Радиолокационная станция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Современный радар на основе фазированных антенных решёток (ФАР)

Радиолокационная станция (РЛС) или Рада́р (англ. radar от Radio Detection and Ranging — радиообнаружение и дальнометрия) — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Английский термин-акроним появился в 1941 г., впоследствии в его написании прописные буквы были заменены строчными.

Содержание

1 История
2 Классификация радаров
3 Описание работы
- 3.1 Частотные диапазоны
4 См. также
5 Другие страницы

[править] История

Первое устройство радиолокации воздушных объектов продемонстрировал 26 февраля 1935 г. шотландский физик Роберт Ватсон-Ватт, который примерно за год до этого получил первый патент на изобретение подобной системы.

[править] Классификация радаров

РЛС обнаружения;
РЛС управления и слежения;
Панорамные РЛС;
РЛС бокового обзора;
Метеорологические РЛС.

[править] Описание работы

Радар в основном служит для обнаружения целей, освещая их электромагнитной волной и затем принимая отражения (эхо) этой волны от цели. Поскольку электромагнитные волны движутся с постоянной скоростью (скоростью света), становится возможным определить расстояние до цели, основываясь на измерении времени распространения сигнала. Радар всегда имеет три основных компонента: передатчик, антенну и приёмник. Передатчик — это источник электромагнитного сигнала высокой мощности, и он может представлять из себя импульсный генератор (обычно магнетрон) или MOPA (Master Oscillator Power Amplifier), использующий чаще всего ЛБВ. Радары, которые используют магнетроны некогерентны или псевдо-когерентны, в отличие от радаров на основе ЛБВ. Волны, которые он излучает, должны быть сфокусированы в луч и направлены в определённом направлении, это — одна из функций антенны. Луч распространяется через пространство, встречает цель, и часть мощности в луче отражается назад в направлении излучающей антенны радара. Поскольку волна ослабляется с пройденным расстоянием пропорционально квадрату пройденного расстояния, и цель отражает только маленькую долю приходящей волны, отражение (эхо) в момент прихода обратно к антенне будет очень слабым.

Здесь проявляется второе свойство антенны — способность фокусировать слабое отражение на входе чувствительного приёмника. Полученный отражённый сигнал отражения затем может обрабатываться множеством способов, значительно усиливается и в самом простом случае, подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны.

Внимательный читатель обратит внимание на то, что такой радар передаёт и одновременно принимает через одну антенну, на самом деле это делается не всегда, поскольку мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник может ослепить приемник слабого эха. Чтобы этого не случилось перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала. Реальные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт только в течение очень краткого времени, короткий импульс обычно приблизительно микросекунда в продолжительности, после чего он слушает эхо, в то время как импульс распространяется. Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, время прошедшее с момента, когда импульс посылали, ко времени когда эхо получено, — ясная мера прямого расстояния до цели. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того как импульс придёт обратно, это зависит от дальности обнаружения радара (данным мощностью передатчика, усилением антенны и чувствительностью приёмника). Если бы импульс посылали раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели могло бы быть перепутано с эхом второго импульса от близкой цели. Промежуток времени между импульсами называют Интервалом Повторения Импульса (Pulse Repetition Interval PRI), его инверсия — важный параметр, который называют Частотой Повторения Импульса (Pulse Repetition Frequency PRF). Радары низкой частоты дальнего обзора, имеют PRF обычно в несколько сотен импульсов в секунду (или Герц [Гц]). Само собой разумеется что частота повторения импульсов — отличительная деталь, которая выдаёт идентичность и операционный способ радара любому подслушивающему RWR приёмнику.

Такой общий импульсный радар типичен для ранних систем и работает только, когда цель находится в ясном воздушном пространстве а не на фоне земли например.

Если такой радар смотрит на цель (самолёт), летящую, например, на фоне большого холма, отражение от холма будет намного более сильным, чем отражение от самолёта, и цель будет затенена. Термин, используемый для названия этого нежелательного эха — помехи. Само собой разумеется, помехи были причиной больших проблем для ранних радарных проектировщиков и только за прошлые два десятилетия эту проблему удалось решить. Бортовые импульсные радары особенно уязвимы для помех, которые наиболее эффективно скрывают низко летящие цели. Эти радары годны к употреблению только против целей на той же самой или на более высокой высоте.

Методы устранения помех используют, так или иначе, эффект Доплера (частота волны, отражённой от приближающегося объекта увеличивается, от уходящего объекта — уменьшается). Самый простой радар, который может обнаружить цель в помехах — (Moving Target Indicator[MTI]) радар — импульсный радар, который сравнивает отражения более чем от двух или больше интервалов повторения импульса. Любая цель, которая, движется относительно радара, производит изменение в параметре сигнала (стадия в последовательном MTI), тогда как помехи остаются неизменными. Устранение помех происходит путём вычитания отражений из двух последовательных интервалов. На практике устранение помех может быть осуществлено в специальных устройствах — черезпериодных компенсаторах (delay line cancellers or analogue bucket brigade chips) или алгоритмами в программном обеспечении.

