«радиолокация» (стр. 1 из 2)

Принцип действия

Радиолокация основана на следующих физических явлениях:

  • Радиоволны рассеиваются на встретившихся на пути их распространения электрических неоднородностях (объектами с другими электрическими свойствами, отличными от свойств среды распространения). При этом отражённая волна, также, как и собственно, излучение цели, позволяет обнаружить цель.
  • На больших расстояниях от источника излучения можно считать, что радиоволны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью, благодаря чему имеется возможность измерять дальность и угловые координаты цели (Отклонения от этих правил, справедливых только в первом приближении, изучает специальная отрасль радиотехники — Распространение радиоволн. В радиолокации эти отклонения приводят к ошибкам измерения).
  • Частота принятого сигнала отличается от частоты излучаемых колебаний при взаимном перемещении точек приёма и излучения (эффект Доплера), что позволяет измерять радиальные скорости движения цели относительно РЛС.
  • Пассивная радиолокация использует излучение электромагнитных волн наблюдаемыми объектами, это может быть тепловое излучение, свойственное всем объектам, активное излучение, создаваемое техническими средствами объекта, или побочное излучение, создаваемое любыми объектами с работающими электрическими устройствами.

Литература

  • Erickson, John; «Radiolocation and the air defense problem: The design and development of Soviet Radar 1934-40», Social Studies of Science, vol. 2, pp. 241—263, 1972
  • Ширман Я. Д., Голиков В. Н., Бусыгин И. Н., Костин Г. А. Теоретические основы радиолокации / Ширман Я. Д.. — М.: Советское радио, 1970. — 559 с.
  • Справочник по радиолокации / Сколник М.И.. — М., 2014. — 1352 с. — ISBN 978-5-94836-381-3.
  • Справочник по радиолокации / Сколник М.И.. — М., 2014. — 1352 с. — ISBN 978-5-94836-381-3.
  • Бакут П. А., Большаков И. А., Герасимов Б. М., Курикша А. А., Репин В. Г., Тартаковский Г. П., Широков В. В. Вопросы статистической теории радиолокации. — М.: Советское радио, 1963. — 423 с.
  • Центральная радиолаборатория в Ленинграде // Под ред. И. В. Бренёва. — М.: Советское радио, 1973.
  • Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи. Коллекция документов генерал-лейтенанта М. М. Лобанова по истории развития радиолокационной техники. Ф. 52Р оп. № 13
  • Лобанов М. М. Из прошлого радиолокации: Краткий очерк. — М.: Воениздат, 1969. — 212 с. — 6500 экз.
  • Лобанов М. М. Мы —— военные инженеры. — М.: Воениздат, 1977. — 223 с.

Лобанов М. М. Развитие советской радиолокационной техники. — М.: Воениздат, 1982. — 240 с. — 22 000 экз.


Сиверс А. П., Суслов Н. А., Метельский В. И. Основы радиолокации. — Л.: СудпромГиз, 1959. — 350 с. — (Учебное пособие для радиотехнических специальностей высших учебных заведений). — 25 500 экз.

2.3 Устройство Вторичной РЛС

Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается, от принципа Первичной радиолокации. В основе устройства Вторичной РЛС лежат компоненты: передатчик, антенна, приёмник, сигнальный процессор (специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени), индикатор и самолётный ответчик с антенной (бортовое приёмопередающее устройство летательных аппаратов, предназначенное для автоматической выдачи информационных посылок по запросному сигналу РЛС.).

Передатчик. Служит для излучения импульсов запроса в антенну на частоте 1030 МГц

Антенна. Служит для излучения и приёма отражённого сигнала. Для вторичной РЛС характерно то, что антенна излучает на частоте 1030МГц, и принимает на частоте 1090 МГц.

Приёмник. Служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц

Сигнальный процессор. Служит для обработки принятых сигналов

Индикатор. Служит для индикации обработанной информации

Самолётный ответчик с антенной. Служит для передачи импульсного радиосигнала, содержащего дополнительную информацию, обратно в сторону РЛС при получении радиосигнала запроса.

