Радиолокационная станция: как развивалась новая система безопасности в России. РЛС – это система Радиолокационная станция рлс используется для

В статье рассмотрен принцип работы и общая структурная схема судовой РЛС. Действие радиолокационных станций (РЛС) основано на использовании явления отражения радиоволн от различных препятствий, расположенных на пути их распространения, т. е. в радиолокации для определения положения объектов используется явление эха. Для этого в РЛС имеется передатчик, приемник, специальное антенно-волноводное устройство и индикатор с экраном для визуального наблюдения эхо-сигналов. Таким образом, работу радиолокационной станции можно представить так: передатчик РЛС генерирует высокочастотные колебания определенной формы, которые посылаются в пространство узким лучом, непрерывно вращающимся по горизонту. Отраженные колебания от любого предмета в виде эхо-сигнала принимаются приемником и изображаются на экране индикатора, при этом имеется возможность немедленно определять на экране направление (пеленг) на объект и его расстояние от судна.
Пеленг на объект определяется по направлению узкого радиолокационного луча, который в данный момент падает на объект и отражается от него.
Расстояние до объекта может быть получено путем измерения малых промежутков времени между посылкой зондирующего импульса и моментом приема отраженного импульса, при условии, что радиоимпульсы распрастраняются со скоростью с = 3 Х 108 м/сек. Судовые РЛС имеют индикаторы кругового обзора (ИКО), на экране которого образуется изобр ажение окружающей судно навигационной обстановки.
Широкое распространение нашли береговые РЛС, устанавливаемые в портах, на подходах к ним и на каналах или на сложных фарватерах. С их помощью стало возможным осуществлять ввод судов в порт, руководить движением судов по фарватеру, каналу в условиях плохой видимости, в результате чего значительно снижается простой судов. Эти станции в некоторых портах дополняют специальной телевизионной передающей аппаратурой, которая передает изображение с экрана радиолокационной станции на подходящие к порту суда. Передаваемые изображения принимаются на судне обычным телевизионным приемником, что в значительной степени облегчает судоводителю задачу ввода судна в порт при плохой видимости.
Береговые (портовые) РЛС могут быть использованы также диспетчером порта для наблюдения за передвижением судов, находящихся на акватории порта или на подходах к нему.
Рассмотрим принцип работы судовой РЛС с индикатором кругового обзора. Воспользуемся упрощенной блок-схемой РЛС, объясняющей ее работу (рис. 1).
Запускающий импульс, вырабатываемый генератором ЗИ, осуществляет запуск (синхронизацию) всех блоков РЛС.
При поступлении запускающих импульсов в передатчик модулятор (Мод) вырабатывает прямоугольный импульс длительностью в несколько десятых микросекунд, который подается на магнетронный генератор (МГ).

