Целта на радара. Радарни станции: история и основни принципи на работа. Точност на определяне на координатите по обхват

Съвременните войни се отличават със своята бързина и преходност. Често победителите в бойните сблъсъци са тези, които първи са открили потенциални заплахи и са реагирали по съответния начин. Вече осемдесет години радарните методи се използват за разузнаване и разпознаване на противника в морето и на сушата, както и във въздушното пространство.

Те се основават на излъчване на радиовълни с регистриране на техните отражения от голямо разнообразие от обекти. Инсталациите, които изпращат и приемат такива сигнали, са модерни радарни станции или радари. Понятието "радар" идва от английското съкращение - RADAR. Появява се през 1941 г. и отдавна е включен в езиците на света.

Появата на радара беше забележително събитие. В съвременния свят е почти невъзможно да се направи без радарни станции. Без тях не могат авиацията, навигацията, хидрометеорологичният център, КАТ и т. н. Освен това радарният комплекс намира широко приложение в космическите технологии и в навигационните системи.

Радар на военна служба

И все пак най-много военните харесаха радарите. Освен това тези технологии първоначално са създадени за военна употреба и са били внедрени на практика преди Втората световна война. Всички големи държави активно използваха радари за откриване на вражески кораби и самолети. Освен това използването им реши изхода на много битки.

Към днешна дата новите радиолокационни станции се използват в много широк спектър от военни задачи. Това включва проследяване на междуконтинентални балистични ракети и артилерийско разузнаване. Всички самолети, хеликоптери, военни кораби имат собствен радар. Радарите обикновено са в основата на системите за противовъздушна отбрана.

Как работят радарите

Местоположението е определението за това къде се намира нещо. По този начин радарът е откриване на обекти или обекти в космоса с помощта на радиовълни, които се излъчват и приемат от радар или радар. Принципът на действие на първичните или пасивните радари се основава на предаването в космоса на радиовълни, отразени от обекти и върнати към тях под формата на отразени сигнали. След като ги анализират, радарите откриват обекти в определени точки в пространството, техните основни характеристики под формата на скорост, височина и размер. Всички радари са сложни радиотехнически устройства, съставени от много елементи.

Съвременен радиолокационен комплекс

Всеки радар се състои от три основни елемента:

• предаватели на сигнали;
• антени;
• Приемници.

От всички радарни станции има специално разделение на две големи групи:

• пулс;
• Непрекъснато действие.

Импулсните радарни предаватели излъчват електромагнитни вълни за кратки периоди от време (части от секундата). Следващите сигнали се изпращат само когато първите импулси се върнат и ударят приемниците. Скоростите на повторение на импулса също са най-важните характеристики. Така че нискочестотните радари изпращат повече от сто импулса в рамките на минута.

Импулсните радарни антени работят като предаватели и приемници. Веднага щом сигналите изчезнат, предавателите се изключват за известно време и приемниците се включват. След тяхното приемане настъпват обратни процеси.

Импулсните радари имат своите предимства и недостатъци. Те могат да определят обсега на няколко цели едновременно. Такива радари могат да имат по една антена, а индикаторите им са доста прости.

Излъчваните сигнали обаче трябва да са с висока мощност. Всички съвременни радари за проследяване имат импулсна схема. Импулсните радарни станции обикновено използват магнетрони или тръби с пътуващи вълни като източници на сигнал.

Импулсни радарни системи

Радарните антени фокусират и насочват електромагнитни сигнали, както и улавят отразени импулси и ги предават на приемниците. В някои радари сигналите могат да се приемат и предават с помощта на различни антени, разположени на големи разстояния една от друга. Радарните антени могат да излъчват електромагнитни вълни в кръг или да работят в определени сектори.

Радарните лъчи могат да бъдат насочени спирално или да имат форма на конус. Ако е необходимо, радарите могат да проследяват движещи се цели и през цялото време да насочват антени към тях с помощта на специални системи. Приемниците обработват получените данни и ги предават на екраните на операторите.

Един от основните недостатъци в работата на импулсните радари са смущенията, идващи от неподвижни обекти, от земната повърхност, планини, хълмове. По този начин бордовите импулсни радари в процеса на работа в самолета ще получават сенки от сигнали, отразени от земната повърхност. Наземните или корабните радарни системи идентифицират тези проблеми в процеса на откриване на цели, които летят на ниски височини. За да се елиминира такава намеса, се използва ефектът на Доплер.

Непрекъснат радар

Непрекъснатите радари работят чрез постоянно излъчване на електромагнитни вълни и използват ефекта на Доплер. Неговият принцип е, че честотите на електромагнитните вълни, отразени от обекти, приближаващи се до източници на сигнал, ще бъдат по-високи, отколкото от отдалечаващи се обекти. В този случай честотите на излъчваните импулси остават непроменени. Такива радари не откриват неподвижни обекти; техните приемници улавят само вълни с честоти над или под излъчваните.

Основният недостатък на радарите с непрекъснато действие е невъзможността им да определят разстояния до обекти. При работата им обаче няма смущения от неподвижни обекти между радарите и целите или зад тях. Освен това доплеровите радари имат сравнително просто устройство, което ще има достатъчно сигнали с ниска мощност, за да функционира. Освен това съвременните радари с непрекъснато излъчване имат способността да определят разстояния до обекти. За целта се прилагат промени в честотите на радарите в процеса на тяхното действие.

Известни са и т. нар. вторични радари, използвани в авиацията за идентифициране на самолети. В такива радарни системи има и самолетни транспондери. По време на излагане на самолета на електромагнитни сигнали, транспондерите предоставят допълнителни данни, като надморска височина, маршрут, номер на самолета и националност.

Разновидности на радарни станции

Радарите могат да бъдат разделени по дължината и честотата на вълните, върху които работят. По-специално, когато се изучава земната повърхност и при работа на дълги разстояния се използват вълни от 0,9-6 м и 0,3-1 м. При контрола на въздушното движение се използват радари с дължина на вълната 7,5-15 см, а в захоризонтни радари в станции за откриване на изстрелвания на ракети се използват 10-100-метрови вълни.

