Тема 1 Теоретические основы радиолокации ЗАНЯТИЕ

Тема № 1. Теоретические основы радиолокации ЗАНЯТИЕ № 1. Общие сведения о радиолокации УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Основные понятия и определения. 2. Физические основы радиолокации. 3. Краткие сведения из истории радиолокации. ЛИТЕРАТУРА 1. 2. 3. 4. инв. 508; инв. 380; инв. 94; Справочник офицера ПВО.

1. Основные понятия и определения. Радиолокацией называется обнаружение и распознавание различных объектов в пространстве и определение их координат и параметров движения с помощью радиоволн. Все такие объекты принято называть радиолокационными целями или просто целями. Совокупность сведений о целях, получаемая средствами радиолокации, называется радиолокационной информацией. В военном деле наиболее важными задачами, решаемыми с помощью радиолокации, являются обнаружение и сопровождение всевозможных подвижных объектов противника, а также обеспечение данных для наведения своих самолетов и ракет на объекты противника. Под сопровождением цели понимают процесс непрерывного определения ее координат и параметров движения. Совокупность технических средств, используемых для получения радиолокационной информации (РЛИ) называют радиолокационной станцией (РЛС). По особенностям использования радиоволн радиолокация подразделяется на активную, полуактивную, с активным ответом, пассивную.

Активная радиолокация осуществляется путем облучения цели радиоволнами и приема отраженной от нее энергии. Она основывается на следующих свойствах радиоволн: • постоянстве скорости и прямолинейности пути их распространения; • способности радиоволн фокусироваться антеннами в направленные лучи; • отражении радиоволн от неоднородностей, встречающихся на пути их распространения. Полуактивная радиолокация является частным случаем активной радиолокации. Она отличается тем, что облучение цели и её обнаружение производится в различных пунктах. Радиолокация с активным ответом характеризуется тем, что на объекте устанавливается ответчик, представляющий собой переизлучатель (приемно – передающее устройство), запускаемый сигналами активного радиолокатора. Пассивная радиолокация в отличие от активной основывается на приёме собственного излучения цели в радиочастотном диапазоне главным образом теплового излучения.

2. Физические основы радиолокации Отражение радиоволн В состав РЛС активной радиолокации входят передающее, приемное и индикаторное устройства. Принцип действия станции следующий: передающее устройство генерирует электромагнитные колебания высокой частоты и излучает ее в пространство узким лучом. Электромагнитная энергия отражается от объектов, находящихся на пути распространения радиоволн. В приемном устройстве отраженный сигнал усиливается, преобразуется и с выхода приемника подается в индикаторное устройство, с помощью которого непосредственно определяются координаты цели. Отражение радиоволн по своей физической сущности представляет явление вторичного излучения радиоволн. Если на тело падает электромагнитная волна (первичная), то она, независимо от природы тела, вызывает в нем вынужденные колебания электрических зарядов. На поверхности проводящих тел при этом создаются электрические токи. Вынужденные колебания зарядов (электрические токи) создают вокруг тела вторичное электромагнитное поле, представляющее собой вторичное излучение. Таким образом, облучаемое тело становится источником вторичных волн, или вторичным излучателем. Эти вторичные радиоволны, в общем случае распространяющиеся от тела во всех направлениях, мы и называем сигналом, отраженным от цели (отраженным сигналом).

Способностью отражать радиоволны обладают все тела с электрическими свойствами, отличающимися от свойств среды распространения. Интенсивность отражения зависит от электрической проводимости тела, соотношения его геометрических размеров и длины падающей на него радиоволны. Для обнаружения объектов используется энергия радиоволн, отраженных только в направлении РЛС, т. е. обратное отражение радиоволн. Величина обратного отражения может значительно изменяться в зависимости от формы объекта (цели). Так, объекты обтекаемой формы обычно дают обратное отражение меньше, чем объекты, форма которых образуется участками плоских поверхностей, пересекающихся под различными углами. У последних величина обратного отражения сильно зависит от расположения объекта относительно радиолокатора. Реальные цели имеют достаточно сложную форму, и у них при любом направлении падения радиоволн имеются участки поверхности, дающие обратное отражение.

Для характеристики отражающей способности различных реальных целей в радиолокации введено понятие “эффективной отражающей поверхности” (ЭОП) цели, обозначаемой символом “ эфф “. Реальную цель заменяют при этом идеально отражающим шаром таких размеров, при которых шар дает такое же обратное отражение, как и реальная цель. ЭОП цели зависит от многих факторов и не является постоянной. Поэтому при расчетах часто характеризуют цель некоторой средней эффективной отражающей поверхностью. Примеры: • истребитель - 5. . . 10 м 2; • легкий бомбардировщик - 25 м 2; • тяжелый бомбардировщик - 100. . . 150 м 2; • автомобиль - 5 м 2; • крылатая ракета - 0, 1. . . 0, 5 м 2; • самолет- ”невидимка” типа F-117 - меньше 0, 1 м 2. Направленное излучение и направленный прием радиоволн: Для определения направления, в котором находится обнаруженный объект, необходимо знать его угловые координаты.

