Радіолокаційні станції: історія і основні принципи роботи

Сучасна війна стрімка і швидкоплинне. Найчастіше переможцем в бойовому зіткненні виходить той, хто першим зуміє виявити потенційну загрозу і адекватно на неї зреагувати. Вже понад сімдесят років для пошуку противника на суші, морі та в повітрі використовується метод радіолокації, заснований на випромінюванні радіохвиль і реєстрації їх відображень від різних об'єктів. Пристрої, що посилають і приймають подібні сигнали, називаються радіолокаційними станціями (РЛС) або радарами.

Термін "радар" - це англійська абревіатура (radio detection and ranging), яка була запущена в обіг у 1941 році, але давно вже стала самостійним словом і увійшла в більшість мов світу.

Винахід радара - це, безумовно, знакова подія. Сучасний світ важко уявити без радіолокаційних станцій. Їх використовують в авіації, в морських перевезеннях, за допомогою РЛС передбачається погода, виявляються порушники правил дорожнього руху, проводиться сканування земної поверхні. Радіолокаційні комплекси (РЛК) знайшли своє застосування в космічній промисловості і в системах навігації.

Однак найбільш широке застосування радари знайшли у військовій справі. Слід сказати, що ця технологія спочатку створювалася для військових потреб і дійшла до стадії практичної реалізації перед самим початком Другої світової війни. Всі найбільші країни-учасниці цього конфлікту активно (і не без результату) використовували радіолокаційні станції для розвідки і виявлення суден і літаків противника. Можна впевнено стверджувати, що застосування радарів вирішило результат кількох знакових битв як в Європі, так і на Тихоокеанському театрі бойових дій.

Сьогодні РЛС використовуються для вирішення надзвичайно широкого спектру військових завдань, від відстеження запуску міжконтинентальних балістичних ракет до артилерійської розвідки. Кожен літак, вертоліт, військовий корабель має власний радіолокаційний комплекс. Радари є основою системи протиповітряної оборони. Новітній радіолокаційний комплекс з фазованими антенними гратами буде встановлений на перспективний російський танк "Армата". Взагалі ж, різноманіття сучасних радарів вражає. Це абсолютно різні пристрої, які відрізняються розмірами, характеристиками і призначенням.

З упевненістю можна заявити, що сьогодні Росія є одним з визнаних світових лідерів в області розробки і виробництва РЛС. Однак перш ніж говорити про тенденції розвитку радіолокаційних комплексів, слід сказати кілька слів про принципи роботи радарів, а також про історію радіолокаційних систем.

Як працює радіолокатор

Локацією називають спосіб (або процес) визначення місця розташування чого-небудь. Відповідно, радіолокація - це метод виявлення предмета або об'єкта в просторі за допомогою радіохвиль, які випромінює і приймає пристрій під назвою радіолокатор або РЛС.

Фізичний принцип роботи первинного або пасивного радара досить простий: він передає в простір радіохвилі, які відбиваються від навколишніх предметів і повертаються до нього у вигляді відбитих сигналів. Аналізуючи їх, радар здатний виявити об'єкт в певній точці простору, а також показати його основні характеристики: швидкість, висоту, розмір. Будь-яка РЛС - це складне радіотехнічне пристрій, що складається з багатьох компонентів.

До складу будь-якого радара входить три основних елементи: передавач сигналу, антена і приймач. Все радіолокаційні станції можна розділити на дві великі групи:

  • імпульсні;
  • безперервної дії.

Передавач імпульсної РЛС випромінює електромагнітні хвилі протягом короткого проміжку часу (частки секунди), наступний сигнал посилається тільки після того, як перший імпульс повернеться назад і потрапить в приймач. Частота повторення імпульсу - одна з найважливіших характеристик РЛС. Радіолокатори низької частоти посилають кілька сотень імпульсів в хвилину.

Антена імпульсного радара працює і на прийом, і на передачу. Після випускання сигналу передавач відключається на час і включається приймач. Після його прийому відбувається зворотний процес.

Імпульсні РЛС мають як недоліки, так і переваги. Вони можуть визначати дальність відразу кількох цілей, подібний радар цілком може обходитися однією антеною, індикатори подібних пристроїв відрізняються простотою. Однак при цьому сигнал, що випускається подібним РЛС повинен мати досить велику потужність. Також можна додати, що всі сучасні радари супроводу виконані по імпульсної схемою.

В імпульсних радіолокаційних станціях в якості джерела сигналу зазвичай використовують магнетрони, або лампи біжучої хвилі.