Из историята на развитието на радара

Идеята за използване на радар възниква след откриването на радиовълните. И така, през 1905 г. служител на Siemens, Кристиан Хюлсмайер, създава устройство, което с помощта на радиовълни може да открие наличието на големи метални предмети. Изобретателят предложи да се инсталират такива устройства на кораби, за да се избегнат сблъсъци, например в мъгла. От спедиторските компании обаче не са проявили интерес към новото устройство.

Радарни изследвания са извършени и на територията на Русия. И така, в края на 19 век руският учен Попов открива, че наличието на метални предмети пречи на разпространението на радиовълните.

В началото на двадесетте години американските инженери Албърт Тейлър и Лео Йънг откриват преминаващ кораб с помощта на радиовълни. Въпреки това, поради факта, че радиотехническата индустрия по това време е била неразвита, не е било възможно да се създадат радарни станции в промишлен мащаб.

През 30-те години в Англия започва производството на първите радарни станции, с помощта на които ще се решават практически проблеми. Това оборудване беше изключително обемисто и можеше да се монтира както на земята, така и на големи кораби. Едва през 1937 г. е създаден първият миниатюрен радар, който може да бъде инсталиран на самолети. В резултат на това преди Втората световна война британците разполагат с широка мрежа от радарни станции, наречени Chain Home.

Радари от Студената война

Понякога студена войнав Съединените щати и в Съветския съюз се появи нов тип разрушително оръжие. Разбира се, това беше появата на междуконтиненталните балистични ракети. Навременното откриване на изстрелванията на такива ракети беше жизненоважно.

Съветският учен Николай Кабанов предложи идеята за използване на къси радиовълни за откриване на вражески самолети на значителни разстояния (до 3000 км). Всичко беше достатъчно просто. Ученият успя да установи, че 10-100-метровите радиовълни имат предразположеност към отражение от йоносферата.

Така при облъчване на цели на земната повърхност те също се връщат обратно към радарите. По-късно, въз основа на тази идея, учените успяха да разработят радари със задхоризонтно откриване на изстрелвания на балистични ракети. Пример за такива инсталации може да бъде "Дарял" - радарна станция. В продължение на десетилетия той беше в основата на съветските системи за предупреждение за изстрелване на ракети.

Към днешна дата най-обещаващата посока в развитието радарни системисчита се за създаване на радарни станции с фазирани антенни решетки (PAR). Такива устройства имат не един, а стотици излъчватели на радиовълни. Цялото им функциониране се управлява от мощни компютри. Радиовълните, излъчвани от различни източници в PAR, могат да се усилват една по една или обратно, когато са във фаза или отслабени.

На радарните сигнали с фазова решетка може да се придаде всяка желана форма. Те могат да се движат в пространството при липса на промени в позициите на самите антени, а също така работят при различни честоти на излъчване. Радарите с фазова решетка се считат за по-надеждни и по-чувствителни от същите устройства с конвенционални антени.

Такива радари обаче имат и недостатъци. от най-много големи проблемив радарните станции с ФАРОВЕ са им системи за охлаждане. Освен това такива радарни инсталации са изключително сложни в производствения процес, както и много скъпи.

Радарни комплекси с ПАР

За новите РЛС с фазова решетка се знае, че те вече се монтират на изтребители от пето поколение. Такива технологии се използват в американските системи за ранно предупреждение за ракетни атаки. На "Армата" трябва да се монтират радарни системи с ФАРОВЕ - най-новите танкове Руско производство. Много експерти отбелязват, че Руската федерация е един от световните лидери по успешно разработване на радиолокационни станции с фазирана решетка.

Принципът на работа на импулсен радар може да бъде разбран, като се разгледа „Опростена блокова схема на импулсен радар (фиг. 3.1, слайд 20, 25 ) и графики, обясняващи работата на импулсен радар (фиг. 3.2, слайд 21, 26 ).

Работата на импулсен радар се разглежда най-добре от блока за синхронизация (блок за изстрелване) на станцията. Този блок задава "ритъма" на работа на станцията: задава честотата на повторение на сондиращите сигнали, синхронизира работата на индикаторното устройство с работата на предавателя на станцията. Синхронизаторът генерира краткотрайни пикови импулси И запс определена честота на повторение T П. Структурно синхронизаторът може да бъде направен под формата на отделна единица или да представлява едно цяло с модулатора на станцията.

Модулатор контролира работата на микровълновия генератор, включва и изключва. Модулаторът се задейства от импулси на синхронизатор и генерира мощни правоъгълни импулси с необходимата амплитуда U ми продължителност τ и. Микровълновият генератор се включва само при наличие на модулаторни импулси. Честотата на превключване на микровълновия генератор и следователно честотата на повторение на пробните импулси се определя от честотата на импулсите на синхронизатора T П. Продължителността на работа на микровълновия генератор при всяко включване (т.е. продължителността на сондиращия импулс) зависи от продължителността на формирането на импулса в модулатора τ и. Продължителност на импулса на модулатора τ иобикновено възлиза на единици микросекунди, а паузите между тях са стотици и хиляди микросекунди.

Под действието на напрежението на модулатора микровълновият генератор генерира мощни радиоимпулси U ген, чиято продължителност и форма се определят от продължителността и формата на импулсите на модулатора. Високочестотните трептения, тоест сондиращи импулси от микровълновия генератор, влизат в антената през превключвателя на антената. Честотата на трептене на радиоимпулсите се определя от параметрите на микровълновия генератор.

Антенен превключвател (AP) осигурява възможност за работа на предавателя и приемника на една обща антена. По време на генерирането на сондиращия импулс (µs) той свързва антената към изхода на предавателя и блокира входа на приемника, а през останалото време (време на пауза - стотици, хиляди µs) свързва антената към входа на приемника и го изключва от предавателя. В импулсен радар автоматичните високоскоростни превключватели се използват като превключватели на антената.