Магнетрон генерирует зондирующий импульс мощностью 70-80 квт длиной волны 1=3, 2 см, частотой /с = 9400 Мгц. Импульс магнетрона через антенный переключатель (АП) по специальному волноводу подводится к антенне и излучается в пространство узким направленным лучом. Ширина луча в горизонтальной плоскости 1-2°, а вертикальной около 20°. Антенна, вращаясь вокруг вертикальной оси со скоростью 12-30 об/мин, облучает все окружающее судно пространство.
Отраженные сигналы принимаются той же антенной, поэтому АП производит поочередное подключение антенны то к передатчику, то к приемнику. Отраженный импульс через антенный переключатель поступает на смеситель, к которому подключен клистронный генератор (КГ) . Последний генерирует маломощные колебания с частотой f Г=946 0 Мгц.
В смесителе в результате сложения колебаний выделяется промежуточная частота fПР=fГ-fС=60 Мгц, которая затем поступает на усилитель промежуточной частоты (УПЧ), он усиливает отраженные импульсы. С помощью детектора, стоящего на выходе УПЧ, усиленные импульсы преобразуются в видеоимпульсы, которые через видеосмеситель (ВС) поступают на видеоусилитель. Здесь они усиливаются и поступают на катод электроннолучевой трубки (ИКО).
Электроннолучевая трубка представляет собой вакуумную электронную лампу особой конструкции (см. рис. 1).
Она состоит из трех основных частей: электронной пушки с фокусирующим устройством, отклоняющей магнитной системы и стеклянной колбы с экраном, обладающим свойством послесвечения.
Электронная пушка 1-2 и фокусирующее устройство 4 формируют плотный, хорошо сфокусированный луч электронов, а отклоняющая система 5 служит для управления этим электронным лучом.
После прохождения отклоняющей системы электронный луч ударяет в экран 8, который покрыт специальным веществом, обладающим способностью светиться при бомбардировке его электронами. Внутренняя сторона широкой части трубки покрывается специальным проводящим слоем (графитом). Этот слой является основным анодом трубки 7 и имеет контакт, на который подается высокое положительное напряжение. Анод 3 - ускоряющий электрод.
Яркость светящейся точки на экране ЭЛТ регулируется изменением отрицательного напряжения на управляющем электроде 2 с помощью потенциометра «Яркость». В нормальном состоянии трубка заперта отрицательным напряжением на управляющем электроде 2.
Изображение окружающей обстановки на экране индикатора кругового обзора получается следующим образом.
Одновременно с началом излучения передатчиком зондирующего импульса запускается генератор развертки, состоящий из мультивибратора (MB) и генератора пилообразного тока (ГПТ), который генерирует пилообразные импульсы. Эти импульсы подаются на отклоняющую систему 5, имеющую механизм вращения, который связан с принимающим сельсином 6.
Одновременно прямоугольный положительный импульс напряжения подается на управляющий электрод 2 и отпирает ее. С появлением в отклоняющей системе ЭЛТ нарастающего (пилообразного) тока электронный луч начинает плавно отклоняться от центра к краю трубки и на экране появляется светящийся радиус развертки. Радиальное движение луча по экрану видно очень слабо. В момент прихода отраженного сигнала потенциал между сеткой и управляющим катодом возрастает, трубка отпирается и на экране начинает светиться точка, соответствующая положению в данный момент луча, совершающего радиальное движение. Расстояние от центра экрана до светящейся точки будет пропорционально расстоянию до объекта. Отклоняющая система имеет вращательное движение.
Механизм вращения отклоняющей системы связан синхронной передачей с сельсином-датчиком антенны 9, поэтому отклоняющая катушка вращается вокруг горловины ЭЛТ синхронно и синфазно с антенной 12. В результате этого на экране ЭЛТ появляется вращающийся радиус развертки.
При повороте антенны поворачивается линия развертки и на экране индикатора начинают светиться новые участки, соответствующие импульсам, отражающимся от различных объектов, находящихся на различных пеленгах. За полный оборот антенны вся поверхность экрана ЭЛТ покрывается множеством радиальных линий разверток, которые засвечиваются только при наличии на соответствующих пеленгах отражающих объектов. Таким образом, па экране трубки воспроизводится полная картина окружающей судно обстановки.
Для ориентировочного измерения расстояний до различных объектов на экране ЭЛТ наносятся путем электронной подсветки, вырабатываемой в блоке ПКД масштабные кольца (неподвижные круги дальности). Для более точного измерения расстояния в РЛС применяется специальное дальномерное устройство, с так называемым подвижным кругом дальности (ПКД).
Для измерения расстояния до какой-либо цели на экране ЭЛТ необходимо, вращая ручку дальномера, совместить ПКД с меткой цели и взять отсчет в милях и десятых долях по счетчику, механически связанному с рукояткой дальномера.
Кроме эхо-сигналов и дистанционных колец, на экране ЭЛТ засвечивается отметка курса 10 (см. рис. 1). Это достигается путем подачи на управляющую сетку ЭЛТ положительного импульса в тот момент, когда максимум излучения антенны проходит направление, совпадающее с диаметральной плоскостью судна.
Изображение на экране ЭЛТ может быть ориентировано относительно ДП судна (стабилизация по курсу) или относительно истинного меридиана (стабилизация по норду). В последнем случае отклоняющая система трубки имеет также синхронную связь с гирокомпасом.

Современные войны отличаются своей стремительностью и быстротечностью. Нередко победителями в боевых столкновениях выходят те, кто первыми смог обнаружить потенциальные угрозы и соответственно на них реагировал. Уже восьмой десяток лет для разведки и распознавания неприятеля на море и на суше, а также в воздушном пространстве используются радиолокационные методы.

Они основаны на излучении радиоволн с регистрацией их отражений от самых разнообразных объектов. Установки, которые посылают и принимают такие сигналы – современные радиолокационные станции или радары. Понятие «радар» происходит от английской аббревиатуры – RADAR. Оно появилось в 1941 году и давно вошло в языки мира.

Появление радаров стало знаковым событием. В современном мире практически не обойтись без радиолокационных станций. Без них не обходится авиация, мореплавание, гидрометцентр, ДПС, и пр. Более того радиолокационный комплекс широко используется в космических технологиях и в навигационных комплексах.

