Радиолокационная станция. Радары ссср
Во время опытов по радиосвязи между кораблями обнаружил явление отражения радиоволн от корабля. Радиопередатчик был установлен на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшем на якоре, а радиоприёмник - на крейсере «Африка». В отчёте комиссии, назначенной для проведения этих опытов, А. С. Попов писал:
Влияние судовой обстановки сказывается в следующем: все металлические предметы (мачты, трубы, снасти) должны мешать действию приборов как на станции отправления, так и на станции получения, потому что, попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают её правильность, отчасти подобно тому, как действует на обыкновенную волну, распространяющуюся по поверхности воды, брекватер , отчасти вследствие интерференции волн, в них возбужденных, с волнами источника, то есть влияют неблагоприятно.
…Наблюдалось также влияние промежуточного судна. Так, во время опытов между «Европой» и «Африкой» попадал крейсер «Лейтенант Ильин», и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии.
В ходе операции «Брюневаль» , проведённой английскими коммандос на побережье Франции в провинции Приморская Сена (Верхняя Нормандия), тайна немецких радаров была раскрыта. Для глушения радаров союзники применили передатчики, излучающие помеху в определённой полосе частот при средней частоте 560 мегагерц. Сначала такими передатчиками оснащали бомбардировщики. Когда немецкие летчики научились вести истребители на сигналы помех, словно на радиомаяки, вдоль южного побережья Англии расположили громадные американские передатчики «Туба» (Project Tuba ), разработанные в радиолаборатории Гарвардского университета . От их мощных сигналов истребители немцев «слепли» в Европе, а бомбардировщики союзников, избавившись от преследователей, спокойно летели к дому через Ла-Манш.
В СССР
В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привело к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом Павлом Ощепковым , получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя - М. Н. Тухачевского .
В 1946 году американские специалисты - Реймонд и Хачертон написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии» .
Большое внимание в системе ПВО уделяется решению проблемы своевременного обнаружения низколетящих воздушных целей (англ. ) .
Классификация
Первичный радиолокатор
Передатчик (передающее устройство) является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. Он может представлять собой мощный импульсный генератор. Для импульсных РЛС сантиметрового диапазона - обычно магнетрон или импульсный генератор, работающий по схеме: задающий генератор - мощный усилитель, использующий в качестве генератора чаще всего лампу бегущей волны (ЛБВ), а для РЛС метрового диапазона часто используют триодную лампу. РЛС, которые используют магнетроны, некогерентны или псевдо-когерентны, в отличие от РЛС на основе ЛБВ. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал. Антенна выполняет фокусировку сигнала передатчика и формирование диаграммы направленности , а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно, а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник, не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала. Приёмник (приёмное устройство) выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны. Различные РЛС основаны на различных методах измерения параметров отражённого сигнала: Частотный методЧастотный метод измерения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов. В данном методе за период излучается частота, меняющаяся по линейному закону от f1 до f2. Отраженный сигнал придёт промодулированным линейно в момент времени, предшествующий настоящему на время задержки. Т. о. частота отраженного сигнала, принятого на РЛС, будет пропорционально зависеть от времени. Время запаздывания определяется по резкой перемене в частоте разностного сигнала. Достоинства:
Недостатки:
Фазовый методФазовый (когерентный) метод радиолокации основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов, которая возникает из-за эффекта Доплера , когда сигнал отражается от движущегося объекта. При этом передающее устройство может работать как непрерывно, так и в импульсном режиме. Основным преимуществом данного метода является то, что он «позволяет наблюдать только движущиеся объекты, а это исключает помехи от неподвижных предметов, расположенных между приёмной аппаратурой и целью или за ней» . Так как при этом используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности составляет порядка единиц метра. Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот. Достоинства:
Недостатки:
Импульсный методСовременные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт излучающий сигнал только в течение очень краткого времени, коротким импульсом (обычно приблизительно микросекунда), после чего переходит в режим приёма и слушает эхо, отражённое от цели, в то время как излучённый импульс распространяется в пространстве. Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, между временем, прошедшим с момента посылки импульса до момента получения эхо-ответа, и расстоянием до цели - прямая зависимость. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того, как импульс придёт обратно (это зависит от дальности обнаружения радара, мощности передатчика, усиления антенны, чувствительности приёмника). Если импульс посылать раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели может быть спутано с эхом второго импульса от близкой цели. Промежуток времени между импульсами называют интервалом повторения импульса (англ. Pulse Repetition Interval, PRI ), обратная к нему величина - важный параметр, который называют частотой повторения импульса (ЧПИ, англ. Pulse Repetition Frequency, PRF ). Радары низкой частоты дальнего обзора обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду. Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС. Достоинства импульсного метода измерения дальности:
Недостатки:
Устранение пассивных помехОдной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов: земной поверхности, высоких холмов и т. п. Если, к примеру, самолёт находится на фоне высокого холма, отражённый сигнал от этого холма полностью перекроет сигнал от самолёта. Для наземных РЛС эта проблема проявляется при работе с низколетящими объектами. Для бортовых импульсных РЛС она выражается в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолёта с радиолокатором. Методы устранения помех используют, так или иначе, эффект Доплера (частота волны, отражённой от приближающегося объекта, увеличивается, от уходящего объекта - уменьшается). Самый простой радар, который может обнаружить цель в помехах - радар с селекцией движущихся целей (СДЦ) - импульсный радар, который сравнивает отражения более чем от двух или больше интервалов повторения импульса. Любая цель, которая движется относительно радара, производит изменение в параметре сигнала (стадия в последовательном СДЦ), тогда как помехи остаются неизменными. Устранение помех происходит путём вычитания отражений из двух последовательных интервалов. На практике устранение помех может быть осуществлено в специальных устройствах - черезпериодных компенсаторах или алгоритмами в программном обеспечении. Неустранимым недостатком СДЦ, работающих с постоянной ЧПИ, является невозможность обнаружения целей со специфическими круговыми скоростями (целей, которые производят изменения фаз точно в 360 градусов). Скорость, при которой цель становится невидимой для радиолокатора, зависит от рабочей частоты станции и от ЧПИ. Для устранения недостатка современные СДЦ излучают несколько импульсов с различными ЧПИ. ЧПИ подбираются такими образом, чтобы число «невидимых» скоростей было минимальным. Импульсно-доплеровские РЛС , в отличие от РЛС с СДЦ, используют