Антената преобразува микровълновите трептения в електромагнитна енергия (радиовълни) и я фокусира в тесен лъч. Сигналите, отразени от целта, се приемат от антената, преминават през превключвателя на антената и се подават към входа на приемника U с, където те се избират, усилват, детектират и подават през оборудването против смущения към индикаторни устройства.

Оборудването против смущения се активира само ако има пасивни и активна намеса. Това оборудване ще бъде разгледано подробно в тема 7.

Индикаторното устройство е крайно устройство на радара и служи за показване и четене на радарна информация. Електрическата верига и конструкцията на индикаторните устройства се определят от практическото предназначение на станцията и могат да бъдат много различни. Например, за радарно откриване с помощта на индикаторни устройства трябва да се възпроизведе въздушната обстановка и да се определят координатите на целите D и β. Тези индикатори се наричат ​​индикатори за околна видимост (PPI). Индикаторите за надморска височина се използват в радари за измерване на надморска височина (висотомери). Индикаторите за обхват измерват само обхвата до целта и се използват за контролни цели.

За точно определяне на диапазона е необходимо да се измери интервалът от време T ч(десетки и стотици микросекунди) с висока точност, т.е. необходими са устройства с много ниска инерция. Следователно, в индикаторите за обхват, катодни лъчеви тръби (CRT) се използват като измервателни инструменти.

Забележка. Принципът на измерване на обхвата беше изучен в урок 1, следователно, когато изучавате този въпрос, основното внимание трябва да се обърне на формирането на размах на PPI.

Същността на измерването на обхвата (време на забавяне T ч) използването на CRT може да се обясни с примера за използване на линейно движение в тръба с електростатично контролиран електронен лъч.

С линеен размах в CRT, електронен лъч под действието на размахващо напрежение U Рпериодично се движи с постоянна скорост по права линия отляво надясно (фиг. 1.7, слайд 9, 12 ). Напрежението за почистване се генерира от специален генератор за почистване, който се задейства от същия импулс на синхронизатора като модулатора на предавателя. Следователно движението на лъча през екрана започва всеки път, когато се изпрати сондиращият импулс.

Когато използвате маркировката за височина на целта, отразеният сигнал, идващ от изхода на приемника, кара лъча да се отклонява в перпендикулярна посока. Така отразеният сигнал може да се види на екрана на тръбата. Колкото по-далеч е целта, толкова повече време минава, докато се появи отразеният импулс и колкото по-надясно лъчът има време да се движи по линията на сканиране. Очевидно всяка точка от сканиращата линия съответства на определен момент на пристигане на отразения сигнал и следователно на определена стойност на диапазона.

Радарите, работещи в режим на кръгов обзор, използват индикатори за кръгов обзор (PICO) и CRT с електромагнитно отклонение на лъча и маркировка за яркост. Радарната антена с тесен лъч (DN) се премества от механизма за въртене на антената в хоризонталната равнина и "гледа" околното пространство (фиг. 3.3, слайд,

При PPI линията на обхвата на обхвата се върти по азимут синхронно с антената и началото на движението на електронния лъч от центъра на тръбата в радиална посока съвпада с момента на излъчване на сондиращия импулс. Синхронното въртене на размаха на IKO с радарната антена се извършва с помощта на силово синхронно задвижване (SSP). Сигналите за отговор се показват на екрана на индикатора под формата на маркировка за яркост.

PPI ви позволява едновременно да определите обхвата ди азимут β цели. За удобство при броене на PPI екрана по електронен пътприлагат се маркировки на скалата на разстоянието, имащи формата на кръгове и маркировки на азимутната скала под формата на ярки радиални линии (фиг. 3.3, слайд, 8, 27 ).

Забележка. С помощта на телевизор и телевизионна карта поканете учениците да определят координатите на целите. Посочете мащаба на индикатора: маркировките за обхват следват след 10 км, маркировките за азимут - след 10 градуса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

(пързалка 28)

Определянето на разстоянието до обект с импулсен метод се свежда до измерване на времето на забавяне T ч на отразения сигнал спрямо сондиращия импулс. Моментът на излъчване на сондиращия импулс се приема като начало на времето за разпространение на радиовълната.

Предимства на импулсния радар:

удобство за визуално наблюдение едновременно на всички цели, облъчени от антената под формата на маркировки на екрана на индикатора;

алтернативната работа на предавателя и приемника ви позволява да използвате една обща антена за предаване и приемане.

Втори учебен въпрос.

Основни показатели на импулсния метод

Основните показатели на импулсния метод са (слайд 29) :

Еднозначно определен максимален обхват, д;

разделителна способност на диапазона, δD;

минимален откриваем обхват, д мин .

Нека да разгледаме тези показатели.

Недвусмислен максимален обхват

Максималният обхват на радара се определя от основната радарна формула и зависи от параметрите на радара.

Еднозначността на определяне на разстоянието до обекта зависи от периода на повторение на сондиращите импулси T П. Освен това този въпрос е формулиран по следния начин.

Максималният обхват на радара е 300 км. Определете времето на забавяне до цел, разположена в този диапазон

Периодът на повторение на пробните импулси е избран да бъде 1000 μs. Определете обхвата до целта, времето на забавяне на което е равно на T П

Във въздушното пространство има две цели: цел № 1 на разстояние 100 км и цел № 2 на разстояние 200 км. Как ще изглеждат маркировките от тези цели на радарния индикатор (фиг. 3.4, слайд 22, 30 ).

При сондиране на пространството с импулси с период на повторение от 1000 μs, марката от цел № 1 ще се показва на разстояние 50 км, тъй като след обхват от 150 км ще започне нов период на обхват и далечната цел ще даде знак в началото на скалата (на разстояние 50 км). Измереният диапазон не отговаря на реалния.

Как да премахнем двусмислието при определяне на диапазона?