РЛС на военной службе

Все же больше всего радары приглянулись военным. Тем более, что эти технологии первоначально создавались для военного применения и практически реализовались перед Второй мировой войной. Все крупнейшие государства активно применяли РЛС для выявления кораблей и самолетов неприятеля. Причем их использование решало исход многих битв.

На сегодняшний день новые радиолокационные станции применяются в весьма широком спектре военных задач. Это и слежение за межконтинентальными баллистическими ракетами и артиллерийская разведка. Все самолеты, вертолеты, военные корабли обладают своими РЛС. Радары – это вообще основа систем ПВО.

Как работают радиолокаторы

Локация – это определение местопребывания чего-нибудь. Таким образом, радиолокация – это обнаружение предметов или объектов в пространстве с помощью радиоволн, которые излучаются и принимаются радиолокатором или РЛС. Принцип действия первичных или пассивных радаров основан на передаче в пространство радиоволн, отражаемых от объектов и возвращаемых к ним в виде отраженных сигналов. После их анализа, радары обнаруживают объекты в определенных точках пространства, их основные характеристики в виде скорости, высоты и размера. Все радары являются сложными радиотехническими устройствами из множества элементов.

Современный радиолокационный комплекс

Любые радары состоят из трех основных элементов:

• Передатчиков сигналов;
• Антенн;
• Приемников.

Из всех радиолокационных станций имеется особенное подразделение по двум большим группам:

• Импульсные;
• Непрерывного действия.

Передатчики импульсных РЛС излучают электромагнитные волны на протяжении коротких промежутков времени (долей секунд). Следующие сигналы посылаются лишь тогда, как первые импульсы вернутся назад и попадут в приемники. Частоты повторения импульсов являются также важнейшими характеристиками. Так низкочастотными радиолокаторами посылается не одна сотня импульсов в течение минуты.

Антенны импульсных радаров работают как приемники-передатчики. Как только ушли сигналы, передатчики отключаются на время и включаются приемники. Вслед за их приемом происходят обратные процессы.

Импульсные радары обладают своими недостатками и преимуществами. Они могут определять дальности одновременно нескольких целей. Такие радары могут иметь по одной антенне, а их индикаторы весьма простые.

Однако излучаемые сигналы должны обладать большой мощностью. Импульсная схема имеется у всех современных радаров сопровождения. Импульсные радиолокационные станции в качестве источников сигналов обычно пользуются магнетронами или лампами бегущих волн.

Импульсные радарные системы

Антенны радаров фокусируют электромагнитные сигналы и направляют их, а также улавливают отраженные импульсы и передают его в приемники. В некоторых радиолокаторах прием-передача сигналов могут производиться с помощью разных антенн, находящихся одна от другой на больших расстояниях. Антенны радаров могут производить излучение электромагнитных волн по кругу или действовать в определенных секторах.

Лучи радаров могут быть направлены спирально или обладать формами конусов. При необходимости радары могут отслеживать движущиеся цели, и все время направлять на них антенны, используя специальные системы. Приемники занимаются обработкой полученных данных и передачей их на экраны операторов.

Одним из основных недостатков в работе импульсных радаров являются помехи, идущие от недвижимых объектов, от земной поверхности, гор, холмов. Так, бортовые импульсные радары в процессе их функционирования в самолетах будут принимать затенения от сигналов, отраженных земной поверхностью. Наземные или судовые радиолокационные комплексы выявляют эти проблемы в процессе обнаружения целей, которые летят на малых высотах. Для устранения таких помех пользуются эффектом Доплера.

Радары непрерывного действия

Радары непрерывного действия функционируют постоянным излучением электромагнитных волн и пользуются эффектом Доплера. Его принцип в том, что частоты электромагнитных волн, отраженные от объектов, приближающихся к источникам сигналов, будут выше, чем от удаляющихся объектов. При этом частоты излучаемых импульсов остаются неизменными. Такими радиолокаторами не фиксируются неподвижные объекты, их приемники улавливают только волны с частотами выше или ниже излучаемых.

Главный недостаток радаров непрерывного действия – это их неспособность определять расстояния до объектов. Однако при их работе не возникают помехи от неподвижных объектов между радарами и целями, либо за ними. Также у доплеровских радаров сравнительно простое устройство, которому для функционирования хватит и сигналов с малой мощностью. Кроме того, современные радиолокационные станции непрерывного излучения обладают возможностью определять расстояния до объектов. Для этого применяются изменения частот радаров в процессе их действия.

