РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ
(РЛС), радиолокатор, радар, устройство для наблюдения за различными объектами (целями) методами радиолокации.
Основные узлы РЛС - передающее и приёмное устройства, расположенные в одном пункте (т. н. совмещённая РЛС) или в пунктах, удалённых друг от друга на некоторое (обычно значительное) расстояние (двух- и многопозиционные РЛС).
В РЛС, применяемых для пассивной радиолокации, передатчик отсутствует.
Антенна может быть общей для передатчика и приёмника (у совмещённой РЛС) или могут применяться раздельные антенны (у многопозиционных РЛС).
Важная составная часть приёмного устройства РЛС (после собственно приёмника) - световой индикатор на электроннолучевой трубке (ЭЛТ), а в современных (сер. 70-х гг.) РЛС наряду с индикатором - ЦВМ, автоматизирующая многие операции по обработке принятых сигналов.
Основные характеристики РЛС: точность измерений, разрешающая способность, предельные значения ряда параметров (максимальная и минимальная дальность действия, сектор и время обзора и др.), помехоустойчивость.
К основным характеристикам относят также мобильность РЛС, её массу, габариты, мощность электропитания, срок службы, количество обслуживающего персонала и мн. др. эксплуатационные параметры.
Появление и развитие РЛС
Первые РЛС были станциями обнаружения самолётов. 5 стационарных импульсных РЛС было установлено на юго-западном побережье Великобритании в 1936. Они работали на сравнительно длинных (метровых) волнах, были весьма громоздки и не могли обнаруживать самолёты, летевшие на малой высоте. Тем не менее, вскоре цепочка таких станций была установлена вдоль всего английского побережья Ла-Манша. Она показала свою эффективность при отражении налётов немецкой авиации во время 2-й мировой войны 1939-45. В США опытная импульсная РЛС была установлена на корабле и прошла всесторонние испытания в 1937 году. После этого работы по созданию РЛС различного назначения получили в США бурное развитие, и к началу 40-х гг. были созданы РЛС сантиметрового диапазона волн для обнаружения самолётов, летящих на большом удалении.
В СССР первые опыты по радиообнаружению самолётов были проведены в 1934 году. Промышленный выпуск первых РЛС, принятых на вооружение, был начат в 1939 году. Эти станции (РУС-1) с непрерывным излучением, модулированным звуковой частотой, располагались цепочкой вдоль некоторой линии и позволяли обнаруживать самолёт, пересекающий эту линию. Они были применены на Карельском перешейке во время советско-финляндской войны 1939-40 гг. и на Кавказе во время Великой Отечественной войны 1941-45 гг. Первая импульсная радиолокационная установка была испытана в 1937 году. Промышленный выпуск импульсных РЛС (РУС-2, "Редут") начался в 1940 году. Эти станции имели одну приёмо-передающую антенну и помещались вместе с источником электропитания в кузове автомашины. Они позволяли обнаруживать самолёты при круговом обзоре воздушного пространства на расстояниях (в зависимости от высоты полёта) до 150 км.
В 1940 году Ленинградским физико-техническим институтом (руководитель работ Ю. Б. Кобзарев) было закончено сооружение стационарной РЛС для системы ПВО. Антенны станции располагались на большой высоте (20 м), что обеспечивало большую дальность обнаружения (250 км) и давало возможность обнаруживать сравнительно низко летящие самолёты. Во время Великой Отечественной войны, кроме станций "Редут", было развёрнуто производство надёжных портативных станций "Пегматит", которые можно было легко перевозить в упакованном виде и быстро устанавливать в любом помещении. Впоследствии станции "Пегматит" были усовершенствованы так, что они позволили определять, кроме дальности и азимута самолёта, его высоту.
В конце войны совершенствование РЛС происходило в направлении как повышения дальности их действия и точности измерений, так и автоматизации отдельных операций посредством автоматических следящих систем для измерения дальности и слежения по угловым координатам (в станциях орудийной наводки), автоматических счётных устройств (в станциях для "слепого" бомбометания) и т. д.
