Радар

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
ALTAIR, класичний радар далекої дії на атолі Кваджалейн для детекції космічних об'єктів
PAVE PAWS, радар на військовій базі Клеар, Аляска, побудований за методом фазованих антенних граток.

Радар (від англ. radar — скорочення від radio detection and ranging) або радіолокаційна станція (РЛС) — система для виявлення повітряних, морських і наземних об'єктів, а також для визначення їхньої дальності і геометричних параметрів. Використовує метод, заснований на випромінюванні радіохвиль і реєстрації їхніх віддзеркалень від об'єктів. Англійський термін-акронім з'явився в 1941 році, згодом в його написанні прописні букви були замінені рядковими.

Історія[ред.ред. код]

В 1887 році німецький фізик Генріх Герц розпочав експерименти, з ходом яких відкрив існування електромагнітних хвиль, передбачених теорією Джеймса Максвелла. Герц навчився генерувати і вловлювати електромагнітні радіохвилі і виявив, що вони по-різному поглинаються і відбиваються різними матеріалами.

Попутно з роботами по радіозв'язку А. С.Попов зробив ще одне важливе відкриття . У 1897 році під час дослідів по радіозв'язку між кораблями він виявив явище відбиття радіохвиль від корабля.Радіопередавач був встановлений на верхньому містку транспорту «Європа» , що стояв на якорі , а радіоприймач - на крейсері «Африка» . У звіті комісії,призначеної для проведення цих дослідів,

А. С.Попов писав:

„Вплив суднової обстановки позначається в наступному: всі металеві предмети (щогли , труби, снасті ) повинні заважати дії приладів як на станції відправлення , так і на станції отримання , тому що, потрапляючи на шляху електромагнітної хвилі, вони порушують її правильність , почасти подібно тому ,як діє на звичайну хвилю, що поширюється по поверхні води, брекватер , почасти внаслідок інтерференції хвиль, в них порушених , з хвилями джерела, тобто впливають несприятливо.” 

також:

„Спостерігалося також вплив проміжного судна. Так, під час дослідів між " Європою" і " Африкою " потрапляв крейсер "Лейтенант Ільїн " , і якщо це траплялося при великих відстанях , то взаємодія приладів припинявся , поки суду не сходили з однієї прямої лінії.”

У 1905 році X. Хюльсмейеру був виданий німецький патент, за заявкою ідеї радіолокатора від 30 квітня 1904. У США відкриття відображення радіохвиль приписують Тейлору і Юнгом в 1922 році.

Одне з перших пристроїв, призначених для радіолокації повітряних об'єктів, продемонстрував 26 лютого 1935 шотландський фізик Роберт Ватсон-Ватт, який приблизно за рік до цього отримав перший патент на винахід подібної системи.

У другій половині 1930-х англійці почали встановлювати на своїх кораблях перші радари.

У США перший контракт військових з промисловістю був укладений в 1939 році.

Розпочата Друга світова війна зажадала ефективних заходів боротьби з нальотами німецької авіації . Влітку 1940 року британські інженери під керівництвом Генрі Тізард (англ. ) Розробили резонансний магнетрон , що став основою нової ефективної бортовий радарної системи сантиметрового діапазону, якій на початку 1941 року були оснащені американські та британські літаки.

В СРСР[ред.ред. код]

У Радянському Союзі усвідомлення необхідності засобів виявлення авіації, вільних від недоліків звукового та оптичного спостереження, призвело до розгортання досліджень в галузі радіолокації . Ідея , запропонована молодим артилеристом Павлом Ощепковим , отримала схвалення вищого командування : наркома оборони СРСР К. Є. Ворошилова та його заступника - М. Н. Тухачевського.

У 1932 році на базі Ленінградського фізико-технічного інституту був створений Ленінградський електрофізичний інститут (ЛЕФІ) під керівництвом А. А. Чернишова, в якому проводилися дослідні та дослідно-конструкторські роботи по радіолокації. У 1935 році ЛЕФІ був розформований, а на його базі організовано «закритий» інститут НДІ-9 з оборонною тематикою, що включала і радіолокацію. Науковим керівників його став М. А. Бонч-Бруєвич. Роботи по радіолокації були розпочаті і в УФТІ в Харкові. До початку війни зусиллями вчених та інженерів ЛЕФІ, НДІ-9 та інших організацій були створені дослідні наземні радіолокаційні станції.

