Первая часть статьи посвящённая загоризонтным радиолокационным станциям, кому интересно приятного чтения.
ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ
В прошлой статье теорию распространения радиоволн я упростил до предела, некоторые сочли это за моветон и были полностью правы. Поэтому для начала постараюсь кратко и максимально понятно рассказать о том что это такое и с чем это едят. Для начала, длина радиоволны и её частота жёстко связаны. Эта связь максимально просто описывается формулой: длинна волны=скорость света/частота (относительной магнитной проницаемостью среды и прочим пренебрёг сознательно, буду делать это и в дальнейшем для упрощения понимания материала, так что любители точного академического знания - бес паники!). В прошлой статье дециметровые и сантиметровые волны я назвал короткими и заслужено подвергся критики за КВ диапазон, хотя имел в виду немного другое. Что бы убрать недопонимание привожу описание, где кратко и понятно названы диапазоны и характеристики радио волн в их пределах (академики, ещё раз напоминаю! кратко, просто, понятно ), и ещё условные обозначения частота f - измеряется в герцах , длина волны λ - измеряется в метрах:
Сверхдлинные волны (СДВ диапазон) - f = 3-30 кГц (λ = 10-100 км). Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня. Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.
Длинные волны (ДВ) f = 150-450 кГц (λ = 2000-670 м). Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.
Средние волны (СВ) f = 500-1600 кГц (λ = 600-190 м). Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.
Короткие волны (КВ) f= 3-30 МГц (λ = 100-10 м). Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния (несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.
Ультракороткие Волны (УКВ) f = 30 МГц - 300 МГц (λ = 10-1 м). Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Ультравысокие частоты (УВЧ)
f =
300 МГц - 3 ГГц (λ = 1-0,1 м). Не огибают препятствия и имеют хорошую
проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi
сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что
молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и
преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых
печах.
Сверхвысокие частоты (СВЧ) f = 3 ГГц - 30 ГГц (λ = 0,1-0,01 м). Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.
Крайне высокие частоты (КВЧ) f = 30 ГГц - 300 ГГц (λ = 10-1 мм). Практически то же самое что и СВЧ, Используются в космической связи, высокоскоростной беспроводной связи, метеорологических радарах и медицине.
Так основное вроде скопипастил перечислил, вот вам картинка для передыху от множества букАв, на картинке есть так называемый земной луч, о нём будет немного позже.
Картинка с просторов гуглопоиска.
Отдохнули? Теперь снова за парту. Опять отсылка к прошлой статье, в коментах развели срач по поводу дифракции и интерференции радиоволн. Если в двух словах, радиоволны огибают только те предметы которые меньше их длины, чем меньше длина волны тем меньше она распространяется за угол (академики, смотрите выше). К примеру длинные волны (ДВ) в состоянии огибать большие препятствия такие как горы, но не полностью, так как возможно образования радиотени, если склон горы достаточно крутой. Вот пример на картинке из учебника, где приёмник "а" не сможет ничего услышать, а приёмник "б" в зоне приёма:
В КВ диапазоне и выше по частоте (УКВ, УВЧ, СВЧ, КВЧ) картина уже другая, длина волн становиться короче и волны уже не могут огибать препятствия. Сейчас академики снова поднимут вой по поводу дифракции (огибания), но штука в чём, на этих частотах значение дифракции настолько мало что им можно пренебрегать, и чем частота выше тем значение меньше. Поэтому распространение длинных радиоволн больше похоже на распространение звука, а распространение коротких волн ближе к распространению света. Теперь несколько слов по поводу радиогоризонта, некоторым, судя по коментам, он причинил сильную боль ниже спины. По скольку довольно много людей слабо могут представлять вещи и процессы в трехмерном (объёмном) виде, в моих описаниях земля не сферическая, эллипсоидная и т.д., а круглая, да именно КРУГЛАЯ, от слова круг!!! И конечно она ровная и гладкая! Во картинка из просторов гуглопоиска, где земля круглая и где есть этот самый радио горизонт:
Антенна А имеет высоту h1, антенна В расположена на высоте h2. Максимальную дистанцию R на которой они будут в зоне прямой видимости и прямую линию между ними не будет преграждать ровная и круглая земля
можно высчитать по формуле: . Вот почему можно пользоваться коротковолновой связью за пределами обычного горизонта, достаточно поднять повыше антенну. Эту формулу можно использовать и для определения радио горизонта РЛС, только вместо антенны А приёмопередающая антенна РЛС, а вместо антенны В воздушный объект который должен быть обнаружен РЛСкой. Если объект летит на сверх малой высоте, то можно узнать на какой дистанции его можно будет обнаружить. Это относиться к классическим видам радиолокации.
