Понятие и развитие радиолокации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

На тему: Понятие телевидения (радиолокации)

Выполняла ученица 11 «А» класса

Хоботнякова Яна

Начало развития радиолокации в СССР

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А.Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б.К. Шембель, В.В. Цимбалин и П.К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю.Б, Кобзарев, П.А. Погорелко и Н.Я. Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС-2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам, она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

Радиоастрономия

Развитие радиоастрономии началось в 1940-х гг., когда впервые случайно были обнаружены космические радиосигналы. Множество объектов, от Солнца до галактик, и даже сама Вселенная, излучают радиоволны. Радиоволны проникают сквозь атмосферу, так что большие радиотелескопы можно строить прямо на Земле. Радиотелескопы работают круглые сутки, причем независимо от погоды, поскольку радиосигналы проходят даже сквозь облака.

Радиотелескоп по принципу своего действия во многом похож на оптический: он собирает излучение и фокусирует его на детекторе, настроенном на выбранную длину волны, а затем так преобразует этот сигнал, чтобы можно было построить условно раскрашенное изображение неба, показывающее силу радиосигналов этой длины волны во всех его участках. Радиотелескопы можно отнести к пассивной радиолокации. Как известно, радиоволны используются для связи, но определенные диапазоны частот специально резервируют и держат чистыми для радиоастрономов.

В большинстве известных типов радиотелескопов в качестве антенны, то есть устройства для улавливания радиоволн, применяется большая вогнутая чаша. Она действует в точности так же, как искривленное зеркало оптического телескопа-рефлектора, и чем больше ее диаметр, тем более слабый сигнал способна она уловить.

Если с помощью радиотелескопа хотят получить столь же детальные карты неба, какие дают оптические телескопы, то радиотелескоп должен превосходить оптический по размеру в той же пропорции, в какой радиоволны длиннее световых волн, то есть в десятки тысяч раз. Для этого потребовались бы гигантские вогнутые чаши диаметром во многие километры, что, очевидно, невозможно. Радиоастрономы решают эту проблему, соединяя между собой некоторое количество меньших антенн и направляя в компьютер их совместные наблюдения. В некоторых радиообсерваториях на обширной территории устанавливается огромный набор антенн. Кроме того, налаживают связь между антеннами, находящимися далеко друг от друга, в разных странах и даже на разных континентах.

Рисунок 1

Чаша радиотелескопа собирает радиоволны в своем фокусе, где расположен приемник. Усиленный сигнал регистрируется и записывается в графическом виде. Таким образом можно строить контурные карты различных участков неба.

Рисунок 2 Радиотелескоп Ловелла в Джодрел-Бэнк, Великобритания

Основы радиолокации.

Отражение радиоволн -- первая основа, первый принцип радиолокации. Не будь отражения радиоволн, не было бы и радиолокации.

Обнаруживаемая посредством радиолокации цель выдает себя тем, что отражает направленные на нее радиоволны. Пока никаких объектов в воздухе или на водной поверхности нет, радиоволны не встречают отражающих поверхностей, и специальные приемные аппараты не получают никаких сигналов. Стоит появиться цели, как она сейчас же отразит от себя волны, и приемные аппараты воспримут отражение.

Свойством отражать радиоволны обладают не только металлы, но и вообще все тела, способные проводить электрический ток. Земля, например, тоже отражает радиоволны: отражают радиоволны и горы, холмы, а также массивные сооружения -- здания, железнодорожные мосты, металлические башни, ангары и т. п.

Если радиоволны излучаются во все стороны равномерно, не направленно, то и отражения могут быть получены со всех направлений. Целью может стать ближайшая водонапорная башня в южном направлении и одновременно с ней -- элеватор на севере, самолет на западе и фабричная труба где-либо на востоке. Чтобы определить, где находится интересующая нас цель, нужно знать направление на нее или азимут (пеленг).

При направленном излучении отпадают всякие сомнения в отношении пеленга цели. Если радиолокационная станция излучает радиоволны направленно и при этом она же получает отражение, то цель, очевидно, находится именно в том направлении, куда излучаются волны.

Направленность составляет вторую основу радиолокации, второй ее принцип.

Определение координат цели радаром производится с учетом выбранной системы координат. Выбор той или иной системы координат связан со сферой применения радиолокационной установки. Например, наземная радиолокационная станция (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой измеряет три координаты цели: азимут, угол места и наклонную дальность.

