Радиолокационная станция: принципы и классификация¶

Радиолокационная станция (РЛС) — устройство для обнаружения и определения характеристик объектов (целей) посредством излучения радиоволн и приёма отражённого от них сигнала. Относится к классу радиотехнических систем дистанционного зондирования; работает в диапазоне от метровых до миллиметровых волн. Основные измеряемые параметры — дальность, угловые координаты (азимут и угол места) и скорость цели.

¶Принцип работы

Действие РЛС основано на явлении отражения электромагнитных волн от границ сред с разными электрическими свойствами. Передатчик формирует зондирующий импульс или непрерывный сигнал, который излучается антенной в пространство. Часть энергии, отражённая целью, возвращается к приёмной антенне, усиливается и обрабатывается.

Дальность до цели вычисляется по времени задержки отражённого сигнала:

R = c·t / 2,

где c — скорость света, t — время прохождения сигнала до цели и обратно. Множитель 2 учитывает двойной путь волны.

Скорость цели определяется по эффекту Доплера — изменению частоты отражённого сигнала при относительном движении объекта. Угловое положение находят по направлению максимума диаграммы направленности антенны.

¶История

Первые эксперименты по радиолокации относятся к началу XX века. В 1904 году немецкий инженер Кристиан Хюльсмайер получил патент на устройство обнаружения кораблей с помощью радиоволн. В 1922 году Хендрик Лоренц и сотрудники продемонстрировали отражение радиоволн от металлических объектов.

Практическое развитие радиолокация получила в 1930-е годы. В Великобритании в 1935 году Роберт Уотсон-Уотт создал первую работающую систему обнаружения самолётов, положившую начало цепочке станций Chain Home. В СССР первые импульсные РЛС дальнего обнаружения были разработаны в конце 1930-х годов. Массовое применение радиолокации пришлось на период Второй мировой войны, когда станции использовались для противовоздушной обороны, навигации и наведения.

После войны развитие шло по пути повышения разрешающей способности, освоения новых диапазонов, внедрения фазированных антенных решёт (ФАР) и цифровой обработки сигналов.

¶Классификация

РЛС классифицируют по нескольким признакам.

По назначению:

• обзорные (обнаружение целей в большом секторе);
• сопровождения (непрерывное измерение параметров одной или нескольких целей);
• навигационные (обеспечение судовождения и воздушной навигации);
• метеорологические (наблюдение осадков и атмосферных явлений);
• картографические (получение изображения земной поверхности).

По виду излучаемого сигнала:

• импульсные;
• непрерывного излучения;
• с частотной или фазовой модуляцией.

По диапазону волн: метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые.

По месту размещения: наземные, корабельные, бортовые (авиационные), космические, мобильные.

¶Устройство

Типовая РЛС включает следующие подсистемы.

В современных станциях широко применяются фазированные антенные решётки, позволяющие электронно управлять лучом без механического поворота антенны, а также цифровые вычислители для обработки сигналов в реальном времени.

¶Основные характеристики

• Дальность действия — максимальное расстояние, на котором обнаруживается цель заданной отражающей способности.
• Разрешающая способность — минимальное расстояние между двумя целями, при котором они различаются раздельно, по дальности и по углу.
• Точность измерения — погрешность определения координат и скорости.
• Зона обзора — область пространства, просматриваемая станцией.
• Помехозащищённость — способность работать в условиях естественных и искусственных помех.

¶Применение

Радиолокация применяется в гражданской и военной сферах. В авиации РЛС обеспечивают управление воздушным движением и бортовую навигацию. В морском судоходстве — обнаружение судов и препятствий. Метеорологические РЛС отслеживают осадки, грозы и опасные явления. Космические станции используются для зондирования Земли, картографирования и слежения за объектами на орбите.

В военном деле РЛС служат для обнаружения воздушных, наземных и морских целей, наведения средств поражения и предупреждения о ракетном нападении. Отдельное направление — радиолокационная астрономия, изучающая планеты и малые тела Солнечной системы.

¶Помехи и противодействие

На работу РЛС влияют естественные помехи (отражения от земной поверхности, гидрометеоров) и искусственные (радиоэлектронное противодействие). Для борьбы с ними применяют селекцию движущихся целей, изменение частоты, сжатие импульсов, адаптивную обработку и помехозащищённые сигналы.

¶Современное состояние

Современные РЛС строятся на активных фазированных решётках, используют широкополосные сигналы и цифровую обработку. Развиваются технологии пассивной радиолокации, использующей сторонние источники излучения, а также многостатические системы с разнесёнными приёмниками и передатчиками. Перспективное направление — интеграция радиолокационных данных с другими сенсорами в единые информационные комплексы.