3. Применение РЛ

3.1 Военное применение

Одним из первых важных применений радиолокации были поиск и дальнее обнаружение в военных целях. Обратимся к истории: перед второй мировой войной Великобритания построила не очень совершенную, но довольно эффективную сеть радиолокационных станций дальнего обнаружения для защиты от внезапных воздушных налетов со стороны Ла-Манша. В наши же дни более совершенные радиолокационные сети защищают Россию и Северную Америку от внезапного нападения авиации или ракет. Корабли и самолеты также оснащаются радиолокаторами. Таким образом, стало возможным наведение истребителей на вражеские бомбардировщики с наземных радиолокаторов слежения или с корабельных радиолокаторов перехвата; можно также использовать бортовые самолетные радиолокаторы для обнаружения, слежения и уничтожения техники противника. Бортовые радиолокаторы важны для поиска, осуществляемого над сушей или морем, и оказания помощи в навигации или при слепом бомбометании.

Ракеты с радиолокационным наведением оснащаются для выполнения боевых задач специальными автономными устройствами. Для распознавания местности на самонаводящейся ракете имеется бортовой радиолокатор, который сканирует земную поверхность и соответствующим образом корректирует траекторию полета. Радиолокатор, расположенный поблизости от противоракетной установки, может непрерывно отслеживать полет межконтинентальной ракеты. За последние годы в обычные методы и средства радиолокации было внесено много нового – появилась, в частности, система для одновременного слежения за многими целями, находящимися на разных высотах и азимутах; кроме того, разработан способ усиления сигналов радиолокатора без увеличения фонового шума.

Океанские суда используют радиолокационные системы для навигации. На промысловых траулерах радиолокатор находит применение для обнаружения косяков рыбы.

На самолетах радиолокаторы используют для решения ряда задач, в том числе для определения высоты полета относительно земли. В аэропортах один радиолокатор служит для управления воздушным движением, а другой – радиолокатор управления заходом на посадку – помогает пилотам посадить самолет в условиях плохой видимости.

4. Технология СТЕЛС и связь ее с РЛ (РЛС).

СТЕЛС — технология снижения заметности. Поверхность самолёта собирают из нескольких тысяч плоских треугольников специального волнотталкивающего материала, следовательно:

В чем разница между первичным и вторичным радиолокаторами?

Сравнительная характеристика первичного

Основной особенностью первичных радиолокационных устройств является то, что они работают с пассивным эхо-сигналом. Излученные высокочастотные импульсы отражаются целью и затем принимаются тем же радиолокационным устройством. Таким образом, непосредственной причиной возникновения отраженного эхо-сигнала является зондирующий сигнал, излучаемый радиолокационным устройством.

и вторичного радиолокаторов

Вторичные радиолокационные устройства работают по иному принципу: они используют активные ответные сигналы. Вторичное радиолокационное устройство также излучает зондирующий сигнал, называемый запросным. Когда этот сигнал достигает цели, он принимается бортовым активным ответчиком, в котором выполняется его обработка. После этого формируется и излучается ответный сигнал на другой частоте, содержащий ответное сообщение.

Системы обоих типов, в силу различия принципов построения, имеют свои достоинства и недостатки. Так, первичный радиолокатор обеспечивает достоверную информацию об угловых координатах, высоте и дальности цели. В то же время вторичный радиолокатор может получать дополнительную информацию, такую как, например, сигналы опознавания государственной принадлежности и высота. Последнее является весьма полезным свойством, поскольку точность измерения высоты бортовыми высотомерами выше, чем точность наземных высотомеров.

Следует помнить, что вторичная радиолокация требует наличия на борту специального оборудования. Однако именно благодаря этому появляется возможность существенно уменьшить мощность передатчика при сохранении такого же значения максимальной дальности действия, что и в случае первичной радиолокации Это легко поясняется тем, что излучаемая мощность входит в уравнение радиолокации совместно с удвоенной дальностью до цели в случае первичной радиолокации и однократной дальностью — в случае вторичной радиолокации:


Рисунок 1. Калибровочные кривые приемников, различные чувствительности первичного (PSR) и вторичного (SSR) радиолокационных приемников

Рисунок 1. Калибровочные кривые приемников, различные чувствительности первичного (PSR) и вторичного (SSR) радиолокационных приемников

В качестве оценочного значения можно принять снижение мощности передатчика в 1000 раз. Это означает, что в таком случае может быть использован более простой, компактный и дешевый передатчик. Приемник может обладать худшей чувствительностью, поскольку мощность сигналов активного ответа больше мощности пассивного эхо-сигнала. Однако по этой же причине возрастает негативное влияние сигналов, принятых по боковым лепесткам. По этой причине при построении вторичных радиолокаторов, как правило, предпринимаются дополнительные меры по подавлению боковых лепестков.