MTI работающие с постоянной ЧАСТОТОЙ ПОВТОРЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ имеют фундаментальную слабость, они являются слепыми к целям со специфическими круговыми скоростями (которые производят изменения фаз точно в 360 градусов) и такие цели не отображаются. Невидимая скорость зависит от частоты на которой радар работает и от частоты повторения импульсов. Современные MTI передают многократный, разнообразный PRF — такой, что невидимые скорости в каждой частоте повторения импульсов охвачены другим PRF.

Альтернативное семейство устройств для того, чтобы иметь дело с помехами подпадает под обозначение Pulse Doppler Radar. PD радары используют существенно более сложную обработку чем MTI’s. В PD радаре отражения, содержащие цели и помехи подаются в банк Доплер фильтров, каждый из которых настроен к определёной частоте (-Doppler-> скорость). Этим способом цели с данными скоростями регистрируются как производные от данных фильтров, что может быть осуществлено в специальных устройствах или программном обеспечении. В этой общей форме, PD радар не может вычислить расстояние до цели. Дальнейшая манипуляция таким образом должна определять расстояние, это обычно делается, деля интервал повторения импульса на отрезки, которые называют отрезками дальности, Доплер банк фильтров тогда выборочно питается в течение данного отрезка дальности. Это процесс называют определением дальности и он кончается набором производных фильтра, указывающих скорость любых целей, обнаруженных в том отрезке дальности. Поскольку типичный Pulse Doppler radar работает в средних до высоких PRF’s (обычно тысячи Герц), вышеупомянутый метод становится неоднозначным при разном расстоянии, и многократные разнообразные PRF’s используются вместе с определённой сложной обработкой, чтобы вычислить, на каком фактическом расстоянии цель находится (она появляется в различных отрезками дальности при разных PRF’s).

Важное качество PD радара это его кохеренц. Это значит что посланные сигналы и отражения должны иметь определенную фазовую зависимость. Только в этом случае он может распознать что сигнал изменил свою частоту.

PD радары обычно считаются лучше MTI для обнаружении низко летящих целей во множественных помехах земли, это — предпочтительная техника, используемая в современном истребителе, для воздушного перехвата/управления огнём, примеры тому AN/APG-63, 65, 66, 67 и 70 радары. В современном PD радаре большинство обработки выполняется отдельным цифровым компьютером, который называется Digital Signal Processor, обычно используя мощный алгоритм названый, Fast Fourier Transform чтобы преобразовывать переведённый в цифровую форму поток образцов отражений кое во что более управляемое другими алгоритмами. Цифровые обработчики сигналов очень гибки и используемые алгоритмы могут обычно быстро заменяться другими, заменяя только память (ROM) чипы, таким образом быстро противодействуя техники глушения противника если необходимо.

[править] Частотные диапазоны

Традиционные обозначения частотных диапазонов сложились на Западе в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU. В России используются собственные обозначения диапазонов радиоволн, не имеющие такой подробной градации, как приведённая ниже.

**Частотные диапазоны РЛС**
Диапазон	Частоты	Длина волны	Примечания
HF	3 — 30 МГц	10 — 100 м	Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС; (англ. high frequency)
P	< 300 МГц	> 1 м	'P' от англ. previous, использовался в первых радарах
VHF	50 — 330 МГц	0,9 — 6 м	Обнаружение на больших дальностях, исследования земли; (англ. very high frequency)
UHF	300 — 1000 MHz	0.3-1 m	Обнаружение на больших дальностях (например, артиллерийского обстрела), исследования поверхности земли, лесов; (англ. ultra high frequency)
L	1 — 2 ГГц	15 — 30 см	наблюдение и контроль за воздушным движением; (англ. Long)
S	2 — 4 ГГц	7,5 — 15 см	управление воздушным движением, метеорология, морские радары; (англ. Short)
C	4 — 8 ГГц	3,75 — 7,5 см	метеорология, промежуточный диапазон между X и S; (англ. Compromise)
X	8 — 12 ГГц	2,5 — 3,75 см	наведение ракет, морские радары, погода, картографирование среднего разрешения; в США диапазон 10,525ГГц ± 25МГц используется в РЛС аэропортов.
K_u	12 — 18 ГГц	1,67 — 2,5 см	картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия; (англ. under K)
K	18 — 27 ГГц	1,11 — 1,67 см	нем. kurz, то есть 'короткий'; использование ограничено из-за сильного поглощения водяным паром, поэтому используются диапазоны K_u и K_a. Диапазон K используется для обнаружения облаков, в полицейских дорожных радарах (24,150 ± 0,100 ГГц).
K_a	27 — 40 ГГц	0,75 — 1,11 см	Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц); (англ. above K)
mm	40 — 300 ГГц	1 — 7,5 мм	миллиметровые волны, делятся на два следующих диапазона
V	40 — 75 ГГц	4,0 — 7,5 мм
W	75 — 110 ГГц	2,7 — 4,0 мм	сенсоры в экспериментальных автоматических транспортных средствах, высокоточные исследования погодных явлений