Радіолокація - це сукупність наукових методів і технічних засобів, службовців для визначення координат і характеристик об'єкта з допомогою радіохвиль. Досліджуваний об'єкт часто іменують радіолокаційної метою (або метою).

Принцип радіолокації

Радіотехнічне обладнання і засоби, призначені для виконання задач радіолокації, отримали назву радіолокаційних систем, або пристроїв (РЛС або РЛУ). Основи радіолокації базуються на наступних фізичних явищах і властивості:

В середовищі поширення радіохвилі, зустрічаючи об'єкти з іншими електричними властивостями, розсіюються на них. Хвиля, відбита від мети (або її власне випромінювання), дозволяє радіолокаційних систем виявити та ідентифікувати мета.

На великих відстанях поширення радіохвиль приймається прямолінійним, з постійною швидкістю у відомій середовищі. Це припущення робить можливим вимірювання дальності до цілі та її кутових координат (з певною помилкою).

На основі ефекту Доплера за частотою прийнятого відбитого сигналу обчислюють радіальну швидкість точки випромінювання щодо РЛУ.

Історична довідка

На здатність до відбиття радіохвиль вказували великий фізик Р. Герц і російський електротехнік А. С. Попов ще в кінці XIX століття. Згідно з патентом від 1904 року, перший радар створив німецький інженер К. Хюльмайер. Прилад, названий їм телемобилоскопом, використовувався на судах, борознили Рейн. У зв'язку з розвитком авіаційної техніки застосування радіолокації виглядало дуже перспективним в якості елемента протиповітряної оборони. Дослідження в цій області велися передовими фахівцями багатьох країн світу.


У 1932 році основний принцип радіолокації описав у своїх роботах науковий співробітник ЛЕФІ (Ленінградського електрофізичного інституту) Павло Кіндратович Ощєпков. Їм же в співпраці з колегами Б. К. Шембель і Ст. Ст. Цимбалиним влітку 1934 року був продемонстрований дослідний зразок радіолокаційної установки, що виявила ціль на висоті 150 м при видаленні 600 м. Подальші роботи по вдосконаленню засобів радіолокації зводилися до збільшення дальності їх дії і підвищення точності визначення місцеположення цілі.

Види радіолокації

Природа електромагнітного випромінювання мети дозволяє говорити про декількох видах радіолокації:

Пасивна радіолокація досліджує власне випромінювання (теплове, електромагнітне тощо), яке генерує цілі (ракети, літаки, космічні об'єкти).

Активна з активною відповіддю здійснюється у разі, якщо об'єкт обладнаний власним передавачем і взаємодія з ним відбувається за алгоритмом "запит - відповідь".

Активна з пасивною відповіддю передбачає дослідження вторинного (відбитого) радіосигналу. Радіолокаційна станція в цьому випадку складається з передавача і приймача.

Полуактивная радіолокація - це приватний випадок активної, у разі коли приймач відбитого випромінювання розташований поза РЛС (наприклад, є конструктивним елементом самонаводящейся ракети).

Кожному виду властиві свої переваги і недоліки.

Методи та обладнання

Всі засоби радіолокації по використанню методу поділяють на РЛС безперервного та імпульсного випромінювання. Перші містять у своєму складі передавач і приймач випромінювання, що діють одночасно і безперервно. За цим принципом були створені перші радіолокаційні пристрої. Прикладом такої системи може служити радиоальтиметр (авіаційний прилад, що визначає видалення літального апарату від поверхні землі) або відомий всім автолюбителям радар для визначення швидкісного режиму транспортного засобу.
При імпульсному методі електромагнітна енергія випромінюється короткими імпульсами протягом декількох мікросекунд. Після генерації сигналу станція веде роботу тільки на прийом. Після уловлювання та реєстрації відбитих радіохвиль РЛС передає новий імпульс і цикли повторюються.

Режими роботи РЛС

Існує два основних режими функціонування радіолокаційних станцій і пристроїв. Перший - сканування простору. Він здійснюється за строго заданій системі. При послідовному огляді переміщення променя радара може носити кругової, спіральний, конічний, секторний характер. Наприклад, решітка антени може повільно обертатися по колу (по азимуту), одночасно скануючи по куту місця (нахиляючись вгору і вниз). При паралельному скануванні огляд здійснюється пучком радіолокаційних променів. Кожному відповідає свій приймач, ведеться обробка декількох інформаційних потоків. Режим спостереження передбачає постійну спрямованість антени на вибраний об'єкт. Для її повороту, згідно з траєкторією рухомій цілі, використовуються спеціальні автоматизовані слідкуючі системи.