КАК ЗАГЛЯНУТЬ ЗА ГОРИЗОНТ
За горизонт хорошо распространяться, точнее огибают землю, сверх длинные волны. Но для радиолокации они не пригодны по нескольким причинам, из-за большой длины они в состоянии отражаться, и то не всегда, только от ну очень больших объектов, для их излучения и приёма необходимы антенны огромных размеров, в идеале не меньше 1/4 длины волны. То есть даже если построить такую РЛС, она займет площадь города средних размеров, и с её помощью можно будет увидеть (и то врядли) новые горы, если протоАмерЫканцы захотят вырыть у себя чёрное море где-нибудь в Техасе. Поэтому для радиолокации используют волны меньшей длины, длина которых сопоставима с объектами которые хотят обнаружить, есть конечно "секретные" ритуалы танцев с бубнами которые позволяют увидеть объекты меньших размеров чем длина волны, но не о них речь. Есть два способа заглянуть за горизонт волнами не большой длины. Первый при помощи отражения КВ от ионосферы, второй при помощи поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ).
ОТРАЖЕНИЕ КВ ОТ ИОНОСФЕРЫ
Думаю не имеет смысла объяснять почему ионосфера может отражать некоторые типы волн, копипастить физические законы довольно скучно, кто захочет сам загуглит. А если в двух словах и максимально просто, в ионосфере достаточно плазмы для отражения радио волн (академики, ну вы поняли). Поэтому примем как факт КВ могут отражаться как от земли, так и от ионосферы. РЛС такого принципа работы излучают узкий луч радиоволн который отражается от ионосферы и падает на землю, что позволяет увидеть обстановку в том месте где луч достиг земли. Для увеличения дальности так же используют много скачковый принцип, это когда луч не один раз отражается от ионосферы и земли, что бы попасть в заданный район на другой стороне земного круга. Недостатком такого принципа что эти РЛС имеют слепую зону в относительно близости, она находиться ниже радио горизонта в том секторе куда нельзя послать отражённый луч. Пример на картинке с просторов гуглопоиска:
По поводу слепой зоны, послать в неё отражённый сигнал нельзя из-за того что отражение от ионосферы происходит только под определёнными углами. Значения этих углов зависят от состояния ионосферы, которое может меняться в течении суток, поэтому для работы ЗРЛС необходим её постоянный контроль. Если луч попадёт в ионосферу под углом больше необходимого, он переломится и уйдёт в космическое пространство. Пример на картинке, луч под номером 4 переломившись ушёл за пределы ионосферы, а на примере луча номер 1 видно много скачковое отражение:
Теперь о принципах обнаружения целей. Вместе с сигналом от цели возвращается и сигнал от земли под целью, это из-за того что луч подсвечивает цель сверху. Есть множество разных способов как выделить отражённый сигнал от цели на фоне отражённого от земли. Самый простой и наверное самый часто используемый это определение доплеровского смещения. Увы снова теория, доплеровский эффект , если в двух словах, это когда волна отражаясь от движущегося объекта меняет свою частоту, и чем больше скорость объекта тем сильнее меняется частота. То есть ЗРЛС старается принять не ровно тот сигнал который излучила на определённой частоте, а наоборот не принимает сигналы на этой частоте внимательно следя за сигналами на близких частотах, ищет свои же сигналы но только те которые изменились каким либо образом. Если совсем уж по простому, крикнули в даль кодовое слово мужским голосом, а эхо ответило то же слово но только уже женским голосом. Ещё один трюк позволяющий видеть цели на большом расстоянии, это когда РЛС излучает два одинаковых сигнала на разных частотах, тоесть сканирует двумя лучами которые направлены в один и тот же сектор земного круга. Пример, две лазерных указки одна синего другая красного цвета которые моргают с одинаковой частотой. Когда от цели приходят отражённые вместе с помехами два сигнала на разных частотах но с одинаковым сдвигом по частоте, их перемножают между собой. Суть этого действия состоит в чём, одинаковая помеха не может прийти на двух разных частотах, а вот сигналы на этих частотах одинаковы. После перемножения одинаковых сигналов и разных помех, уровень сигнала становиться выше помех и его проще обнаружить. В радиотехнике это называется корреляцией, опять же суть этого метода объяснил поверхностно и максимально просто. Кстати как раз из-за доплеровского смещения, такой тип РЛС видит только подвижные цели.
