Что такое радиолокация?

Этот вопрос почти наверняка не вызовет затруднений у читателя. Хотя и не все непосредственно занимаются радиолокацией, но журналы, телевидение, популярные и документальные кинофильмы достаточно хорошо позна­комили нас с вращающимися антеннами и серьезными, сосредоточенными лицами операторов, которые вгляды­ваются в слабо светящиеся экраны, мерцающие таинст­венными световыми пятнами — отметками целей. На этом уровне с радиолокацией знакомы все. Попробуем теперь несколько расширить и углубить наши познания в этой области.

Начнем с определения. Для весомости возьмем самый авторитетный источник — Большую Советскую энцик­лопедию: «Радиолокация — обнаружение и определение местоположения различных объектов в воздухе, на воде и на суше посредством радиоволн».

Ну как, все понятно? Не совсем? Значит, надо объ­яснить.

Итак, излучаем радиоволну в пространство (это делает передатчик) и ждем, когда появится отраженный сигнал. О его приходе нас известит приемник радиоло­кационной станции, который снабжен огромной антенной для улавливания слабых отраженных сигналов. Если вокруг нас нет никаких предметов, которые отражали бы радиоволны, то мы ничего не дождемся. Но вероятнее всего, что радиоволна все-таки встретит на своем пути какое-то препятствие. В этом случае происходит либо отражение радиоволны, либо ее рассеяние. При отраже­нии та часть радиоволны, которая попадает на отража­ющий объект, сохраняет свою структуру, но изменяет на­правление движения. Если отраженная радиоволна по­падет на антенну, то в приемнике радиолокационной станции появится довольно сильный сигнал. И чем боль­ше площадь отражающего объекта, тем сильнее приня­тый сигнал и тем отчетливее отметка от цели на экране индикатора. Но ведь отражающая поверхность мoжeт быть расположена так, что радиоволна уйдет в другом направлении. Тогда никакого отраженного сигнала не поступит на антенну нашего приемника. Специалисты в таких случаях говорят, что имеет место зеркальное от­ражение радиоволн.

Это явление легко смоделировать в домашних усло­виях. Для этого нужно лишь маленькое зеркало и сол­нышко в окошке. Оно и будет выполнять роль передат­чика радиолокационной станции. Зеркально отражающий объект — зеркальце, а в качестве приемника отраженно­го сигнала можно использовать, например, обычную кошку. Пока солнечный зайчик будет бегать по стенам, кошка будет спокойно сидеть и недоуменно смотреть на Вас (отраженный сигнал не попадает в приемник). Но как только световое пятнышко попадет на нее, кошка зажмурится, и тем сильнее, чем больше наше зеркало. Сигнал принят! Правда, дальше проводить моделирова­ние обычно не удается. Кошка убегает и потом еще с не­делю к Вам не подходит. Но зато истина установлена я Паука торжествует. А вообще этот эксперимент лучше проводить мысленно. Он и так довольно убедителен.

Теперь немного о рассеянии. Рассеивающий объект можно представить себе состоящим из огромного числа очень маленьких зеркал, направленных в разные сторо­ны. Отраженные сигналы в этом случае расходятся прак­тически по всем направлениям, но каждый из них очень слабенький. Какой-нибудь сигнал, может быть даже не­сколько, обязательно попадет на антенну радиолокато­ра, и мы зарегистрируем наличие цели. Правда, для это­го радиолокационный приемник должен быть очень чув­ствительным.

Пока мы говорили только о геометрической форме от­ражающих объектов. Но на величину отраженного сиг­нала влияют и их физические свойства. Лучше всего от­ражают радиоволны металлические предметы и вообще все материалы, которые являются хорошими проводни­ками. Лишь небольшая часть энергии падающей волны поглощается такими материалами, и величина отражен­ного сигнала почти не отличается от величины сигнала, падающего на объект. Другие материалы сильнее погло­щают радиоволны и отраженный от них сигнал слабее. По ту или иную часть энергии падающего сигнала рас­сеивает или отражает любое препятствие, встречающееся на пути радиоволн. Даже такие «эфирные создания», как облака, и те дадут отметку на экранах чувствитель­ных радиолокационных станций.