3 січня 1934 в СРСР був успішно проведений експеримент з виявлення літака радіолокаційним методом. Літак, що летить на висоті 150 метрів, був виявлений на дальності 600 метрів від радарної установки. Експеримент був організований представниками Ленінградського Інституту Електротехніки та Центральної радіолабораторія. Керував експериментом військовий інженер М. М. Лобанов, який, за свідченням академіка Ю. Б. Кобзарева, був першим, хто переконав промисловість зайнятися проблемою радіолокації. У 1934 році маршал Тухачевський в листі уряду СРСР написав: «Досліди з виявлення літаків за допомогою електромагнітного променя підтвердили правильність покладеного в основу принципу».Перша дослідна установка « Рапід» була випробувана в тому ж році, в 1936 році радянська сантиметрова радіолокаційна станція «Буря» засікала літак з відстані 10 кілометрів. Перші РЛС в СРСР , прийняті на озброєння РСЧА і випускалися серійно, були : РУС -1 - з 1939 року і РУС -2 - з 1940 року. Під час війни програму по створенню радянських радарів очолював інженер -адмірал Аксель Берг , відомості про американських розробках добувала радянська розвідка.

У 1946 році американські фахівці - Реймонд і Хачертон , колишній співробітник посольства США в Москві, написали: « Радянські вчені успішно розробили теорію радара за кілька років до того, як радар був винайдений в Англії».

Класифікація[ред.ред. код]

За сферою застосування розрізняють:

  • військові РЛС;
  • цивільні РЛС;

За призначенням:

  • РЛС виявлення;
  • РЛС управління і стеження; 
  • панорамні РЛС; 
  • РЛС бічного огляду; 
  • метеорологічні РЛС; 
  • РЛС цілевказівки; 
  • РЛС контрбатарейної боротьби; 
  • РЛС огляду обстановки; 

За характером носія:

  • берегові РЛС;
  • морські РЛС;
  • бортові РЛС;
  • мобільні РЛС;

За типом дії:

  • первинні або пасивні;
  • вторинні або активні;
  • суміщені;

За методом дії:

  • надгоризонтний радіолокатор;
  • загоризонтного радіолокатор;

За діапазоном хвиль:

  • метрові;
  • дециметрові;
  • сантиметрові;
  • міліметрові;

Первинний радіолокатор[ред.ред. код]

Первинний ( пасивний) радіолокатор , в основному , служить для виявлення цілей , висвітлюючи їх електромагнітної хвилею і потім приймаючи відбиття (луна) цієї хвилі від мети. Оскільки швидкість електромагнітних хвиль постійна (швидкість світла) , стає можливим визначити відстань до цілі , грунтуючись на вимірюванні різних параметрів розповсюдження сигналу.

В основі пристрою радіолокаційної станції лежать три компоненти : передавач , антена і приймач.

Передавач (передавальний пристрій) є джерелом електромагнітного сигналу високої потужності. Він може являти собою потужний імпульсний генератор. Для імпульсних РЛС сантиметрового діапазону - зазвичай магнетрон або імпульсний генератор, що працює за схемою: задає генератор - потужний підсилювач, що використовує як генератора найчастіше лампу біжучої хвилі (ЛБХ), а для РЛС метрового діапазону часто використовують тріодний лампу. РЛС, які використовують магнетрони, некогерентного або псевдо-когерентні, на відміну від РЛС на основі ЛБХ. Залежно від конструкції , передавач працює або в імпульсному режимі , формуючи повторювані короткі потужні електромагнітні імпульси , або випромінює безперервний електромагнітний сигнал.

Антена виконує фокусування сигналу передавача і формування діаграми спрямованості, а також прийом відбитого від цілі сигналу і передачу цього сигналу в приймач. Залежно від реалізації прийом відбитого сигналу може здійснюватися або тієї ж самої антеною , чи інший, яка іноді може розташовуватися на значній відстані від передавального пристрою . У випадку, якщо передача і прийом поєднані в одній антені , ці дві дії виконуються по черзі , а щоб потужний сигнал , що просочується від передавального передавача в приймач , що не засліпив приймач слабкого луни, перед приймачем розміщують спеціальний пристрій , що закриває вхід приймача в момент випромінювання зондуючого сигналу.