После 2-й мировой войны, с развитием авиации (повышением высоты, скорости полёта и манёвренности самолётов), появилась необходимость создания РЛС, способных работать в условиях сложной обстановки - при большом количестве объектов и действии умышленных помех. Повышение точности измерения координат (в т. ч. благодаря новым методам их измерения), сопряжение РЛС с вычислительными машинами и общей системой радиоуправления снарядами-ракетами существенно изменили технические и тактические параметры РЛС, ставших важнейшим звеном автоматизированной системы управления средствами ПВО.
Появление в 50-60-х гг. ракетной и космической техники привело к созданию РЛС для решения ряда новых задач (см. в ст. Радиолокация). Были разработаны разнообразные РЛС для решения многих задач науки и нар. хозяйствава (см., напр., Радионавигационная система, Метеорный радиолокатор, Планетный радиолокатор, Радиолокационная астрономия, Радиолокация в метеорологии и т. д.).
Основные типы РЛС
РЛС различают прежде всего по конкретным задачам, выполняемым ими автономно или в комплексе средств, с которыми они взаимодействуют, напр.: РЛС систем управления воздушным движением, РЛС обнаружения или наведения зенитных управляемых ракет систем ПВО, РЛС для поиска космических летательных аппаратов (КЛА) и сближения с ними, самолётные РЛС кругового или бокового обзора и т. д.
Специфика решения отдельных задач и их широкий спектр привели к большому разнообразию типов РЛС. Напр., для повышения точности стрельбы по самолётам в головках зенитных снарядов устанавливают миниатюрные РЛС, измеряющие расстояние от снаряда до объекта и приводящие в действие (на определённом расстоянии) взрыватель снаряда; для своевременного предупреждения самолёта о приближении со стороны его "хвоста" другого самолёта на нём устанавливают РЛС "защиты хвоста", автоматически вырабатывающую предупредительный сигнал. В зависимости от места установки РЛС различают наземные, морские, самолётные, спутниковые РЛС и т. д.
РЛС подразделяют также по техническим характеристикам:
по несущей частоте (рабочему диапазону длин волн) - на РЛС метрового, дециметрового (ДМ), сантиметрового (СМ), миллиметрового (ММ) и др. диапазонов;
по методам и режимам работы - на РЛС импульсные и с непрерывным излучением, когерентные и с некогерентным режимом работы и т. д.;
по параметрам важнейших узлов РЛС - передатчика, приёмника, антенны и системы обработки принятых сигналов, а также по др. техническим и тактическим параметрам РЛС.
РЛС точного измерения координат, называют Станциями орудийной наводки (СОН), определяют с высокой степенью точности координаты (азимут, угол места, дальность) воздушных, морских и наземных объектов. Для зенитной артиллерии появление этих станций означало техническую революцию. Резкое повышение точности измерения координат, в первую очередь угловых, стало возможным после освоения СМ диапазона волн, позволившего формировать в СОНах посредством антенн высоконаправленное излучение радиоволн.
При этом резко повысилось использование излучаемой мощности в нужных направлениях и удалось в значительной мере избавиться от влияния Земли, местных предметов и ряда других помех работе РЛС.
Использование СМ диапазона позволило создать панорамные самолётные РЛС кругового обзора земной поверхности, сыгравшие важную роль во время 2-й мировой войны при решении задачи "слепого" бомбометания, а также при поиске и уничтожении на море подводных лодок.
