Журнал Радио 2 номер 1947 год. Радиолокационные станции

Журнал Радио 2 номер 1947 год. Радиолокационные станции В. Тукбаев  (окончание; см. ╧ 1) МОЩНОСТЬ ЗОНДИРУЮЩЕГО И ОТРАЖЕННОГО ИМПУЛЬСОВ

Радиолокационная станция, излучая импульсы большой мощности (до 1000 kW мгновенной мощности), получает обратно ничтожную мощность в виде энергии отраженных импульсов. По законам распространения радиоволн мощность зондирующего импульса по мере его удаления от передатчика убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. На обратном пути от объекта мощность отраженного импульса убывает по тому же закону. В итоге мощность вернувшегося импульса уменьшается пропорционально четвертой степени расстояния до отражающего объекта.

Дальность действия (D) радиолокационной станции можно выразить следующей формулой:

В этой формуле В — некоторый коэфициент, Р — мощность зондирующего импульса, Q — чувствительность приемника, N — направленность антенны, λ — длина волны. Из этой формулы можно сделать следующие выводы:

1. Для заметного увеличения дальности действия надо значительно увеличить мощность излучения; увеличение мощности вдвое повышает дальность действия станции примерно на 20 процентов; увеличение в 10 раз (например со 100 kW до 1000 kW) повышает дальность действия на 75%.
2. Увеличения дальности действия можно добиться повышением чувствительности приемника.
3. Дальность действия возрастает с увеличением направленных свойств антенны.

Практическая реализация всех этих способов увеличения дальности действия радиолокационной станции трудна. Очень трудно значительно повысить мощность станции; для этого надо применить более мощные лампы, увеличив этим габариты станции, ее вес, потребление электроэнергии. Мощные лампы, генерирующие сантиметровые волны, были сконструированы лишь во время войны.

Повышение чувствительности приемника затрудняется неизбежными шумами на входе его, сложностью усиления колебаний очень высокой частоты. Эти трудности в настоящее время при работе на сантиметровых волнах настолько велики, что, например, из-за отсутствия ламп, пригодных для непосредственного усиления этих частот, на входе приемника ставится хорошо знакомый радиолюбителю... кристаллический детектор. Здесь происходит смешение частот принимаемой и от местного гетеродина. Промежуточная частота подвергается дальнейшему усилению. Поэтому, чтобы повысить дальность действия станций, работающих на сантиметровых волнах, приходится увеличивать мощность излучения и направленность антенны.

Приведенная выше формула относится к идеальному случаю работы радиолокационной станции в «свободном пространстве». Направленность антенны при этом считается настолько высокой, что излучение ее достигает самолета, не встречаясь с землей. Практически с влиянием земли необходимо считаться, потому что на самом деле направленность антенн недостаточна и при обнаружении самолетов, летящих на небольшой высоте, влияние земли дает себя знать. Оно сказывается в том, что часть излученных колебаний встречает поверхность земли, отражается от нее и только после этого достигает самолета. У цели таким образом сходятся два вида лучей: один — «прямой», от передатчика, и второй — отраженный, от земли. Нередко таких отраженных лучей бывает несколько. Пути, пройденные этими лучами, различны и потому они приходят к самолету с разными фазами. В результате сложения лучей результирующее электромагнитное поле у самолета может иметь максимальное значение (при разности фаз в 1 волну), минимальное (при разности в λ/2) или какое-то промежуточное.

То же происходит и при возвращении импульса, отраженного от цели. В конечном итоге, если электромагнитное поле у самолета было максимальным, то отраженный импульс будет виден на экране индикатора станции. Если же оно имело промежуточную величину или минимальную, то отраженный импульс с трудом будет различаться на фоне шумов приемника или же вовсе не виден.

При обнаружении самолета, летящего на малой высоте, влияние земли сказывается в том, что мощность зондирующего импульса убывает пропорционально не квадрату расстояния (как в «свободном пространстве»), а пропорционально четвертой степени. В той же степени убывает и мощность отраженного импульса на обратном пути к радиолокационной станции. Поэтому формула для определения максимальной дальности действия станции с учетом влияния земли приобретает вид:

Здесь С — новый коэфициент, а остальные обозначения — те же, что и в предыдущей формуле.