другой, более сложный способ избавления от помех. Принятый сигнал, содержащий информацию о целях и помехах, передаётся на вход блока фильтров Доплера. Каждый из фильтров пропускает сигнал определённой частоты. На выходе из фильтров вычисляются производные от сигналов. Способ помогает находить цели с заданными скоростями, может быть реализован аппаратно или программно, не позволяет (без модификаций) определить расстояния до целей. Для определения расстояний до целей можно разделить интервал повторения импульса на отрезки (называемые отрезками дальности) и подавать сигнал на вход блока фильтров Доплера в течение данного отрезка дальности. Вычислить расстояние удаётся только при многократных повторениях импульсов на разных частотах (цель появляется на различных отрезках дальности при разных ЧПИ). Важное свойство импульсно-доплеровских РЛС - когерентность сигнала, фазовая зависимость отправленных и полученных (отражённых) сигналов. Импульсно-доплеровские РЛС, в отличие от РЛС с СДЦ, успешнее обнаруживают низколетящие цели. На современных истребителях эти РЛС используются для воздушного перехвата и управления огнём (радары AN/APG-63, 65, 66, 67 и 70). Современные реализации в основном программные: сигнал оцифровывается и отдаётся на обработку отдельному процессору . Часто цифровой сигнал преобразуется в форму, удобную для других алгоритмов, с помощью быстрого преобразования Фурье . Использование программной реализации по сравнению с аппаратной имеет ряд преимуществ:
Перечисленные достоинства наряду с возможностью хранения данных в ПЗУ) позволяют, в случае необходимости, быстро приспособиться к технике глушения противника. Устранение активных помехНаиболее эффективным методом борьбы с активными помехами является использование в РЛС цифровой антенной решётки , позволяющей формировать провалы в диаграмме направленности в направлениях на постановщики помех. . . Вторичный радиолокаторВторичная радиолокация используется в авиации для опознавания. Основная особенность - использование активного ответчика на самолётах. Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается от принципа первичного радиолокатора. В основе устройства Вторичной радиолокационной станции лежат компоненты: передатчик , антенна , генераторы азимутальных меток, приёмник , сигнальный процессор , индикатор и самолётный ответчик с антенной . Передатчик служит для формирования импульсов запроса в антенне на частоте 1030 МГц. Антенна служит для излучения импульсов запроса и приёма отражённого сигнала. По стандартам ICAO для вторичной радиолокации антенна излучает на частоте 1030 МГц и принимает на частоте 1090 МГц. Генераторы азимутальных меток служат для генерации азимутальных меток (англ. Azimuth Change Pulse, ACP ) и метки Севера (англ. Azimuth Reference Pulse, ARP ). За один оборот антенны РЛС генерируется 4096 малых азимутальных меток (для старых систем) или 16384 улучшенных малых азимутальных меток (англ. Improved Azimuth Change pulse, IACP - для новых систем), а также одна метка Севера. Метка севера приходит с генератора азимутальных меток при таком положении антенны, когда она направлена на Север, а малые азимутальные метки служат для отсчёта угла разворота антенны. Приёмник служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц. Сигнальный процессор служит для обработки принятых сигналов. Индикатор служит для отображения обработанной информации. Самолётный ответчик с антенной служит для передачи содержащего дополнительную информацию импульсного радиосигнала обратно в сторону РЛС по запросу. Принцип действия вторичного радиолокатора заключается в использовании энергии самолётного ответчика для определения положения воздушного судна. РЛС облучает окружающее пространства запросными импульсами P1 и P3, а также импульсом подавления P2 на частоте 1030 МГц. Оборудованные ответчиками воздушные суда, находящиеся в зоне действия луча запроса, при получении запросных импульсов, если действует условие P1,P3>P2, отвечают запросившей РЛС серией кодированных импульсов на частоте 1090 МГц, в которых содержится дополнительная информация о номере борта, высоте и так далее. Ответ самолётного ответчика зависит от режима запроса РЛС, а режим запроса определяется интервалом времени между запросными импульсами P1 и P3, например, в режиме запроса А (mode A) интервал времени между запросными импульсами станции P1 и P3 равен 8 микросекундам и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свой номер борта. В режиме запроса C (mode C) интервал времени между запросными импульсами станции равен 21 микросекунде и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свою высоту. Также РЛС может посылать запрос в смешанном режиме, например, Режим А, Режим С, Режим А, Режим С. Азимут воздушного судна определяется углом поворота антенны, который, в свою очередь, определяется путём подсчёта малых азимутальных меток . Дальность определяется по задержке пришедшего ответа. Если воздушное судно находится в зоне действия боковых лепестков, а не основного луча, или находится сзади антенны, то ответчик воздушного судна при получении запроса от РЛС получит на своём входе условие, что импульсы P1,P3 Принятый от ответчика сигнал обрабатывается приёмником РЛС, затем поступает на сигнальный процессор, который проводит обработку сигналов и выдачу информации конечному потребителю и (или) на контрольный индикатор. Плюсы вторичной РЛС: Современная война стремительна и быстротечна. Зачастую победителем в боевом столкновении выходит тот, кто первым сумеет обнаружить потенциальную угрозу и адекватно на нее среагировать. Уже более семидесяти лет для поиска противника на суше, море и в воздухе используется метод радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от различных объектов. Устройства, посылающие и принимающие подобные сигналы, называются радиолокационными станциями (РЛС) или радарами. Термин «радар» - это английская аббревиатура (radio detection and ranging), которая была запущена в оборот в 1941 году, но давно уже стала самостоятельным словом и вошла в большинство языков мира. Изобретение радара – это, безусловно, знаковое событие. Современный мир трудно представить без радиолокационных станций. Их используют в авиации, в морских перевозках, с помощью РЛС предсказывается погода, выявляются нарушители правил дорожного движения, производится сканирование земной поверхности. Радиолокационные комплексы (РЛК) нашли свое применение в космической промышленности и в системах навигации. Однако наиболее широкое применение радары нашли в военном деле. Следует сказать, что эта технология изначально создавалась для военных нужд и дошла до стадии практической реализации перед самым началом Второй мировой войны . Все крупнейшие страны-участницы этого конфликта активно (и не без результата) использовали радиолокационные станции для разведки и обнаружения судов и самолетов противника. Можно уверенно утверждать, что применение радаров решило исход нескольких знаковых сражений как в Европе, так и на Тихоокеанском театре боевых действий. Сегодня РЛС используются для решения чрезвычайно широкого спектра военных задач, от отслеживания запуска межконтинентальных баллистических ракет до артиллерийской разведки. Каждый самолет, вертолет, военный корабль имеет собственный радиолокационный комплекс. Радары являются основой системы противовоздушной обороны. Новейший радиолокационный комплекс с фазированной антенной решеткой будет установлен на перспективный российский танк «Армата». Вообще же, многообразие современных радаров поражает. Это абсолютно разные устройства, которые отличаются размерами, характеристиками и назначением. С уверенностью можно заявить, что сегодня Россия является одним из признанных мировых лидеров в области разработки и производства РЛС. Однако прежде чем говорить о тенденциях развития радиолокационных комплексов, следует сказать несколько слов о принципах работы радаров, а также об истории радиолокационных систем. 