Физические основы и применение радиолокации

Главная задача радиоэлектронной борьбы – «разрушение» информации, формируемой информационно-управляющей радиоэлектронной системой противника. Главная задача радиоэлектронной системы в этом противоборстве – обеспечение функционирования всех заложенных в конструкцию системы средств и методов помехозащиты, противодействующих разрушению информации [2, c. 43].

Создание эффективных средств РЭБ в системно-техническом, производственном и организационном планах – весьма сложная проблема. Прежде всего потому, что работа аппаратурных средств осуществляется в сложном электромагнитном поле широкого диапазона волн, характеризующемся разнообразием структур сигналов с быстроизменяющимися параметрами.

Развитие систем и средств РЭБ тесно связано с появлением и применением в практике различных радиотехнических средств обнаружения и управления наземного, морского, воздушного и космического базирования. Снижение эффективности действия этих средств или их подавление должно осуществляться с помощью средств РЭБ, в основе работы которых лежат радиолокационные методы. В спектре электромагнитных волн развертываются конфликтные ситуации и диалектика борьбы приводит к тому, что противоборствующие стороны широко используют сложные сигналы, обладающие энергетической скрытностью, а в противовес им – помеховые сигналы, парализующие полезные сигналы, а также комплексы и системы радио-, оптоэлектронного и функционального поражения [2, c. 43].

Среди РЛС и комплексов, созданных для решения оборонных задач, выделяются те, которые предназначены для информационного обеспечения систем стратегического сдерживания, а именно:

- систем предупреждения о ракетном нападении (ПРН);

- контроля космического пространства (ККП);

- противоракетной обороны (ПРО).

В них реализованы тактико-технические характеристики, близкие к предельно достижимым с точки зрения принципиальных физических ограничений и технических возможностей. В связи с высокой сложностью и стоимостью такие РЛС производятся в единичных экземплярах, так как не всякое государство может позволить себе иметь столь дорогие инструменты [18].

Таким образом, несмотря на то, что на сегодняшний день радиолокация нашла свое широкое применения в военном деле, создание самых современных РЛС требует самого высокого уровня развития науки, технологии и организации, поэтому разработка и сооружение каждой такой РЛС является значительным научно-техническим достижением не только отечественного, но и мирового масштаба.

 

 

2.2Гражданское применение радиолокации.

Как оказалось, и в мирной жизни радиолокация нашла свое непосредственное применение. Впервые радиолокационные методы были использованы в науке для исследования ионосферы, и первым прототипом радиолокатора была именно ионосферная станция М.А. Бонч-Бруевича.

Ионосфера подобна слоеному пирогу, для каждого слоя которой характерна своя концентрация электронов и ионов, и при определенной концентрации электронов в слое (она называется критической) радиоволны будут отражаться от него. Значение критической концентрации электронов для волн различной длины разное, поэтому, замеряя высоту, на которой произошло отражение сигнала с той или иной длиной волны, можно получить распределение электронной концентрации по всей высоте ионосферы. Эти сведения представляют не только чисто академический интерес (с точки зрения физики атмосферы Земли), но и имеют большую практическую ценность, так как, зная характеристики ионосферы, можно прогнозировать условия распространения радиоволн, используемых в различных системах связи [10, c. 112].

Также незаменимым помощником стала радиолокация и для метеорологов, так как на сегодняшний день самый простой метод наблюдения за погодой – это запуски шаров-зондов с метеоприборами. Если к такому шару – зонду прикрепить легкий металлический отражатель, то радиолокатор проследит за его перемещением на расстоянии в несколько сот километров, при этом можно установить скорость и направление воздушных течений на различных высотах (косвенный метод наблюдения за атмосферой).

В свою очередь радиолокация может и непосредственно наблюдать за облаками, грозовыми фронтами и тайфунами, так как характеристики современных станций настолько совершенны, что позволяют не только регистрировать движение фронтов облачности, но и оценивать интенсивность осадков. Как сообщалось в зарубежной печати, создана метеорологическая радиолокационная станция, которая позволяет фиксировать даже турбулентные образования в чистой атмосфере, то есть, грубо говоря, замечать завихрения, возникающие при перемещении слоев атмосферы [10, c. 112].