Система координат обзорной РЛС:

б - азимут; Я- угол места; R - наклонная дальность РЛС такого типа используются на аэродромах. Работает эта станция в сферической системе координат.

Различают два основных режима работы РЛС: режим обзора (сканирования) пространства и режим слежения за целью. В режиме обзора луч РЛС по строго определенной системе просматривает все пространство или заданный сектор. Антенна, например, может медленно поворачиваться по азимуту и в то же время быстро наклоняться вверх и вниз, сканируя по углу места. В режиме слежения антенна все время направлена на выбранную цель и специальные следящие системы поворачивают ее вслед за движущейся целью.

Удаленность того или иного объекта определяется по запаздыванию отраженного сигнала относительно излучаемого. Запаздывание сигнала очень мало, поскольку радиоволны распространяются со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с). Действительно, для самолета, находящегося на расстоянии 3 км от РЛС, запаздывание сигнала составит всего 20 мкс. Такой результат получается из-за того, что радиоволна проходит путь в обоих направлениях, к цели и обратно, так что общее расстояние, пройденное волной, составит 6 км. Однако при радиолокации Марса, успешно проведенной в начале 60-х годов, задержка сигнала составила около 11 мин, а это время малым назвать нельзя. Современная вычислительная техника способна с высокой точностью обрабатывать сигналы с ничтожным временем запаздывания, поэтому с помощью радаров можно регистрировать объекты, расположенные как на больших, так и на малых расстояниях от наблюдателя. Существует единственное существенное ограничение применения радаров в целях сверхдальних наблюдений - это ослабление сигнала. Если сигнал проходит большое расстояние, то он частично рассеивается, искажается и ослабевает и выделить его в приемнике из собственных шумов приемника и шумов иного происхождения зачастую крайне затруднительно для повышения дальности действия РЛС, повышают мощность передатчика. Столь высокой ценой достигаются высокие характеристики современных РЛС.

В радиолокации используются радиоволны с длиной волны, приходящейся на сантиметровый (реже дециметровый) и миллиметровый диапазоны. Сам же вид излучаемого сигнала оказывается достаточно прост. Как правило, это последовательность коротких во времени импульсов, следующих один за другим через время, много превосходящее длительность этих импульсов. Ширина спектра таких сигналов Дf в подавляющем большинстве случаев оказывается во много раз меньше несущей частоты излучаемого сигнала f₀, то есть у радиолокационных сигналов (за исключением особых случаев) отношение Дf /f₀ << 1. Для функций U(t), обладающих таким свойством (узкополосные сигналы), как это впервые показал Гильберт, допустимо представление

U(t) = A(t)cos(2рf₀ t + ц(t)), (1)

где A(t) и ц(t) - медленно за период высокой частоты Т = 2р/f0 меняющиеся во времени функции. Оказывается, такое на вид простое представление, каковым является выражение (1), несет в себе серьезную проблему, превращающую радиолокацию с точки зрения решения стоящих перед ней задач в класс особых наук, что крайне принципиально.

Отраженная радиоволна, естественно, будет также иметь вид, определяемый равенством (1). Если цель неподвижна, то частота отраженного сигнала не изменится, а изменения претерпят лишь его амплитуда и фаза.

Облучению подвергнутся также все остальные цели и, в частности, те из них, которые расположены на том же расстоянии от радиолокационной станции. Это значит, что независимо от ситуации наличия или отсутствия цели в общем случае на входе радиолокационного приемника всегда присутствует сигнал одного и того же вида - квазигармоническое колебание.

Принцип изменения координат

Когда антенна локатора излучает зондирующий импульс, то требуется определенное время t₁, чтобы он дошел до цели. При скорости распространения волн с, много большей скорости перемещения цели V_ц, можно пренебречь смещением цели ДD за это время: если

V_ц<цt₁ << D = Ct₁.

Как только волны дойдут до цели, она становится вторичным излучателем, и часть энергии отраженных ею волн идет обратно к антенне локатора. Отраженный импульс дойдет до локатора за время t₂ - t₁ (что является следствием того же условия).

Рисунок 3

Суммарное время t₁ + t₂ - 2t₁ есть время запаздывания t₃ отраженного импульса относительно зондирующего. При условии постоянства скорости распространения волн (что с высокой степенью точности справедливо для скорости света в атмосфере) измерение дальности в радиолокации сводится к измерению этого времени запаздывания согласно формуле

D = C*t₃/2.