След като обобщите отговорите на учениците, направете заключение:

За недвусмислено определяне на обхвата е необходимо да изберете периода на повторение на сондиращите импулси в съответствие с определения максимален обхват на радара, т.е.

За даден обхват от 300 km периодът на повторение на пробните импулси трябва да бъде по-голям от 2000 μs или честотата на повторение трябва да бъде по-малка от 500 Hz.

В допълнение, максималният определен обхват зависи от ширината на лъча, скоростта на въртене на антената и необходимия брой импулси, отразени от целта при едно завъртане на антената.

Разделителната способност на обхвата (δD) е минималното разстояние между две цели, разположени на същия азимут и ъгъл на издигане, при което отразените от тях сигнали се наблюдават на екрана на индикатора все още отделно(фиг. 3.5, слайд 23, 31, 32 ).

За дадена продължителност на сондиращия импулс τ ии разстояние между целите ∆D 1 цели #1 и #2 се облъчват отделно. Със същата продължителност на импулса, но с разстояние между целите ∆D 2 мишени #3 и #4 се облъчват едновременно. Следователно в първия случай PPI ще се виждат на екрана поотделно, а във втория случай ще се виждат заедно. От това следва, че за отделно приемане на импулсни сигнали е необходимо интервалът от време между моментите на тяхното приемане да бъде по-голям от продължителността на импулса τ и (∆ T > τ и )

Минимална разлика (D 2 - Д 1 ), при които целите се виждат на екрана отделно, по дефиниция има разделителна способност на обхват δD, Следователно

В допълнение към продължителността на импулса τ иразделителната способност на обхвата на станцията се влияе от разделителната способност на индикатора, която се определя от скалата на сканиране и минималния диаметър на светлинното петно ​​на CRT екрана ( д П ≈ 1 мм). Колкото по-голям е мащабът на обхвата и толкова по-добро е фокусирането на CRT лъча, толкова по-добререзолюция на индикатора.

В общия случай разделителната способност на радара по обхвата е равна на

където δD ие разделителната способност на индикатора.

По-малкото δD , толкова по-добра е резолюцията. Обикновено разделителната способност на обхвата на радара е δD= (0,5...5) km.

За разлика от разделителната способност в обхват, разделителната способност в ъглови координати (по азимут δβ и надморска височина δε ) не Зависи от радарния метод и се определя от ширината на диаграмата на антената в съответната равнина, която обикновено се измерва при ниво на половин мощност.

Разделителна способност на радара по азимут δβ относное равно на:

δβ относно = φ 0.5r относно + δβ и относно ,

където φ 0.5r относно– ширина на лъча при половин мощност в хоризонталната равнина;

δβ и относно- азимутална разделителна способност на индикаторното оборудване.

Възможностите с висока разделителна способност на радара позволяват отделно наблюдение и определяне на координатите на близко разположени цели.

Минималният откриваем обхват е най-малкото разстояние, на което станцията все още може да открие цел. Понякога пространството около станцията, в което не се откриват цели, се нарича "мъртва" зона. (пързалка 33 ).

Използването на една антена в импулсен радар за предаване на звукови импулси и получаване на отразени сигнали изисква изключване на приемника за продължителността на звуковия импулс τ u. Следователно отразените сигнали, постъпващи към станцията в момента, когато нейният приемник не е свързан с антената, няма да бъдат приети и регистрирани на индикаторите. Продължителността на времето, през което приемникът не може да получи отразени сигнали, се определя от продължителността на сондиращия импулс τ uи времето, необходимо за превключване на антената от предаване към приемане след излагане на пробния импулс на предавателя T в .

Знаейки това време, стойността на минималния диапазон д мин импулсен радар може да се определи по формулата

където τ u- продължителност на импулса на радарното сондиране;

T в- време за включване на приемника след края на сондиращия импулс на предавателя (единици - μs).

Например. При τ u= 10 µs д мин = 1500 м

при τ u= 1 µs д мин = 150 м.

Трябва да се има предвид, че с увеличаване на радиуса на "мъртвата" зона д мин води до наличието на екрана на индикатор, отразен от местни обекти и ограничените граници на въртене на антената по височина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Импулсният метод на радара е ефективен при измерване на разстоянията на обекти, разположени на големи разстояния.

Трети учебен въпрос

Метод на непрекъснато облъчване

Наред с използването на импулсния метод, радарът може да се извършва с помощта на инсталации с непрекъснато излъчване на енергия. С непрекъснатия метод на излъчване е възможно да се изпрати голямо количество енергия към целта.

Наред с предимството на енергийния ред, методът на непрекъснатото излъчване отстъпва на импулсния метод по редица показатели. В зависимост от това кой параметър на отразения сигнал служи като основа за измерване на разстоянието до целта, с непрекъснат радарен метод има:

фазов (фазометричен) метод на радар;

честотен метод на радар.

Възможни са и комбинирани методи на радар, по-специално импулсно-фазов и импулсно-честотен.

С фазовия метод радар за разстоянието до целта до целта се съди по фазовата разлика на излъчените и получените отразени трептения. Първите фазово-метрични методи за измерване на разстоянието са предложени и разработени от академиците Л. И. Манделщам и Н. Д. Папалекси. Тези методи са намерили приложение в авиационни радионавигационни системи с дълги вълни.

С честотния метод При радара разстоянието до целта се оценява по честотата на биене между директния и отразения сигнал.

Забележка. Студентите изучават тези методи самостоятелно. Литература: Слуцки В.З. Импулсна техника и основи на радара. стр. 227-236.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Определянето на разстоянието до обект с импулсен метод се свежда до промяна на времето на забавяне t rec на отразения сигнал спрямо сондиращия импулс.

За еднозначното определяне на разстоянието до обекта е необходимо t zap.max ≤ T p.

Разделителната способност на обхвата δD е толкова по-добра, колкото по-кратка е продължителността на сондиращия импулс τ u .

Да започнем отначало – какво е радар и защо е необходим? На първо място бих искал да отбележа, че радарът е определен клон на радиотехниката, който помага при определянето на различните характеристики на околните обекти. Действието на радара е насочено към подаване на радиовълни от обект към устройството.