Поскольку излучение и прием происходит на отличающихся друг от друга частотах, пассивные помехи не возникают, следовательно отпадает необходимость в системе селекции движущихся целей. С другой стороны, при подавлении активными помехами изменение частоты невозможно. Специфические помехи, имеющие место при использовании вторичных радиолокационных устройств вызывают необходимость дополнительных схемных решений.

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

См. также статьи: Диапазон частот, Частота периодического процесса

Электромагнитное излучение

Синхротронное

Циклотронное

Тормозное

Тепловое

Монохроматическое

Черенковское

Переходное

Радиоизлучение

Микроволновое

Терагерцевое


Инфракрасное

Видимое

Ультрафиолетовое

Рентгеновское

Гамма-излучение

Ионизирующее

Реликтовое

Магнито-дрейфовое

Двухфотонное

Вынужденное

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц — 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.

Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:

  • радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
  • радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;
  • распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования

Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.

ГОСТ 24375 даёт следующую обобщённую разбивку радиочастотного диапазона, основанную на международных стандартах:

  1. Очень низкие частоты — 3—30 кГц, соответствует сверхдлинным волнам
  2. Низкие частоты — 30—300 кГц, соответствует длинным волнам
  3. Средние частоты — 300—3000 кГц, соответствует средним волнам
  4. Высокие частоты — 3—30 МГц, соответствует коротким волнам
  5. Очень высокие частоты — 30—300 МГц, соответствует ультракоротким (или метровым волнам)
  6. Ультравысокие частоты — 300—3000 МГц, соответствует дециметровым волнам
  7. Сверхвысокие частоты — 3—30 ГГц, соответствует сантиметровым волнам
  8. Крайне высокие частоты — 30—300 ГГц, соответствует миллиметровым волнам
  9. Гипервысокие частоты — 300—3000 ГГц, соответствует субмиллиметровым волнам

Вышеприведённая классификация не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. На практике под низкочастотным диапазоном подразумевается звуковой диапазон, а под высокочастотным — весь радиодиапазон, выше 30 кГц, в том числе сверхвысокочастотный (свыше 300 МГц).

Первые эксперименты: радиоволны в открытом море

Термин «радиолокация» происходит от двух латинских слов: «radiare», которое означает «излучать», и «locatio» – «размещение, расположение». Сложение этих двух слов позволяет трактовать, что радиолокация занимается определением местоположения различных объектов по излученным от них сигналам.

Это самое общее толкование слова «радиолокация». Более точной формулировкой будет следующая. Под радиолокацией понимают область радиоэлектроники, которая занимается разработкой методов и технических устройств (систем), предназначенных для обнаружения и определения координат и параметров движения различных объектов с помощью радиоволн.

С помощью радиолокации обеспечивается решение широкого круга задач, связанных с обнаружением воздушных и наземных объектов (целей), навигацией (обеспечением вождения) различных судов (воздушных и морских), с управлением воздушным и морским движением, управлением средствами ПВО, с обеспечением безопасности движения транспортных средств, с предсказанием возникновения погодных явлений, а также с поражением наземных (морских) и воздушных объектов в любое время суток и в любых метеоусловиях. Помимо этого, основываясь на принципах радиолокации, решаются задачи, связанные с диагностикой организма человека. Как видите, спектр задач, решаемых радиолокацией, достаточно широк несмотря на то, что радиолокация сравнительно молодое научное направление.

Первые упоминания о возможности использования радиоволн для обнаружения различных объектов относятся ко второй половине 90-х годов XIX столетия. В частности, годом рождения радиолокации в России считается 1897-й, когда изобретатель радио Александр Степанович Попов, проводя свои эксперименты в открытом море по установлению связи с помощью беспроводного телеграфа, обнаружил эффект отражения радиоволн. Было это так. Летом 1897 года под руководством А.С. Попова в Финском заливе проводились испытания радиоаппаратуры, изобретенного им беспроволочного телеграфа. В испытаниях принимали участие два морских судна – транспорт «Европа» и крейсер «Азия». На данных судах были установлены приемная и передающая аппаратура, и между ними поддерживалась непрерывная радиосвязь.

