Stație radar

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 29 mai 2021; verificările necesită 22 de modificări .

Stația radar (radar), radar ( radar în engleză  de la radio detection and r anging - detecție și distanță radio) este un  sistem de inginerie radio pentru detectarea obiectelor din aer, mare și sol, precum și pentru determinarea razei, vitezei și geometrice a acestora. parametrii. Utilizează metoda radar , bazată pe emisia undelor radio și înregistrarea reflexiilor acestora de la obiecte. Termenul englezesc a apărut în 1941 ca abreviere sonoră ( ing. RADAR ) , trecând ulterior în categoria unui cuvânt independent [1] [2] [3] .  

Istorie

În 1887, fizicianul german Heinrich Hertz a început experimente în care a descoperit existența undelor electromagnetice prezise de teoria câmpului electromagnetic a lui James Maxwell . Hertz a arătat experimental posibilitatea de a genera și recepționa unde radio electromagnetice și a constatat că acestea sunt absorbite și reflectate diferit de diferite materiale.

În 1897, fizicianul rus A. S. Popov , în timpul experimentelor privind comunicarea radio între nave, a descoperit fenomenul de reflectare a undelor radio din carena navei. Emițătorul radio din experimentele lui Popov a fost instalat pe podul superior al transportului Europa, care era ancorat, iar receptorul radio a fost instalat pe crucișătorul Africa. În raportul comisiei desemnate să efectueze aceste experimente, A. S. Popov a scris:

Influența situației navei este următoarea: toate obiectele metalice (catarge, țevi, unelte) ar trebui să interfereze cu funcționarea instrumentelor atât la stația de plecare, cât și la stația de primire, deoarece, punând în calea unei unde electromagnetice, acestea încalcă corectitudinea acesteia, oarecum similar cu modul în care digul acţionează asupra unui val obişnuit care se propagă de-a lungul suprafeţei apei, parţial datorită interferenţei undelor excitate în ele cu valurile sursei, adică afectează nefavorabil.
... S-a observat și influența vasului intermediar. Deci, în timpul experimentelor, crucișătorul locotenentul Ilyin a ajuns între Europa și Africa, iar dacă acest lucru s-a întâmplat la distanțe mari, atunci interacțiunea instrumentelor s-a oprit până când navele au părăsit aceeași linie dreaptă.

În 1905, Christian Hülsmeyer a primit un brevet german pentru o cerere pentru ideea unui radar din 30 aprilie 1904 [4] . În SUA, descoperirea reflexiei undelor radio este atribuită lui Taylor și Young în 1922.

Numai cunoașterea ideii de bază nu a fost suficientă pentru crearea practică chiar și a celui mai simplu radar. În plus față de principiul de bază de funcționare, inginerii au fost nevoiți să inventeze multe dispozitive și dispozitive tehnice neobișnuit de importante și ingenioase: magnetroni , klystroni , tuburi de unde călătoare , ghiduri de undă , lămpi de amplificare și generatoare de design complex. În același timp, inginerii s-au bazat doar pe propriile forțe: multe dintre sarcinile tehnice care trebuiau înfruntate în timpul lucrului la radar erau secrete, ceea ce îngreuna schimbul de informații între oameni de știință din diferite țări. Ingineria radio cu unde lungi , cu care a început în mod istoric dezvoltarea benzilor radio, nu a fost aplicabilă la frecvențele înalte necesare în scopuri radar.

Unul dintre primele dispozitive concepute pentru radarul obiectelor aeriene a fost demonstrat pe 26 februarie 1935 de către fizicianul scoțian Robert Watson-Watt , care a primit primul brevet pentru invenția unui astfel de sistem cu aproximativ un an mai devreme.

În a doua jumătate a anilor 1930, în Marea Britanie au apărut primele modele industriale de radare. Erau voluminoase și nu puteau fi plasate decât pe uscat sau pe navele capitale. În 1937, a fost testat un prototip de radar compact potrivit pentru amplasarea pe un avion [5] . Primele radare aeriene de aviație au fost destinate fie să detecteze aeronavele și navele inamice în absența vizibilității optice, fie să detecteze un atac din emisfera posterioară (de exemplu, radarul Monica ). Lupta pentru economisirea spațiului, greutății și energiei nu s-a încheiat aici, au fost create siguranțe radio simple și miniaturale care puteau fi plasate în capul proiectilelor antiaeriene. Până la începutul celui de-al Doilea Război Mondial, sistemul radar Chain Home a fost instalat în Marea Britanie . Istoria creării stațiilor radar este prezentată în documentarul britanic „Secret War: Seeing a000 miles” .