Радар, радарна станция е определен набор от различни устройства и устройства, които ви позволяват да наблюдавате обекти. Радиовълните, които се подават от радара, могат да открият изследваната цел и да направят подробен анализ на нея. Радиовълните се пречупват и като че ли "рисуват" образа на обекта. Радарните станции могат да работят при всякакви метеорологични условия и перфектно да откриват всякакви обекти на земята, във въздуха или във водата.

Принципи на работа на радара

Системата за действие е проста. Радиовълните от станцията се изпращат към обекти, когато се срещнат с тях, вълните се пречупват и отразяват обратно към радара. Това се нарича радио ехо. За откриване на това явление в станцията са инсталирани радиопредаватели и радиоприемници, които имат висока чувствителност. Преди това, преди няколко години, радарните станции изискваха огромни разходи. Но не точно сега. За правилната работа на устройствата и дефинирането на обекти е необходимо много малко време.

Всички радарни операции се основават не само на отразяването на вълните, но и на тяхното разсейване.

Къде може да се използва радар?

Обхватът на радарните системи е доста широк.

• Първият клон ще бъде военният. Използва се за идентифициране на наземни, водни и въздушни цели. Радарите извършват контрол и проучване на територията.
• Селско и горско стопанство. С помощта на такива станции специалистите провеждат изследвания за изследване на почвата и растителността, както и за откриване на различни видове пожари.
• Метеорология. Проучване на състоянието на атмосферата и правене на прогнози въз основа на получените данни.
• Астрономия. Учените използват радарни станции за изследване на отдалечени обекти, пулсари и галактики.

Радар в автомобилната индустрия

От 2017 г. в MAI се извършват разработки, насочени към създаване на малогабаритна радарна станция за безпилотни превозни средства. Такива малки бордови превозни средства могат да бъдат монтирани във всяка кола в близко бъдеще. През 2018 г. вече се тестват нестандартни радари за безпилотни летателни апарати. Планира се такива устройства да могат да откриват земни обекти на разстояние до 60 километра, морски - до 100 километра.

Струва си да припомним, че през 2017 г. беше въведен и малогабаритен бордови двулентов радар. Уникалното устройство е предназначено да открива различни видове предмети и предмети при всякакви условия.

Съвременната война е бърза и мимолетна. Често победител в бойна среща е този, който пръв успее да открие потенциална заплаха и да отговори адекватно на нея. Повече от седемдесет години за търсене на врага по суша, море и във въздуха се използва радарният метод, базиран на излъчването на радиовълни и регистрирането на техните отражения от различни обекти. Устройствата, които изпращат и приемат такива сигнали, се наричат ​​радарни станции или радари.

Терминът "радар" е английско съкращение (radio detection and ranging), което е пуснато в обращение през 1941 г., но отдавна се е превърнало в самостоятелна дума и е навлязло в повечето световни езици.

Изобретяването на радара, разбира се, е забележително събитие. Модерен святтрудно е да си го представим без радарни станции. Използват се в авиацията, в морския транспорт, с помощта на радар се прогнозира времето, идентифицират се нарушителите на правилата. трафик, се сканира земната повърхност. Радарните системи (RLK) са намерили своето приложение в космическата индустрия и в навигационните системи.

Все пак радарите се използват най-широко във военните дела. Трябва да се каже, че тази технология първоначално е създадена за военни нужди и е достигнала етапа на практическо прилагане точно преди началото на Втората световна война. Всички големи страни, участващи в този конфликт, активно (и не без резултат) използваха радиолокационни станции за разузнаване и откриване на вражески кораби и самолети. С увереност може да се твърди, че използването на радари реши изхода на няколко значими битки както в Европа, така и в Тихоокеанския театър на военните действия.

Днес радарите се използват за решаване на изключително широк спектър от военни задачи - от проследяване на изстрелване на междуконтинентални балистични ракети до артилерийско разузнаване. Всеки самолет, хеликоптер, военен кораб има собствена радарна система. Гръбнакът на системата са радарите противовъздушна отбрана. Най-новата радарна система с фазирана антенна решетка ще бъде монтирана на перспективен руски танк "Армата". Като цяло разнообразието от съвременни радари е невероятно. Това са напълно различни устройства, които се различават по размер, характеристики и предназначение.

С увереност може да се каже, че днес Русия е един от признатите световни лидери в разработването и производството на радари. Въпреки това, преди да говорим за тенденциите в развитието на радарните системи, трябва да кажем няколко думи за принципите на работа на радарите, както и историята на радарните системи.

Как работи радарът

Местоположението е метод (или процес) за определяне на местоположението на нещо. Съответно радарът е метод за откриване на обект или обект в космоса с помощта на радиовълни, които се излъчват и приемат от устройство, наречено радар или радар.

Физическият принцип на действие на първичния или пасивния радар е доста прост: той предава радиовълни в космоса, които се отразяват от околните обекти и се връщат към него под формата на отразени сигнали. Анализирайки ги, радарът е в състояние да открие обект в определена точка на пространството, както и да покаже основните му характеристики: скорост, височина, размер. Всеки радар е сложно радиотехническо устройство, състоящо се от много компоненти.

Структурата на всеки радар включва три основни елемента: предавател на сигнал, антена и приемник. Всички радарни станции могат да бъдат разделени на две големи групи:

• импулс;
• непрекъснато действие.

Импулсният радарен предавател излъчва електромагнитни вълни за кратък период от време (части от секундата), следващият сигнал се изпраща само след като първият импулс се върне обратно и удари приемника. Честотата на повторение на импулса е една от най-важните характеристики на радара. Нискочестотните радари изпращат няколкостотин импулса в минута.

Импулсната радарна антена работи както за приемане, така и за предаване. След излъчване на сигнала предавателят се изключва за известно време и приемникът се включва. След получаването му протича обратният процес.