Для этих станций характерна высокая степень различения отдельных деталей на земной поверхности (мостов, сооружений, железных дорог и т. д.) или на море (перископов подводных лодок и т. п.). Освоение СМ диапазона привело также к созданию РЛС обнаружения самолётов и наведения на них самолётов-перехватчиков, которые, используя данные, полученные от РЛС дальнего обнаружения, или работая автономно, обнаруживают самолёты и одновременно измеряют их координаты - дальность, азимут и высоту полёта (напр., т. н. методом V-луча). Для реализации этого метода применяют 2 антенны, одна из которых имеет диаграмму направленности, узкую по азимуту и широкую в вертикальной плоскости, а другая - диаграмму направленности такой же формы, но отклонённую от вертикальной плоскости на угол, равный 45°. При совместном вращении обеих антенн азимут и дальность объекта определяются посредством первой антенны, а высота - по промежутку времени, через который объект фиксируется второй антенной.
РЛС бокового обзора, предназначенные для картографирования земной поверхности, решения задач воздушной разведки и т.д., имеют высокую разрешающую способность, определяющую качество радиолокационного изображения, его детальность. Это достигается либо значительным увеличением размера антенны, располагаемой вдоль фюзеляжа самолёта, что позволяет увеличить разрешающую способность по сравнению с панорамными РЛС кругового обзора на порядок, либо применением метода искусственного раскрыва антенны, позволяющего приблизиться к разрешающей способности оптических средств наблюдения; при этом разрешающая способность не зависит от дальности наблюдения и длины волны зондирующего сигнала. В РЛС с искусственным раскрывом антенны часто используют сложные оптические системы многоканальной (по дальности) обработки сигналов с когерентным накоплением их в каждом канале. Сопряжение таких систем с фотографическими устройствами позволяет получать высококачественную запись информации.
РЛС систем ПРО крупных городов и промышленных объектов (в США, по данным иностранной печати) образуют радиолокационный комплекс, включающий РЛС обнаружения, сопровождения и опознавания целей и РЛС наведения противоракет, работающие главным образом в СМ, реже в ДМ диапазонах волн. Такая многофункциональная РЛС содержит несколько сотен передатчиков с импульсной мощностью каждого от 0,1 до 1 Вт, фазированную антенную решётку, работой которой управляет ЦВМ, несколько тысяч параметрических усилителей, установленных во входных цепях приёмников. За рубежом существуют проекты наземных систем ПРО на основе применения мощных лазеров, предназначенных для поражения целей. Такие системы должны работать совместно со средствами автоматического слежения и фокусировки лазерного луча высокой интенсивности, в т. ч. с РЛС грубого слежения, обеспечивающей получение ориентировочных данных о приближающейся цели, с РЛС на лазерах для точного слежения за целью (см. Оптическая локация) и с системой распознавания истинной цели при наличии ложных целей. Благодаря возможности получения узкого луча и малым габаритам РЛС на лазерах их предполагается применять также на КЛА и спутниках.
РЛС слежения за искусственными спутниками Земли (ИСЗ) и измерения их траекторий различают прежде всего по составу и количеству измеряемых параметров. В простейшей однопараметрической РЛС ограничиваются измерением только доплеровской частоты (см. Доплера эффект), по характеру изменения которой в месте расположения РЛС определяют период обращения ИСЗ и др. параметры его орбиты. Орбиту ИСЗ можно точно определить, применив на трассе полёта ИСЗ несколько РЛС СМ диапазона, например точных импульсных РЛС - радиодальномеров, работающих с ответчиком на борту ИСЗ, у которого нестабильность задержки ответного импульса относительно мала. Эти РЛС с параболическими антеннами обеспечивают в режиме слежения определение угловых координат ИСЗ с точностью порядка нескольких угловых минут при коническом сканировании и порядка 1 угловой минуты при моноимпульсном методе. Т. о., эти трёхпараметрические РЛС являются некоторым развитием СОН, отличаясь от них построением основного канала автодальномера, многошкальностью и сохранением высокой точности слежения по дальности (ошибка измерения при космических скоростях объекта порядка 10 м).