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: 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. Антенна импульсного радара работает и на прием, и на передачу. После испускания сигнала передатчик отключается на время и включается приёмник. После его приема происходит обратный процесс. 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. В импульсных радиолокационных станциях в качестве источника сигнала обычно используют магнетроны, или лампы бегущей волны. 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. Типичным доплеровским радиолокатором является радар, который используют сотрудники дорожной полиции для определения скорости автомобилей. 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. Кроме первичных РЛС, существуют и так называемые вторичные радиолокаторы, которые используются в авиации для опознания воздушных судов. В состав таких радиолокационных комплексов, кроме передатчика, антенны и приемного устройства, входит еще и самолетный ответчик. При облучении его электромагнитным сигналом ответчик выдает дополнительную информацию о высоте, маршруте, номере борта, его государственной принадлежности. 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. Идея радиолокации возникла практически сразу после открытия радиоволн. В 1905 году сотрудник немецкой компании Siemens Кристиан Хюльсмейер создал устройство, которое с помощью радиоволн могло обнаружить крупные металлические объекты. Изобретатель предлагал устанавливать его на кораблях, чтобы они могли избегать столкновений в условиях плохой видимости. Однако судовые компании не заинтересовались новым прибором. Проводились эксперименты с радиолокацией и в России. Еще в конце XIX века русский ученый Попов обнаружил, что металлические объекты препятствуют распространению радиоволн. В начале 20-х годов американские инженеры Альберт Тейлор и Лeo Янг сумели с помощью радиоволн засечь проплывающее судно. Однако состояние радиотехнической промышленности того времени было таково, что создать промышленные образцы радиолокационных станций было затруднительно. Первые радиолокационные станции, которые можно было использовать для решения практических задач, появились в Англии примерно в середине 30-х годов. Эти устройства были очень большими, устанавливать их можно было только на суше или на палубе больших кораблей. Только в 1937 году был создан прототип миниатюрной РЛС, которую можно было установить на самолет. К началу Второй мировой войны англичане имели развернутую цепь радиолокационных станций под названием Chain Home. Занимались новым перспективным направлением и в Германии. Причем, нужно сказать, небезуспешно. Уже в 1935 году главнокомандующему германского флота Редеру был продемонстрирован действующий радиолокатор с электронно-лучевым дисплеем. Позже на его основе были созданы серийные образцы РЛС: Seetakt для военно-морских сил и Freya для ПВО. В 1940 году в немецкую армию стала поступать система радиолокационная управления огнем Würzburg. Однако несмотря на очевидные достижения германских ученых и инженеров в области радиолокации, немецкая армия начала использовать радиолокаторы позже англичан. Гитлер и верхушка Рейха считали радары исключительно оборонительным оружием, которое не слишком нужно победоносной немецкой армии. Именно по этой причине к началу битвы за Британию у немцев было развернуто только восемь радиолокационных станции Freya, хотя по своим характеристикам они как минимум не уступали английским аналогам. В целом же можно сказать, что именно успешное использование радаров во многом определило исход битвы за Британию и последующее противостояние между Люфтваффе и ВВС союзников в небе Европы. Позже немцы на основе системы Würzburg создали рубеж ПВО, который получил название «линии Каммхубера». Используя подразделения специального назначения, союзники сумели разгадать секреты работы немецких радаров, что позволило эффективно глушить их. Несмотря на то, что англичане вступили в «радарную» гонку позже американцев и немцев, на финише они сумели обогнать их и подойти к началу Второй мировой войны с самой продвинутой системой радиолокационного обнаружения самолетов. Уже в сентябре 1935 года англичане приступили к постройке сети радиолокационных станций, в состав которой перед войной уже входили двадцать РЛС. Она полностью перекрывала подлет к Британским островам со стороны европейского побережья. Летом 1940 года британскими инженерами был создан резонансный магнетрон, позже ставший основой бортовых радиолокационных станций, устанавливаемых на американских и британских самолетах. Работы в области военной радиолокации велись и в Советском Союзе. Первые успешные эксперименты по обнаружению самолетов с помощью радиолокационных станций в СССР были проведены еще в середине 30-х годов. В 1939 году на вооружение РККА была принята первая РЛС РУС-1, а в 1940 году – РУС-2. Обе эти станции были запущены в серийное производство. Вторая мировая война наглядно показала высокую эффективность использования радиолокационных станций. Поэтому после ее окончания разработка новых РЛС стала одним из приоритетных направлений развития военной техники. Бортовые радиолокаторы со временем получили все без исключения военные самолеты и корабли, РЛС стали основой для систем противовоздушной обороны. В период Холодной войны у США и СССР появилось новое разрушительное оружие – межконтинентальные баллистические ракеты. Обнаружение запуска этих ракет стало вопросом жизни и смерти. Советский ученый Николай Кабанов предложил идею использования коротких радиоволн для обнаружения самолетов противника на больших расстояниях (до 3 тыс. км). Она была довольно проста: Кабанов выяснил, что радиоволны длиной 10-100 метров способны отражаться от ионосферы, и облучая цели на поверхности земли, возвращаться тем же путем к РЛС. Позже на основе этой идеи были разработаны радиолокаторы загоризонтного обнаружения запуска баллистических ракет. Примером таких РЛС может служить «Дарьял» - радиолокационная станция, которая несколько десятилетий была основой советской системы предупреждения о ракетных пусках. В настоящее время одним из самых перспективных направлений развития радиолокационной техники считается создание РЛС с фазированной антенной решеткой (ФАР). Подобные радары имеют не один, а сотни излучателей радиоволн, работой которых руководит мощный компьютер. Радиоволны, испускаемые разными источниками в ФАР, могут усиливать друг друга, если они совпадают по фазе, или же, наоборот, ослаблять. Сигналу РЛС с фазированной решеткой можно придавать любую необходимую форму, его можно перемещать в пространстве без изменения положения самой антенны, работать с разными частотами излучения. РЛС с фазированной решеткой гораздо надежней и чувствительней, чем радиолокатор с обычной антенной. Однако у подобных радаров есть и недостатки: большой проблемой является охлаждение РЛС с ФАР, кроме того, они сложны в производстве и дорого стоят. Новые радиолокационные станции с фазированной решеткой устанавливаются на истребители пятого поколения. Эта технология используется в американской системе раннего предупреждения о ракетном нападении. Радиолокационный комплекс с ФАР будет установлен на новейший российский танк «Армата». Следует отметить, что Россия является одним из мировых лидеров в разработке радиолокаторов с ФАР. Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них У нас в Советском Союзе, в России первые отечественные радиолокационные станции были реально созданы в 1939 году. Первая опытная установка радиообнаружения самолетов была создана в Ленинградском физико-техническом институте. Ее установили на двадцатиметровой вышке в поселке Токсово. На ней отрабатывались варианты конструкции ряда функциональных устройств создаваемых радиолокационных станций (РЛС). В этот же период времени в этом же Институте был создан и мобильный вариант первого нашего отечественного радиолокатора. Он получил условное наименование "РУС-2" и был направлен в Москву на государственные испытания… Это произошло, примерно, в середине 1938 года. Что предшествовало этому? Этому предшествовало создание в 1937-1938 г.г. системы радиообнаружения самолетов типа "РУС-1" - "РЕВЕНЬ". Аббревиатура расшифровывается так: "РадиоУловитель Самолетов". Система РУС-1 по существу и по принципиальным признакам не являлась радиолокатором. По аналогии с существовавшими в то время ЗвукоУлавливателями, систему радиообнаружения назвали РадиоУловитель Самолетов. Не очень удачное название, т.к. звук уловить можно, а "уловить" самолет, каким бы то ни было способом, не представляется возможным. Система РУС-1 - это система радиообнаружения самолетов, перелетающих условную линию, образованную длиннннной цепью станций типа РГО и РПО. …РПО-РПО <- РГО -> РПО-РПО <- РГО -> РПО-РПО <- РГО -> РПО-РПО… Расшифровка аббревиатур:
РГО – РадиоГенератор-Обнаружитель,
РПО – РадиоПриемник-Обнаружитель. Станция РГО работала в режиме непрерывного излучения высокочастотных колебаний. Каждая РГО была оснащена двумя направленными антенными системами. С ней были связаны две станции РПО, антенные системы которых были направлены на "свою" РГО. Совокупность станций РГО - РПО, устанавливаемых в линию, образовывала в охраняемом воздушном пространстве, как бы, "радиозабор" – нечто сходное со "следовой полосой", которая в то время строилась вдоль всей линии государственной границы Советского Союза - от одной пограничной заставы к другой. Не следует думать, что этот "радиозабор" должен бы быть строго прямолинейной конструкцией. "Радиозабор" мог быть образован и в виде некой "ломаной линии", повторяя линию государственной границы. Все зависело от устанавливаемого угла направленности антенных систем соответствующих сопряженных РГО и РПО. Для этого, в частности, станции РПО устанавливались парами. Факт пересечения каким-либо самолетом "радозабора" между какой-либо из РГО – РПО фиксировался на соответствующей РПО по факту возникновения в приемном устройстве допплеровских биений прямого радиосигнала, принятого от "своей" РГО, и радиосигнала, отраженного от летящего самолета и принятого здесь же приемным устройством. Фиксация факта перелета линии границы осуществлялась по появлению сигнала звуковой частоты на выходе приемного устройства соответствующей станции РПО. Эти звуковые колебания могли быть зафиксированы и на бумажной ленте автоматического самописца. Никаких данных о самолетах нарушителях (количество самолетов, высота, курс и т.п.) станции РПО обнаруживать не могли. Все станции системы РУС-1, которые в Ленинградском военном округе начали устанавливать вдоль линии границы с Финляндией с апреля 1941 года, должны были передавать свои донесения по телефонным линиям связи или по радио непосредственно на ГП ВНОС, расположенный в Ленинграде. Система РУС-1 предназначалась для охраны неподвижной линии государственной границы. При пересечении вражеским самолетом линии государственной границы СССР на станции РПО соответствующего участка охраняемой линии границы должны были уловить этот факт перелета и по радио сообщить о нем на Главный Пост ВНОС по принадлежности. Все станции системы РУС-1, которые в Ленинградском военном округе начали устанавливать вдоль линии границы с Финляндией с апреля 1941 года, должны были передавать свои донесения по телефонным линиям связи и по радио на ГП ВНОС, расположенный в Ленинграде. Фиксация факта перелета линии границы осуществлялась по появлению сигнала звуковой частоты на выходе приемного устройства соответствующей станции РПО. Эти звуковые колебания могли быть зафиксированы и на бумажной ленте автоматического самописца. Никаких данных о самолетах нарушителях (количество самолетов, высота, курс и т.п.) станции РПО определять не могли. Первым отечественным импульсным радиолокатором явилась радиолокационная станция (РЛС) типа РУС-2, аббревиатура названия которой неправомерно унаследована от системы РУС-1. Это был самый первый отечественный импульсный радиолокатор, принятый на вооружение в конце лета 1940 года. Именно на первом опытном образце этой РЛС, который после окончания государственных испытаний под Москвой был отправлен в 28-й Радиополк ВНОС в г. Баку, автор этих строк обучался работе старшего оператора. Здесь в 28 Радиополку ВНОС в учебной роте полковой школы готовили специалистов для эксплуатации систем РУС-1. Для обучения работе на радиолокаторах типа РУС-2 в учебной роте был создан спецвзвод. Вся информация о радиолокаторах типа РУС-2 была строго засекречена. В те годы процесс обучения в этом спецвзводе был организован так, что о РЛС типа РУС-2 в других взводах учебной роты никто не мог знать ничего. В конце марта 1941 года автор этих строк был аттестован, как старший оператор станции РУС-2. В первых числах апреля 1941 года всю нашу учебную роту эшелоном переправили в Ленинградский военный округ. 13 апреля 1941 года в Советском Союзе были созданы войска ПВО. В это же время в Ленинградском военном округе был создан 72-й Отдельный Радиобатальон ВНОС, на вооружение которого должны были поступать станции системы РУС-1 и в дальнейшем РЛС типа РУС-2. Станции РГО и РПО системы РУС-1 стали поступать в нашу часть уже во второй половине апреля 1941 года. Их сразу же укомплектовывали боевыми расчетами и направляли для развертывания к местам дислокации вдоль линии советско-финляндской границы. Первые два серийных радиолокатора типа РУС-2 были получены в наш 72 Отдельный Радиобатальон ВНОС прямо с завода-изготовителя через 5-6 дней после начала Отечественной войны. Радиолокатор типа РУС-2 состоял из двух аппаратных кабин. Две небольшие кабины (приемная и передающая) были смонтированы на автомобильном шасси типа ЗИС-5 с возможностью кругового вращения. На крыше каждой из кабин была установлена антенная система. В передающей кабине располагался передатчик высокочастотных импульсов. В приемной кабине располагался приемник и индикаторное устройство. Вся работа по обнаружению целей происходила в приемной кабине. Передающая кабина в своем вращении строго синхронно и синфазно следовала за приемной, как собачка на поводке так, что ее антенная система всегда была направлена в ту же сторону, что и антенная система приемной кабины. В приемной кабине было два рабочих места. Рабочее место оператора телефониста располагалось у левого окна, которое во время работы всегда было закрыто брезентовой шторой. Рабочее место старшего оператора было в центре кабины, над токосъемником. В небольшой кабине было тесновато. Если во время работы в кабину входил инженер РЛС, то ему приходилось неподвижно стоять за спиной старшего оператора у входной двери кабины. Долго так стоять в неудобной позе было трудно. Убедившись, что аппаратура работает нормально, он быстро уходил. Не каждый из операторов мог выдержать почти непрерывное круговое вращение и рыскание кабины при пеленгации целей в течение долгих четырех часов дежурства. На меня это круговое вращение кабины никак не сказывалось, и я полностью отдавался работе. Моим помощником оператором-телефонистом в то время был Павел Шакалов. Во время работы он чувствовал себя плохо - его укачивало. После смены, после четырех часов непрерывного кругового вращения (один оборот кабины в минуту), мне приходилось вести его в землянку отлеживаться… Радиус действия радиолокатора РУС-2 не превышал 120-150 км. Экран индикаторного устройства был выполнен на электронно-лучевой трубке с белым цветом свечения. Наблюдать за экраном нужно было через узкую продольную щель в фронтальной панели пульта управления. Цели на экране индикаторного устройства выглядели, как белая узкая вертикальная полоска на темном фоне линии развертки. (яркостная модуляция!). Координаты цели определялись в системе "азимут-расстояние". По характеру засветки импульса цели и его мерцанию можно было определить одиночный самолет, пару и тройку. Далее можно было определить "много". В конце июля или в первых числах августа 1941 года прямо на боевой позиции под Нарвой радиолокатор "РУС-2" нам заменили на новейший радиолокатор типа "РЕДУТ", который пригнали к нам прямо с завода буквально сразу же после окончания его изготовления. Это был самый, самый первый радиолокатор типа "РЕДУТ"! Радиолокатор типа "РЕДУТ"