Импулсните радари имат както недостатъци, така и предимства. Те могат да определят обхвата на няколко цели наведнъж, такъв радар може лесно да направи с една антена, индикаторите на такива устройства са прости. В този случай обаче сигналът, излъчван от такъв радар, трябва да има доста висока мощност. Може да се добави, че всички съвременни радари за проследяване са направени по импулсна схема.

Импулсните радарни станции обикновено използват магнетрони или тръби с пътуваща вълна като източник на сигнал.

Радарната антена фокусира електромагнитния сигнал и го насочва, улавя отразения импулс и го предава на приемника. Има радари, при които приемането и предаването на сигнал се извършват от различни антени и те могат да бъдат разположени на значително разстояние една от друга. Радарната антена може да излъчва електромагнитни вълни в кръг или да работи в определен сектор. Лъчът на радара може да бъде насочен спираловидно или да има форма на конус. При необходимост радарът може да проследи движеща се цел, като постоянно насочва антената към нея с помощта на специални системи.

Функциите на приемника включват обработка на получената информация и прехвърлянето й към екрана, от който се чете от оператора.

В допълнение към импулсните радари има и радари с непрекъсната вълна, които постоянно излъчват електромагнитни вълни. Такива радарни станции използват в работата си ефекта на Доплер. Това се крие във факта, че честотата на електромагнитната вълна, отразена от обект, който се приближава към източника на сигнал, ще бъде по-висока, отколкото от отдалечаващ се обект. Честотата на излъчвания импулс остава непроменена. Радари от този тип не фиксират неподвижни обекти, техният приемник улавя само вълни с честота над или под излъчваната.

Типичният доплеров радар е радарът, използван от пътната полиция за определяне на скоростта на превозните средства.

Основният проблем на непрекъснатите радари е невъзможността да се използват за определяне на разстоянието до обекта, но по време на тяхната работа няма смущения от неподвижни обекти между радара и целта или зад нея. Освен това доплеровите радари са доста прости устройства, които изискват сигнали с ниска мощност, за да работят. Трябва също да се отбележи, че съвременните радарни станции с непрекъснато излъчване имат способността да определят разстоянието до обекта. За да направите това, използвайте промяната на честотата на радара по време на работа.

Един от основните проблеми при работата на импулсните радари е смущението, което идва от неподвижни обекти - като правило това е земната повърхност, планини, хълмове. По време на работата на бордовите импулсни самолетни радари всички обекти, разположени отдолу, са „затъмнени“ от сигнала, отразен от земната повърхност. Ако говорим за наземни или корабни радарни системи, тогава за тях този проблем се проявява в откриването на цели, летящи на ниски височини. За да се елиминира такава намеса, се използва същият ефект на Доплер.

В допълнение към първичните радари има така наречените вторични радари, които се използват в авиацията за идентифициране на самолети. Съставът на такива радарни системи, в допълнение към предавателя, антената и приемника, включва и самолетен транспондер. При облъчване с електромагнитен сигнал транспондерът издава Допълнителна информацияза надморска височина, маршрут, номер на борда, националността му.

Също така, радарните станции могат да бъдат разделени по дължината и честотата на вълната, на която работят. Например, за изследване на повърхността на Земята, както и за работа на значителни разстояния, се използват вълни от 0,9-6 m (честота 50-330 MHz) и 0,3-1 m (честота 300-1000 MHz). За управление на въздушното движение се използва радар с дължина на вълната 7,5-15 см, а задхоризонтните радари на станциите за откриване на изстрелване на ракети работят на вълни с дължина на вълната от 10 до 100 метра.

История на радара

Идеята за радар възниква почти веднага след откриването на радиовълните. През 1905 г. Кристиан Хюлсмайер, служител на немската компания Siemens, създава устройство, което може да открива големи метални предмети с помощта на радиовълни. Изобретателят предложи да се инсталира на кораби, за да могат да избягват сблъсъци при условия на лоша видимост. Корабните компании обаче не се интересуваха от новото устройство.

Експерименти с радар са провеждани и в Русия. Още в края на 19 век руският учен Попов открива, че металните предмети пречат на разпространението на радиовълните.

В началото на 20-те години на миналия век американските инженери Албърт Тейлър и Лео Йънг успяват да открият преминаващ кораб с помощта на радиовълни. Състоянието на радиотехническата индустрия от онова време обаче беше такова, че беше трудно да се създадат индустриални модели на радарни станции.

Първите радарни станции, които могат да се използват за решаване на практически проблеми, се появяват в Англия около средата на 30-те години на миналия век. Тези устройства бяха много големи и можеха да се монтират само на сушата или на палубата на големи кораби. Едва през 1937 г. е създаден миниатюрен прототип на радар, който може да бъде инсталиран на самолет. До началото на Втората световна война британците разполагат с разгърната верига от радарни станции, наречени Chain Home.

Ангажиран в нова обещаваща посока в Германия. И, трябва да кажа, не без успех. Още през 1935 г. на главнокомандващия на германския флот Редер е показан работещ радар с катодно-лъчев дисплей. По-късно на негова база са създадени производствени модели на радара: Seetakt за военноморските сили и Freya за противовъздушната отбрана. През 1940 г. радарната система за управление на огъня на Вюрцбург започва да навлиза в германската армия.

Но въпреки очевидните постижения на немските учени и инженери в областта на радара, германската армия започна да използва радар по-късно от британската. Хитлер и върхът на Райха смятаха радарите за изключително отбранителни оръжия, от които победоносната германска армия всъщност не се нуждаеше. Поради тази причина до началото на битката за Британия германците са разположили само осем радарни станции Freya, въпреки че по отношение на техните характеристики те са поне толкова добри, колкото и британските си колеги. Като цяло може да се каже, че именно успешното използване на радара до голяма степен определи изхода от битката за Великобритания и последвалата конфронтация между Луфтвафе и съюзническите военновъздушни сили в небето на Европа.

