Эти приборы, создание и применение которых началось раньше, чем радиолокационной аппаратуры, также получили в вооруженных силах различных стран широкое применение.
Ниже, в гл. X—XVIII, читатель познакомится с классифи кацией радиолокационных и инфракрасных средств, их прин ципами действия и областями применения.
Приведенные в книге .тактико-технические характеристики радиолокационных станций и инфракрасных приборов различ
ных назначений не |
следует относить (если |
только это |
в тексте специально |
не оговорено) к какой-либо |
конкретной |
радиолокационной и инфракрасной аппаратуре. Все числовые величины приведены лишь с целью общего ознакомления чи тателя с примерными характеристиками и основными свой ствами аппаратуры того или иного тактического назначения. Поэтому они не могут использоваться читателями в качестве справочного материала, относящегося к конкретным образцам техники.
Некоторые конкретные образцы и отдельные узлы описы ваемой в книге аппаратуры относятся к зарубежным (глав ным образом американским и английским) радиолокацион ным станциям и инфракрасным приборам, дополнительные сведения о которых читатель может получить из приводимых в конце книги переводных работ.
Приведенная во второй части книги классификация радио локационной и инфракрасной аппаратуры не является обще признанной. Особенно это относится к новым областям бое вой техники, в частности к радиоэлектронной аппаратуре ра кетных средств, классификация которых дается во многих книгах различно1
1 См. А. С. Л о к к . Управление снарядами. Гостехиздат, 1957.
Г Л А В А X
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИИ
ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ РАДИОЛОКАЦИОННЫМИ СТАНЦИЯМИ
Радиолокацией называется совокупность средств и мето дов обнаружения и определения местоположения различных объектов с помощью радиоволн.
Местоположение можно определять одним из следующих методов:
—облучением объекта радиоволнами и приемом отра женного от него радиосигнала;
—облучением объекта радиоволнами и приемом от него ретранслированного сигнала;
—приемом сигналов, излучаемых самим объектом.
В большинстве случаев в радиолокации применяется пер вый и частично второй из этих методов. Первый метод не тре бует радиопередающих устройств на объектах радиолокации. Поэтому он может быть использован для обнаружения и оп ределения местоположения не только своих, но и вражеских объектов.
При втором методе на обнаруживаемом объекте должна быть «ответная» радиоаппаратура, излучающая ответный сиг нал после облучения радиоволнами своей станции, т. е. ре транслирующая определенные сигналы. Такой метод приме няется для опознавания своих объектов, в навигационных це лях, а также для обнаружения объектов (главным образом управляемых снарядов) и управления их движением.
Третий метод используется в основном при радиопеленга ции объектов и для наведения снарядов на-цель по ее излуче нию.
Таким образом, если под термином «радиолокация» под разумевать в основном первый и второй из указанных выше методов, то для обнаружения и определения местоположения объекта (самолета, корабля, крупных населенных пунктов
215
и т. д.) радиолокационная станция должна выработать элек тромагнитную энергию, излучить ее в нужном направлении, принять и зарегистрировать отраженный (ретранслирован ный) сигнал.
Координаты отражающего объекта определяются радио локационными станциями путем измерения дальностиэтого объекта и установления направления на него.
Импульсный метод измерения дальности. Наиболее распро страненный в настоящее время метод измерения дальности — импульсный. При этом методе станция излучает электромаг нитную энергию не непрерывно, а в течение небольшого про межутка времени, измеряемого обычно миллионными долями секунды, после чего некоторое время работает только на прием, улавливая и регистрируя отраженные сигналы. Затем станция излучает следующий импульс и вновь переходит на прием.
Момент, когда сигнал, отраженный от объекта, достигнет станции, зависит от удаленности этого объекта: чем больше
дальность, |
тем больше требуется времени для достижения зон |
|
дирующим |
импульсом |
(импульсом, излучаемым станцией) |
объекта и возвращения |
отраженного импульса, или сигнала, |
|
к станции. |
|
|
Определив время запаздывания отраженного сигнала по от ношению к зондирующему импульсу и зная скорость распро странения радиоволн, можно найти расстояние до отражаю
щего объекта по формуле |
|
Д=-Т> |
(5) |
где Д — расстояние до отражающего объекта |
(рис. ИЗ); |
t — время запаздывания сигнала, т. е. время распростра нения его в прямом и обратном направлении;
с— скорость распространения радиоволн, которую с до статочной степенью точности можно принять рав ной 300000 км/сек.
Цифра 2 в знаменателе формулы указывает на прохожде ние радиоимпульсом двойного пути — от радиолокационной станции до объекта и обратно.
Таков принцип измерения расстояния при импульсном ме тоде работы радиолокационной станции. Он достаточно прост, дает очень высокую точность измерения дальности и позво ляет упростить, как мы убедимся в дальнейшем, антенную си стему станций. Поэтому он широко применяется в современ ной радиолокационной аппаратуре.
Измерение дальности при непрерывном излучении радио волн. Наряду с импульсными радиолокационными станциями в настоящее время применяются и станции с непрерывным из лучением. При этом методе работы также можно измерить
216
дальность отражающего объекта. Действительно, как мы убе дились, для измерения дальности необходимо определить мо мент излучения радиоволн, с которого начинается отсчет вре мени их распространения, и момент прихода отраженного сиг нала. С этой целью и применяют импульсное излучение радиоволн, так как при импульсной посылке сигнала легко определить как момент излучения, так и момент приема. Однако изменение амплитуды сигнала (т. е. создание импуль сов) — не единственный метод, позволяющий нанести на излу чаемые колебания своеобразную «метку», по которой можно было бы определить моменты излучения и приема.