Принцип измерения дальности в радиолокации временными диаграммами (рис.5). В диаграмме Т -- период повторения, т. е. время, через которое передатчик посылает зондирующие импульсы; U_nep -- выходное напряжение (импульс) передатчика; U_пр -- отраженные импульсы на выходе приемника.

Основные характеристики

Разрешающая способность является важным параметром любого прибора, характеризующим его способность анализировать “тонкую структуру” входного воздействия. Если имеется в виду наблюдение некоторой пространственной картины, как в рассмотренном случае радиолокации или для оптических приборов, то разрешающая способность связана с возможностью различения наиболее мелких деталей этой картины: чем более мелкие детали могут быть выделены, тем выше разрешающая способность данного прибора или метода наблюдения. Казалось бы, мы имеем даже определенное преимущество по сравнению с наблюдением в оптическом диапазоне, где объект характеризуется двумя числами: яркостью (коэффициентом отражения) и цветом (какая-либо количественная характеристика цвета). Однако дело обстоит далеко не так. Прежде всего замечу, что в подавляющем большинстве используемых на практике радиолокационных станций (РЛС) измеряемым параметром является всего лишь одно единственное число - коэффициент отражения. Однако это не самое главное при сравнении с оптическими устройствами. Главное же состоит в следующем. В любой рассматриваемый момент времени на входе приемного устройства формируются сигналы, порожденные радиоволнами, отраженными от различных целей, находящихся на одинаковом расстоянии R от точки приема.

Прием отраженных радиоволн антенной в основном осуществляется в пределах некоторого телесного угла Д, для количественной оценки которого можно использовать два плоских угла Дб и Дв в двух взаимно перпендикулярных сечениях этого телесного угла. (Величина каждого из углов Дб и Дв определяется отношением l/d длины волны к линейному размеру антенны d в соответствующих сечениях. Таким образом, на выходе приемной антенны возникают токи, обязанные своим происхождением электрическим и магнитным токам, возбужденным падающей волной на прямоугольной площадке с линейными размерами RДб * RДв, находящейся от антенны на расстоянии R. Принципиальное отличие оптики от радиолокации заключается в размерах этой площадки. Для больших наземных радиолокационных станций углы Дб и Дв составляют десятки угловых минут, что соответствует отношению l/d порядка (3 - 5) - 10 -3. На расстоянии 50 км от антенны для этого случая линейный размер площадки составит величину порядка 400 - 600 м. В данном примере речь идет об очень больших и весьма редких антеннах. Для большинства же антенн сантиметрового диапазона отношение l/d примерно равно 0,03 - 0,05, что на порядок хуже приведенного примера. Для оптики при диаметре антенны всего лишь в 1 см искомое отношение составляет величины порядка 10 - 5, а поэтому размеры рассматриваемой площадки для оптики оказываются принципиально иными.

Наиболее общепринятым критерием, позволяющим количественно оценивать разрешающую способность, является критерий Рэлея. Первоначально он был установлен как условие раздельного наблюдения двух точечных источников света (разрешение двойной звезды), Рэлей предложил для количественной характеристики разрешающей способности телескопа использовать минимальное угловое расстояние между двумя точечными источниками, начиная с которого суммарная дифракционная картина будет иметь два максимума.

Не вдаваясь в подробности, а сославшись лишь на Рэлея, следует отметить, что все объекты, расположенные вдоль одного направления в пределах дальности, равной C*t/2, будут восприниматься наблюдателем как один объект (здесь C - скорость света, t - длительность зондирующего импульса). Для ориентировки проведем оценочный расчет этой величины. Если использовать обычный радиолокатор, то для него длительность импульса следует принять равной на уровне 1 мкс; это для искомого размера даст величину порядка 150 м, что весьма существенно. Таким образом, все объекты, находящиеся в пределах параллелепипеда с размерами RДб * RДв * Ct/2 (этот параллелепипед носит название разрешаемого объема, или элемента разрешения) будут восприниматься как одна цель. Из проблемы уменьшения этого объема вытекают почти все проблемы радиолокации.

Как мы видим, в радиолокации разрешающая способность также определяется по критерию Рэлея, хотя нельзя не заметить, что рэлеевская характеристика разрешающей способности несколько условна. С принципиальной точки зрения для правильной оценки разрешающей способности надо учитывать мешающие воздействия случайного характера, испытываемые прибором во время работы. Следовательно, разрешающей способностью, строго говоря, является способность различать детали с заданной вероятностью ошибок.