Итак, мы уже знаем, что для проведения радиолока­ционных наблюдений нам нужен передатчик, чувстви­тельный приемник с антенной, сигнал и какой-нибудь отражающий объект. Но мы еще не знаем, как органи­зовать их совместную работу в тех или иных случаях. Существует довольно много схем построения радиолока­ционных станций, и каждой схеме соответствует тот или иной принцип работы станции. Мы рассмотрим два ос­новных типа радиолокаторов.

Импульсный радиолокатор излучает радиоволны в ви­де коротких радиоимпульсов, длина каждого из них не­сколько тысячных или миллионных долей секунды (од­ним из таких радиоимпульсов может служить отрезок синусоидального колебания). В момент излучения пере­датчиком радиоимпульса приемник радиолокатора от­ключают, чтобы мощный передаваемый сигнал не по­вредил его. Как только передатчик отключают, так сразу

же включают приемник, который ждет появления сла­бого отраженного сигнала. Через некоторое время, когда придет отраженный сигнал или исчезнет всякая надеж­да на его появление, снова включают передатчик и от­ключают приемник. Такой цикл повторяют непрерывно, пока станция ведет радиолокационное наблюдение.

Работа такого радиолокатора напоминает поведение человека, который любит послушать обычное эхо. Каж­дый из нас знает немало мест, где эхо слышно особенно хорошо. Найдите такое место, крикните какое-нибудь за­ветное слово и прислушайтесь. Если Вам повезло и Вы нашли особенно удачное место, то эхо можно услышать два или даже три раза. Когда эхо замолкнет, можете крикнуть еще раз, и снова услышите ответ. Но если кри­чать непрерывно, то Вы ничего не услышите, так как сами себя оглушаете криком. Так и радиолокационная станция прекращает излучение, чтобы можно было при­нимать слабые отраженные радиосигналы (кстати, спе­циалисты называют их эхо-сигналами).

Но есть все-таки станции, которые непрерывно излу­чают радиоволны — это станции с непрерывным излу­чением. Как же они принимают отраженные сигналы? Радиоволны — это электромагнитные колебания той или иной частоты. Пусть мы излучаем сигнал на частоте № 1 Тогда при отражении от неподвижного препятствия при­нимаемое радиоэхо будет иметь ту же частоту, а при отражении от движущегося объекта частота сигнала из­менится. Если объект приближается к нам, частота бу­дет выше, если удаляется, — ниже. Проявление этого эффекта* на звуковых частотах можно наблюдать, ког­да проходит поезд, непрерывно подающий гудки. Пока он приближается, мы слышим довольно высокий звук, когда удаляется, звук становится ниже. Этот пример приводится в учебнике физики для средней школы, так что по-видимому, известен всем. Приемник станции с непрерывным излучением наст­роен таким образом, чтобы сигналы на частоте передат­чика не принимались совсем. Сигналы на более высоких или более низких частотах таким приемником принима­ются и регистрируются. Поэтому станция «не видит» неподвижных объектов, ведь отраженные от них эхо-сигна­лы имеют ту же частоту, что и излучаемые радиоволны. Зато все движущиеся цели будут замечены и отметки от них появятся на экране индикатора. К сожалению, та­кие станции не позволяют определить дальность до об­наруженной цели (в дальнейшем мы будем называть их допплеровскими радиолокаторами).