По скольку статья выходит слишком объёмной решил её разбить на две части, так что продолжение следует.
ПОСЛЕСЛОВИЕ
Повторюсь для академиков, старался объяснить максимально понятно, поэтому многие вещи упростил до неприличия или вовсе вырезал за ненадобностью. Грамар нации специально для вас проверил в двух редакторах и убрал все красные подчёркивания, самому следить за правильностью и чистотой речи сил нету ибо мозги заняты другим. Все остальные, надеюсь вам было интересно и не скучно, конструктивная критика приветствуется, ну и конечно пишите в коментах что ещё хотели бы узнать.
Загоризонтные РЛС, попытка инженера обьяснить сложное по простому. (часть вторая) "Русский дятел", "Зевс" и "Антей".
Вторая часть статьи посвящённая способом увидеть что там за горизонтом. Прочитав комментарии к прошлой статье, решил более подробно рассказать о СДВ связи и РЛС на принципах "небесного луча", о РЛС работающие на принципах "земного луча" будет в следующей статье, уж если рассказывать то рассказывать последовательно.
ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ
ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ
Это не завершающая статья о принципах заглянуть за горизонт, будут ещё, в этой по просьбам читателей я сосредоточился на реальных системах вместо теории.. Так же прошу прощения за задержку с выходом, я не блогер или житель интернета, у меня есть работа которую я люблю и которая периодически очень "любит" меня, поэтому статьи пишу между делом. Надеюсь читать было интересно, потому что я всё ещё нахожусь в режиме пробы пера и не определился до сих пор в каком стиле писать. Конструктивная критика как всегда приветствуется. Ну и специально для филологов анекдот в конце:
Препод по матану про филологов:
- ...Да плюньте в лицо тому, кто говорит, что филологи – это нежные
фиалочки с горящими глазами! Я вас умоляю! На самом деле они мрачные
желчные типы, готовые язык собеседнику вырвать за фразы, типа "оплатите
за воду", "мое день рождение", "дырка в пальте"...
Голос с задней парты:
- А что не так с этими фразами?
Препод, поправив очки:
- А на вашем трупе, молодой человек, они бы еще и попрыгали.
Советская радиолокационная станция для раннего обнаружения запусков межконтинентальных баллистических ракет. Задача этой станции - обнаруживать пуски ракет в США по изменениям состава ионосферы, вызываемого ракетными двигателями. В СССР было создано всего три таких радара - рядом с городами Николаевым, Комсомольском-на-Амуре и Чернобылем.
Решение о создании загоризонтной радиолокационной системы Дуга № 1 (возле г. Чернобыля) было принято на основании постановлений Правительства от 18 января 1972 и 14 апреля 1975 года. Уже в 1976 году был смонтирован главный радиолокационный узел ЗГРЛС Чернобыль-2. Генеральным проектировщиком ЗГРЛС был Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи (НИИДАР), а главным конструктором и вдохновителем идеи ЗГРЛС - Франц Кузьминский. Возле радара, сооружённого недалеко от города Чернобыля, был создан гарнизон, где жили военные и их семьи.
В гарнизоне была расквартирована воинская часть космической связи № 74939, которой командовал полковник Владимир Мусиец.
Ныне этот объект сильно заражён и, разумеется, не эксплуатируется.
С помощью мощных излучателей военные смогли заглянуть за горизонт. Очевидно, что благодаря таким способностям этот комплекс получил название - загоризонтные радиолокационные станции (ЗГРЛС) или «Дуга-1» (Радиоцентр дальней связи «Чернобыль-2»). Уникальные способности радара кроются в новаторских идеях конструкторов воплотившихся в исполинских размерах конструкций мачт и принимающих антеннах. Трудно говорить о точных геометрических размерах ЗГЛРС. Данные общедоступных источников противоречивы и, вероятно, неточны. Так высота мачт большой антенны составляет от 135 до 150 м, а длина - от 300 до 500 м. Второй радар несколько скромнее. Порядка 250 м в длину и до 100 м в высоту. При таких поражающих воображение,размерах объект виден почти с любого места Чернобыльской зоны отчуждения.