Антена РЛС фокусує електромагнітний сигнал і направляє його, вловлює відбитий імпульс і передає його в приймач. Існують радіолокатори, в яких прийом і передача сигналу виробляються різними антенами, причому вони можуть перебувати один від одного на значній відстані. Антена РЛС здатна випускати електромагнітні хвилі по колу або працювати в певному секторі. Луч радара може бути направлений по спіралі або мати форму конуса. Якщо потрібно, РЛС може стежити за рухомою метою, постійно спрямовуючи на неї антену за допомогою спеціальних систем.

У функції приймача входить обробка отриманої інформації і передача її на екран, з якого вона зчитується оператором.

Крім імпульсних РЛС, існують і радари безперервної дії, які постійно випускають електромагнітні хвилі. Такі радіолокаційні станції в своїй роботі використовують ефект Доплера. Він полягає в тому, що частота електромагнітної хвилі, відбитої від об'єкта, який наближається до джерела сигналу, буде вище, ніж від удаляющегося об'єкта. При цьому частота випускається імпульсу залишається незмінною. Радіолокатори подібного типу не фіксують нерухомі об'єкти, їх приймач вловлює лише хвилі з частотою вище або нижче испускаемой.

Типовим доплеровским радіолокатором є радар, який використовують співробітники дорожньої поліції для визначення швидкості автомобілів.

Основною проблемою радарів безперервної дії є неможливість з їхньою допомогою визначати відстань до об'єкта, зате при їх роботі не виникає перешкод від нерухомих предметів між РЛС і метою або за нею. Крім того, доплеровские радари - це досить прості пристрої, яким для роботи достатньо сигналів малої потужності. Також потрібно відзначити, що сучасні радіолокаційні станції з безперервним випромінюванням мають можливість визначати відстань до об'єкта. Для цього використовується зміна частоти РЛС під час роботи.

Однією з головних проблем в роботі імпульсних РЛС є перешкоди, які йдуть від нерухомих об'єктів - як правило, це земна поверхня, гори, пагорби. При роботі бортових імпульсних радарів літаків всі об'єкти, що знаходяться нижче, «затеняются» сигналом, відбитим від земної поверхні. Якщо говорити про наземних або суднових радіолокаційних комплексах, то для них ця проблема проявляється у виявленні цілей, що летять на малих висотах. Щоб усунути подібні перешкоди використовується все той же ефект Доплера.

Крім первинних РЛС, існують і так звані вторинні радіолокатори, які використовуються в авіації для впізнання повітряних суден. До складу таких радіолокаційних комплексів, крім передавача, антени і приймального пристрою, входить ще й літаковий відповідач. При опроміненні його електромагнітним сигналом відповідач видає додаткову інформацію про висоту, маршруті, номері борту, його національну приналежність.

Також радіолокаційні станції можна розділити по довжині і частоті хвилі, на якій вони працюють. Наприклад, для дослідження поверхні Землі, а також для роботи на значних дистанціях використовуються хвилі 0,9-6 м (частота 50-330 МГц) і 0,3-1 м (частота 300-1000 МГц). Для управління повітряним рухом застосовується РЛС з довжиною хвилі 7,5-15 см, а загорізонтниє радари станцій виявлення ракетних пусків працюють на хвилях з довжиною від 10 до 100 метрів.

Історія радіолокації

Ідея радіолокації виникла практично відразу після відкриття радіохвиль. У 1905 році співробітник німецької компанії Siemens Крістіан Хюльсмейер створив пристрій, який за допомогою радіохвиль могло виявити великі металеві об'єкти. Винахідник пропонував встановлювати його на кораблях, щоб вони могли уникати зіткнень в умовах поганої видимості. Однак суднові компанії не зацікавилися новим приладом.

Проводилися експерименти з радіолокації і в Росії. Ще в кінці XIX століття російський вчений Попов виявив, що металеві об'єкти перешкоджають поширенню радіохвиль.

На початку 20-х років американські інженери Альберт Тейлор і Лeo Янг зуміли за допомогою радіохвиль засікти пропливає судно. Однак стан радіотехнічної промисловості того часу було таке, що створити промислові зразки радіолокаційних станцій було важко.

Перші радіолокаційні станції, які можна було використовувати для вирішення практичних завдань, з'явилися в Англії приблизно в середині 30-х років. Ці пристрої були дуже великими, встановлювати їх можна було тільки на суші або на палубі великих кораблів. Тільки в 1937 році був створений прототип мініатюрного РЛС, яку можна було встановити на літак. До початку Другої світової війни англійці мали розгорнуту ланцюг радіолокаційних станцій під назвою Chain Home.

Займалися новим перспективним напрямком і в Німеччині. Причому, потрібно сказати, не без успіху. Уже в 1935 році головнокомандувачу німецького флоту Редеру був продемонстрований діючий радіолокатор з електронно-променевим дисплеєм. Пізніше на його основі було створено серійні зразки РЛС: Seetakt для військово-морських сил і Freya для ППО. У 1940 році в німецьку армію стала надходити система радіолокаційна управління вогнем Würzburg.