по своей технической сущности является нашим первым полномасштабным отечественным импульсным радиолокатором дальнего обнаружения. По новизне, использованной в нем совокупности новых технических решений, по составу аппаратуры, по техническим возможностям и внешнему виду он никак не являлся усовершенствованным вариантом первого отечественного импульсного радиолокатора типа РУС-2. Создание в 1941 году радиолокатора типа "РЕДУТ" и его практическое использование в начальный период Отечественной войны выводило в то время Россию на передовые позиции в мире в области создания радиолокаторов дальнего обнаружения самолетов. Однако, по соображениям сохранения строжайшей секретности на наши новейшие технические решения патентов не испрашивали и потому юридически доказать приоритет России в создании и практическом использовании этого вида вооружения теперь, очевидно, уже невозможно. Иной раз в соответствующей литературе высказывается такое мнение, что радиолокатор типа "РЕДУТ" является несколько усовершенствованным вариантом радиолокатора типа РУС-2. Это ошибочное мнение! По составу функциональных устройств, по ряду новых прогрессивных технических решений, реализованных в радиолокаторе типа "РЕДУТ", по надежности, по удобству в эксплуатации и дальности уверенного обнаружения целей ему, надо полагать, в то время (в 1941 году) не было равного в мире! Радиолокатор "РЕДУТ" по существу являлся новой, более высокой ступенью, в развитии отечественной радиолокации. Именно потому, что в приемном устройстве сигналы целей на промежуточной частоте не детектировались, а после усиления подавались прямо на электронно-лучевую трубку (амплитудная модуляция!), на радиолокаторе "РЕДУТ" оказалось возможным, оценивая структуру импульсов и характер их пульсаций на экране, точно определять количество самолетов – один, двойка, тройка. Такой способ показа целей на экране радиолокатора, как я полагаю, был реализован у нас в России впервые в мире, но никаких доказательств этому у меня нет. США пошли несколько по иному пути. У них в радиолокаторах к этому времени уже были индикаторы кругового обзора. Определение количества самолетов в групповых целях не предусматривалось разработчиком. В соответствии с Инструкцией по эксплуатации, если в группе было более трех самолетов, количество самолетов в группе следовало называть "Много". Методика точного определения количества самолетов в группах родилась у меня в сознании буквально в первые же дни после того, как я сел на свое рабочее место за экран индикаторного устройства радиолокатора "РЕДУТ". Видимо в этом проявился уже большой опыт работы, приобретенный в реальных боевых условиях на радиолокаторе РУС-2. В конце июля 1941 года РЛС типа "РЕДУТ", введенная в эксплуатацию на нашей "точке" взамен радиолокатора РУС-2, была первой и единственной на всем Ленинградском фронте. С того времени нашу "точку" стали называть "РЕДУТ-3". С того же времени стационарному радиолокатору, установленному на вышке в пос. Токсово было присвоено наименование "РЕДУТ-1". Несколько позднее радиолокатор типа РУС-2, дислоцированный на Карельском перешейке в пос. Агалатово, тоже заменили на радиолокатор "Редут" и он получил условное наименование "РЕДУТ-2". . Когда я впервые после РУС-2 сел за экран на "РЕДУТЕ", я сразу почувствовал, что это новая техника прекрасна! Даже сравнивать ее с РУС-2 невозможно было! К тому времени опыт боевой работы у меня, как старшего оператора РЛС, уже был немалый. С большим увлечением я занялся определением точного количества самолетов в групповых целях. Буквально в первые же дни после практического знакомства с "РЕДУТОМ" я усмотрел в нем возможность точного определения количества самолетов в групповых целях. На разработку соответствующей методики, на практическую проверку ее эффективности у меня ушло дней 7 -10. Естественно, что я не делал никакого секрета из этой моей методики. Рассказал о ней моим друзьям-товарищам - сменным старших операторам нашего "РЕДУТА-3". Все это происходило в начале августа 1941 года под Нарвой. С того времени мы стали успешно использовать ее в нашей повседневной работе.
В последующие дни крупная группировка немецких войск из под Котлов и Кингисеппа, преодолев упорное сопротивление наших войск, начала быстрое продвижение к Ленинграду. Чтобы мы с нашей секретнейшей техникой не оказались под Нарвой в глубоком немецком тылу, по приказу командования нашего 72-го ОРБ ВНОС мы свернули нашу станцию и двинулись к Ленинграду…
С первых чисел сентября мы, РЛС "РЕДУТ-3", дислоцировались уже на "Ораниенбаумском пятачке" в дер. Большая Ижора. Наши донесения о движении самолетов противника мы передавали по радио на Главный Пост ВНОС в Ленинград и по прямому проводу непосредственно на командный Пункт ПВО КБФ. Во время вражеских налетов на корабли и Кронштадт 21- 23 сентября 1941 года я успешно пользовался этой своей методикой и точно (+-2 самолета в группе из 70 самолетов) определял количество самолетов во всех группах. В дальнейшем, уже после Кронштадтского Сражения об этой моей методике прослышали и в Ленинграде, в штабе нашего батальона. Потому в самом конце октября или даже в начале ноября 1941 года меня решили отозвать с "РЕДУТА-3" в батальон для того, чтобы я ознакомил с этой методикой других старших операторов нашего батальона. Я же об этом ничего не знал и не понимал для чего меня вдруг вызвали с боевой "точки" в Ленинград. Добраться с "Ораниенбаумского пятачка" в Ленинград в то время было совсем непросто. Для этого из Большой Ижоры, где мы располагались, я на попутном транспорте добрался в Ораниенбаум, а затем катером в Кронштадт. Оттуда ночью в Ленинград отправлялся караван кораблей. Впереди шел ледокол "Тазуя". Я находился на другом кораблике (названия уже не помню) где-то ближе к голове каравана. У Петергофа фарватер простреливался немцами. Скажу правду – я очень боялся. Было очень страшно. Вокруг лед. Плавать я не умел и не умею… Тонуть очень не хотелось… До нас тут вчера немцы потопили буксир и баржу. На барже с "пятачка" в Ленинград переправляли госпиталь… Погибли много раненных и персонал госпиталя. Мне и сейчас (Мороз по коже!!!) страшно вспоминать все это. Одно дело – погибнуть в бою. Совсем другое дело быть расстрелянным невидимым противником и утонуть в ледяной воде, не имея возможности даже выстрелить в сторону противника… Ярко светила Луна, но еще до подхода к траверзу Петергофа Луна зашла за горизонт. Стало темно. Немцы зажгли прожектор и его луч положили на воду так, что он пересекал фарватер. Незаметно проскочить было невозможно. Но вот над прожектором вдруг появился наш "Кукурузник" У-2 и луч прожектора поднялся вверх. С самолета обстреляли прожектор и его луч погас. В это время головная часть нашего каравана проскочила опасный участок пути. Потом, когда немцы снова зажгли прожектор, последние корабли нашего каравана уже покидали опасную зону. По ним немцы открыли огонь из орудий крупного калибра, но существенных потерь наш караван не понес. Так я благополучно добрался до Ленинграда. Только здесь, в штабе нашего батальона я узнал для чего, собственно, меня вызвали в Ленинград. Командир нашего батальона капитан Б.