Приймач ( приймальний пристрій ) виконує посилення і обробку прийнятого сигналу. У самому простому випадку результуючий сигнал подається на променеву трубку (екран ), яка показує зображення , синхронізоване з рухом антени.

Методи вимірювання відбитого сигналу:[ред.ред. код]

Частотний метод [ред.ред. код]

Частотний метод вимірювання дальності заснований на використанні частотної модуляції випромінюваних безперервних сигналів. У цьому методі за період випромінюється частота, змінюється за лінійним законом від f1 до f2.Відбитий сигнал прийде промодулірованним лінійно в момент часу, що передує справжньому на час затримки. Т. о. частота відбитого сигналу, прийнятого на РЛС, буде пропорційно залежати від часу. Час запізнювання визначається за різкій зміні в частоті різницевого сигналу.

переваги:

  • дозволяє вимірювати дуже малі дальності; 
  • використовується малопотужний передавач;

недоліки:

  • необхідне використання двох антен;
  • погіршення чутливості приймача внаслідок просочування через антену в приймальний тракт випромінювання передавача , підданого випадковим змінам;
  • високі вимоги до лінійності зміни частоти; 

Фазовий метод[ред.ред. код]

Фазовий (когерентний) метод радіолокації заснований на виділенні і аналізі різниці фаз відправленого і відбитого сигналів, яка виникає через ефект Доплера, коли сигнал відбивається від рухомого об'єкту. При цьому передавальний пристрій може працювати як безперервно, так і в імпульсному режимі. Основною перевагою даного методу є те, що він «дозволяє спостерігати тільки рухомі об'єкти, а це виключає перешкоди від нерухомих предметів, розташованих між приймальні апаратурою і метою або за нею.

Так як при цьому використовуються ультракороткі хвилі, то однозначний діапазон виміру дальності складає порядку одиниць метра. Тому на практиці використовують більш складні схеми, в яких присутня дві і більше частот.

Переваги:

  • малопотужне випромінювання, так як генеруються незгасаючі коливання;
  • точність не залежить від доплерівського зсуву частоти відображення;
  • досить простий пристрій;

Недоліки:

  • відсутність дозволу по дальності;
  • погіршення чутливості приймача внаслідок проникнення через антену в приймальний тракт випромінювання передавача, підданого випадковим змінам;

Імпульсний метод[ред.ред. код]

Сучасні радари супроводу побудовані як імпульсні радари. Імпульсний радар передає випромінює сигнал тільки протягом дуже короткого часу , коротким імпульсом (зазвичай приблизно мікросекунда ) , після чого переходить в режим прийому і слухає відлуння, відбите від мети, в той час як ізлучённий імпульс поширюється в просторі.

Оскільки імпульс йде далеко від радара з постійною швидкістю, між часом, що пройшов з моменту посилки імпульсу до моменту отримання луна-відповіді, і відстанню до цілі - пряма залежність. Наступний імпульс можна послати тільки через деякий час, а саме після того, як імпульс прийде назад (це залежить від дальності виявлення радара, потужності передавача, посилення антени, чутливості приймача). Якщо імпульс посилати раніше, то відлуння попереднього імпульсу від віддаленій мети може бути поплутано з луною другого імпульсу від близької мети.Проміжок часу між імпульсами називають інтервалом повторення імпульсу , зворотна до нього величина - важливий параметр, який називають частотою повторення імпульсу ( ЧПІ ) . Радари низької частоти далекого огляду зазвичай мають інтервал повторення в кілька сотень імпульсів в секунду. Частота повторення імпульсів є однією з характерних ознак , за якими можливе дистанційне визначення моделі РЛС.

Переваги імпульсного методу вимірювання дальності:

  • можливість побудови РЛС з одного антеною;
  • простота індикаторного пристрою;
  • зручність вимірювання дальності кількох цілей;
  • простота випромінюваних імпульсів , що тривають дуже малий час , і прийнятих сигналів;

недоліки:

  • необхідність використання великих імпульсних потужностей передавача; 
  • неможливість вимірювання малих дальностей; 
  • велика мертва зона;

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]