После вышесказанного должно быть понятно, почему в радиолокации используются ультракороткие радиоволны, длины которых лежит в метровом, дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах.

1. На ультракоротких волнах получаются приемлемые размеры антенн радиолокаторов, обладающих узкой диаграммой направленности. Тем самым обеспечивается хорошее разрешение по углам, повышается интенсивность облучения целей и мощность принимаемых сигналов.

2. Размеры обычных целей (самолеты, корабли) достаточно велики по сравнению с применяемыми длинами волн, что благоприятствует увеличению интенсивности отраженных сигналов.

3. Нельзя сформировать импульс (цуг) короче хотя бы десятка длин волн, поэтому чем меньше л, тем легче обеспечить формирование достаточно короткого импульса, а значит, получить хорошее разрешение по дальности.

4. Ультракороткие волны слабо поглощаются атмосферой независимо от погоды.

Диаграмма направленности

От размеров и структуры излучателя зависит не только его эффективность, но и распределение излучаемых им волн по различным направлениям -- диаграмма направленности излучателя. Существует общая теорема обратимости, согласно которой такая же диаграмма характеризует и величину колебаний, возбуждаемых в приемной антенне при попадании на нее волн, приходящих из различных направлений. Относительная интенсивность волн отображается величиной отрезка, проведенного в начало координат по заданному направлению до пересечения с кривой диаграммы направленности, если величину такого отрезка, а направлении максимума принять за единицу.

В качестве примера на (рис. 6) показана диаграмма направленности полуволнового излучателя (вибратора):

а) в меридиональной плоскости (в которой лежит излучатель)

Рисунок 6

б) в экваториальной плоскости (перпендикулярной вибратору, а, значит, и направлению колебаний в нем).

Диаграммы направленности полуволнового вибратора

Видно, что электромагнитный полуволновой вибратор не излучает вдоль направления колебаний в нем и, наоборот, максимально излучает в перпендикулярном направлении. В экваториальной плоскости излучение вибратора равномерное.

В частности, такова ширина диаграммы направленности антенны с параболическим отражателем, в фокусе которого расположен облучатель, например, в виде полуволнового вибратора.

Направленность излучения антенн изображают графиком или диаграммой.

Рисунок 7 Диаграмма направленности вертикального вибратора

Радиовещательные станции, передачи которых предназначены для всех, а не для какого-либо одного приемного пункта, в большинстве случаев имеют также ненаправленные антенны.

Другой случай. Антенна излучает неравномерно: в одну сторону больше, в другую меньше. Степень вытянутости указывает степень направленности: резче направленность -- больше вытянутость. Так, по мере возрастания направленности диаграмма (рис. 7), первоначально напоминавшая очертания яблока или вишни, приобретает форму груши, в дальнейшем все более начинает походить на сигару или дирижабль и затем на булавку.

радиолокация радиоастрономия вибратор

Пассивные и активные системы радиолокации

Активная радиолокация является всевидящей: как бы ни “притаилась” цель, то есть при полном ее радиомолчании, она все равно будет обнаружена, так как подвергается мощному “освещению” зондирующими импульсами передатчика радара. Однако мы уже видели, что по зондирующим импульсам можно обнаружить и сам радар со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями.

Вот почему наряду с активной радиолокацией создана и успешно развивается “молчаливая”, пассивная неизлучающая радиолокация, т. е. средства определения местоположения цели по ее собственным радио излучениям. Важным обстоятельством, способствующим успеху этого направления развития, является то, что даже при отсутствии работающего радиопередатчика всякий объект является источником радиоволн просто вследствие нагрева. Дело в том, что спектр теплового излучения -- очень широкополосный и включает в себя также и диапазон радиоволн. Поэтому в пассивной радиолокации можно выделить радиотеплолокацию.

Мощность теплового излучения в радиодиапазоне тем больше, чем выше температура тела и чем короче длина волны, т. е. в сантиметровом диапазоне излучается большая мощность, чем в дециметровом и т. д. Поэтому в более коротковолновом диапазоне радио теплолокатор оказывается более “дальнобойным”. Основной частью радио теплолокатора является приемник, называемый радиометром. По своим свойствам радиотепловые сигналы не отличаются от внутренних шумов приемника, и об их наличии можно судить только по увеличению мощности шума по сравнению с отсутствием сигналов. Это и приводит к необходимости применения специфических схем для обнаружения таких сигналов, существенно отличающих радиометры от обычных радиолокационных приемников. Кстати, такие же радиометры применяются и в радиоастрономии.