Созданы станции с непрерывным излучением, в кото­рых применяются более сложные методы передачи сиг­налов, позволяющие измерить и дальность до объекта. Такие станции меняют частоту излучения во время ра­боты, поэтому их называют станциями с переменной ча­стотой излучения. Пусть, например, в первую секунду излучают сигнал на частоте № 1, во вторую — на ча­стоте № 2 и так далее, скажем, до десятой секунды, ког­да излучается сигнал на частоте № 10. На одиннадцатой секунде снова излучаем сигнал на частоте № 1, на две­надцатой — на частоте № 2 и так далее. Приемник станции может принять эхо-сигнал на всех частотах, кроме той, которая в этот момент излучается. Представим себе, что в момент передачи частоты № 6 (шестая секунда) в приемнике появляется сигнал на частоте № 2, который был послан на второй секунде. Нетрудно подсчитать, что сигнал пришел через четыре секунды. Отсюда, зная скорость распространения радиоволн (она равна скоро­сти света), определяем путь, пройденный радиоволнами, а поделив его пополам, найдем и дальность до объекта. Станция может наблюдать и неподвижные и движущие­ся объекты. Правда, в некоторых случаях приходится делать поправку на эффект Допплера для движущихся целей (но это уже довольно тонкие вещи и мы пока не будем в них углубляться).

В настоящее время создано огромное число различ­ных радиолокационных станций, которые отличаются и выполняемыми задачами, и схемами построения, но все возможные разновидности так или иначе укладываются в те два основных типа, которые мы сейчас рассмотрели.

Два слова о содержании следующих глав. В первой части книги мы продолжим рассказ о том, где и как при­меняются те или иные радиолокационные станции, во второй подробно рассмотрим, как работает современная радиолокационная станция. Это то, что будет дальше, а пока расскажем комплекс «Сейфгард» в США, в 3 500 километрах от границы Канады, в Ленгдоне. Он будет состоять из двух основных радиолокационных станций и полигонов ракет- перехватчиков. Станция кругового обзора пространства, над которой работает компания «Дженерал электрик», будет представлять собой станцию дальнего действия, предназначенную для раннего обнаружения боеголовок противника на расстоянии 1 500 километров или больше и сопровождения их. Станция будет находиться в подзем­ном железобетонном здании длиной и шириной около 60 метров и высотой 40 метров. Комплекс будет также включать подземную силовую установку, туннель для подъезда и систему связи, проложенную под землей. На ракетных полигонах будут развернуты ракеты дальнего действия «Слартан» и ракеты ближнего действия «Спринт». Их наведение на боеголовки ракет противника осуществляет вторая станция — РЛС защиты стартовых позиций. Она обеспечивает точное сопровождение цели на расстоянии нескольких сотен километров, распознавание наиболее опасной цели и наведение на нее антиракет. Пе­ред этими сложными и наиболее современными радиоло­кационными станциями ставится задача одновременного перехвата от десятков до сотен целей. Задача, скажем прямо, совсем не простая даже для таких уникальных станций.

Для доказательства того, что эти станции действи­тельно уникальны, укажем, что стоимость каждой из них, включая полную стоимость работ от закладки фундамен­та до боевых испытаний, оценивается в 150—200 миллио­нов долларов.

На атолле Кваджелейн в Тихом океане в конце 1968 года проходили оперативные испытания прототипа ракетно-радиолокационного комплекса. В 1970 году там же намеревались провести огневые испытания с исполь­зованием РЛС и ее оборудования для обработки инфор­мации при управлении запусками ракет «Спартан» и «Спринт».

Наиболее важным элементом таких систем является, по-видимому, станция раннего обнаружения. Чем рань­ше она обнаружит цель, тем больше времени останется для подготовки к отражению нападения и тем дальше от рубежа обороны антиракета встретится с целью. Что­бы раньше обнаружить цель, надо иметь как можно бо­лее мощную станцию. Создали самую мощную станцию.

Но хотелось бы обнаружить цель еще раньше. В зару­бежной печати рассматриваются два возможных пути.

Первый путь — создание радиолокационных дозоров. Так называют комплекс станций раннего обнаружения, установленных на кораблях или самолетах. Морской ра­диолокационный дозор состоит из целой флотилии ко­раблей, плавающих в международных водах вдали от своих берегов. Места их крейсирования подобраны так, чтобы можно было держать под наблюдением все воз­можные направления пуска ракет предполагаемым про­тивником. Ту же самую задачу может выполнить и ави­ационный дозор. По сравнению с морским он имеет то преимущество, что с увеличением высоты увеличивается и дальность действия радиолокационных станций, а зна­чит и обнаружить цель можно раньше. Используемые для этой цели самолеты летают довольно медленно (по сравнению, конечно, со сверхзвуковыми истребителями и ракетоносцами), но могут очень долго находиться в воздухе.