По данным некоторых источников, стоимость капиталовложений составляла семь миллиардов советских рублей (есть информация о 600–700 млн рублей). Для сравнения - это вдвое дороже, чем строительство Чернобыльской АЭС. Очевидно, что строительство ЗГРЛС возле атомной электростанции объясняется в потребности большого энергопотребления. Важно отметить, ЗГРЛС в Чернобыле-2 предназначалась для приёма и обработки сигнала. По имеющейся информации ЗГРЛС потребляла около 10 МВт. Передатчик комплекса располагался возле города Любеча Черниговской области, на расстоянии 60 км от Чернобыльской станции. Антенна в Любече была меньше и ниже, её высота составляла 85 м. На данный момент передатчик уничтожен.
Конструкторы и разработчики ЗГРЛС - Е. Штырен, В. Шамшин, Франц Кузьминский, Э. Шустов
Дата и место строительства первой ЗГРЛС: 1975 год. Город Комсомольск-на-Амуре
Первое опытное включение ЗГРЛС «Чернобыль-2»: 1980 год.
Проектный институт: НИИДАР (Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи
Трагизм ситуации с «Дугой-1» усугубляется тем, что станция была принята на боевое дежурство ПВО СССР в 1985 году, а в 1986 году система была полностью модернизирована и начала проходить Государственную приёмку. И тут взорвался 4-й блок ЧАЭС. До модернизации, использование ЗГРЛС было затруднительным, поскольку часть диапазона рабочих частот совпадала с частотой работы авиационных систем. Некоторые источники утверждают, что после начала работы чернобыльского радара ряд правительств западных стран заявили о недопустимости работы этой системы, которая препятствует безопасной работе гражданской авиации в Европе. Хотя разработчики ЗГРЛС отвергали обвинения и говорили, что возмущение правительств европейских стран заключается в том, что СССР накрыл «колпаком» все воздушное пространство над Европой и страны НАТО не могли ничего этому противопоставить. После модернизации эта проблема совпадения рабочих частот ЗГРЛС с частотами гражданской авиации была решена.
Полное закрытие инфраструктуры города Чернобыль-2 было проведено не сразу - до 1987 года она была законсервирована. Но со временем стало понятно, что эксплуатировать ее в условиях зоны отчуждения невозможно. Основные узлы системы ЗГРЛС были демонтированы и вывезены в г. Комсомольск.
За характерный звук в эфире, издаваемый при работе (стук) получила название Russian Woodpecker (Русский дятел).
Эта станция наделала много шума - когда при её запуске многие западные державы обнаружили её стук на частотах гражданской авиасвязи. Последовал официальный протест от США, Великобритании и других стран. После пришлось было сменить полосу частот для зондирования. Были даже курьёзы, когда радиолюбители многих стран пытались вести противодействие дятлу путём передачи записанного стука в противофазе. Само собой, толку от этого не было.
Попасть в город и подойти к ЗГРЛС сегодня достаточно трудно. Объект режимный и находится под постоянной охраной одного из предприятий в Чернобыльской зоне. Много можно говорить о царящей разрухе и опустошении построек Чернобыля-2, а также о глубине навеваемой тоски, которую испытываешь от созерцания этих мест. Можно много говорить о поглощении природой этого техногенного монстра, которое заключается в «затягивании» бетонных покрытий дорог и тротуаров наносным почвенным субстратом и разложившимися останками растительности. Некоторые кирпичные строения разрушаются из-за деревьев, выросших на крышах, кирпичных стенах строений.
Гигантских размеров антенна комплекса - высотой с небоскрёб (150 м) и шириной в семь футбольных полей (750 м) породила много легенд: например, что она способна воздействовать на психику людей на расстоянии в тысячи километров, или то, что радар являлся геофизическим (климатическим) оружием (эту версию реально рассматривал Конгресс США) и т.д.
Продолжая гонку вооружений, агрессивные милитаристские круги тратят громадные средства на разработку и производство различного оружия и военной техники. Значительная доля этих средств идет на выполнение НИОКР в области создания военной радиоэлектронной техники, в том числе и загоризонтных радиолокационных станций. Зарубежная печать сообщает, что эти станции привлекли внимание Пентагона возможностью «просматривать» воздушное пространство и местность на несколько тысяч километров.