Особенно важную роль играют метеорологические радиолокаторы при наблюдении за ураганами и тайфунами, так как на основании полученных данных посылаются предупреждения командам судов, находящихся в угрожаемых районах, и летчикам, маршруты которых пролегают вблизи опасных мест.

Следует отметить, что высокая точность измерения расстояния до отражающего объекта, которую обеспечивают современные станции, позволяет использовать радиолокацию для картографирования земной поверхности, причем картографирование может осуществляться и с самолетов, что позволяет охватить сразу очень большие площади. Так загоризонтные радиолокаторы дадут возможность производить съемку береговых линий, удаленных на расстояние в тысячи километров. Это возможно потому, что сигналы, отраженные от морской поверхности, которая всегда хоть немного да волнуется, отличаются по частоте от эхо-сигналов, отразившихся от неподвижного берега (эффект Доплера) [18].

Огромные перспективы открыларадиолокация для изучения космического пространства, с тех пор, когда в 1946 году специалисты Венгрии и США впервые осуществили прием отраженных радиолокационных сигналов при облучении Луны, она непрерывно изучается с помощью радиолокационных установок, которые непрерывно совершенствуются.

Радиолокация помогла не только точно измерить расстояние до Луны, но и высказать целый ряд предположений о ее строении и характере поверхности. Нетрудно понять, насколько необходима была эта информация для посадки на поверхность Луны советских автоматических межпланетных станций и космических кораблей «Апполон» с исследователями на борту [13].

В 1961 году ученым СССР, США и Англии удалось получить отраженные сигналы при радиолокации Венеры. В советской печати подробно освещались результаты этих работ, за которые коллектив ученых во главе с академиком В.В. Котельниковым был удостоен Ленинской премии.

Дальнейшими этапами развития космической радиолокации были успешные опыты по исследованию Марса и даже Юпитера в 1963 году. Насколько трудно было осуществить эти эксперименты, позволяют судить такие цифры. Расстояние до Юпитера 1200000 000 километров, задержка обратного сигнала 1 час 6 минут, время за которое накапливался слабый отраженный сигнал — свыше 20 часов. Можно ли вообще представить, сколько труда было вложено в создание такого чувствительного радиолокатора, который смог бы «поймать» цель, удаленную на такое огромное расстояние? И все-таки наши советские специалисты смогли решить и эту задачу [13].

Ученые и радиоспециалисты США осуществили успешный эксперимент по радиолокации Солнца, и в этом эксперименте удалось получить данные о характере радиоизлучения Солнца, о движении массы солнечной короны и о скорости солнечного ветра.

Вывод космических кораблей на орбиту, слежение за траекторией их полета, мягкая посадка межпланетных станций и приземление космических кораблей с экипажем на борту, даже поиск уже приземлившихся или приводнившихся кораблей – вот далеко не полный перечень задач, выполняемых радиолокационными станциями [13].

Следует отметить, что радиолокация применяется также в следующих отраслях и науках:

- сельское и лесное хозяйство –исследование плотности растительного покрова, распределение лесных массивов, лугов и полей, определение вида почв, их температуры и влажности, контроль за состоянием ирригационных систем, обнаружение пожаров;

- география– определение структуры землепользования, распределение и состояние транспорта и систем связи, развитие систем переработки природных ресурсов, топография и геоморфология;

- геология –определение состава пород и их структуры, стратиграфия осадочных пород, поиск минеральных месторождений, отработка техники разведки полезных ископаемых.

- гидрология– исследование процессов испарения влаги, распределение и инфильтрация осадков, изучение стока грунтовых вод и загрязнения водных поверхностей, определение характера снегового и ледового покрова, наблюдение за водным режимом главных рек;

- океанография– определение рельефа волнующейся поверхности морей и океанов, картографирование береговой линии, наблюдение за биологическими явлениями, проведение ледовой разведки [8, c. 49].

Таким образом, сфера гражданского применения радиолокации достаточно велика и требует дальнейшего развития.

 

 

 

 

2.3. Противодействие радиолокационному наблюдению.

К основному противодействию радиолокационному наблюдению можно отнести радиолокационные помехи (более точный термин – противорадиолокационные помехи), то есть умышленные помехи, затрудняющие или нарушающие нормальную работу радиолокационных средств [7, c. 12].