Задачи решаемые радиолокацией

Некоторое представление об областях применения РЛС может дать приводимый ниже перечень.

1. Сельское и лесное хозяйство. Исследование плотности растительного покрова, распределение лесных массивов, лугов и полей, определение вида почв, их температуры и влажности, контроль за состоянием ирригационных систем, обнаружение пожаров.

2. Геофизика и география. Определение структуры землепользования, распределение и состояние транспорта и систем связи, развитие систем переработки природных ресурсов, топография и геоморфология, определение состава пород и их структуры, стратиграфия осадочных пород, поиск минеральных месторождений, отработка техники разведки полезных ископаемых.

3. Гидрология. Исследование процессов испарения влаги, распределение и инфильтрация осадков, изучение стока грунтовых вод и загрязнения водных поверхностей, определение характера снегового и ледового покрова, наблюдение за водным режимом главных рек.

4. Океанография. Определение рельефа волнующейся поверхности морей и океанов, картографирование береговой линии, наблюдение за биологическими явлениями, проведение ледовой разведки.

5. Военное дело, гражданская авиация и космические исследования. Метеорологическое обеспечение полетов, управление воздушным движением, обеспечение ближней и дальней радионавигации, радиолокационное обеспечение посадки воздушных судов и космических аппаратов, обеспечение дальнего и ближнего обнаружения воздушных целей и наведения на них перехватчиков, обеспечение перехвата воздушных целей и прицеливания, панорамный обзор поверхности, распознавание государственной принадлежности летательных аппаратов, обеспечение радиолокационного сопровождения воздушных и наземных объектов и т.д.

Перспективы развития радиолокации

В наше время радиолокация получила широчайшее применение. Ее методы и средства используются для обнаружения объектов и контроля обстановки в воздушном, космическом, наземном и надводном пространствах. Современная техника позволяет с большой точностью измерять координаты положения самолета или ракеты, следить за их движением, определять не только формы объектов, но и структуру их поверхности. Радиолокационные методы открывают возможность изучать недра Земли и даже внутренние неоднородности поверхностных слоев на других планетах. Но если говорить о чисто "земных делах" - гражданском и военном применении радиолокации, то ее методы незаменимы, например, в организации управления воздушным движением, наведении, распознавании объектов, определении их принадлежности.

В зависимости от конкретного назначения современные радиолокационные станции (РЛС) имеют характерные особенности. Из всего их разнообразия значительную долю составляют РЛС обнаружения. Связано это с тем, что радиолокационный метод обнаружения является основным как на Земле, в воздухе, на море, так и в космосе. С помощью радиолокации производится так называемая пространственная селекция - обнаружение объекта по отраженному сигналу, временная селекция, когда по задержке возвращения отраженного сигнала устанавливается дальность до цели. Существует еще понятие частотная селекция, позволяющая отслеживать по изменению частотного спектра сигнала радиальную скорость наблюда емого объекта.

Современные РЛС, как правило, трехкоординатные. Они определяют дальность, угол места и азимут. При этом применяются антенны, имеющие узкие диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Чтобы обеспечить заданные точности определения угловых координат и не увеличивать время обзора, применяется метод параллельно-последовательного обзора пространства, когда одновременно используется несколько лучей, а зона перекрывается последовательным перемещением этих лучей, что позволяет сократить количество приемных каналов. Каким же образом можно избежать мешающих отражений от местных предметов и неоднородностей в атмосфере?

Здесь, в арсенале радиолокации, - режим селекции по частоте. Его суть состоит в том, что движущийся относительно РЛС объект отражает сигнал со сдвигом по частоте (эффект Доплера). Если этот сдвиг составляет даже всего 10^-7 от значений несущей частоты, то современные методы обработки выделят разницу и радиолокатор "увидит" цель. Это обеспечивается благодаря поддержанию необходимой стабильности сигналов или, как говорят специалисты радиолокации, сохранению их когерентности. Это важно, например, потому, что объекты, вызывающие мешающие отражения, часто не являются неподвижными (раскачиваются деревья, наблюдается волнение по водной поверхности, перемещаются облака и т. п.). Такие отраженные сигналы также имеют сдвиг по частоте. Чтобы расширить возможности РЛС, применяют различные режимы работы станций и их сочетания. При амплитудном режиме удается добиться большей дальности действия РЛС и определять цели, движущиеся с нулевой радиальной скоростью. Такой метод обычно используется для обзора в дальней зоне, где нет мешающих отражений. Когерентный режим применяют в ближней зоне обзора, где много мешающих отражений.