В основу работы загоризонтных РЛС положено свойство радиоволн КВ диапазона (2-30МГц) распространяться на большие расстояния за счет многократного последовательного отражения от ионосферы и от земной поверхности. Американские специалисты при разработке таких станций рассматривают два варианта размещения приемной и передающей аппаратуры: на противоположных концах трассы распространения радиоволн (РЛС прямого распространения) и в одном пункте (РЛС обратного распространения). При появлении на пути распространения импульсов РЛС каких-либо препятствий, например ионизированного следа от выхлопных газов ракетного двигателя, сигналы или искажаются (в станциях прямого распространения) или рассеиваются и частично отражаются в направлении пункта излучения (в станциях обратного распространения). Эти искажения или отражения регистрируются соответствующей аппаратурой, которая определяет азимут и расстояние до облученного объекта.
По мнению американских специалистов, можно применять для обнаружения ракет, ИСЗ (летящих ниже высот максимальной ионизации), ядерных взрывов.
По данным американской печати, многолетние исследования в области загоризотной радиолокации в США выявили следующие основные специфические особенности, отличающие ее от обычной радиолокации: неоднозначность измерений дальности до цели, низкая разрешающая способность, плохая помехоустойчивость, сложность антенных систем и воздействие замираний радиоволн (фединги).
Неоднозначность измерении дальности до цели обусловлена многократностью отражения электромагнитной энергии из-за наличия в ионосфере нескольких ионизированных отражающих слоев Чтобы устранить это явление, американские специалисты учитывают время распространения излучаемой энергии на данной частоте по каждому пути в зависимости от сезонных изменений ионосферы и колебаний слоя. Для получения данных о положении отражающих слоёв ВВС США совместно с загоризонтными РЛС AN/FPS-53 и AN/FPS-95 используют специальную аппаратуру зондирования ионосферы AN/GSQ-93.
Дальнейшим путем решения этой проблемы, по сообщениям иностранной печати, явилось приспособление самих РЛС для автоматического определения параметров ионосферы. При этом в качестве контрольных ориентиров используются острова, реки, озера, горы, города, границы раздела суши и воды, точные расстояния до которых известны. Антенны этих РЛС должны изменять положение луча диаграммы направленности по углу места.
Неоднозначность измерений дальности американские специалисты устраняют таким же методом, как и в обычных РЛС, то есть путем выбора соответствующей частоты повторения импульсов. Сообщается, что при частоте повторения импульсов 50 Гц дальности до цели однозначно определяются в пределах до 3000 км.
Низкая разрешающая способность загоризонтных РЛС по азимуту объясняется значительно более широкой диаграммой направленности их антенных систем, чем у обычных РЛС сантиметрового и дециметрового диапазонов волн. По мнению иностранных специалистов, сужение диаграммы направленности антенных систем за счет увеличения их размеров в ряде случаев трудно осуществить. Например, для получения разрешающей способности по азимуту в 1°, что соответствует линейному размеру 17,5 км на удалении 1000 км, потребуется антенная система длиной 2 км.
Низкая помехоустойчивость обусловлена воздействием на работу РЛС помеховых сигналов, возникающих в атмосфере и поступающих из космического пространства (внешние шумы), а также отраженных от земной поверхности радиоволн.
Серьезную трудность для загоризонтной ралиолокации создают помехи от северных сияний и метеоритных следов. На экранах индикаторов РЛС эти помехи появляются в виде мощных видеосигналов, среди которых практически невозможно обнаружить действительные цели. По данным зарубежной печати, эта проблема особенно остро встала перед специалистами ВВС США в связи с их стремлением использовать для обнаружения пусков ракет при наблюдении через Северный полюс. Кроме создания помех, северные сияния нарушают стабильность пути распространения электромагнитной энергии, когда отражающий участок ионосферы расположен в районе северного сияния и даже тогда, когда он находится в стороне от него. В последнем случае помехи попадают в приемное устройство станции по боковым лепесткам диаграммы направленности приемных антенн. Для изыскания возможности устранения воздействий северных сиянии на работу РЛС американские специалисты провели на Аляске в 1973-1971 годах специальные исследования по программе «Поляр кэп» 3, в процессе которых были получены положительные результаты и найдена возможность использования загоризонтных РЛС, находящихся на Североамериканском континенте для наблюдения через Северный полюс.
