Радиолокация как средство наблюдения

Радиолокация — это область радиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, т.е. их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения (слово локация происходит от латинского locatio — размещение, расположение).

Информация, получаемая в процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной. Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями или просто целями. При использовании отраженных радиоволн радиолокационными целями являются любые неоднородности электрических параметров среды (диэлектрической и магнитной проницаемостей, проводимости), в которой распространяется первичная радиоволна. Сюда относятся летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды и др.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т.д.), речные и морские суда, наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.).

Источником радиолокационной информации является радиолокационный сигнал. В зависимости от способов его получения различают следующие виды радиолокационного наблюдения.

1. Радиолокация с пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые РЛС колебания – зондирующий сигнал – отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в виде отраженного сигнала (рис. 1.6, а). Такой вид наблюдения иногда называется также активной радиолокацией с пассивным ответом. Он является наиболее распространенным. Важным требованием к целям в этом случае является отличие их отражающих свойств от отражающих свойств окружающей среды (радиолокационный контраст).

2. Радиолокация с активным ответом, именуемая активной радиолокацией с активным ответом, просто активной радиолокацией или вторичной радиолокацией, характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора (рис. 1.6, б). При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения, что позволяет использовать данный вид радиолокации для наблюдения радиолокационных целей на больших расстояниях, а также искусственных спутников Земли (ИСЗ). Он также широко применяется для определения государственной принадлежности самолетов (с помощью специальных кодов).

3. Пассивная радиолокация (пассивное радионаблюдение) основана на приеме собственного радиоизлучения целей, преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов (рис. 1.6, в). Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерения дальности и скорости, то в данном случае (по крайней мере, в пределах структурной схемы рис. 1.6, в) такая возможность отсутствует. Пассивная радиолокация является мощным средством радиоастрономии. Она используется для разведки местности, наблюдения за грозами (в длинноволновом диапазоне) и т. д.

Систему РЛС — цель можно рассматривать как радиолокационный канал наподобие радиоканалов связи или телеметрии. Основными составными частями РЛС являются передатчик, приемник, антенное устройство, оконечное устройство.

У большинства РЛС передающая и приемная антенны расположены в непосредственной близости друг от друга, а РЛС с импульсной модуляцией обычно имеет одну антенну, снабженную специальным антенным переключателем для перехода из режима передачи в режим приема и обратно.

Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Наибольшее применение находит зондирующий сигнал в виде последовательности равноотстоящих по времени коротких радиоимпульсов. Наряду с простыми («гладкими») радиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция и фазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала является непрерывный. Здесь наряду с незатухающими гармоническими колебаниями могут использоваться частотно-модулированные и др.

Излучаемые колебания нельзя считать радиолокационным сигналом, так как они никакой информации о цели не несут. После того как электромагнитная волна, падающая на цель (первичная волна), вызывает в ее теле вынужденные колебания электрических зарядов, цель подобно обычной антенне создает свое электромагнитное поле. Это поле в дальней зоне представляет собою вторичную, т.е. отраженную электромагнитную волну, создающую в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Так, амплитуда сигнала в определенной степени характеризует размеры и отражающие свойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигнала используется для измерения дальности, а частота колебаний благодаря эффекту Доплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационные параметры отраженной волны также могут быть использованы для оценки свойств цели (ее формы, соотношения между размерами). Наконец, направление прихода отраженной волны содержит информацию об угловых координатах цели.

Приемник РЛС необходим для оптимального выделения полезного сигнала из помех (так называемая первичная обработка сигнала). Оконечное (выходное) устройство служит для представления радиолокационной информации в нужной потребителю форме. Если потребителем является человек-оператор, то используется визуальная индикация. Для потребителя в виде вычислительного устройства непрерывного действия оконечным является устройство автоматического сопровождения цели по измеряемому параметру (дальность, угловые координаты, скорость), и полезная информация выдается в виде напряжений или токов, функционально связанных с этими параметрами. Если же оконечным устройством является вычислительное устройство дискретного действия (цифровая вычислительная машина – ЦВМ), то используется радиолокационная информация, преобразованная в двоичный код. При этом в ЦВМ происходит дальнейшая, так называемая вторичная обработка сигнала (эквивалентная действиям человека-оператора).

Важной составной частью радиолокационного канала, как и любого радиоканала, являются помехи. Внутренние шумы вызывают подавление полезного сигнала, а также появление ложного сигнала и вносят ошибки в измеряемые координаты. Наряду с этим флуктуации скорости распространения радиоволн в атмосфере, а также случайное изменение их траектории вследствие рефракции следует рассматривать как помехи. Такое же действие оказывают пассивные помехи – источники ложных отражений (например, отражения от земной поверхности при наблюдении целей). Другим источником помех являются флуктуации центра массы движущейся цели относительно траектории движения. Это приводит к флуктуациям, в частности к случайным пропаданиям отраженных сигналов, которые также можно рассматривать как помехи. Источники мешающих радиоизлучений образуют активные помехи.

В условиях большой насыщенности радиосредствами заметное влияние могут оказывать активные взаимные помехи. Меры, направленные на их подавление, обеспечивают электромагнитную совместимость.