Для снижения пиковой мощности передатчиков РЛС используются сложные сигналы, которые обеспечивают достаточную точность и разрешающую способность. При этом приходится усложнять аппаратуру. Однако в данном случае компромисс вполне оправдан, так как позволяет обеспечить требуемую дальность обнаружения и не иметь высокого значения пиковой мощности.

Во многих современных РЛС используются фазированные антенные решетки (ФАР), в том числе активного типа, в каждую ячейку которых встроены свой передатчик и входные цепи приемника. Это, конечно, усложняет конструкцию станции и ее обслуживание, однако позволяет снизить потери при передаче и приеме, повысить возможность работы станции в сложной обстановке, в том числе в условиях искусственных помех. Вместе с тем включение в ФАР приемопередатчиков - один из важных способов повышения надежности РЛС. Даже при выходе из строя нескольких модулей передатчиков и приемников РЛС продолжает работать.

Рисунок 8

Непременным качеством современных РЛС является сохранение в течение достаточно длительного времени и в разных погодных условиях стабильности функционирования приемной аппаратуры. Такую задачу помогло решить внедрение в радиолокацию устройств цифровой обработки сигналов.

Важным требованием к современным РЛС обнаружения является их мобильность. Они рассчитаны на движение своим ходом по различным дорогам. На их свертывание и развертывание уходит от 5 до 15 минут. Здесь конструкторам пришлось пойти на резкое ограничение массы и габаритов РЛС. Решить эту задачу во многом удалось без ухудшения основных параметров по дальности, точности, зоне обзора, темпу обзора и т.д. Как выглядит современная радиолокационная станция обнаружения? Одним из ее главных элементов стала фазированная антенная решетка (рис.13). Она вращается и формирует обычно несколько лучей на прием и один луч на передачу. Принимаемые сигналы усиливаются, а затем преобразуются в цифровую форму. Дальнейшая обработка информации идет в цифровом виде с помощью элементов вычислительной техники. РЛС фактически в автоматическом режиме обнаруживает цели, измеряет координаты, определяет параметры трассы движения. Оператор почти полностью освобожден от рутинной работы. Его функции состоят в том, чтобы в необходимых случаях выбрать требуемый режим работы РЛС, т.е. помочь в ее адаптации к обстановке и поддерживать работоспособность РЛС. Несмотря на общие закономерности построения радиолокационных станций по своему назначению, они весьма разнообразны. Например, современные РЛС обнаружения бывают большой, средней, малой дальности; двух- и трехкоординатные; мобильные, подвижные, стационарные и, наконец, для обнаружения на малых и на больших высотах.

Что вкладывают создатели радиолокационных систем в понятие "современная РЛС"? Во многом оно оценивается критерием "эффективность-стоимость" и может быть выражено отношением, в числителе которого - обобщенные тактико-техническая характеристика станции, а в знаменателе - ее стоимость. При такой оценке упрощенные РЛС будут иметь невысокий показатель за счет малого числителя, а переусложненные - невысокий показатель за счет большого знаменателя. Оптимальное отношение для современных РЛС соответствует определенной совокупности примененных при ее создании научно-технических достижений, которые позволяют повысить ее возможности, причем достижений, технологически освоенных в производстве и поэтому приемлемых в экономическом плане. И наконец, понятие "современная РЛС" еще совсем необязательно означает, что она имеет по всем параметрам лучшие показатели, достигнутые мировой радиолокационной техникой. В каждую конструкцию станции должен включаться такой набор технических новинок, который наилучшим образом позволил бы ей обеспечить требуемую совокупность характеристик. Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что при функциональной схожести и многоотраслевом характере современных РЛС они, как правило, значительно отличаются друг от друга. В РЛС обнаружения, в зависимости от их назначения, применяются антенны от единиц до сотен квадратных метров, средняя излучаемая мощность составляет от сотен ватт до единиц мегаватт.