Неожиданно между кораблями прошел линейный крейсер «Лейтенант Ильин». Связь между кораблями прервалась. Через некоторое время, когда «Лейтенант Ильин» прошел линию, соединяющую корабли, связь возобновилась. Это «затенение» было замечено испытателями, и в отчете А.С. Попова по результатам экспериментов было отмечено, что появление каких-либо препятствий между передающей и приемной позициями может быть обнаружено как ночью, так и в тумане. Так родилась радиолокация.

Пассивная радиолокация

Блок-схема импульсной радиолокационной станции.  

Пассивная радиолокация основана на приеме радиоволн, излучаемых объектом. По этому принципу осуществляется радиопеленгация самолетов или кораблей, имеющих радиопередатчики, а также работа радиотелескопов, улавливающих излучение небесных тел.  

Пассивная радиолокация имеет много общего с тепловой локацией, в которой используется инфракрасная область спектра с длиной волны Я, l — j — 5 мкм. Для улавливания энергии в тепловых локаторах применяется линзовая или зеркальная оптическая система, которая фокусирует лучистый поток на чувствительном элементе. Преобразование энергии инфракрасного излучения в электрический сигнал осуществляется болометрами или фотосопротивлениями.  

Поэтому пассивная радиолокация тесно связана с радиопеленгацией — отраслью радионавигации, основанной на использовании методов и средств определения направления на объекты, имеющие источники радиоизлучения.  

В пассивной радиолокации сигналом, принимаемым РЛС, является естественное излучение объектов в радиодиапазоне преимущественно теплового происхождения, поэтому пассивную радиолокацию называют также радио-теплолокацией. Таким образом, в этом случае, так же как и в активной радиолокации, для обнаружения объектов и определения их координат применяют радиосигнал.  

В пассивной радиолокации объектами обработки являются случайные волновые поля, создаваемые тепловым излучением тел. Поэтому пассивную радиолокацию называют радиотеплолокацией или радиометрией. Радиометры работают в инфракрасной, миллиметровой и сантиметровой областях электромагнитного спектра.  

В пассивной радиолокации используется собственное тепловое электромагнитное излучение объектов в радиообластях спектра. Это излучение поступает в приемник РЛС для определения угловых координат цели.  

Для измерения дальности и радиальной скорости в пассивной радиолокации применяются косвенные методы.  

В зависимости от способа образования радиосигналов, несущих информацию о цели, различают активную, полуактивную и пассивную радиолокацию. При активной радиолокации передатчик и приемник находятся в одном месте. Отраженные колебания поступают в приемник.  

В пассивной радиолокации сигналом, принимаемым РЛС, является естественное излучение объектов в радиодиапазоне преимущественно теплового происхождения, поэтому пассивную радиолокацию называют также радио-теплолокацией. Таким образом, в этом случае, так же как и в активной радиолокации, для обнаружения объектов и определения их координат применяют радиосигнал.  

Б-3. Получение ретрал-лкрованных сигналов.| Использование собственного излучения объекта.  

Подобный метод получения радиосигналов применяется как в радиолокации ( определение угловых координат передатчиков помех, наблюдение теплоконтрастных целей на поверхности Земли) и называется пассивной радиолокацией, так и в радионавигации ( определение угловых координат радиомаяков, приводйых радиостанций и др..  

В зависимости от природы возникновения электромагнитных волн, достигающих антенны РЛС и доставляющих информацию об объекте радиолокационного наблюдения, различают активную, полуактивную, активную с активным ответом и пассивную радиолокацию.  

Наряду с рассмотренными активными РЛС находят применение пассивные системы. Пассивная радиолокация применяется для определения угловых координат целей. Она основана на приеме теплового излучения целей в диапазонах сантиметровых, миллиметровых и децимиллиметровых волн.  

В пассивной радиолокации объектами обработки являются случайные волновые поля, создаваемые тепловым излучением тел. Поэтому пассивную радиолокацию называют радиотеплолокацией или радиометрией. Радиометры работают в инфракрасной, миллиметровой и сантиметровой областях электромагнитного спектра.  

