä esim. suihkukoneet, potkurikoneet ja helikopterit. Säätutka on myös pulssidopplertutka, vaikka sellaisia usein nimitetäänkin yksinkertaisesti dopplertutkiksi. Myös niillä on oleellinen toimintatapa eritellä ilmamassojen, jääkiteiden ja vesipisaroiden erilaisia liikekomponentteja sääennusteiden laatimisen perustaksi.
Liikkuva välke pulssidopplertutkan mittausalueella on välkettä, joka ei tulekaan paikallaan pysyvästä kohteesta vaan liikkuvasta. Tällöin onkin liikekomponenttien erittely tarpeellisiin ja turhiin hyvin vaikeaa. Tällainen tilanne syntyy, jos metsän puut huojuvat kovassa tuulessa rajusti, tai jos merellä on suuria aaltoja, merivälkettä. Myös laajalti käyttöönotettu tuulivoima ja suuret tuulivoimapuistot lukuisine turbiineineen synnyttävät tilanteen, jossa tutkamaali sisältää tuuliturbiinien pyörivien roottoreiden laajan dopplersiirtymien joukon. Kun roottorisiivet vielä ovat pinta-alaltaan laajoja ja niitä on paljon, on jouduttu kehittämään vaativia laskentamenetelmiä ja kalliita laitteita uuteen ympäristöön sopeutumiseksi.
Korkean tuuliturbiinin lapojen liike 250 – 300 metrin korkeudessa kovalla tuulella vastaa 300 – 500 km/h dopplersiirtymää, joka vastaa hävittäjälentokoneen liikehtimisnopeutta. Pyörivän turbiinin lapojen radiopinta-ala on moninkertainen hävittäjäkoneeseen verrattuna. Risteilyohjuksen tai taistelulennokin radiopinta-ala on vielä sitäkin pienempi ja ne lentävät juuri matalilla korkeuksilla. Siksi sotilaalliset vaatimukset asettavat rajoituksia tuuliturbiinien sijoitukselle.
Tuulivoimaloiden lukuisat lieriömäiset tornit muodostavat suuren heijastuspinta-alan, joka voi aiheuttaa maalin paikan poikkeamisen oikeasta eli harhamaalin. Edes toisiotutka, joka on liikennekoneiden tärkeä lennonjohtoväline, ei pelastu tältä virhemahdollisuudelta. Asiaa helpotetaan tuulipuistojen ja tutka-asemien paremmalla keskinäisellä sijoituksella, jota voidaan tietokoneella mallintaa. Joskus tuulipuistojen aiheuttama katvealue on katettava ylimääräisellä tutkalla.
Tutka ilmailussa Pitkän kantaman tutka pienoiskuva|oikea|150 px|Lennonvarmennustutkan antennit. SSR ylempänä ja PSR alempana. Pitkän kantaman tutkat, ESR (en-route surveillance radar), toimivat useimmiten 1–3 GHz:n taajuudella (aallonpituus 30 cm – 10 cm). 1 GHz:n tutka toimii hyvin pitkän kantaman tutkana, jonka antennin kokonaishalkaisija on reilusti yli 10 metriä. Usein on rakennettu samaan antennikompleksiin kaksi antennia, joko päällekkäin tai seläkkäin. Niistä toinen on SSR, toisiotutka, joka ei näe kaikkia maaleja, ja toinen on "oikea" ensiötutka (primary surveillance radar, PSR), joka näkee kaikki riittävän kaiun tuottavat maalit.
Lentokentän lähestymisaluetutka Lentokentän lähestymisaluetutkaa (terminal area radar, TAR) käytetään lentoaseman lähestymislennonjohdossa (APP). Tutkan avulla ohjataan lentoliikennettä lähestymisalueen sisällä ja alueelta toiselle. Lähestymisalueen tutka on ns. keskialueen tutka. Sekin on satoja kilometrejä mittaava ja siksi sillekin on sopiva taajuus 1–3 GHz.