По-късно германците, базирайки се на системата Вюрцбург, създадоха линия за противовъздушна отбрана, наречена линия Камхубер. Използвайки части от специални сили, съюзниците успяха да разгадаят тайните на германския радар, което направи възможно ефективното им заглушаване.

Въпреки факта, че британците влязоха в надпреварата с "радари" по-късно от американците и германците, на финалната линия те успяха да ги изпреварят и да доближат началото на Втората световна война с най-модерната система за радарно откриване на самолети.

Още през септември 1935 г. британците започват да изграждат мрежа от радарни станции, която вече включва двадесет радарни станции преди войната. Той напълно блокира подхода към Британските острови от европейското крайбрежие. През лятото на 1940 г. британски инженери създават резонансен магнетрон, който по-късно става основата на бордови радарни станции, инсталирани на американски и британски самолети.

Работата в областта на военния радар се извършва и в Съветския съюз. Първите успешни експерименти за откриване на самолети с помощта на радиолокационни станции в СССР са проведени още в средата на 30-те години на миналия век. През 1939 г. първият радар RUS-1 е приет на въоръжение в Червената армия, а през 1940 г. - RUS-2. И двете станции бяха пуснати в масово производство.

Второ Световна войнаясно демонстрира високата ефективност на използването на радарни станции. Ето защо, след завършването му, разработването на нови радари стана едно от приоритетните направления за развитие военна техника. С течение на времето бордовите радари бяха получени от всички военни самолети и кораби без изключение, радарите станаха основа за системите за противовъздушна отбрана.

По време на Студената война САЩ и СССР се сдобиха с ново разрушително оръжие - междуконтиненталните балистични ракети. Откриването на изстрелването на тези ракети стана въпрос на живот и смърт. Съветският учен Николай Кабанов предложи идеята за използване на къси радиовълни за откриване на вражески самолети на големи разстояния (до 3000 км). Беше съвсем просто: Кабанов откри, че радиовълните с дължина 10-100 метра могат да се отразяват от йоносферата и да облъчват цели на земната повърхност, връщайки се по същия начин към радара.

По-късно на базата на тази идея са разработени радари за задхоризонтно откриване на изстрелвания на балистични ракети. Пример за такива радари е Дарьял, радарна станция, която в продължение на няколко десетилетия беше в основата на съветската система за предупреждение за изстрелване на ракети.

В момента една от най-обещаващите области за развитие на радарната технология е създаването на радар с фазирана антенна решетка (PAR). Такива радари имат не един, а стотици излъчватели на радиовълни, които се управляват от мощен компютър. Радиовълните, излъчвани от различни източници във фазираната решетка, могат да се усилват взаимно, ако са във фаза, или, обратно, да отслабват.

Радарният сигнал с фазирана решетка може да получи всякаква желана форма, да се премества в пространството, без да променя позицията на самата антена, и да работи с различни честоти на излъчване. Радарът с фазова решетка е много по-надежден и чувствителен от конвенционалния радар с антена. Такива радари обаче имат и недостатъци: голям проблем е охлаждането на радара с фазирана решетка, освен това са трудни за производство и скъпи.

Нови радари с фазова решетка се монтират на изтребители от пето поколение. Тази технология се използва в американската система за ранно предупреждение за ракетна атака. Радарен комплексс PAR ще бъде монтиран на най-новия руски танк "Армата". Трябва да се отбележи, че Русия е един от световните лидери в разработването на PAR радари.

Ако имате въпроси - оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители ще се радваме да им отговорим.

Радарните станции се класифицират по следните критерии:

Произход на радиосигнала, получен от радарния приемник - активни радари (с активно и пасивно реагиране), полуактивни и пасивни радари;

Използваният диапазон на радиовълните (радарни декаметрови, метрови, дециметрови, сантиметрови и милиметрови диапазони);

Вид на сондиращия сигнал [радар с непрекъснато (немодулирано или честотно модулирано) и импулсно (некохерентно, кохерентно-импулсно с големи и малки коефициенти на запълване, с вътрешноимпулсна честотна или фазова модулация) излъчване];

Броят на каналите, използвани за излъчване и приемане на сигнали (едноканални и многоканални с честотно или пространствено разделение на каналите);

Броят и вида на измерените координати (едно-, дву- и трикоординатни);

Метод за измерване, показване и премахване на координатите на обекта;

Място на монтаж на радара (наземен, корабен, самолетен, спътников);

Функционалното предназначение на радара [от малки преносими радари за измерване на скоростта на превозните средства до огромни наземни радари на системите за противовъздушна отбрана (ПВО) и противоракетна отбрана (ПРО). Изброяваме основните видове наземни, корабни и самолетни радари за различни цели.

Основни видове наземни радари :

Откриване на въздушни цели и насочване на бойци по тях;

Контрол на въздушното движение (стаи за наблюдение и контрол);

Откриване и определяне на координатите на балистични ракети (БР) и изкуствени спътници на Земята (ИЗС);

Целеуказание за пунктове за управление на зенитната артилерия и насочване на зенитни управляеми ракети (ЗРК);

Управление на противовъздушна артилерия и ракети;

Откриване на хоросан;

метеорологични;

Преглед на акваторията на пристанището;

Преглед на летището;

Откриване и определяне скоростта на земно движещи се обекти.

Основни видове корабни радари :

Навигационна поддръжка;

Откриване на надводни обекти и нисколетящи самолети, определяне на техните координати;

Откриване и определяне на координатите на летящи високо самолети;

Управление на ракети и зенитна артилерия;

откриване и определяне на координатите на БР и АЕС.

Основни видове авиационен радар :

Радарни далекомери;

радиовисотомери;

Доплерови измерватели на наземна скорост и ъгъл на дрейф;

Радар за откриване на самолети и избягване на сблъсък;

Панорамно радарно изследване на земната повърхност;

радар със страничен обзор (включително тези със синтезиран отвор на антената);

радарно прихващане и насочване;

РЛС за насочване на управляеми ракети;

Радарни предпазители.