Чтобы решить эту задачу, необходимо определить направление, с которого пришли отраженные целью радиоволны. А это возможно лишь в том случае, если РЛС будет давать направленное излучение радиоволн, т. е. излучение энергии в виде более или менее узкого пучка. Для получения направленного излучения и направленного приема радиоволн в РЛС применяются специальные антенны направленного действия. Качество направленных антенн характеризуется диаграммой направленности и коэффициентом направленного действия. Диаграммой направленности антенны называется кривая, показывающая относительную интенсивность излучения электромагнитной энергии в различных равноудаленных от антенны точках пространства: где • Emax - максимальная напряженность поля в напралении геометрической оси антенны; • Е - напряженность поля в заданном направлении, составляющем с направлением оси антенны угол.

Диаграмма направленности антенны характеризуется углом раствора, под которым понимают угол, образованный такими двумя направлениями, в которых количество излучаемой энергии вдвое меньше, чем в направлении главного излучения. Обозначается ширина диаграммы направленности символом 0. 5. Из теории антенных устройств известно, что антеннам присуще свойство обратимости, согласно которому антенна, имеющая определенную направленность при излучении электромагнитной энергии, сохраняет такую же направленность приеме. Диаграммы направленности реальных антенн нередко отличаются наличием у них так называемых боковых лепестков . Боковые лепестки свидетельствуют о том, что антенна излучает и принимает радиосигналы не только в пределах угла, охватываемого главным лепестком, но и в ряде других, побочных направлений. Направленное действие антенны, помимо диаграммы направленности, характеризуется также коэффициентом направленного действия (КНД). Коэффициентом направленности называется число, показывающее, во сколько раз мощность излучения ненаправленной антенны должна превышать мощность излучения данной направленной антенны, чтобы создать одинаковую напряженность поля в одной и той же точке направлении главного излучения.

Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн Поскольку электромагнитные волны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью , для определения дальности цели достаточно измерить время, за которое радиоволна распространяется до цели и обратно. Этот интервал времени называют “временем запаздывания отраженного сигнала” и обозначают tзап. Так как за время tзап волна проходит расстояние, равное удвоенной дальности, то где • Д - расстояние от РЛС до цели (дальность цели); • vо = 3*105 км/с - скорость распространения электромагнитной энергии

3. Краткие сведения из истории радиолокации • 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. • В 1897 году А. С. Попова в ходе опытов установил возможность обнаружения корабля при пересечении им линии радиосвязи между двумя другими кораблями; впервые предложил использование радио для ориентирования при плохой видимости и скрытного обнаружения. • Осенью 1922 года доктора США А. Тейлора и Л. Юнга, в результате проведенных ими опытов, заметили «фазовое смещение» принимаемых радиосигналов, происходившие вследствие их отражения от парохода, шедшего это озеру Потомак (американцы считают эти опыты началом применения радиолокации для военных целей). • В конце 1933 г. Центральная радиолабораторию под руководством Ю. К. Коровина выполняет первые опыты приема радиоволн, отраженных самолетом в дециметровом диапазоне при дальности обнаружения 600— 700 м.

• • • В 1934 г. в Советском Союзе была создана первая в мире радиолокационная станция, работавшая в режиме непрерывного излучения на метровых волнах. Основное участие в ее, разработке приняли Д. А. Рожанский, А. А. Чернышев и М. А. Бонч-Бруевич. К концу 1936 г. под руководством Д. А. Рожанского была создана первая приемно-индикаторная установка с электроннолучевым индикатором. Весной 1938 г. группа конструкторов в составе Ю. Б. Кобзарева, П. А. Погорелко и И. Я. Чернецова создала станцию для обнаружения самолетов, работающую в импульсном режиме. В 1939 г. на вооружение войск ПВО были приняты разработанные под руководством Д. С. Стогова разнесенные радиолокаторы непрерывного излучения «Ревень» , получившие после этого наименование «РУС-1» . В 1940 г. в войска ПВО поступили значительно более совершенные совмещенные импульсные радиолокаторы типа « РУС-2» . Перевозимый в ящиках вариант этой станции получил наименование «Пегматит» (РУС-2 с). В 1946 году. ученый В. А. Котельников заложил основы статистической теории радиолокации.

Развитие отечественных зенитных ракетных комплексов. • • В 1927 году В. А. Артемьев и П. «И. Тихомиров разработали и сконструировали ракетные снаряды с двигателями на твёрдом впервые в нашей стране. 3 марта 1928 года проведен первый пуск ракеты, которая пролетела 1300 м. На основе этой работы были созданы гвардейские миномёты «катюша» В 1950 году началось создание первой стационарной системы зенитных управляемых ракет. В 1951 году были произведены первые пуски ракет. В 1955 году система С-25 была принята на вооружение. В 1956 году приняты на вооружение станция наведения ракет шестиканального комплекса С-75 варианта ( «Двина» ). С 1961 года наши ЗРК поставляются армиям стран Варшавского Договора. В дальнейшем был разработан и принят на вооружение более помехоустойчивый комплекс, такие как: С-200, C-300, C-400.

Зенитные ракетные войска обладают следующими боевыми свойствами: • высокой эффективностью стрельбы, которая достигается точным выводом ракет на цель и наличием на ракете мощной боевой части; • возможностью уничтожения современных самолетов и крылатых ракет, имеющих большие скорости и высоты полета; • способностью уничтожать воздушные цели, применяющие активные и пассивные помехи, а также цели, совершающие противоракетный маневр; • возможностью стрельбы по целям с малой отражающей поверхностью; • независимостью боевых действий от условий погоды, времени года и суток.