К. Бланк захотел, чтобы я поделился своим опытом работы с другими старшими операторами нашего батальона. Мне это "хотение" командира батальона вполне могло стоить жизни!… К ноябрю 1941г. у нас в батальоне уже были созданы "РЕДУТЫ" № 4, № 5. В штабе батальона в ноябре 1941 года я несколько раз проводил беседы со старшими операторами "РЕДУТОВ" № 1, № 2, № 4 и № 5, которых специально для этих бесед поочередно вызывали в штаб батальона. По ходу этих бесед рассказывал о своей методике определения количества самолетов в группах и рисовал на бумаге картинки импульсов разных целей, отвечал на все вопросы старших операторов. Командир батальона капитан Б.К. Бланк был очень доволен мною и перед строем объявил мне благодарность. Таким образом, с ноября 1941 года, моя методика точного определения самолетов в групповых целях стала использоваться почти всеми старшими операторами нашего батальона, а имя автора этой методики, как у нас тогда водилось, было позабыто. Моя методика стала достоянием всего батальона и жила уже сама по себе... Я воспринимал это, как должное. "Операторы "Редутов" быстро освоили приемы определения количества самолетов в группе по характеру пульсаций отраженных импульсов. Помню рядового Г.И. Гельфенштейна с "Редута-9", который особенно хорошо проявил себя в этом тонком деле и редко ошибался"… В конце января 1942 года на какое-то время я был включен в состав боевого расчета новой РЛС – "РЕДУТ-9". Эту станцию по Дороге Жизни вывозил на Волховский фронт, в Волховский дивизионный район ПВО, командир роты молодой старший лейтенант Сергей Николаевич Скворцов… Помню, как он иной раз долго, час-полтора, молча стоял у меня за спиной и смотрел как я работаю. Потом молча хлопал меня по плечу и уходил из аппаратной. Он так и не узнал тогда, что именно я и являлся автором методики точного определения самолетов в групповых целях… В конце лета 1942 года по решению командования нашего батальона я был отозван с "РЕДУТА-9" в Ленинград. Во время опытов по радиосвязи между кораблями обнаружил явление отражения радиоволн от корабля. Радиопередатчик был установлен на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшем на якоре, а радиоприёмник - на крейсере «Африка». В отчёте комиссии, назначенной для проведения этих опытов, А. С. Попов писал: Влияние судовой обстановки сказывается в следующем: все металлические предметы (мачты, трубы, снасти) должны мешать действию приборов как на станции отправления, так и на станции получения, потому что, попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают её правильность, отчасти подобно тому, как действует на обыкновенную волну, распространяющуюся по поверхности воды, брекватер , отчасти вследствие интерференции волн, в них возбужденных, с волнами источника, то есть влияют неблагоприятно. В ходе операции «Брюневаль»
, проведённой английскими коммандос на побережье Франции в провинции Приморская Сена (Верхняя Нормандия), тайна немецких радаров была раскрыта. Для глушения радаров союзники применили передатчики, излучающие помеху в определённой полосе частот при средней частоте 560 мегагерц. Сначала такими передатчиками оснащали бомбардировщики.
Когда немецкие летчики научились вести истребители на сигналы помех, словно на радиомаяки, вдоль южного побережья Англии расположили громадные американские передатчики «Туба» (Project Tuba
), разработанные в радиолаборатории Гарвардского университета
.
От их мощных сигналов истребители немцев «слепли» в Европе, а бомбардировщики союзников, избавившись от преследователей, спокойно летели к дому через Ла-Манш. В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привело к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом Павлом Ощепковым , получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя - М. Н. Тухачевского . В 1946 году американские специалисты - Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии». Большое внимание в системе ПВО уделяется решению проблемы своевременного обнаружения низколетящих воздушных целей (англ.
)
. По сфере применения различают: По назначению: По характеру носителя: По типу действия: По методу действия: По диапазону волн: Первичный (пассивный) радиолокатор, в основном, служит для обнаружения целей, освещая их электромагнитной волной и затем принимая отражения (эхо) этой волны от цели. Поскольку скорость электромагнитных волн постоянна (скорость света), становится возможным определить расстояние до цели, основываясь на измерении различных параметров распространения сигнала. В основе устройства радиолокационной станции лежат три компонента: передатчик , антенна и приёмник . Передатчик
(передающее устройство) является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. Он может представлять собой мощный импульсный генератор. Для импульсных РЛС сантиметрового диапазона - обычно магнетрон или импульсный генератор, работающий по схеме: задающий генератор - мощный усилитель, использующий в качестве генератора чаще всего лампу бегущей волны (ЛБВ), а для РЛС метрового диапазона часто используют триодную лампу. РЛС, которые используют магнетроны, некогерентны или псевдо-когерентны, в отличие от РЛС на основе ЛБВ. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал. Антенна
выполняет фокусировку сигнала передатчика и формирование диаграммы направленности , а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно, а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник, не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала. Приёмник
(приёмное устройство) выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны. Различные РЛС основаны на различных методах измерения отражённого сигнала: Частотный метод измерения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов.
В данном методе за период излучается частота, меняющаяся по линейному закону от f1 до f2. Отраженный сигнал придёт промодулированным линейно в момент времени, предшествующий настоящему на время задержки. Т. о. частота отраженного сигнала, принятого на РЛС, будет пропорционально зависеть от времени. Время запаздывания определяется по резкой перемене в частоте разностного сигнала. Достоинства: Недостатки: Фазовый (когерентный) метод радиолокации основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов, которая возникает из-за эффекта Доплера , когда сигнал отражается от движущегося объекта. При этом передающее устройство может работать как непрерывно, так и в импульсном режиме. Основным преимуществом данного метода является то, что он «позволяет наблюдать только движущиеся объекты, а это исключает помехи от неподвижных предметов, расположенных между приёмной аппаратурой и целью или за ней» . Так как при этом используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности составляет порядка единиц метра. Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот. Достоинства: Недостатки: Современные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт излучающий сигнал только в течение очень краткого времени, коротким импульсом (обычно приблизительно микросекунда), после чего переходит в режим приёма и слушает эхо, отражённое от цели, в то время как излучённый импульс распространяется в пространстве. Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, между временем, прошедшим с момента посылки импульса до момента получения эхо-ответа, и расстоянием до цели - прямая зависимость. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того, как импульс придёт обратно (это зависит от дальности обнаружения радара, мощности передатчика, усиления антенны, чувствительности приёмника). Если импульс посылать раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели может быть спутано с эхом второго импульса от близкой цели.
Промежуток времени между импульсами называют интервалом повторения импульса
(англ. Pulse Repetition Interval, PRI
), обратная к нему величина - важный параметр, который называют частотой повторения импульса
(ЧПИ, англ. Pulse Repetition Frequency, PRF
). Радары низкой частоты дальнего обзора обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду. Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС. Достоинства импульсного метода измерения дальности: Недостатки: Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов: земной поверхности, высоких холмов и т. п. Если, к примеру, самолёт находится на фоне высокого холма, отражённый сигнал от этого холма полностью перекроет сигнал от самолёта. Для наземных РЛС эта проблема проявляется при работе с низколетящими объектами. Для бортовых импульсных РЛС она выражается в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолёта с радиолокатором. Методы устранения помех используют, так или иначе, эффект Доплера (частота волны, отражённой от приближающегося объекта, увеличивается, от уходящего объекта - уменьшается). Самый простой радар, который может обнаружить цель в помехах - радар с селекцией движущихся целей
(СДЦ) - импульсный радар, который сравнивает отражения более чем от двух или больше интервалов повторения импульса. Любая цель, которая движется относительно радара, производит изменение в параметре сигнала (стадия в последовательном СДЦ), тогда как помехи остаются неизменными. Устранение помех происходит путём вычитания отражений из двух последовательных интервалов. На практике устранение помех может быть осуществлено в специальных устройствах - черезпериодных компенсаторах или алгоритмами в программном обеспечении. Неустранимым недостатком СДЦ, работающих с постоянной ЧПИ, является невозможность обнаружения целей со специфическими круговыми скоростями (целей, которые производят изменения фаз точно в 360 градусов). Скорость, при которой цель становится невидимой для радиолокатора, зависит от рабочей частоты станции и от ЧПИ. Для устранения недостатка современные СДЦ излучают несколько импульсов с различными ЧПИ. ЧПИ подбираются такими образом, чтобы число «невидимых» скоростей было минимальным. Импульсно-доплеровские РЛС
, в отличие от РЛС с СДЦ, используют другой, более сложный способ избавления от помех. Принятый сигнал, содержащий информацию о целях и помехах, передаётся на вход блока фильтров Доплера. Каждый из фильтров пропускает сигнал определённой частоты. На выходе из фильтров вычисляются производные от сигналов. Способ помогает находить цели с заданными скоростями, может быть реализован аппаратно или программно, не позволяет (без модификаций) определить расстояния до целей. Для определения расстояний до целей можно разделить интервал повторения импульса на отрезки (называемые отрезками дальности) и подавать сигнал на вход блока фильтров Доплера в течение данного отрезка дальности. Вычислить расстояние удаётся только при многократных повторениях импульсов на разных частотах (цель появляется на различных отрезках дальности при разных ЧПИ). Важное свойство импульсно-доплеровских РЛС - когерентность сигнала, фазовая зависимость отправленных и полученных (отражённых) сигналов. Импульсно-доплеровские РЛС, в отличие от РЛС с СДЦ, успешнее обнаруживают низколетящие цели. На современных истребителях эти РЛС используются для воздушного перехвата и управления огнём (радары AN/APG-63, 65, 66, 67 и 70). Современные реализации в основном программные: сигнал оцифровывается и отдаётся на обработку отдельному процессору . Часто цифровой сигнал преобразуется в форму, удобную для других алгоритмов, с помощью быстрого преобразования Фурье . Использование программной реализации по сравнению с аппаратной имеет ряд преимуществ: Перечисленные достоинства наряду с возможностью хранения данных в ПЗУ) позволяют, в случае необходимости, быстро приспособиться к технике глушения противника. Вторичная радиолокация используется в авиации для опознавания. Основная особенность - использование активного ответчика на самолётах. Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается от принципа первичного радиолокатора.
В основе устройства Вторичной радиолокационной станции лежат компоненты: передатчик , антенна , генераторы азимутальных меток, приёмник , сигнальный процессор , индикатор и самолётный ответчик с антенной . Передатчик
служит для формирования импульсов запроса в антенне на частоте 1030 МГц. Антенна
служит для излучения импульсов запроса и приёма отражённого сигнала. По стандартам ICAO для вторичной радиолокации антенна излучает на частоте 1030 МГц и принимает на частоте 1090 МГц. Генераторы азимутальных меток
служат для генерации азимутальных меток
(англ. Azimuth Change Pulse, ACP
) и метки Севера
(англ. Azimuth Reference Pulse, ARP
). За один оборот антенны РЛС генерируется 4096 малых азимутальных меток (для старых систем) или 16384 улучшенных малых азимутальных меток (англ. Improved Azimuth Change pulse, IACP
- для новых систем), а также одна метка Севера. Метка севера приходит с генератора азимутальных меток при таком положении антенны, когда она направлена на Север, а малые азимутальные метки служат для отсчёта угла разворота антенны. Приёмник
служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц. Сигнальный процессор
служит для обработки принятых сигналов. Индикатор
служит для отображения обработанной информации. Самолётный ответчик с антенной
служит для передачи содержащего дополнительную информацию импульсного радиосигнала обратно в сторону РЛС по запросу. Принцип действия вторичного радиолокатора заключается в использовании энергии самолётного ответчика для определения положения воздушного судна. РЛС облучает окружающее пространства запросными импульсами P1 и P3, а также импульсом подавления P2 на частоте 1030 МГц. Оборудованные ответчиками воздушные суда, находящиеся в зоне действия луча запроса, при получении запросных импульсов, если действует условие P1,P3>P2, отвечают запросившей РЛС серией кодированных импульсов на частоте 1090 МГц, в которых содержится дополнительная информация о номере борта, высоте и так далее. Ответ самолётного ответчика зависит от режима запроса РЛС, а режим запроса определяется интервалом времени между запросными импульсами P1 и P3, например, в режиме запроса А (mode A) интервал времени между запросными импульсами станции P1 и P3 равен 8 микросекундам и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свой номер борта. В режиме запроса C (mode C) интервал времени между запросными импульсами станции равен 21 микросекунде и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свою высоту.
Также РЛС может посылать запрос в смешанном режиме, например, Режим А, Режим С, Режим А, Режим С.