Горната класификация не включва всички видове използвани радари. Изброените типове обаче са достатъчни, за да характеризират широчината и разнообразието на използването на радиолокационни съоръжения.

1.6. Тактически характеристики на радара.

тактически назовава характеристиките на системата, изискването, на което системата трябва да отговаря, за да реши проблема. Тези изисквания са определени за разработчика на радиоелектронно оборудване. Въз основа на тактическите изисквания разработчикът допълнително определя техническите характеристики на системата като цяло и отделните устройства на нейните съставни части.

Основните тактически характеристики на радара включват:

Предназначение на системата ;

Място на монтаж ;

Съставът на измерените координати ;

Зона (област) на прегледа или работната зона на системата, определена от сектора на изглед (търсене) според измерените параметри на обекта;

зона за изгледнарича се зоната на пространството, в която системата надеждно изпълнява функциите, съответстващи на нейната цел. И така, за радар за откриване зрителното поле е област от пространството, в която обекти с дадени характеристики на отражение се откриват с вероятност не по-малка от дадена.

При работа с зоната за изглед се задават следните параметри: Р макс , Р мин ,  макс ,  мин ,  макс ,  мин .

5) време за преглед (търсене) за даден сектор или скорост на преглед; време за преглед(търсене) е времето, необходимо за един преглед на дадена зона на покритие на системата. Изборът на време за наблюдение е свързан с маневреността на наблюдаваните или контролирани обекти, обема на пространството за наблюдение, нивото на сигнала и смущенията, както и редица тактико-технически характеристики на системата.

Точност на измерване на координатите ;

точностСистемата се характеризира с грешки при измерване на координатите и параметрите на движението на обекта. Причините за грешките са несъвършенството на използвания метод и оборудване за измерване, влиянието на външни условия и радиосмущения, субективните качества на оператора, ако процесите на получаване и реализация на информация не са автоматизирани. Изискванията за точност на системата зависят от нейното предназначение. Неоправданото надценяване на изискванията за точност води до усложняване на системата, намаляване на нейната ефективност и понякога дори надеждност на работа.

Измерването на параметрите на сигнала винаги е придружено от грешки:

Систематични (появяват се при измерване на параметри на инструменти);

Случайни (появяват се от фактори, които не подлежат на отчитане. Следователно тези грешки се подчиняват на нормалния закон за разпределение).

където  хе средната квадратична грешка.

а) Разделителна способност на обхвата- числено характеризирано с минималното разстояние между две неподвижни цели, разположени в радиална посока спрямо радара, чиито сигнали все още се записват от станцията отделно. При по-малко разстояние между целите разделното им радиолокационно наблюдение става невъзможно.

Например, имаме два обекта 1 и 2. Разстоянието между тях е съответно Р 1 и Р 2 (Фиг.I.1.6)

Времето на забавяне на един t от втория обект (фиг. I.1.7):
,
.

Р разстоянието между обектите започна да намалява (фиг. I.1.8), т.е.

;
;
,

където с е мярка за разделителна способност.

б) Насочена разделителна способностчислено се характеризира с минималния ъгъл между посоките към две стационарни цели, разположени на равно разстояние спрямо радара, при който техните сигнали все още се записват отделно. Често разделителната способност се оценява отделно по азимут и надморска височина.

Тези.
и
(насочената разделителна способност е равна на половината от диаграмата на антената).

c) Резолюция на скоросттасе оценява чрез минималната разлика в скоростите на две цели, които не са определени по координати, при които техните сигнали все още се записват отделно.

Честотна лента характеризира се с броя на обектите, обслужвани от системата едновременно или за единица време. Пропускателната способност зависи от принципа на работа на системата и редица нейни тактически и технически параметрии по-специално, работна зона, точност и резолюция.

Пропускателната способност на системите за обхват, базирани на принципа на заявка и активен отговор (две комуникационни линии), е ограничена от транспондера, в който е необходимо известно време за генериране на сигнал за отговор за всяка заявка. В този случай пропускателната способност се характеризира с вероятността за обслужване на даден брой обекти за даден период на повторение на заявки от всеки от обектите, разположени в работната зона на системата;

9) Устойчивост на шум Радар - способността за надеждно изпълнение на зададените функции под въздействието на непреднамерени и организирани смущения. Шумоустойчивостта се определя от секретността на системата и нейната шумоустойчивост.

Под тайнаСистемите разбират индикатора, който характеризира трудността при откриване на неговата работа и измерване на основните параметри на излъчения радиосигнал и, следователно, създаването на специално организирани (насочени) смущения. Стелтът се осигурява чрез използването на силно насочено излъчване, използването на шумоподобни сигнали с ниско ниво на мощност и промяната на основните параметри на сигнала с течение на времето.

Количествено определяне шумоустойчивостРадарът е отношението сигнал/шум на входа на приемника, при което грешката на измерване на даден параметър не надвишава допустимата с необходимата вероятност; за радарно откриване, в случая откриване на сигнал с даден R" 0 при допустими стойности на вероятността за фалшива тревога. Необходимата шумоустойчивост се постига чрез рационален избор на параметрите на радиосигнала на системата, както и характеристиките на лъча и устройствата за приемане и обработка на сигнала.

10) Надеждност - свойството на обекта да поддържа във времето в установените граници стойностите на параметрите, които характеризират способността за изпълнение на необходимите функции при определени режими и условия на използване, съхранение и транспортиране.

В зависимост от причините, причиняващи неизправности в системата, се разграничават следните видове надеждност:

Хардуер, свързан със състоянието на хардуера;

Софтуер, дължащ се на състоянието на програмите на изчислителните устройства, използвани в системата;

Функционална, т.е. надеждността на изпълнението на отделни функции, възложени на системата, и по-специално извличането и обработката на информация. В този смисъл шумоустойчивостта може да бъде свързана и с функционалната надеждност на радиосистемата.

11) Масово-размерни характеристики – зададени са обемът и масата на оборудването;

12) Консумация на енергия .