Известно еще и о так называемых вторичных радиолокаторах, используемых в авиации для опознавания самолетов. В таких радиолокационных комплексах имеются еще и самолетные ответчики. В ходе облучения воздушных судов электромагнитными сигналами ответчики выдают дополнительные данные, такие как высота, маршрут, номер борта, а также государственная принадлежность.

Разновидности радиолокационных станций

Радары могут разделяться длиной и частотой волн, на которых они действуют. В частности, когда исследуется земная поверхность и при работе на больших расстояниях, используются волны 0,9-6 м и 0,3-1 м. В управлении воздушного движения используются радары с длиной волн 7,5-15 см, а в загоризонтных радарах на станциях по обнаружению запусков ракет применяются 10-100-метровые волны.

Из истории развития радиолокации

Замысел об использовании радиолокации возник следом за открытием радиоволн. Так, в 1905 году сотрудником компании Siemens Кристианом Хюльсмейером был создан прибор, который при помощи радиоволн мог обнаруживать наличие крупных металлических объектов. Изобретателем было предложено устанавливать такие приборы на судах во избежание столкновений, например, при туманах. Тем не менее, в судовых компаниях не была выражена заинтересованность в новом приборе.

Были проведены радиолокационные исследования и на территории России. Так, еще в конце XIX столетия русским ученым Поповым было обнаружено то, что наличие металлических объектов препятствует распространению радиоволн.

В начале двадцатых годов американскими инженерами Альбертом Тейлором и Лeo Янгом при помощи радиоволн был обнаружен проплывающий корабль. Тем не менее, из-за того, что радиотехническая промышленность той поры была неразвитой, создавать радиолокационные станции в промышленных масштабах не представлялось возможным.

К производству первых радиолокационных станций, с помощью которых решались бы практические задачи, приступили в Англии в 30-х годах. Эта аппаратура была чрезвычайно громоздкой и могла устанавливаться либо на земле, либо на больших кораблях. Лишь в 1937 году создали первый миниатюрный радар, который можно было бы устанавливать на самолетах. В результате, перед Второй мировой войной у англичан имелась развернутая сеть с радиолокационными станциями именуемая Chain Home.

Радары периода Холодной войны

Во времена Холодной войны в Соединенных Штатах и в Советском Союзе появилась новая разновидность разрушительного оружия. Конечно же, это было появление межконтинентальных баллистических ракет. Своевременное выявление пусков таких ракет было животрепещущим.

Советский ученый Николай Кабанов предложил идею использовать короткие радиоволны для выявления воздушных судов противника на значительных дистанциях (до 3000 км). Все было достаточно просто. Ученый смог обнаружить, что 10-100-метровые радиоволны имеют расположенность к отражению от ионосферы.

Таким образом, при облучении целей на земной поверхности, они возвращаются также обратно к радарам. Позднее, основываясь на этой идее, ученые смогли разработать радары с загоризонтным обнаружением пуска баллистических ракет. Образцом таких установок может быть «Дарьял» - радиолокационная станция. Она целые десятилетия была в основе советских систем по предупреждению запусков ракет.

На сегодняшний день самым перспективным направлением в развитии радиолокационных систем принято считать создание радиолокационных станций с фазированными антенными решетками (ФАР). Такие устройства обладают не одним, а сотнями излучателей радиоволн. Всем их функционированием руководят мощные компьютеры. Излучаемые с помощью разных источников в ФАР радиоволны могут усиливаться одна другой, или наоборот, когда они будут совпадать по фазе либо ослабляться.

Сигналам радиолокационных станций с фазированными решетками могут придаваться любые необходимые формы. Они могут перемещаться в пространстве при отсутствии изменений в положениях самих антенн, а также функционировать на разных частотах излучения. Радары с фазированными решетками считаются надежнее и чувствительнее, чем такие же устройства с обычными антеннами.

Тем не менее, подобные радары обладают и недостатками. Самыми большими проблемами в радиолокационных станциях с ФАР являются их системы охлаждения. Более того, такие радарные установки отличаются чрезвычайной сложностью в процессе производства, а также весьма дорогостоящие.

Комплексы радаров с ФАР

О новых радиолокационных станциях с фазированными решетками известно то, что они уже сейчас устанавливаются на истребителях пятого поколения. Такие технологии используются в американских системах с ранним предупреждением о ракетных нападениях. Радиолокационные комплексы с ФАР предполагается устанавливать на «Арматах» — новейших танках российского производства. Многие эксперты отмечают, что РФ входит в число мировых лидеров, успешно разрабатывающих радиолокационные станции с ФАР.