Импульсный режим позволяет реализовать одновременную работу нескольких РЛС с одним ответчиком. Применяют и четырёхпараметрические РЛС с когерентным ответчиком на борту, в которых дополнительное измерение радиальной скорости космических объектов обеспечивается при более простом режиме непрерывных колебаний.
Сохранение импульсного режима и измерение радиальной скорости по частоте Доплера требует применения в РЛС импульсного когерентного режима, при котором вместо простого магнетронного передатчика применяется СВЧ усилитель мощности (напр., на клистроне) и более сложный импульсный когерентный ответчик.
Станции, измеряющие 6 параметров движения объекта - дальность, 2 угловые координаты и 3 их производные (т. е. радиальную и 2 угловые скорости), - применяют, напр., при измерениях этих параметров, осуществляемых из одного пункта на активном участке полёта ракеты или КЛА. Сложность таких РЛС связана с построением многих каналов точного фазового измерения угловых координат (точность 10 угловых секунд).
Другое направление использования РЛС для слежения за ИСЗ с высотой полёта в несколько сотен км и измерения их траектории основано на применении точных пеленгаторов ДМ диапазона со значительно более простыми (неследящими) антеннами фазовых угломерных каналов, обладающими в этом диапазоне достаточной эффективной площадью, а также экономичных и простых бортовых передатчиков, работающих в режиме непрерывных колебаний.
Для слежения за ИСЗ на расстояниях 40 тыс. км (стационарные ИСЗ или ИСЗ с эллиптической орбитой типа "Молния") применяют РЛС со следящими (по программе полёта - в ДМ диапазоне и автоматически - в СМ диапазоне) полноповоротными параболическими антеннами.
Планетная РЛС, измеряющая расстояние до планеты, параметры её движения и другие физические характеристики, отличается большой эффективной поверхностью антенны, большой мощностью передатчика и высокой чувствительностью приёмного устройства.
Длительность зондирующего сигнала таких РЛС ограничена временем прохождения радиоволн от Земли до планеты и обратно, которое равно, напр., для Венеры 5 мин, для Марса 10 мин и для Юпитера 1 ч. Так, в планетной РЛС, посредством которой сотрудники Института радиотехники и электроники АН СССР изучали Марс, дальномерные измерения проводились фазовым методом по огибающей колебаний с несущей частотой 768 МГц, модулированных по амплитуде колебаниями с частотами 3 и 4 Гц, а измерения радиальной составляющей скорости - доплеровским методом на несущей частоте. Принимаемый сигнал во время сеансов наблюдения запоминался (записывался магнитофоном), а задержка огибающей принятого сигнала определялась (в процессе его многократного воспроизведения за пределами сеанса связи) корреляционным методом - по максимуму выходного сигнала коррелометра при различных задержках опорного сигнала. Величина доплеровского смещения частоты определялась при помощи селективных электрических фильтров, настроенных на определённые резонансные частоты.
Загоризонтные РЛС, используемые (в США, по данным иностранной печати) в декаметровом (коротковолновом) диапазоне волн для наблюдения на расстояниях в несколько тысяч км (напр., с целью раннего обнаружения пусков баллистических ракет и грубого определения их координат, обнаружения ядерных взрывов, наблюдения за различными областями ионосферы, за полётом ИСЗ и т. д.), представляют собой наземные стационарные установки со сложными большими антеннами типа многоэлементных антенных решёток и мощными передатчиками с импульсной мощностью несколько десятков МВт. Как правило, такие РЛС двух- или многопозиционные. Для них характерны многоканальное построение (напр., со 120 и более каналами в диапазоне частот 4-6 МГц), возможность устанавливать различные длительности импульсных сигналов и частоту их повторения и соответственно регулировать ширину полосы частот в приёмнике и др. характеристики, находя оптимальный режим в зависимости от состояния ионосферы и характера поставленной задачи.
Лит.:
Бартон Д., Радиолокационные системы, пер. с англ., М., 1967;
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.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я