Tarkkuuslähestymistutka Tarkkuuslähestymistutkan (precision approach radar, PAR) avulla voidaan ohjata laskeutuva lentokone huonoissa sääoloissa turvallisesti kentälle. Tutkalennonjohtaja saa tutkan avulla näytölle tiedon lentokoneen sijainnista kiitotien suhteen. Hän antaa radiolla ohjeita koneen lentäjälle suunnasta ja korkeudesta, niin että kone pysyy oikealla laskeutumislinjalla. Lentokoneessa yhteydenpitoon ei tarvita muita välineitä kuin yhteysradio. Suomessa menettely oli käytössä 2010-luvulle saakka, mutta poistui Helsinki-Vantaalta jo 2000-luvun alussa. Menetelmän vähemmän tarkka versio on nimeltään valvontatutka (aerodrome surveillance radar, ASR)
Liikennekoneen tutka pienoiskuva|oikea|150 px|Lentokoneen säätutkan antenni. Lentokonetutkat toimivat tyypillisesti yli 9 GHz:n taajuuksilla (alle 3 cm:n aallonpituus). Liikennelentokoneissa on tavallisesti hyvillä säätutkaominaisuuksilla varustettu tutka. Sitä toisinaan myös sanotaan säätutkaksi, vaikka se pystyy hyvin havaitsemaan muutkin edessä olevat kohteet kuin säärintamat. Myös siinä voi olla alapuolisen maaston havainnointiominaisuuksia.
Radiokorkeusmittari Suuremmissa lentokoneissa on tutkaperiaatteella toimiva korkeusmittari ilmanpainetoimisen mittarin lisäksi. Se on FM-periaatteella toimiva kantoaaltotutka, joka mittaa todellista etäisyyttä koneen alla olevaan pintaan.
Tutka merenkulussa Pääartikkeli: Merenkulkututka pienoiskuva|Wärtsilän valmistaman X-taajuusalueen laivatutkan antenni. Merenkulkututkasta käytetään usein myös nimityksiä laivatutka ja venetutka. Laitteen pääasiallinen käyttötarkoitus on toiminta aluksen navigoinnin apuvälineenä yhdessä kompassin, satelliittipaikantimen ja tietokoneen kanssa. Nykyään laite on käytössä myös vesiteiden kulunvalvonnassa kapeilla, mutkaisilla ja runsaasti liikennöidyillä reiteillä. Sitä tarkoitusta varten on VTS-keskus. Oleellista merenkulkututkan toiminnassa on se, että laite havaitsee sekä liikkuvat että kiinteät kohteet. Vaikka paikannus ja kulkusuunta voidaan satelliittipaikantimella tarkkaan määritellä ja liittää digitaaliseen karttaan, tutka on ainoa apuväline, jolla olemattomissakin näkyvyysolosuhteissa voidaan havaita toinen alus ja estää yhteentörmäys. Laitteet toimivat radioaalloilla sekä S-alueella (3 GHz) että X-alueella (9 GHz).
Jäätutka ja öljytutka ovat erikoistapauksia merenkulkututkasta. Jäätutka käyttää samaa merenkulkututkan hankkimaa kaikutietoa lisälaitteena hyödyntäen jääkentän rosoisuutta, jota on sitä enemmän, mitä paksumpaa jää on, jään nosteen aiheuttaman halkeilun takia. Alus pystyy siten valitsemaan edullisimman reitin halki jääkentän. Öljytutka käyttää samoin merenkulkututkan tutkatietoa ja perustuu öljyn aiheuttamaan vedenpinnan sileyteen verrattuna öljyttömään veteen. Öljyntorjunta-alus tai merialueen valvonta-alus voivat siten etsiä öljypäästöjä merestä. Jäätutka ja öljytutka tarvitsevat tarkoitukseen kehitetyn posessorin algoritmeineen tutkan lisälaitteena, jotta heikko signaali voidaan tulkita ja aluksen liiketila ottaa huomioon.
Toisiotutka Pääartikkeli: Toisiotutka