Дальность действия РЛС

Основная статья: Основное уравнение радиолокации

Максимальная дальность действия РЛС зависит от ряда параметров и характеристик как антенной системы станции, мощности излучаемого сигнала, и чувствительности приёмника системы. В общем случае без учёта потерь мощности в атмосфере, помех и шумов дальность действия системы можно определить следующим образом:

Dmax=PnDaSaσ(4π)2Pn.min4{\displaystyle D_{max}={\sqrt{\frac {P_{n}D_{a}S_{a}\sigma }{\left(4\pi \right)^{2}P_{n.min}}}}},

где:

Pn{\displaystyle \;P_{n}} — мощность генератора;
Da{\displaystyle \;D_{a}} — коэффициент направленного действия антенны;
Sa{\displaystyle \;S_{a}} — эффективная площадь антенны;
σ{\displaystyle \;\sigma } — эффективная площадь рассеяния цели;
Pn.min{\displaystyle \;P_{n.min}} — минимальная чувствительность приёмника.

При наличии шумов и помех дальность действия РЛС уменьшается.

Влияние помех

Работа нескольких РЛС в одном частотном диапазоне

На загруженных участках, где одновременно используются многочисленные РЛС (например, морские порты) вероятны совпадения частотных диапазонов. Это приводит к приему РЛС сигнала другой РЛС. В результате на экране появляются дополнительные точки, бросающиеся в глаза из-за своей геометрической правильности. Эффект может быть убран переходом на другую рабочую частоту.

Мнимое изображение


При отражении радиосигнала от массивного объекта возможно дальнейшее распространение к меньшим объектам с последующим отражением и попаданием в РЛС. Таким образом, путь, который прошел сигнал становится больше и на экране появляется мнимое изображение объекта, который на самом деле находится в другом месте

Такой эффект должен приниматься во внимание при нахождении вблизи крупных отражающих объектов, таких как мосты, гидротехнические сооружения и крупные суда.

Многократное отражение

При размещении РЛС на большом судне возможен эффект многократного отражения сигнала. Сигнал РЛС отражается от близкого объекта, частично попадает обратно в РЛС, а частично отражается от корпуса суда. Таких отражений может быть много, амплитуда при каждом отражении уменьшается и сигнал будет восприниматься до тех пор, пока не будет достигнута пороговая чувствительность приемника. На экране радара будут видны несколько уменьшающихся с каждым разом объектов. Расстояние между ними пропорционально расстоянию от РЛС до объекта.

Атмосферные потери особенно велики в сантиметровом и миллиметровом диапазонах и вызываются дождем, снегом и туманом, а в миллиметровом диапазоне также кислородом и парами воды. Наличие атмосферы приводит к искривлению траектории распространения радиоволн (явление рефракции). Характер рефракции зависит от изменения коэффициента преломления атмосферы при изменении высоты. Из-за этого траектория распространения радиоволн искривляется в сторону поверхности земли.

Раздел: Вторичная радиолокация

Рисунок 1. Предварительный просмотр интернет-представительства

Рисунок 2. Антенна широкой вертикальной апертуры

Рисунок 1. Антенна широкой вертикальной апертуры

Радиолокация зародилась в ответ на потребности, вызванные войной. Необходимость обнаружения самолетов противника на больших расстояниях привела к огромным интеллектуальным и финансовым вложениям в развитие радиолокации (англ. RADAR – акроним от RAdio Detection And Ranging). Классическую радиолокационную технологию называют активной радиолокацией с пассивным ответом. Это означает, что такая технология не предполагает какого-либо активного ответа со стороны обнаруживаемого воздушного объекта на запрос (зондирующий сигнал) радиолокатора. Зачем же понадобилась другая технология?

По мере разработки и применения радиолокаторов, вскоре стало ясно, что, помимо наблюдения за самолетами противника, радиолокатор является хорошим средством для наблюдения и за своими («дружественными») воздушными объектами. Следовательно, радиолокаторы могут применяться для контроля за последними и для управления ими. Если «дружественный» самолет оснащен радиолокационным ответчиком, или транспондером (transponder = transmitting responder), то, приняв запросный сигнал радиолокатора, он посылает в ответ мощный сигнал в качестве эхо-сигнала. Такой ответный сигнал генерируется транспондером и является кодированным. Полученная таким образом новая возможность оказалась очень полезной для военных пользователей, поскольку теперь можно было четко отличить свой самолет (отвечает на запрос) от самолета противника (не отвечает на запрос). Кроме этого, в ответе может содержаться гораздо больше информации, чем может получить классический радиолокатор, называемый еще первичным радиолокатором. К дополнительной информации относится, например, высота самолета над уровнем моря, индивидуальный код, признак возникновения каких-либо технических проблем на борту (потеря радиоконтакта и тому подобное).

Цель данного раздела состоит в том, чтобы дать общее представление о принципах функционирования радиолокационных систем с активным ответом, называемых еще вторичными обзорными радиолокаторами (англ. Secondary Surveillance Radar, SSR). Во-первых, будет рассмотрена функциональная схема вторичного радиолокатора (режим А/С), включая форматы канала связи и ответных сообщений. Во-вторых, будут описаны основные аспекты перспективной системы (режим S).

Основные факторы

Основными моментами в противостоянии с авиацией были:

  • Применение для скрытия самолётов и вертолётов пассивных маскирующих помех в виде распыляемых в воздухе кусочков фольги, отражающей радиоволны. Ответом на это было внедрение в радиолокаторах систем селекции движущихся целей, которая на основе доплеровского эффекта отличает движущиеся самолёты от сравнительно неподвижной фольги.
  • Развитие технологий построения самолётов и кораблей, уменьшающих мощность отражённого назад к радиолокатору сигналов, получивших название Стелс. Для этого служат и специальные поглощающие покрытия, и специальная форма, отражающая падающую радиоволну не назад, а в другом направлении.

Как работает радиолокатор

Локацией называют способ (или процесс) определения месторасположения чего-либо. Соответственно, радиолокация – это метод обнаружения предмета или объекта в пространстве при помощи радиоволн, которые излучает и принимает устройство под название радиолокатор или РЛС.

Физический принцип работы первичного или пассивного радара довольно прост: он передает в пространство радиоволны, которые отражаются от окружающих предметов и возвращаются к нему в виде отраженных сигналов. Анализируя их, радар способен обнаружить объект в определенной точке пространства, а также показать его основные характеристики: скорость, высоту, размер. Любая РЛС – это сложное радиотехническое устройство, состоящее из многих компонентов.

В состав любого радара входит три основных элемента: передатчик сигнала, антенна и приёмник. Все радиолокационные станции можно разделить на две большие группы:

  • импульсные;
  • непрерывного действия.

Передатчик импульсной РЛС испускает электромагнитные волны в течение краткого промежутка времени (доли секунды), следующий сигнал посылается только после того, как первый импульс вернется обратно и попадет в приемник. Частота повторения импульса – одна из важнейших характеристик РЛС. Радиолокаторы низкой частоты посылают несколько сотен импульсов в минуту.

https://youtube.com/watch?v=EzWo_k1MDuc

Импульсные РЛС имеют как недостатки, так и преимущества. Они могут определять дальность сразу нескольких целей, подобный радар вполне может обходиться одной антенной, индикаторы подобных устройств отличаются простотой. Однако при этом сигнал, испускаемый подобным РЛС должен иметь довольно большую мощность. Также можно добавить, что все современные радары сопровождения выполнены по импульсной схеме.

Антенна РЛС фокусирует электромагнитный сигнал и направляет его, улавливает отраженный импульс и передает его в приемник. Существуют радиолокаторы, в которых прием и передача сигнала производятся разными антеннами, причем они могут находиться друг от друга на значительном расстоянии. Антенна РЛС способна испускать электромагнитные волны по кругу или работать в определенном секторе. Луч радара может быть направлен по спирали или иметь форму конуса. Если нужно, РЛС может следить за движущейся целью, постоянно направляя на нее антенну с помощью специальных систем.

В функции приемника входит обработка полученной информации и передача ее на экран, с которого она считывается оператором.

Кроме импульсных РЛС, существуют и радары непрерывного действия, которые постоянно испускают электромагнитные волны. Такие радиолокационные станции в своей работе используют эффект Доплера. Он заключается в том, что частота электромагнитной волны, отраженной от объекта, который приближается к источнику сигнала, будет выше, чем от удаляющегося объекта. При этом частота испускаемого импульса остается неизменной. Радиолокаторы подобного типа не фиксируют неподвижные объекты, их приемник улавливает лишь волны с частотой выше или ниже испускаемой.