Радиотехнические системы обнаружения и измерения

Радиотехнические системы обнаружения и измерения выделяют полезную информацию из принятых сигналов. Это имеет место в системах радиолокации, радионавигации и радиотелеметрии. К радиотехническим системам обнаружения и измерения относятся также так называемые пассивные радиосистемы, когда радиопередатчик в системе отсутствует, а информация извлекается радиоприемным устройством из сигналов, поступающих от каких-либо естественных источников электромагнитных колебаний. Приемники сигналов радиотепловых источников (инфракрасных, или ИК-источников), называемые радиометрами, используются, в частности, в пассивной локации.

Радиолокационные системы

Радиолокация (от лат. locatio - расположение, размещение и означает определение местоположения объекта по сигналам, излучаемым самим объектом - пассивная локация - или отраженным от него сигналом, излучаемым самой радиолокационной станцией - РЛС - активная локация) - область науки и техники, предметом которой является наблюдение различных объектов (целей) радиотехническими методами: их обнаружение, определение пространственных координат и направление движения, измерение дальности и скорости движения, разрешение, распознавание и др. Обнаружением называют процесс принятия решения о наличии в радиолокационном луче целей с допустимой вероятностью ошибочного решения. При определении местоположения целей оценивают их координаты и параметры движения, в том числе скорость. Итак, определение местоположения целей разделяется на две задачи:

Определение дальности (дальнометрия);

Определение условных координат (радиопеленгация).

Под разрешением понимают возможность раздельно обнаруживать и измерять координаты одной цели при наличии других, близкорасположенных. Распознавание - получение радиолокационных характеристик различных объектов, выбор информативных устойчивых признаков и принятие решения о принадлежности этих признаков к тому или иному классу. Технические средства получения информации о радиолокационных целях и называются радиолокационными станциями или системами. Носителями радиолокационной информации служат приходящие от целей радиолокационные сигналы. Они образуются в результате вторичного излучения, т. е. либо переизлучения первичного излучения специальной аппаратурой или поверхностью цели, либо собственного электромагнитного излучения целей. Соответственно различают методы активной радиолокации, радиолокации с активным ответом и пассивной радиолокации. В первых двух случаях РЛС излучает в направлении на цель зондирующий сигнал, в последнем - облучения целей не требуется. В англоязычной литературе пассивные РЛС называют primary radar - первичными радиолокаторами. Основной целью радиолокации является установление связи между параметрами передающей (приемной) системы и характеристиками отраженного и рассеянного радиолокационной целью излучения с учетом их взаимного расположения в пространстве. Для решения такой задачи при проектировании РЛС используется фундаментальное соотношение, которое носит название основного уравнения радиолокации и служит для оценки предельной дальности Rmax (в локации принято дальность обозначать не D, a R) обнаружения локатором радиолокационной цели (предполагается, что приемник и передатчик совмещены в пространстве и «работают» на одну антенну):

а - структурная схема; б - упрощенные временные диаграммы

Работают РЛС обычно в диапазонах метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн, так как в этом случае удается создать узкие (игольчатые) диаграммы направленности при приемлемых габаритных размерах антенн. В настоящее время принцип действия множества радиолокаторов основан на эффекте Доплера (1842 г. К. Доплером установлена зависимость частоты звуковых и световых колебаний от взаимного движения источника и наблюдателя; К. Doppler; 1803-1853).

Рис. 2. Функциональная схема пассивной локации объектов

ции объектов на фоне неба или подстилающей земной поверхности. На вход высокочувствительного радиометра 1 по тракту 2 поступает принятое антенной 3 собственное ИК-излучение объекта 4. В радиометре полученная информация об объекте регистрируется и обрабатывается.