Алгоритм визначення дальності та напрямки

Швидкість поширення електромагнітних хвиль в атмосфері становить 300 тис. км/с. Тому, знаючи час, витрачений транслюються сигналом на подолання відстані від станції до цілі і назад, легко обчислити відстань до об'єкта. Для цього необхідно точно зафіксувати час відправки імпульсу і момент прийняття відбитого сигналу. Для отримання інформації про місцезнаходження цілі використовується остронаправленная радіолокація. Визначення азимуту та елевації (кута місця або піднесення) об'єкта проводиться антеною з вузьким променем. Сучасні РЛС використовують для цього фазированние антенні решітки (ФАР), здатні задавати більш вузький промінь і відрізняються високою швидкістю обертання. Як правило, процес сканування простору відбувається мінімум двома променями.

Основні параметри систем

Від тактичних і технічних характеристик обладнання багато в чому залежить ефективність і якість розв'язуваних завдань. До тактичних показників РЛС зараховують:

Зону огляду, обмежену мінімальною та максимальною дальністю виявлення цілі, допустимим азимутальним кутом і кутом піднесення.

Роздільну здатність по дальності, азимуту, елевації і швидкості (можливість визначати параметри поруч розташованих цілей).

Точність вимірювань, яка вимірюється наявністю грубих, систематичних або випадкових помилок.

Перешкодозахищеність і надійність.

Ступінь автоматизації отримання і обробки надходить потоку інформаційних даних.

Задані тактичні характеристики закладаються при проектуванні пристроїв за допомогою певних технічних параметрів, серед яких:

несуча частота і модуляція генерованих коливань;

діаграми спрямованості антен;

потужність передавальних і приймаючих пристроїв;

габаритні розміри і маса системи.

На бойовому посту

Радіолокація - це універсальний інструмент, що одержав широке поширення у військовій сфері, науці і народному господарстві. Області використання неухильно розширюються завдяки розвитку і вдосконаленню технічних засобів і технологій вимірювань. Застосування радіолокації в військовій галузі дозволяє вирішити важливі завдання огляду та контролю простору, виявлення повітряних, наземних і водних мобільних цілей. Без радарів неможливо уявити обладнання, що служить для інформаційного забезпечення навігаційних систем і систем управління гарматним вогнем. Військова радіолокація є базовою складовою стратегічної системи попередження про ракетний напад і комплексної протиракетної оборони.

Радіоастрономія

Послані з поверхні землі також радіохвилі відбиваються від об'єктів у ближньому і далекому космосі, як і від навколоземних цілей. Багато космічні об'єкти неможливо було повноцінно досліджувати лише з використанням оптичних інструментів, і тільки застосування радіолокаційних методів в астрономії дозволило отримати багату інформацію про їх природу і структуру. Вперше пасивна радіолокація для дослідження Місяця було застосовано американськими та угорськими астрономами в 1946 році. Приблизно в той же час були випадково прийняті радіосигнали з космічного простору. У сучасних радіотелескопів приймальна антена має форму великий увігнутою сферичної чаші (подібно дзеркалу оптичного рефлектора). Чим більше діаметр, тим більш слабкий сигнал антена зможе прийняти. Часто радіотелескопи працюють комплексно, поєднуючи не тільки пристрої, розташовані недалеко один від одного, але і знаходяться на різних континентах. Серед найважливіших завдань сучасної радіоастрономії - вивчення пульсарів і галактик з активними ядрами, дослідження міжзоряного середовища.

Цивільне застосування

У сільському і лісовому господарстві радіолокаційні пристрої незамінні при отриманні інформації про розподіл та щільності рослинних масивів, вивченні структури, параметрів і видів ґрунтів, своєчасному виявленні вогнищ загорянь. В географії та геології радіолокація використовується для виконання топографічних і геоморфологічних робіт, визначення структури і складу порід, пошуку родовищ корисних копалин. В гідрології та океанографії радіолокаційними методами здійснюється контроль за станом головних водних артерій країни, снігового та льодяного покрову, картографування берегової лінії. Радіолокація - це незамінний помічник метеорологів. РЛС легко з'ясує стан атмосфери на відстані десятків кілометрів, а з аналізу отриманих даних складається прогноз зміни погодних умов в тій чи іншій місцевості.

Перспективи розвитку

Для сучасної радіолокаційної станції головним оціночним критерієм виступає співвідношення ефективності і якості. Під ефективністю розуміються узагальнені тактико-технічні характеристики обладнання. Створення досконалої РЛС - складна інженерна та науково-технічна задача, здійснення якої можливо тільки з використанням новітніх досягнень електромеханіки і електроніки, інформатики та обчислювальної техніки, енергетики. За прогнозами фахівців, у найближчому майбутньому головними функціональними вузлами станцій різного рівня складності і призначення будуть твердотільні активні ФАР (фазированние антенні решітки), що перетворюють аналогові сигнали в цифрові. Розвиток обчислювального комплексу дозволить повністю автоматизувати управління та основні функції РЛС, надавши кінцевому споживачеві всебічний аналіз отриманої інформації.