Как известно, колебания характеризуются тремя парамет рами: амплитудой, фазой и частотой. Таким образом, момент излучения и приема можно определить не только по ампли туде, но и по фазе и частоте сигнала. Эти методы и исполь зуются обычно при непрерывном излучении радиоволн. До стоинства и недостатки этих методов, как и принцип работы станций, основанный на них, мы рассмотрим несколько позже, когда будем знакомиться с конкретными типами радиолока ционных станций.
Определение направления (измерение угловых координат).
Для определения направления на отражающий объект (на зываемый часто радиолокационной целью) в радиолокацион ных станциях обычно применяются направленные антенны, из лучающие радиоволны узким лучом, подобно прожектору. При вращении такой антенны и последовательном обзоре ра диолучом требуемой зоны пространства происходит последо вательное облучение всех целей, находящихся в этой зоне. От раженный от каждой цели сигнал имеет наибольшее значение в тот момент, когда цель находится в направлении максимума
217
радиолуча, или, как примято говорить, максимума диаграммы направленности антенны (рис. 114). Фиксируя в это время по ложение антенны и радиолуча, определяют азимут |3 и угол места е цели.
Азимутом называется угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый обычно от направления на север по направ лению вращения часовой стрелки.
Углом места называется угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от горизонтальной плоскости до направления на цель.
В ряде случаев, когда радиолокационная станция разме щается на быстро перемещающемся объекте, например на управляемом снаряде, относительное угловое положение цели и снаряда измеряют не азимутом и углом места, а углами, от считываемыми в двух перпендикулярных плоскостях относи тельно направления полета снаряда.
Метод определения направления на цель, при котором фиксируется момент нахождения цели в максимуме диа граммы направленности, получил название «метода макси мума». Он используется в некоторых типах радиолокацион ных станций различного тактического назначения. Метод мак симума дает обычно невысокую точность определения коорди нат. Для получения более высоких точностей прибегают к другим, более сложным методам, которые подробно будут рассмотрены в разделе, посвященном описанию станций ору-
.дийной наводки и нцведения управляемых зенитных снарядов.
218
БЛОК-СХЕМА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ
Работу радиолокационной станции, как и любого другого радиотехнического устройства, лучше всего начинать рассмат
ривать с назначения не отдельных элементов, |
а целых узлов |
и блоков аппаратуры, выполняющих ту или |
иную задачу |
(генерирование радиоволн, прием отраженных сигналов, измерение дальности объекта и т. п.). Для этой цели обычно прибегают к так называемой блок-схеме станции, на которой изображаются основные блоки станции, указываются их на значение и'функциональная связь между ними.
Упрощенная ' блок-схема импульсной радиолокационной станции изображена на рис. 115.
Рис. 115. Упрощенная блок-схема радиолокационной станции
Как следует из блок-схемы, аппаратуру радиолокационной станции можно подразделить на пять основных групп: радио передатчик, антенную систему, приемник, индикаторное уст ройство с системой определения координат и управления вра щением антенны и синхронизатор. Кроме того, в состав каж дой радиолокационной станции должен входить источник электропитания.
Синхронизатор. Как мы уже знаем, импульсная радиолока ционная станция излучает через определенные промежутки времени импульсы радиоволн. «Ритм», или, как обычно гово рят, частоту повторения этих импульсов, и задает блок син хронизации станции, управляя работой модулятора и через него передатчиком станции. Вместе с тем блок синхронизации вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие согласо
219
вывать по времени (синхронизировать) с работой передатчика работу приемника, блоков индикации и определения коорди нат, определять временные соотношения электрических про цессов в ряде других блоков станции.
Конструктивно синхронизатор может быть выполнен в виде отдельного блока или представлять единое целое с мо дулятором или индикаторным блоком станции, а в некоторых, наиболее простых станциях он может и вообще отсутствовать. В последнем случае частота повторения зондирующих им пульсов задается модулятором или даже непосредственно пе редатчиком станции.
Модулятор радиолокационной станции управляет работой генераторных ламп передатчика, обеспечивая при работе в импульсном режиме включение и выключение. Для этой цели модулятор, используя импульсы, поступающие от синхрони затора, формирует мощные импульсы • необходимой ампли туды, формы и длительности.
Частота включения генератора, а следовательно, и частота повторения излучаемых (зондирующих) импульсов опреде ляются частотой поступления импульсов от синхронизатора. Продолжительность работы генератора при каждом его вклю чении (т. е. длительность зондирующего импульса) зависит от длительности формируемого в модуляторе импульса.
В радиолокационных станциях, в которых синхронизатора нет, частота повторения зондирующих импульсов опреде ляется непосредственно модулятором станции.
Говоря о модуляторах, применяемых в большинстве ра диолокационных станций, следует указать на одну особен ность их электрических схем, связанную с импульсным мето дом работы. В момент излучения зондирующего импульса пе редатчик расходует большую импульсную мощность (сотни и тысячи киловатт). Потребление такой мощности непосред ственно от источника питания создало бы неблагоприятные условия для работы станции и потребовало бы принятия спе циальных мер против падения напряжения на выходе источ ника питания. Поэтому модуляторы имеют специальные эле менты, накапливающие энергию в периоды пауз в работе пе редатчика и предотвращающие перегрузку, источника пита ния в моменты излучения импульсов. .
Во время пауз в работе передатчика энергия постепенно потребляется от источника питания (например, высоковольт ного выпрямителя) и накапливается в накопителе модуля тора. Таким накопителем может быть конденсатор, катушка индуктивности или искусственная линия, образуемая из по следовательно включенных ячеек, состоящих из конденсаторов и катушек индуктивности, В момент генерации зондирующих импульсов модулирующее устройство, включенное в цепь разряда, замыкается и к электродам генераторной лампы
220