Второй путь — применение загоризонтных радиолока­ционных станций. Обычно в радиолокаторах используют ультракороткие волны, то есть волны очень малой дли­ны (несколько сантиметров или дециметров). Эти волны распространяются практически прямолинейно и не оги­бают поверхности земли. Именно поэтому дальность дей­ствия радиолокаторов ограничивается линией горизонта (из-за этого, кстати, и повышается дальность действия радиолокатора, установленного на самолете, так как ли­ния горизонта при этом значительно удаляется).

Переход на более длинные волны связан для радиоло­каторов с рядом неудобств. Такие волны хуже отражают­ся от небольших объектов, станции при этом становятся очень громоздкими, ухудшается точность определения ко­ординат цели и так далее. Но зато эти волны огибают по­верхность земли и позволяют «заглянуть за горизонт». Главной целью станции раннего обнаружения, по мнению иностранных специалистов, является определение самого факта запуска ракеты. Столб пламени, возникающий при старте ракеты, довольно хорошо отражает длинные вол­ны, и эхо-сигнал может быть зафиксирован приемником, а точные координаты цели определят уже другие стан­ции, когда она приблизится к рубежу обороны. Система радиолокационных станций позволит, по-видимому, в бу­дущем регистрировать запуск ракет в любой точке земного шара. Некоторые загоризонтные РЛС работают и на коротких волнах. В этом случае радиоволны не огибают поверхность земли, а отразившись от ионосферы, как от» зеркала, достигают точки поверхности, расположенной далеко за горизонтом. Иногда радиоволна совершает не; сколько таких «скачков» между поверхностью и ионо­сферой, так что ряд последовательных переотражений ионосфера — поверхность — ионосфера — поверхность и так далее заставляет сигнал совершить кругосветное пу­тешествие. Тогда в приемнике радиолокатора появится сигнал, конечно, очень слабый, который может расска­зать об отражающих свойствах целого ряда областей, расположенных по всему периметру земного шара.

Для более надежного поражения воздушного против­ника на антиракеты, так и на зенитные ракеты, иногда ставят небольшую автономную радиолокационную стан­цию. Тогда в непосредственной близости от цели ракета переходит на управление от собственного радиолокатора. Облучая цель и принимая отраженный сигнал, этот ло­катор с помощью небольшой логической системы управ­ляет ракетой, направляя ее на маневрирующую цель. Иногда на ракете устанавливают лишь приемник радио­локационных сигналов. В этом случаев облучение цели (как говорят специалисты, «подсветка цели») производит наземная радиолокационная станция, а прием отражен­ных сигналов остается на долю устройства, установлен­ного на ракете. Это упрощает схему оборудования, раз­мещенного в стремительно летящей ракете, и повышает ее надежность. Как видите, взаимодействие между назем­ной станцией и ее младшим собратом в ракете может принимать самые разнообразные формы.

________________________________________________________________________________

Радиолокацией называется обнаружение объектов (целей) и опре­деление их пространственных координат и параметров движения с по­мощью радиотехнических средств и методов. Этот процесс называется радиолокационным наблюдением, а устройства такого назначения — радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами.

В настоящее время радиолокация широко применяется для управ­ления объектами и, в частности, для навигации, т. с. для ориентиро­вания самолетов, морских и космических кораблей. Устройства радио­локации, радиоуправления и радионавигации в совокупности образуют радиотехнические системы.

К радиолокационным целям (или просто целям) относятся: пилоти­руемые и беспилотные летательные аппараты, морские и речные ко­рабли, различные наземные и надводные объекты, естественные и ис­кусственные космические тела, атмосферные образования и др.

Если цель точечная-, то ее положение в пространстве полностью определяется тремя координатами.

Поиск по сайту: