Радиолокатор. Радиолокационные станции
Содержание
История
Классификация
радаров
Устройство
и принцип действия первичного радиолокатора
Передатчик
Антенна
Приемник
Методы
измерения отражённого сигнала
Частотный метод
Фазовый метод
Импульсный метод
Устройство
и принцип действия вторичной радиолокации
Радиолокационные
станции в Казахстане и виды радиолокаторов
Список
использованной литературы
История
В 1887 году немецкий физик Генрих Герц начал эксперименты, в ходе которых
он открыл существование электромагнитных волн, предсказанных теорией Джеймса
Максвелла. Герц научился генерировать и улавливать электромагнитные радиоволны
и обнаружил, что они по-разному поглощаются и отражаются различными
материалами.
Попутно с работами по радиосвязи А. С. Попов сделал еще одно важное
открытие. В 1897 году во время опытов по радиосвязи между кораблями он
обнаружил явление отражения радиоволн от корабля. Радиопередатчик был
установлен на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшем на якоре, а
радиоприемник - на крейсере «Африка». В отчете 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 ее
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». и далее: «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».
Этим открытием А. С. Попова было положено начало новому средству
наблюдения - радиолокации.
Несовершенство техники не позволило тогда же использовать его для
создания практически приемлемых приборов, на это потребовалось ещё около 40
лет. В 1905 году X. Хюльсмейеру был выдан германский патент, по заявке идеи
радиолокатора от 30 апреля 1904 г. В США открытие отражения радиоволн
приписывают Тейлору и Юнгу в 1922 году. В Советском Союзе осознание
необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков
Немецкий радар времён ВМВ в Нормандии звукового и оптического наблюдения,
привела 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.
Третьего января 1934 года в СССР был успешно проведён эксперимент по
обнаружению самолёта радиолокационным методом. Самолёт, летящий на высоте 150
метров, был обнаружен на дальности 600 метров от радарной установки. В 1936
году советская сантиметровая радиолокационная станция «Буря» засекала самолёт с
расстояния 10 километров. Работы по радиолокации были начаты и в УФТИ в
Харькове. Первые РЛС в СССР, принятые на вооружение РККА и выпускавшиеся
серийно были: РУС-1 с 1939 года и РУС-2.
Классификация радаров
Радиолокационная станция (РЛС) или радар - система для обнаружения
воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности и
геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн
и регистрации их отражений от объектов. Английский термин-акроним появился в
1941 году, впоследствии в его написании прописные буквы были заменены
строчными.
По предназначению радиолокационные станции бывают:
. РЛС обнаружения;
. РЛС управления и слежения;
. панорамные РЛС;
. РЛС бокового обзора;
. метеорологические РЛС.
По сфере применения различают военные и гражданские РЛС.
По характеру носителя:
. наземные РЛС;
. морские РЛС;
. бортовые РЛС;
. мобильные РЛС.
По типу действия:
. первичные или пассивные;
. вторичные или активные;
. совмещённые.
По диапазону волн:
. метровые;
. дециметровые;
. сантиметровые;
. миллиметровые.
Устройство и принцип действия первичного
радиолокатора
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.
На рис.1 изображена скелетная схема радиолокатора.
Рис.1.
Передатчик
Передатчик (передающее устр.) 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, а
для РЛС метрового диапазона, часто используют - триодную лампу. В зависимости от
конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя
повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает
непрерывный электромагнитный сигнал.
Антенна
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.
Приемник
радиолокатор
фазовый импульсный сигнал
Приёмник (приёмное устр.) выполняет усиление и обработку принятого
сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую
трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением
антенны.
Методы измерения отражённого сигнала
Различные РЛС основаны на различных методах измерения отражённого сигнала:
частотный метод, фазовый метод, импульсный метод
Частотный метод
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. В то время как 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:
. позволяет измерять очень малые дальности;
. используется маломощный передатчик.
Недостатки:
. необходимо использование двух антенн;
. ухудшение чувствительности приёмника вследствие просачивания
через антенну в приемный тракт излучения передатчика, подверженного случайным
изменениям;
. высокие требования к линейности изменения частоты.
Фазовый метод
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:
. маломощное излучение, т.к. генерируются незатухающие колебания;
. точность не зависит от доплеровского сдвига частоты отражения;
. достаточно простое устройство.
Недостатки:
. ухудшение чувствительности приёмника вследствие проникновения
через антенну в приёмный тракт излучения передатчика, подверженного случайным
изменениям.
Импульсный метод
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.
Достоинства:
. возможность построения РЛС с одной антенной;
. простота индикаторного устройства;
. удобство измерения дальности нескольких целей;
. простота излучаемых импульсов, длящихся очень малое время, и
принимаемых сигналов;
Недостатки:
. Необходимость использования больших импульсных мощностей
передатчика;
. невозможность измерения малых дальностей;
. большая мертвая зона;
Устройство и принцип действия вторичной
радиолокации
«Вторичная радиолокация» используется в авиации для опознавания
самолетов. Основная особенность - использование активного ответчика на
самолётах.
Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается, от
принципа Первичной радиолокации. 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 излучения импульсов запроса в антенну на частоте
1030 МГц
Антенна - служит для излучения и приёма отражённого сигнала. По
стандартам ICAO для вторичной радиолокации антенна излучает на частоте 1030МГц
и принимает на частоте 1090 МГц.
Генераторы азимутальных меток - служат для генерации азимутальных меток
(ACP) и генерации метки Севера (ARP). За один оборот антенны РЛС генерируется
4096 малых азимутальных меток (для старых систем) или 16384 малых азимутальных
меток (для новых систем, их ещё называет улучшенные малые азимутальные метки
(Improved Azimuth Change pulse или IACP), а также одну метку 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 индикации обработанной информации. Самолётный
ответчик с антенной - служит для передачи импульсного радиосигнала, содержащего
дополнительную информацию, обратно в сторону РЛС при получении радиосигнала
запроса. Принцип действия вторичного радиолокатора заключается в использовании
энергии самолётного ответчика для определения положения воздушного судна. РЛС
облучает окружающее пространства запросными импульсами на частоте 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.
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<P2, то есть импульс
подавления больше импульсов запроса. В этом случае ответчик запирается и не
отвечает на запрос.
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:
. более высокая точность;
. дополнительная информация о воздушном судне (номер борта,
высота);
. малая по сравнению с первичными РЛС мощность излучения;
. большая дальность обнаружения.
Радиолокационные станции в Казахстане и виды
радиолокаторов
В Карагандинской области есть РЛС «Дарьял-У», которая в данный момент не
функционирует, т.к. истек срок эксплуатации и она частично разрушилась.
Строить станцию "Дарьял-У" в Казахстане недалеко от уже
имевшейся там и устаревающей еще на тот момент РЛС "Днепр" советские
военные начали в 1980-х годах. Однако в 1990 году строительство секретного
объекта было заморожено, несмотря на высокую степень его готовности (порядка
90%). В 1991 году распался СССР. При разделе его имущества радиотехнический
узел на Балхаше со всеми сооружениями перешел в собственность независимого
Казахстана, но оставлен России в пользование. Но у Москвы желания закончить
стройку не возникло, она предпочла частично модернизировать старый
"Днепр". И в январе 2003 года российские военные ушли с
"Дарьяла-У", торжественно вернув его в пользование самому Казахстану.
Еще одна РЛС- «Кама-Н» находится в Жезказганской области на космодроме
«Байконур».
судовые радиолокаторы нелинейный радиолокатор NR-900V
"ВЕКТОР
Список использованной литературы
1. Поляков
В. Т. «Посвящение в радиоэлектронику», М., РиС, ISBN 5-256-00077-2
. Леонов
А. И. Радиолокация в противоракетной обороне. М., 1967
. Радиолокационные
станции бокового обзора, под ред. А. П. Реутова, М., 1970
. Мищенко
Ю. А., Загоризонтная радиолокация, М., 1972
. Бартон
Д. Радиолокационные системы / Сокращенный перевод с английского под редакцией
Трофимова К.Н.. - М.. - Военное издательство: 1967. - 480 с.
. М.
М. Лобанов «Развитие советской радиолокации»
. Шембель
Б. К. У истоков радиолокации в СССР. - Советское радио, 1977, № 5
. Ю.
Б. Кобзарев. Первые шаги советской радиолокации. Журнал «Природа», № 12, 1985
г.