На сегодняшний день радиолокационные помехи можно классифицировать следующим образом:

- по происхождению –на умышленные и естественные;

- по способу образования – на активные и пассивные;

- по характеру воздействия – маскирующие и имитирующие;

- по их источникам – от специальных передатчиков, от пассивных отражателей;

- по структуре – непрерывные, импульсные;

- по возможностям селектирования – прицельные, заградительные;

- по взаимному расположению источника помех и защищаемого им объекта – совмещенные, несовмещенные и др.

Следует отметить, что и умышленные, и естественные помехи разделяются на:

- активные - создаются первичным или ответным излучением;

- пассивные - возникающие вследствие нежелательного отражения электромагнитных волн [9, c. 81].

Активные умышленные помехи исходят от специальных передатчиков непрерывного или импульсного излучения, а активные естественные помехи – от РЛС, работающих на смежных волнах, и от естественных источников шумового излучения – Солнца, космических объектов, атмосферы и земной поверхности.

Пассивные умышленные и естественные помехи создаются отражателями, но в первом случае отражатели искусственные, например, дипольные отражатели, а во втором – естественные, например, местные предметы.

Наибольшим разнообразием отличаются умышленные активные помехи, из них к непрерывным относятся немодулированные и модулированные регулярным сигналом или шумом, а к импульсным – синхронные, если частота следования импульсов такая же, как в подавляемой РЛС, и несинхронные, если эта частота иная или произвольно меняется [9, c. 81].

Приемное устройство любой РЛС обладает селективностью по одному или нескольким параметрам: полосе пропускания частот, поляризации волн и т.д. Активные помехи называются прицельными, если они рассчитаны на подавление одной РЛС или нескольких с одинаковой селективностью, и заградительными, если они способны противодействовать группе РЛС, отличающихся по селективности, например, своими несущими частотами.

Разделение помех на маскирующие и имитирующие означает, что первые маскируют полезный сигнал, а вторые имитируют несуществующие цели. Наконец, если передатчик помех и объект, защищаемый этим передатчиком, находятся вместе, то помеха называется совмещенной, а если объект и источник помех разнесены в пространстве – то несовмещенной [9, c. 82].

Пассивные естественные помехи связаны своим происхождением с отражением волн от местных предметов, гидрометеоров (дождя, снега, облаков) и от земной и водной поверхности. Эти помехи маскирующие, их интенсивность может быть весьма значительной, в связи с чем защите РЛС от пассивных помех придается большое значение.

К пассивным умышленным помехам относятся дипольные отражатели, искусственная ионизация пространства, всякого рода ложные цели и противорадиолокационные покрытия.Дипольные отражатели изготавливаются в виде металлизированных бумажных лент или из металлизированного нейлонового или стекловолокна. Такие отражатели сбрасываются с самолета пачками и рассеиваются в воздухе, а волны, отраженные от них, маскируют, а иногда имитируют сигналы движущихся целей (самолетов).

Наиболее эффективны диполи, настроенные в резонанс, – полуволновые, и в связи с этим современные самолеты – постановщики помех оборудуются не только аппаратурой радиотехнической разведки, но и механизмами для изготовления и сбрасывания диполей. Разведывательные данные о длине волны позволяют сразу же нарезать полуволновые диполи, собирать их в нужном количестве в пачки и сбрасывать с самолета в требуемом темпе. Сбрасывание производится при помощи одного или нескольких автоматов или выстреливанием во всех направлениях из ракет и пушек [9, c. 82].

Также к пассивным помехам имитирующего типа относят ложные цели– это уголковые отражатели или линзы Люнеберга, и те, и другие даже при малых геометрических размерах обладают достаточно большой эффективной площадью рассеивания (ЭПР), чтобы их принимали за истинные цели. Носителем уголковых отражателей может быть небольшой самолет – снаряд, выпускаемый бомбардировщиком на границе зоны обзора подавляемой РЛС. Такие ложные цели отвлекают средства ПВО от действий против бомбардировщиков.

Применяются также радиолокационные ловушки, которые запускаются с самолета с помощью лебедки с тонким канатом. Расстояние между ловушкой и самолетом, определяемой длиной выпущенного каната, достигает 10 км. Радиолокационные ловушки имитируют движущиеся цели и этим нарушают работу систем автосопровождения целей.