Азимут воздушного судна определяется углом поворота антенны, который, в свою очередь, определяется путём подсчёта малых азимутальных меток
. Дальность определяется по задержке пришедшего ответа. Если воздушное судно находится в зоне действия боковых лепестков, а не основного луча, или находится сзади антенны, то ответчик воздушного судна при получении запроса от РЛС получит на своём входе условие, что импульсы P1,P3 Принятый от ответчика сигнал обрабатывается приёмником РЛС, затем поступает на сигнальный процессор, который проводит обработку сигналов и выдачу информации конечному потребителю и (или) на контрольный индикатор. Плюсы вторичной РЛС: Ряд выдающихся ученых и инженеров в СССР вел успешные разработки радиолокационных систем. Первые опыты по использованию РЛС в Советском Союзе относятся к началу 1930-х годов, а первая советская РЛС была принята на вооружение в 1939 году. В годы советско-финской войны мобильными РЛС было обеспечено полное перекрытие воздушного пространства на подступах к Ленинграду. После начала Великой Отечественной войны РЛС играли важную роль в противовоздушной обороне Москвы, Ленинграда и нефтепромыслов Кавказа. В СССР было налажено массовое производство наземных, авиационных и корабельных РЛС, которые ни в чем не уступали, а по некоторым параметрам и превосходили зарубежные аналоги. Зенитный радиоискатель «Буря» 3 января 1934 г. был проведен успешный опыт по обнаружению сигналов от гидросамолета, при движении самолета на расстоянии 600-700 метров от аппаратуры в приемнике фиксировался доплеровский сдвиг частоты . Данный эксперимент позволил ГАУ продолжить работы по созданию радиообнаружителей самолетов. Экспериментальная зенитная станция радиообнаружения "Рубин" В 1937 году была создана установка РИ-4
с расчетной дальность 25 км. Но арест ряда руководителей НИИ-9 значительно затормозил дальнейшее развитие радиолокационной техники. Институт в основном занимался теоретическими разработками, в частности, было предложено осуществлять сканирование с помощью двух взаимно не соосных антенн для получения V-луча, который позволял бы получать координаты цели в трехмерном пространстве дальность-азимут-высота. Тем не менее, в 1939 году в НИИ-9 были созданы экспериментальные зенитные радиоискатели Б-2
и Б-3
с дальностью действия 14 и 17,5 км соответственно. Серийное производство этих радаров должно было начаться 1 апреля 1941 года. В конце 1939 года был разработан радиодальномер "Стрелец"
, который позволял обнаруживать самолеты на удалении до 20 км. Его развитием стал радиобнаружитель "Луна"
, который состоял из азимутального обнаружителя "Мимас"
и модифицированного дальномера "Стрелец". Эскизный проект был готов в начале 1941 года, но начавшаяся война и блокада Ленинграда не позволили проводить дальнейшие разработки в НИИ-9. Разработки радиообнаружителей велись также в харьковском УФТИ , где была создана установка "Зенит"
, работавшая на волнах длиной 64 см и при мощности 10-12 кВт имевшая дальность обнаружения до 30 км. В 1940 году в УФТИ была создана зенитная станция радиообнаружения "Рубин"
, которая обладала повышенной точность определения координат. Серийное производство "Рубина" также не было начато из за начавшейся войны. Передающая (слева) и приемная машины РУС-1 "Ревень" В 1936 году работы по созданию радаров были сконцентрированы в Научном исследовательско-испытательном институте связи Красной Армии (НИИС КА), куда перешел работать освобожденный к тому времени Ощепков. Главной разработкой института совместно с ЛФТИ стала система радиообнаружения линейного типа для охраны государственных границ - система "Ревень" (РУС-1)
. В основу системы была положена разработка ЛЭФИ "Рапид", испытанная в 1934 году. Система состояла из одной передающей машины и пары приемных, которе должны были располагаться на удалении 30-40 км от передающей. Передающая станция создавала в стороны приемных направленное излучение в виде сплошной завесы, при пересечении которой самолеты обнаруживались приемными станциями по биениям прямого и отраженного сигналов. В 1937-1938 годах система прошла успешные испытания и НИИС КА получил заказ на изготовление первой партии из 16 комплектов "Ревень". В сентябре 1939 года система "Ревень" была принята на вооружение войск ПВО под названием РУС-1. Первое боевое применение РУС-1 произошло в ходе советско-финской войны, когда станции были установлены для организации ПВО Ленинграда. Всего было выпущено 45 комплектов РУС-1, которые были размещены главным образом в Закавказье и на Дальнем Востоке. Передающая (слева на шасси ГАЗ-ААА) и приемная машины РУС-2 В 1936 году в ЛФТИ по заданию НИИС КА начались работы по установке "Редут"
. В отличии от РУС-1, новая установка должна была не просто выявлять факт наличия самолета, но и определять его азимут, скорость и дальность. Весной 1937 года опытный экземпляр установки обнаружил самолет на удалении 10 км, а через год, когда удалось создать более мощный передатчик, дальность обнаружения была доведена до 50 км. В 1939 году дальность обнаружения была доведена до 95 км. В 1939 году "Редут" был испытан в Севастополе и с его помощью удалось обнаруживать корабли на удалении до 25 км, но работа на берегу усложнялась высоким уровнем помех из за переотражений. 26 июля 1940 года "Редут" был принят на вооружение под наименованием РУС-2
. Как и большинство советских довоенных РЛС, РУС-2 выпускался в мобильном варианте и состоял из 3 фургонов, установленных на автомобильном шасси: электрогенератора и приемника, смонтированных на шасси ГАЗ-ААА и передатчика на шасси ЗиС-6. Приемная и передающая кабины были оснащены синхронизированным приводом вращения. В период 1940-1945 годов было выпущено более 600 станций РУС-2 различных модификаций. Начатые в 1939 году и не завершенные из за начала войны разработки ЛФТИ РЛС обнаружения ("Река"
) и наведения ("Рассвет"
). Кроме этих станций, планировалась разработка в 1942 году станции "Редут-Д"
с дальностью обнаружения до 300 км. в 1943 году была инициирована разработка станции раннего предупреждения и наведения перехватчиков П-3
. При мощности 100 Квт на волне 4,15 м новая станция должна была обеспечивать дальность обнаружения не менее 130 км, а дальность определения координат для наведения перехватчиков - не менее 70 км. В августе 1944 года станция П-3 успешно прошла испытания и передана в производство, при этом выпуск всех модификаций РУС-2 был прекращен. Памятник на месте размещения радиолокационного полигона в Тосково. |
Вся аппаратура на "РЕДУТЕ" располагалась в одном типовом неподвижном аппаратном фургоне, закрепленном на шасси грузового автомобиля ЗИС-5. Во время работы вращалась только одна антенная система на крыше фургона. Одна и та же антенная система использовалась для передатчика и для приемника. Отключение приемника от антенны на время генерации передатчиком мощного зондирующего радиоимпульса осуществлялось специальным высокочастотным разрядником. Радиус уверенного обнаружения целей радиолокатором "РЕДУТ" достигал 200 - 210 км. Однажды (в 1942 году) на РЛС "РЕДУТ-7" уходящую цель вели наблюдением до 270 км. На радиолокаторе типа "РЕДУТА", как и в радиолокаторе РУС-2, еще не было индикатора кругового обзора. Картина воздушной обстановки в зоне обзора складывалась в голове старшего оператора по мере кругового вращения антенной системы. Старший оператор обязательно должен был обладать способностью пространственного (объемного) мышления и иметь хорошую память. Наблюдая на экране импульсы целей, он должен был мысленно представлять себе реальную воздушную обстановку. Хороший старший оператор мог помнить координаты (азимут - расстояние) 4 - 5 целей, количество самолетов в каждой из целей, направление их движения и некоторые индивидуальные особенности целей, если таковые имелись. Если целей было больше 4 - 5, то приходилось периодически посматривать и на планшет-картоплан. На планшете под листом прозрачного плексигласа была закреплена карта местности – Ленинград и окружающие его районы. Карта была разделена на квадраты с кодированными номерами.. На поверхность плексигласа оператор-телефонист наносил отметки целей обычными чернилам, обыкновенной перьевой ручкой. Фломастеров в то время не было.
Экран электронно-лучевой трубки индикаторного устройства на "РЕДУТЕ" был полностью открыт для старшего оператора. Цели на экране наблюдались в зеленом свечении в виде вертикальных пульсирующих импульсов, пересекающих горизонтальную линию развертки (амплитудная модуляция!), Зеленое свечение экрана лучше воспринималось глазами старших операторов.
Г. Гельфенштейн