Нелинейные РЛС . Существенное увеличение числа радиолокационных задач стимулирует поиск нетрадиционных методов построения локаторов. Один из таких методов основан на использовании нелинейного рассеяния электромагнитных волн. Под нелинейным рассеянием электромагнитных волн в радиолокации понимают явление обогащения спектра сигнала, переотраженного обнаруживаемой целью, по сравнении со спектром сигнала облучающего электромагнитного поля. Такой эффект возникает за счет нелинейных свойств отдельных отражающих элементов цели. Специалистами в области радиотехники давно замечено, что некачественно выполненные электрические соединения и разъемы радиотехнических устройств, расположенные вблизи мощного передатчика РЛС, при их облучении электромагнитным полем могут создавать сигналы на частотах, отличных от частоты излучения. Эти свойства нелинейности электрических соединений были всесторонне изучены и применены на практике. Лабораторные испытания показали, что значительная часть плотных механических соединений металла с металлом и тщательно выполненные пайки практически обладают свойствами пассивных сопротивлений. Поэтому при протекании через них переменного тока не возникают ни гармоники, ни комбинационные частоты. Однако если между металлами нет плотного молекулярного контакта и имеющийся воздушный зазор составляет очень небольшую часть длины волны облучающих их колебаний, то образуется значительная нелинейная проводимость, на концах которой возникает разность потенциалов вплоть до 1 В. При этом прямая ветвь вольт-амперной характеристики стального перехода подобна аналогичной характеристике обычного полупроводникового диода. Для контакта металл-металл с протекающим в нем переменным током характерно преобладание генерации нечетных гармоник излучения передатчика локатора, причем наиболее ярко выражена третья гармоника, в отличие от полупроводников, где преобладает генерация второй гармоники. Зазор, необходимый для получения нелинейной проводимости между металлами, должен быть около 100 А, поэтому в большинстве сложных металлических объектов имеется очень много «генераторов гармоник», каждый из которых образован металлическими частями, поворачивающимися, скользящими или неподвижными относительно друг друга. Это могут быть шарнирные крепления дверей, листовые рессоры, стеклоочистители, инструментальные ящики, разводные гаечные ключи, монеты и т. д. На сегодняшний день известны два варианта построения нелинейных РЛС с использованием передатчика, работающего:

На одной частоте, и приемника гармоник этой частоты;

На двух частотах (f 1 и f 2), и приемника, настроенного на сильный сигнал одной из комбинационных (разностной или суммарной между f 1 и f 2) частот.

В последнем случае нелинейный контакт двух материалов выполняет роль находящегося на расстоянии нелинейного смесителя частот, вырабатывающего ряд комбинационных частот. Первый вариант проще в реализации. При отработке систем связи такие РЛС используют для локализации источников интермодуляционных искажений - ИМИ; intermodulation distortions -IMD («эффект ржавого болта»). Присущая нелинейному радиолокатору защищенность от помех естественного происхождения определяет возможность его применения в сугубо военных целях для выделения объектов искусственного происхождени (например танков, бронетранспортеров) на фоне земных покровов. Уникальные свойства такой РЛС наделяют ее потенциально важной ролью во многих применениях, где не требуется большая дальность (например, в обнаружителях подслушивающих устройств).

Кратко коснемся акустоэлектронных и оптических систем извлечения информации. Развитие акустоэлектронных систем извлечения информации, работающих по принципу РЛС, потребовало разработки мощных импульсных ультразвуковых генераторов и соответствующих систем обработки отраженных от объектов акустических сигналов сложной формы. По аналогии с РЛС (радарами) такие системы назвали сонарами (от англ. SONAR - SOund Navigation And Ranging - гидролокатор, эхолот). Установлено, что современные сонары позволяют «видеть» и исследовать внутренние органы человека, заглянуть в глубь Земли на расстояние до 5 км, находить в морской воде рыбные косяки и подводные лодки на глубине до 10 км.

С появлением мощных импульсных оптических излучателей направленного действия (лазеров) начали интенсивно развиваться оптические системы извлечения информации. По аналогии с радарами такие системы стали называть лидарами (лазерные локаторы ИК-диапазона). Современные лидары позволяют определять расстояние от Земли до Луны с точностью до нескольких метров, наблюдать искривление земной поверхности при приливах, определять координаты спутников и летающих объектов, состав атмосферы и наличие в ней загрязняющих примесей.

Радиолокация - это совокупность научных методов и технических средств, служащих для определения координат и характеристик объекта посредством радиоволн. Исследуемый объект часто именуют радиолокационной целью (или просто целью).

Радиотехническое оборудование и средства, предназначенные для выполнения задач радиолокации, получили название радиолокационных систем, или устройств (РЛС или РЛУ). Основы радиолокации базируются на следующих физических явлениях и свойствах:

• В среде распространения радиоволны, встречая объекты с иными электрическими свойствами, рассеиваются на них. Волна, отраженная от цели (или ее собственное излучение), позволяет радиолокационным системам обнаружить и идентифицировать цель.
• На больших расстояниях распространение радиоволн принимается прямолинейным, с постоянной скоростью в известной среде. Это допущение делает возможным до цели и ее угловых координат (с определенной ошибкой).
• На основании эффекта Доплера по частоте принятого отраженного сигнала вычисляют радиальную скорость точки излучения относительно РЛУ.

Историческая справка

На способность радиоволн к отражению указывали великий физик Г. Герц и русский электротехник еще в конце XIX века. Согласно патенту от 1904 года, первый радар создал немецкий инженер К. Хюльмайер. Прибор, названный им телемобилоскопом, использовался на судах, бороздивших Рейн. В связи с развитием применение радиолокации выглядело очень перспективным в качестве элемента Исследования в этой области велись передовыми специалистами многих стран мира.

В 1932 году основной принцип радиолокации описал в своих работах научный сотрудник ЛЭФИ (Ленинградского электрофизического института) Павел Кондратьевич Ощепков. Им же в сотрудничестве с коллегами Б.К. Шембель и В.В. Цимбалиным летом 1934 года был продемонстрирован опытный образец радиолокационной установки, обнаружившей цель на высоте 150 м при удалении 600 м. Дальнейшие работы по совершенствованию средств радиолокации сводились к увеличению дальности их действия и повышению точности определения местоположения цели.

Природа электромагнитного излучения цели позволяет говорить о нескольких видах радиолокации:

• Пассивная радиолокация исследует собственное излучение (тепловое, электромагнитное и т.п.), которое генерирует цели (ракеты, самолеты, космические объекты).
• Активная с активным ответом осуществляется в случае, если объект оборудован собственным передатчиком и взаимодействие с ним происходит по алгоритму "запрос - ответ".
• Активная с пассивным ответом предполагает исследование вторичного (отраженного) радиосигнала. в этом случае состоит из передатчика и приемника.
• Полуактивная радиолокация - это частный случай активной, в случае когда приемник отраженного излучения расположен вне РЛС (например, является конструктивным элементом самонаводящейся ракеты).

Каждому виду свойственны свои достоинства и недостатки.

Методы и оборудование

Все средства радиолокации по используемому методу разделяют на РЛС непрерывного и импульсного излучения.

Первые содержат в своем составе передатчик и приемник излучения, действующие одновременно и непрерывно. По этому принципу были созданы первые радиолокационные устройства. Примером такой системы могут служить радиоальтиметр (авиационный прибор, определяющий удаление летательного аппарата от поверхности земли) или известный всем автолюбителям радар для определения скоростного режима транспортного средства.

При импульсном методе электромагнитная энергия излучается короткими импульсами в течение нескольких микросекунд. После станция ведет работу только на прием. После улавливания и регистрации отраженных радиоволн РЛС передает новый импульс и циклы повторяются.

Режимы работы РЛС

Существует два основных режима функционирования радиолокационных станций и устройств. Первый - сканирование пространства. Он осуществляется по строго заданной системе. При последовательном обзоре перемещение луча радара может носить круговой, спиральный, конический, секторный характер. Например, решетка антенны может медленно поворачиваться по кругу (по азимуту), одновременно сканируя по углу места (наклоняясь вверх и вниз). При параллельном сканировании обзор осуществляется пучком радиолокационных лучей. Каждому соответствует свой приемник, ведется обработка сразу нескольких информационных потоков.

Режим слежения подразумевает постоянную направленность антенны на выбранный объект. Для ее поворота, согласно с траекторией движущейся цели, используются специальные автоматизированные следящие системы.

Алгоритм определения дальности и направления

Скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере составляет 300 тыс. км/с. Поэтому, зная время, затраченное транслируемым сигналом на преодоление расстояния от станции до цели и обратно, легко вычислить удаленность объекта. Для этого необходимо точно зафиксировать время отправки импульса и момент принятия отраженного сигнала.

Для получения информации о местонахождении цели используется остронаправленная радиолокация. Определение азимута и элевации (угла места или возвышения) объекта производится антенной с узким лучом. Современные РЛС используют для этого фазированные антенные решетки (ФАР), способные задавать более узкий луч и отличающиеся высокой скоростью вращения. Как правило, процесс сканирования пространства совершается минимум двумя лучами.

Основные параметры систем

От тактических и технических характеристик оборудования во многом зависит эффективность и качество решаемых задач.

К тактическим показателям РЛС причисляют:

• Зону обзора, ограниченную минимальной и максимальной дальностью обнаружения цели, допустимым азимутальным углом и углом возвышения.
• Разрешающую способность по дальности, азимуту, элевации и скорости (возможность определять параметры рядом расположенных целей).
• Точность измерений, которая измеряется наличием грубых, систематических или случайных ошибок.
• Помехозащищенность и надежность.
• Степень автоматизации извлечения и обработки поступающего потока информационных данных.

Заданные тактические характеристики закладываются при проектировании устройств посредством определенных технических параметров, среди которых:

На боевом посту

Радиолокация - это универсальный инструмент, получивший широкое распространение в военной сфере, науке и народном хозяйстве. Области использования неуклонно расширяются благодаря развитию и совершенствованию технических средств и технологий измерений.