В результате исследований специалисты ВВС США пришли также к выводу, что мощность сигналов, отраженных от земной поверхности, превышает мощность сигналов от целей на 40-80 дБ. Для выделения этих сигналов применяется аппаратура селекции движущихся целей (с использованием эффекта Доплера). Основным элементом американской аппаратуры, обеспечивающей такое выделение, является корреляционный процессор с запоминающим устройством на магнитном барабане В начале 60-х годов, во время испытания загоризонтных РЛС на восточном побережье США, с помощью этой аппаратуры на фоне поверхности океана обнаруживались летящие самолёты.
Сложность антенных систем обусловлена необходимостью получения большого коэффициента усиления для того, чтобы увеличить дальность обзора, повысить разрешающую способность, а также улучшить другие характеристики загоризонтных РЛС. Созданные в США антенные системы имеют, по данным зарубежной печати, большой коэффициент усиления в широком диапазоне частот и возможность изменять положение луча по углу места и осуществлять обзор в широком секторе но азимуту. Отмечается, что эти системы громоздки и сложны по конструкции. Например, экспериментальная станция , построенная в начале 60-х годов на Атлантическом побережье США, имеет антенную систему в виде расположенных в два ряда 20 рупорных излучателей, ширина которой 98 м, высота 43 м. Такая антенная система формирует луч шириной 10’ и обеспечивает обзор пространства по азимуту в секторе 60° (в пределах 47-107° от северного направления меридиана). Изменение положения луча РЛС «Мадре» в вертикальной плоскости осуществляется механически. Излучаемая мощность станции 5-50 кВт. Позади этой антенны была построена другая шириной 27 м, предназначенная для работы в противоположном направлении. Иностранная печать сообщает, что антенные системы у современных загоризонтных РЛС значительно сложнее, поскольку обеспечивают излучение средней мощности в несколько сот киловатт и работают в широком диапазоне частот (от нескольким МГц до нескольких десятков МГц). Ширина этих антенн достигает 300 м.
При доплеровской обработке сигналов луч РЛС задерживается в районе цели для получения требуемого разрешения доплеровских частот и необходимого подавления отражений от земной поверхности Так, в РЛС «Мадре» задержка луча на цели может быть до 10 с. В связи с этим американские специалисты считают наиболее целесообразным иметь в составе станции отдельно передающую и приемную антенны. Для упрощения конструкции антенной системы в целом они применяют передающую антенну с широким лучом, а приемную - с несколькими веерообразными лучами, перекрывающими такое же пространство, что и передающая.
В результате изменения поляризации сигнала при его отражении от встретившегося ионизированного следа ракеты иногда появляются замирания (фединги). Для их уменьшения американские специалисты считают необходимым применять антенны, принимающие сигналы, поляризованные в ортогональных плоскостях. Они отмечают, что наиболее эффективно было бы использовать антенны с круговой поляризацией, однако создать такие антенны КВ диапазона очень сложно.
Зарубежная печать отмечает, что трасса распространения электромагнитной энергии зависит от рабочей частоты РЛС, периодических и спорадических изменений состояний ионосферы под воздействием солнечной радиации, поэтому эти РЛС должны работать на нескольких частотах. Американские специалисты считают, что в зависимости от состояния ионосферы заданное расстояние может быть перекрыто одной частотой или для этого потребуется 3 - 5 частот, то есть для успешного использования РЛС необходимо знать в реальном масштабе времени состояние ионосферы и степень согласования с нею параметров излучения РЛС.
Возможности загоризонтных РЛС определяются их географическим местоположением, протяженностью и количеством используемых скачков. Так как протяженность скачка изменяется во времени и пространстве и, как правило, составляет 2000 - 2200 км при отражении от слоя Н и 3000 - 4000 км при отражении от слоя F, то считается, что дальность действия более 4000 км может быть достигнута работой не менее чем на двух скачках, но при этом другие характеристики станции (точность определения координат цели, разрешающая способность, вероятность обнаружения) ухудшаются.
На основании многолетних исследований американские специалисты пришли к выводу, что современный уровень развития загоризонтной радиолокации позволяет создавать станции со следующими тактико-техническими данными:
- дальность действия 1000 - 4000 км (при односкачковом распространении);
- зона обзора по азимуту 360° (практически 60-120°);
- разрешающая способность по дальности около 2 км (более типична 20-40 км), по угловым координатам около 1°, по скорости цели около 3 км/ч (для РЛС с частотой 20 МГц при разрешении доплеровских частот в 0,1 Гц);
- точность определения дальности 2 км (относительно других объектов, наблюдаемых РЛС) и 10-20 км (абсолютная) при хорошей оценке трассы.