Из формулы видно, что практическая дальность действия радиолокационной станции вследствие влияния земли значительно меньше, чем в «свободном пространстве». На это указывают вдвое большие степени радикалов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ

Расстояние до цели радиолокационная станция определяет как наклонную дальность (рис. 9). Так как радиоволны распространяются с постоянной скоростью (300 000 км в секунду), то расстояние до цели можно измерить в единицах времени. Развертка типа А представляет собой простейший способ пересчета времени пробега радиоволны в пройденное ею расстояние. Точность этого способа зависит от формы и длигельности зондирующего импульса, от линейности и постоянной скорости развертки. Короткие и точно прямоугольные импульсы обеспечивают более точное определение расстояния. Масштабные импульсы, видимые на экране как серии вертикальных линий на равных расстояниях, еще более облегчают отсчет расстояния.

При необходимости более точного определения расстояния можно увеличить длину линии развертки, создавая на экране большого диаметра не одну, а несколько горизонтальных линий или пользуясь двумя трубками — одной для грубого определения расстояния, а другой для точного подсчета, или, наконец, заменив горизонтальную развертку круговой, где отраженные импульсы будут давать радиальные отклонения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗИМУТА

Наземные радиолокационные станции ориентируют по отношению к истинному северу. Самолетные и корабельные станции ориентируют но направлению движения корабля или самолета, хотя и они могут быть автоматически ориентированы по отношению к истинному северу с помощью вспомогательного механизма, соединенного с гирокомпасом или магнитным компасом. Точность определения направления на цель зависит от направленности излучения антенны радиолокационной станции. У станции дальнего обнаружения ширина пучка излучения может быть равна 15 — 20°. Для станций орудийной наводки необходима высокая точность определения угловых координат.

Рис. 7.   Рис. 8.

Направленные свойства антенны можно повысить увеличением размеров ее рефлектора или уменьшением длины волны. Иногда, однако, бывает невозможно сузить пучок излучения станции настолько, чтобы добиться необходимой точности определения угловых координат. В таком случае пользуются способом «равносигнальной зоны» (рис. 7). Антенна станции при этом способе излучает не один лепесток, как обычно, а два, несколько перекрывающие друг друга.

Цель облучают попеременно то одним, то другим лепестком. Подобное облучение осуществляется путем механического качания антенны или изменения способа ее питания. При таком облучении от каждого лепестка на экране появляется отраженный импульс. Антенну станции вращают до тех пор, пока отраженные импульсы от каждого лепестка не станут равными по амплитуде. Тогда антенна направлена прямо на цель, а последняя находится точно на линии, пересекающей оба лепестка (рис. 7, С). Применение такого способа позволяет радиолокационным станциям, работающим на относительно низкой частоте (широким лучом), точно определять азимут цели, не прибегая к увеличению размеров антенны, что неудобно с конструктивной стороны.

На станциях орудийной наводки, работающих в сантиметровом диапазоне, для более точного определения угловых координат применяется «коническое развертывание» (рис. 8). Отклонение излучаемого лепестка от центральной оси осуществляется электрическим или механическим способом. Кроме того, лепесток вращается вокруг оси параболического рефлектора, создавая таким образом конус в облучаемом пространстве. Такой способ позволяет точно определять угловые координаты цели — ее высоту и азимут — путем перемещения параболического рефлектора как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости пока импульсы от цели не станут равными по амплитуде при всех положениях лепестка.

Станция орудийной наводки обладает, как правило, антенной с очень острой направленностью. Поэтому такая станция вести предварительный поиск целей в воздухе сама не может. Для предварительного обнаружения цели применяются станции с более широким лепестком излучения. Получив от такой станции сведения, командный пункт зенитной артиллерии выбирает интересующую его цель и указывает своей станции орудийной наводки, на каком азимуте, высоте и расстоянии надо ее искать. Направив по этим данным антенну, станция обнаруживает цель и ведет «слежение» за нею.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ

Простейший способ определения высоты цели состоят в применении упомянутой выше конической развертки или перемещении антенны, обладающей очень острой направленностью излучения, в вертикальной (плоскости. Определение высоты цели осуществляют с помощью прибора — преобразователя высоты (рис. 9), пересчитывающего наклонную дальность и угол места цели в высоту по формуле:

Н = r sin a,

где Н —: высота, r — наклонная дальность и а — угол места.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ „СЛЕЖЕНИЕ"

В ходе второй мировой войны непрерывно продолжалось совершенствование радиолокационных станций. Оно заключалось в увеличении точности определения координат, в автоматической и непрерывной передаче этих координат на ПУАЗО (прибор управления артиллерийским зенитным огнем), на прожекторные станции, в командные пункты где на картах велась прокладка маршрута цели. Для устранения возможных ошибок оператора на некоторых станциях орудийной наводки было осуществлено автоматическое «слежение» за выбранной целью. Антенна такой станции автоматически перемещалась в том же направлении, куда летел наблюдаемый самолет, а точные координаты его непрерывно подавались на ПУАЗО. Оператор лишь следил за правильностью работы станции

ОПОЗНАВАНИЕ ЦЕЛЕЙ

После обнаружения цели желательно определить ее принадлежность. На экране станции все объекты, обладающие равной отражательной способностью, видны одинаково. Тренированный радиооператор может по характерным особенностям отраженного импульса сказать, сколько самолетов в строю, отличить истребитель от бомбардировщика, пользуясь для этого такими вспомогательными данными, как амплитуда отраженного импульса, вид его верхушки, скорость перемещения по экрану. Однако для того чтобы определить, чей самолет виден на экране, применялась специальная аппаратура. В приборах опознавания использовалась импульсная техника. На своих самолетах, кораблях устанавливались приемо-передатчики, настроенные на волну своих радиолокационных станций. Приняв зондирующий импульс, посланный радиолокационной станцией, приемник прибора автоматически включал передатчик, посылавший ответный сигнал заранее установленной формы. Вместе с отраженным импульсом этот сигнал был виден на экране локационной станции. Появление его указывало, что обнаруженная цель — своя.

РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ

При разработке конструкций радиолокационных станций приходилось решать ряд сложных задач. Можно добиться большой точности определения координат цели, но за счет неизбежного увеличения габаритов, веса станций и большого потребления электроэнергии. Этот путь непригоден, если необходимо, например, разработать передвижную станцию. Поэтому конструкторам приходилось добиваться или необходимой точности или дальности действия за счет ухудшения других данных, но выигрывать в весе и размерах. Из таблицы можно видеть, каким весом, дальностями и точностями обладают некоторые конструкции радиолокационных станций.


Рис. 9.

В таблице приведены технические данные некоторых американских радиолокационных станций, опубликованные в американском журнале «Электроникс». Сравнение этих данных показывает, как развивалась радиолокационная техника во время второй мировой воины. Сличим технические данные станции SCR-268, разработанной еще до вступления США в войну, и станции SCR-5S4. принятой на вооружение в 1943 году. Заметно резкое сокращение длины волны, повышение мощности, укорочение длительности импульса, уменьшение ширины диаграммы получения и повышение точности координат цели.


Показать в полный размер

В одной из станций (также разработанной до вступлення США в войну) для достижения большой дальности действия пришлось поступиться точностью определения расстояния и азимута. Станция определяла только азимут цели. Поскольку армия требовала станцию аналогичного назначения, но более легкую, подвижного типа, уже во время войны была разработана станция AN/TPS-3, где для уменьшения размеров, веса, повышения точности и дальности действия был выбран дециметровый диапазон. Это позволило уменьшить размеры и конструкцию антенны. Станция размещалась в 12 упаковках весила 600 кг и могла перевозиться на транспортных самолетах. Развертывание станции после прибытия на место занимало около 30 минут.

Американская станция SCR-584 представляет собой одну из последних конструкций, предназначенных для наводки орудий. Она применялась в Англии при борьбе с немецкими «летающими» бомбами. В ней было осуществлено автоматическое «слежение» за целью по азимуту и углу места и дополнительно по расстоянию. Была предусмотрена возможность работы в двух режимах — предварительного поиска целей и сле жения за уже выбранной целью. Благодаря это. му станция не нуждалась в предварительном целеуказании. Полученные данные по кабелю подавались на ПУАЗО. Разработанный к этому времени магнетрон отдавал в импульсном режиме до 300 kW. Уменьшение длины волны позволило уменьшить размеры антенны, упростить конструкцию ее, повысить направленность.

Перед самым окончанием войны была разработана станция для стрельбы береговой артиллерии по надводным целям — AN/MPG-1, работавшая на еще более короткой волне — 3 сантиметра. Для возможности ведения стрельбы даже по торпедным катерам станция обладала высокой «разрешающей способностью», т. е. возможностью видеть отдельные отраженные импульсы от катеров, если они находились даже на близком расстоянии друг от друга.

В этой статье говорилось о применении радиолокации для военных целей. В мирных условиях роль и значение радиолокации тоже очень велики. О «мирных применениях» радиолокационной техники будет рассказано в одной из последующих статей.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 2 номер 1947 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.