Применение радиолокации в военной отрасли позволяет решить важные задачи обзора и контроля пространства, обнаружения воздушных, наземных и водных мобильных целей. Без радаров невозможно представить оборудование, служащее для информационного обеспечения навигационных систем и систем управления орудийным огнем.

Военная радиолокация является базовой составляющей стратегической системы предупреждения о ракетном нападении и комплексной противоракетной обороны.

Радиоастрономия

Посланные с поверхности земли радиоволны также отражаются от объектов в ближнем и дальнем космосе, как и от околоземных целей. Многие космические объекты невозможно было полноценно исследовать лишь с использованием оптических инструментов, и только применение радиолокационных методов в астрономии позволило получить богатую информацию об их природе и структуре. Впервые пассивная радиолокация для исследования Луны была применена американскими и венгерскими астрономами в 1946 году. Примерно в то же время были случайно приняты и радиосигналы из космического пространства.

У современных радиотелескопов приемная антенна имеет форму большой вогнутой сферической чаши (подобно зеркалу оптического рефлектора). Чем больше ее диаметр, тем более слабый сигнал антенна сможет принять. Часто радиотелескопы работают комплексно, объединяя не только устройства, расположенные недалеко друг от друга, но и находящиеся на разных континентах. Среди важнейших задач современной радиоастрономии - изучение пульсаров и галактик с активными ядрами, исследование межзвездной среды.

Гражданское применение

В сельском и лесном хозяйстве радиолокационные устройства незаменимы при получении информации о распределении и плотности растительных массивов, изучении структуры, параметров и видов почв, своевременном обнаружении очагов возгораний. В географии и геологии радиолокация используется для выполнения топографических и геоморфологических работ, определения структуры и состава пород, поиска месторождений полезных ископаемых. В гидрологии и океанографии радиолокационными методами осуществляется контроль состояния главных водных артерий страны, снегового и ледяного покрова, картографирование береговой линии.

Радиолокация - это незаменимый помощник метеорологов. РЛС легко выяснит состояние атмосферы на удалении десятков километров, а по анализу полученных данных составляется прогноз изменения погодных условий в той или иной местности.

Перспективы развития

Для современной радиолокационной станции главным оценочным критерием выступает соотношение эффективности и качества. Под эффективностью понимаются обобщенные тактико-технические характеристики оборудования. Создание совершенной РЛС - сложная инженерная и научно-техническая задача, осуществление которой возможно только с использованием новейших достижений электромеханики и электроники, информатики и вычислительной техники, энергетики.

По прогнозам специалистов, в ближайшем будущем главными функциональными узлами станций самого разного уровня сложности и назначения будут твердотельные активные ФАР (фазированные антенные решетки), преобразующие аналоговые сигналы в цифровые. Развитие вычислительного комплекса позволит полностью автоматизировать управление и основные функции РЛС, предоставив конечному потребителю всесторонний анализ полученной информации.

США уничтожили ракетным ударом три радиолокационные станции (РЛС) на территории Йемена. Эта мера стала ответом на два пуска ракет хуситами в направлении американского эсминца «Мэйсон» в Красном море.

«Рано утром по местному времени (йеменскому — прим. АиФ.ru) американскими военными были уничтожены три РЛС на побережье Красного моря на территории Йемена, которую контролируют хуситы», — говорится в официальном сообщении Пентагона.

Оборонное ведомство США сообщает, что ракетный удар был нанесен с одобрения президента Барака Обамы . АиФ.ru рассказывает, что представляет собой РЛС.

Что представляет собой РЛС?

Радиолокационная станция (РЛС) — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. РЛС является одним из важнейших компонентов систем противовоздушной и противоракетной обороны.

Как работает РЛС?

Радиолокационная станция посылает в пространство серию мощных электромагнитных импульсов. Встретив на своем пути какой-либо объект, электромагнитные волны отражаются от него и возвращаются обратно. С помощью приемника станции можно принять отраженный сигнал.

Сила отражения зависит от особенностей отражающего объекта: от формы его поверхности, материала, величины, а также угла падения радиоволн. Если объект невелик, эхо будет очень слабым. От большого объекта возникает более заметное отражение.

Дистанция до объекта определяется по времени запаздывания отраженного импульса относительно излученного станцией.

Импульсы радиолокационной станции отражаются от кораблей, самолетов, береговой черты, позволяя обнаружить их даже в ночной мгле, тумане, через дымовую завесу.