Управление воздушным движением с помощью загоризонтных РЛС над крупными водными пространствами считается особенно оправданным, так как одна такая станция с зоной обзора по азимуту 120° и дальностью действия 1000-4000 км обеспечивает наблюдение над районом площадью почти 16 млн. кв. км. В пределах этой зоны РЛС может обнаруживать самолёты и определять их местоположение, а также следить за ними. Обнаружение самолётов на фоне морской поверхности основано на том, что спектр доплеровских частот сигнала, отраженного от морской поверхности, значительно уже спектра частот, отраженного от летящего самолёта.
Зарубежная печать сообщает, что проведенные специалистами ВВС США эксперименты по использованию загоризонтных РЛС для управления воздушным движением над Атлантическим океаном (между США и Великобританией) подтвердили их теоретические расчеты. При этом низкая разрешающая способность по азимуту компенсировалась хорошей разрешающей способностью по скорости цели.
На рис. 1 показан график дальностей до самолётов, которые определялись центрами управления полетов (сплошные линии) и загоризонтной РЛС (кружочки). В результате анализа этого графика иностранные специалисты пришли к выводу, что данные, полученные от обоих источников, согласуются вполне удовлетворительно.
Рис 1. График изменения дальностей до самолётов во времени, полученный с помощью средств центров управлении полетами (сплошные линии) и загоризонтной РЛС (кружочки)
Высоту полета самолётов предполагается определять по данным самолётных радиолокационных высотомеров, поступающим на РЛС от специальных бортовых ответчиков КВ диапазона. Считается, что с их помощью можно будет решать задачи опознавания самолётов и частично обеспечивать дальнюю связь с ними.
Для управления воздушным движением над Атлантическим океаном потребуется построить две - одну в США, а другую в Испании (рис. 2).
Рис. 2. Схема размещения загоризонтных РЛС для обеспечения управления воздушным движением над Атлантикой
Состояние моря может оцениваться с помощью выделения из спектра доплеровских частот отраженного сигнала его низкочастотной части, содержащей нужную информацию о высоте волн и направлении их движения (соответственно и направление ветра) в интересующем районе. Практическая проверка такой возможности проводится на о. Сан-Клименто (штат Калифорния). При этом изучается применение этих РЛС для определения высоты, направления движения волн, измерения параметров поверхностных течений и оценивается возможность использования сигналов, отраженный от морской поверхности, в качестве эталонов для калибровки самих станций.
Необходимость в такой калибровке возникает в связи с тем, что потеря энергии при распространении сильно изменяется во времени и не подлежит прогнозу, а поэтому является следствием ошибок измерений. В экспериментах по оценке возможности использования отраженных сигналов для калибровки загоризонтных РЛС применялась станция, излучающая сигналы одновременно более чем на 100 частотах (в диапазоне 2-25 МГц), и осуществлялась когерентная обработка отраженных сигналов, принятых на каждой частоте. Мощность передатчика в импульсе составляла 75 кВт при длительности импульсов 20, 50 и 100 мкс и частоте их повторения 200 Гц.
Рис. 3. Карта метеорологической обстановки в Атлантике 31 августа 1972 года по данным метеорологических станций и загоризонтной РЛС (шкала расстояний от РЛС по азимуту 107" дана в морских милях). На стрелках направления ветра каждая поперечная черточка обозначает скорость ветра 10 узлов, а половина черточки - 5 узлов.
Изучение возможности загоризонтных РЛС для оценки состояния моря и измерения параметров поверхностных течений проводились в США с помощью РЛС «Мадре», работавшей на частоте 16,6 и 22,9 МГц при длительности импульса 500 и 800 мкс и частоте повторения импульсов 22,5 и 11 Гц. При использовании слоя Е обеспечивался обзор на расстояниях 800 - 2200 км, а при использовании слоя F - 3700 км и более. Результаты сравнительной оценки состояния погоды в Атлантическом океане (между США, Европой и Африкой) приведены на рис. 3. Американские специалисты считают, что эти результаты подтверждают возможность использования загоризонтных РЛС для определения состояния моря, а также направления и скорости ветра в интересующих районах океана. Дальнейшие работы было рекомендовано направить на повышение точности измерений и совершенствование техники.