Основной проблемой радаров непрерывного действия является невозможность с их помощью определять расстояние до объекта, зато при их работе не возникает помех от неподвижных предметов между РЛС и целью или за ней. Кроме того, доплеровские радары – это довольно простые устройства, которым для работы достаточно сигналов малой мощности. Также нужно отметить, что современные радиолокационные станции с непрерывным излучением имеют возможность определять расстояние до объекта. Для этого используется изменение частоты РЛС во время работы.

Одной из главных проблем в работе импульсных РЛС являются помехи, которые идут от неподвижных объектов — как правило, это земная поверхность, горы, холмы. При работе бортовых импульсных радаров самолетов все объекты, находящиеся ниже, «затеняются» сигналом, отраженным от земной поверхности. Если говорить о наземных или судовых радиолокационных комплексах, то для них эта проблема проявляется в обнаружении целей, летящих на малых высотах. Чтобы устранить подобные помехи используется все тот же эффект Доплера.

Также радиолокационные станции можно разделить по длине и частоте волны, на которой они работают. Например, для исследования поверхности Земли, а также для работы на значительных дистанциях используются волны 0,9—6 м (частота 50—330 МГц) и 0,3—1 м (частота 300—1000 МГц). Для управления воздушным движением применяется РЛС с длиной волны 7,5—15 см, а загоризонтные радары станций обнаружения ракетных пусков работают на волнах с длиной от 10 до 100 метров.

Связь с другими отраслями науки

Основным фактором, ограничивающим технические характеристики локаторов, является малая мощность принимаемого сигнала. При этом мощность принимаемого сигнала убывает как четвёртая степень дальности (то есть, чтобы увеличить дальность действия локатора в 10 раз нужно увеличить мощность передатчика в 10000 раз). Естественно, на этом пути быстро пришли к пределам, преодолеть которые было далеко не просто. Уже в самом начале развития был осознан тот факт, что имеет значение не сама мощность принимаемого сигнала, а его заметность на фоне шумов приёмника. Снижение шумов приёмника также было ограничено естественными шумами элементов приёмника, например тепловыми. Данный тупик был преодолён на пути усложнения методов обработки принятого сигнала и связанного с этим усложнения формы применяемых сигналов. Развитие радиолокации как научной отрасли знаний шло одновременно с развитием кибернетики и теории информации, и потребовались бы специальные исследования, чтобы решить, где именно были получены первые результаты. Следует отметить появление понятия сигнала, который позволил отвлечься от конкретных физических процессов в приёмнике, таких как напряжение и ток, и позволил решать стоящие проблемы как математическую задачу о поиске наилучших функциональных преобразованиях функций времени.

Одной из первых работ в этой области была работа В. А. Котельникова об оптимальном приёме сигнала, то есть наилучшем в условии шумов методе обработки сигнала. В результате было доказано, что качество приёма зависит не от мощности сигнала, а от его энергии, то есть произведения мощности на время, таким образом, появилась доказанная возможность увеличения дальности действия за счёт увеличения длительности сигналов, в пределе до непрерывного излучения. Значительным шагом вперед стало отчётливое применение в технике методов статистической теории решений (критерий Неймана-Пирсона) и принятие того факта, что исправное устройство может работать с определённой долей вероятности. Для того, чтобы радиолокационный сигнал при большой длительности позволял измерять дальность и скорость с высокой точностью, потребовались сложные сигналы, в отличие от простых радиолокационных импульсов, изменяющие какие-либо характеристики в процессе генерации. Так. сигналы с линейной частотной модуляцией изменяют частоту колебаний в течение одного импульса, сигналы с фазовой манипуляцией скачкообразно изменяют фазу сигнала, обычно на 180 градусов. При создании сложных сигналов было сформулировано понятие функции неопределённости сигнала, показывающей связь точности измерений дальности и скорости. Необходимость повышения точности измерения параметров стимулировало развитие различных методов фильтрации результатов измерений, например, методов оптимальной нелинейной фильтрации, которые явились обобщением фильтра Калмана на нелинейные задачи. В итоге всех этих разработок теоретическая радиолокация оформилась как самостоятельная сильно математизированная отрасль знаний, в которой значительную роль имеют формализованные методы синтеза, то есть проектирование ведётся в известной мере «на кончике пера».


С этим читают