Однак незважаючи на очевидні досягнення німецьких вчених і інженерів в області радіолокації, німецька армія почала використовувати радіолокатори пізніше англійців. Гітлер і верхівка Рейху вважали радари виключно оборонною зброєю, яке не дуже потрібно переможної німецької армії. Саме з цієї причини до початку битви за Британію у німців було розгорнуто тільки вісім радіолокаційних станції Freya, хоча за своїми характеристиками вони як мінімум не поступалися англійським аналогам. В цілому ж можна сказати, що саме успішне використання радарів багато в чому визначило результат битви за Британію і подальше протистояння між Люфтваффе і ВПС союзників в небі Європи.

Пізніше німці на основі системи Würzburg створили кордон ППО, який отримав назву "лінії Каммхубера". Використовуючи підрозділи спеціального призначення, союзники зуміли розгадати секрети роботи німецьких радарів, що дозволило ефективно глушити їх.

Незважаючи на те, що англійці вступили в "радарну" гонку пізніше американців і німців, на фініші вони зуміли обігнати їх і підійти до початку Другої світової війни з найбільш просунутою системою радіолокаційного виявлення літаків.

Уже в вересні 1935 англійці почали будівництво мережі радіолокаційних станцій, до складу якої перед війною вже входили двадцять РЛС. Вона повністю перекривала підліт до Британських островів з боку європейського узбережжя. Влітку 1940 року британськими інженерами був створений резонансний магнетрон, який пізніше став основою бортових радіолокаційних станцій, встановлюваних на американських і британських літаках.

Роботи в області військової радіолокації велися і в Радянському Союзі. Перші успішні експерименти по виявленню літаків за допомогою радіолокаційних станцій в СРСР були проведені ще в середині 30-х років. У 1939 році на озброєння РККА була прийнята перша РЛС РУС-1, а в 1940 році - РУС-2. Обидві ці станції були запущені в серійне виробництво.

Друга світова війна наочно показала високу ефективність використання радіолокаційних станцій. Тому після її закінчення розробка нових РЛС стала одним з пріоритетних напрямків розвитку військової техніки. Бортові радіолокатори з часом отримали всі без винятку військові літаки і кораблі, РЛС стали основою для систем протиповітряної оборони.

У період Холодної війни у ​​США і СРСР з'явилося нове руйнівну зброю - міжконтинентальні балістичні ракети. Виявлення запуску цих ракет стало питанням життя і смерті. Радянський вчений Микола Кабанов запропонував ідею використання коротких радіохвиль для виявлення літаків противника на великих відстанях (до 3 тис. Км). Вона була досить проста: Кабанов з'ясував, що радіохвилі довжиною 10-100 метрів здатні відбиватися від іоносфери, і опромінюючи мети на поверхні землі, повертатися тим же шляхом до РЛС.

Пізніше на основі цієї ідеї були розроблені радіолокатори загоризонтного виявлення запуску балістичних ракет. Прикладом таких РЛС може служити "Дарьял" - радіолокаційна станція, яка кілька десятиліть була основою радянської системи попередження про ракетні пуски.

В даний час одним з найбільш перспективних напрямків розвитку радіолокаційної техніки вважається створення РЛС з фазованою антенною решіткою (ФАР). Подібні радари мають не один, а сотні випромінювачів радіохвиль, роботою яких керує потужний комп'ютер. Радіохвилі, що випускаються різними джерелами в ФАР, можуть підсилювати один одного, якщо вони збігаються по фазі, або ж, навпаки, послаблювати.

Сигналу РЛС з фазованою гратами можна надавати будь-яку необхідну форму, його можна переміщати в просторі без зміни положення самої антени, працювати з різними частотами випромінювання. РЛС з фазованою гратами набагато надійніше і чутливішим, ніж радіолокатор зі звичайною антеною. Однак у подібних радарів є і недоліки: великою проблемою є охолодження РЛС з ФАР, крім того, вони складні у виробництві і дорого коштують.

Нові радіолокаційні станції з фазированной гратами встановлюються на винищувачі п'ятого покоління. Ця технологія використовується в американській системі раннього попередження про ракетний напад. Радіолокаційний комплекс з ФАР буде встановлений на новітній російський танк "Армата". Слід зазначити, що Росія є одним зі світових лідерів в розробці радіолокаторів з ФАР.

Дивіться відео: Радиолокация. Понятие о телевидении. Развитие средств связи (Жовтень 2019).

Загрузка...

Популярні Категорії

Загрузка...