Естественно, проблемы совершенствования радиолокационных систем сегодня решаются на базе последних достижений механики, электромеханики, энергетики, радиоэлектроники, вычислительной техники и т.д. Все это говорит о том, что создание современных РЛС является сложной научно-технической и инженерной задачей. Среди радиолокационной техники, которая появилась в последнее время, особенно выделяются своей надежностью и высокими функциональными характеристиками радиолокаторы военного назначения. К ним можно отнести РЛС для обнаружения средств нападения, многие из которых характеризуются малой отражающей поверхностью, выполненной по так называемой технологии "Стелс" ("Невидимка"). Нападение осуществляется на фоне искусственных активных и пассивных помех радиолокационному обнаружению. При этом атаке подвергается и сама РЛС: по сигналам, которые она излучает, на нее наводятся противорадиолокационные ракеты (ПРР). Естественно поэтому, что радиолокационный комплекс, решая свои основные боевые задачи, должен иметь и средства защиты от ПРР.

Отечественная радиолокация добилась заметных успехов. Ряд созданных в России радиолокационных систем является нашим национальным достоянием и находится на уровне мировых. К их числу вполне можно отнести РЛС метрового диапазона волн, в том числе трехкоординатные станции. Очевидно, более подробно стоит познакомиться с возможностями одной из новых наших трехкоординатных станций кругового обзора, работающей в метровом диапазоне (рис.14). Она выдает информацию о местонахождении объекта в виде трех координат: по азимуту - 360°, по дальности на расстоянии до 1200 км и по высоте - до 75 км. Преимущества таких станций, с одной стороны, - неуязвимость для снарядов самонаведения и противолокационных ракет, обычно использующих более коротковолновые диапазоны, а с другой - способность обнаруживать самолеты "Невидимки". Ведь одна из причин "невидимости" этих объектов - их специальная форма, имеющая малое обратное отражение. В метровом диапазоне эта причина исчезает, так как размеры самолета сравнимы с длиной волны и его форма уже не играет решающей роли. Невозможно также, не ухудшая аэродинамику, покрыть самолет достаточным слоем радиопоглощающего материала. Несмотря на то что для работы в этом диапазоне требуются антенны больших габаритов, что станции имеют некоторые другие недостатки, указанные преимущества РЛС метрового диапазона предопределили их развитие и растущий интерес к ним во всем мире. Несомненным достижением отечественной радиолокации можно назвать работающие в дециметровом диапазоне волн РЛС для обнаружения целей, летящих на малых высотах (рис.15). Такая станция на фоне интенсивных отражений от местных предметов и метеообразований способна обнаружить цели на малых и предельно малых высотах и сопровождать вертолеты, самолеты, дистанционно пилотируемые аппараты, крылатые ракеты. В автоматическом режиме она определяет дальность, азимут, эшелон высоты и трассу. Вся информация может быть передана по радиоканалу на расстояние до 50 км. Характерной особенностью станций, о которых идет речь, является их высокая мобильность (малое время развертывания и свертывания) и возможность простым способом подъема антенн на высоту 50 м, т.е. над любой растительностью. Эти и подобные им РЛС по многим своим характеристикам не имеют аналогов в мире.

Прогнозируется, что ближайшем будущем будут создаваться, как и прежде, станции самого разного назначения и уровня сложности. Наиболее сложными будут трехкоординатные РЛС. Их общими чертами останутся принципы, заложенные в современных трехкоординатных системах кругового (или секторного) обзора. Главными их функциональными частями станут активные твердотельные (полупроводниковые) фазированные антенные решетки. Уже в ФАР осуществится преобразование сигнала в цифровую форму. Особое место в РЛС займет вычислительный комплекс. Он возьмет на себя все основные функции работы станции: обнаружение целей, определение их координат, а также управление станцией, включая ее адаптацию к помеховой обстановке, контроль за параметрами станции, проведение ее диагностики.

И это не все. Вычислительный комплекс обобщит полученные данные, установит связь с потребителем и передаст ему полную информацию в готовом виде. Сегодняшние достижения науки и техники позволяют прогнозировать именно такой облик РЛС ближайшего будущего. Однако считается сомнительной возможность создания универсального локатора, способного решать все задачи обнаружения. Акцент делается на комплексы разных РЛС, объединенных в систему обнаружения. При этом получит развитие нетрадиционное построение систем - многопозиционные радиолокационные комплексы, в том числе пассивные и активнопассивные, скрытые от разведки.

Размещено на Allbest.ru