În Statele Unite, primul contract între armată și industrie pentru crearea unei stații radar a fost încheiat în 1939.[ specificați ] .

Declanșarea celui de-al Doilea Război Mondial a impus inginerilor britanici să creeze măsuri eficiente de combatere a raidurilor aeriene germane, iar în vara anului 1940, sub conducerea lui Henry Tizard , a fost dezvoltat un magnetron cu mai multe cavități , care a devenit baza unui nou efect eficient. sistem radar aeropurtat în intervalul de centimetri, care a fost echipat la începutul anului 1941 avioane americane și britanice [6] .

Arhitectul austriac Rudolf Kompfner a inventat tubul de amplificare a undelor calatoare , care amplifică semnalul de un milion de ori pe o gamă largă de frecvențe ale microundelor. Pentru dezvoltarea acestui dispozitiv, Kompfner a primit titlul de doctor în fizică.

Pentru a-și proteja orașele de raidurile bombardierelor, Germania a creat baterii antiaeriene controlate de radare de tip Würzburg cu o frecvență de radiație de 560 megaherți. Responsabil pentru organizarea apărării aeriene a fost generalul Kammhuber , care a creat așa-numita linie Kammhuber .

În timpul Operațiunii Bruneval , desfășurată de comandouri britanice în februarie 1942 pe coasta Franței în provincia Seine-Maritime ( Normandia Superioară ), secretul radarelor germane a fost dezvăluit. Pentru a bloca radarele germane, Aliații au folosit emițătoare care emit interferențe într-o anumită bandă de frecvență la o frecvență medie de 560 megaherți. La început, bombardierele au fost echipate cu astfel de transmițătoare .

Când piloții germani au învățat să ghideze luptătorii către semnale de interferență, ca și cum ar fi radiofaruri, uriașele transmițătoare americane „Tuba” ( Project Tuba ), dezvoltate în laboratorul radio al Universității Harvard [7] , au fost amplasate de-a lungul coastei de sud a Anglia . Din semnalele lor puternice, echipamentele radio ale luptătorilor germani „orbesc” din Europa și bombardierele aliate, după ce scăpaseră de urmăritori, au zburat calm către aerodromurile lor de peste Canalul Mânecii.

În URSS

Stații radar timpurii

În Uniunea Sovietică, căutarea unor noi modalități de detectare a aeronavelor a început la începutul anilor 1930, când a devenit clar că, odată cu o creștere suplimentară a vitezei aviației, proiectoarele antiaeriene și pickup-urile de sunet , din cauza razei lor scurte de acțiune, nu vor fi capabile. pentru a oferi avertizare timpurie a raidurilor aeriene, iar recunoașterea aeriană ar deveni blocajul în sistemul de apărare aeriană . Dezvoltarea cercetărilor în domeniul radarului a fost precedată de experimente de detectare a unei aeronave prin radiația sa termică (1932-34 VEI ) și emisia radio din sistemul de aprindere a motorului (1930 M.A. Fedorov, NIIIS KA), care nu au dat un rezultat satisfăcător. rezultat, intervalul nu a fost depășit câțiva kilometri. În iunie 1933, problemele finanţării şi începutul cercetărilor privind detecţia radio (termenul radar a apărut mai târziu) au fost discutate de K.E. Voroșilov și M.N. Tuhacevski .

În octombrie 1933, la propunerea GAU (reprezentantul M. M. Lobanov ), șeful grupului de unde decimetrice al Laboratorului Radio Central Yu.K. , în vârstă de 26 de ani . Korovin. Ca stație radar, au fost adaptate echipamente de comunicație radio cu unde decimetrice , create și testate de grupul Korovin în vara anului 1933. Radarul experimental era format din două antene parabolice cu diametrul de 2 metri și funcționau la o lungime de undă de 50 cm (600 MHz), puterea emițătorului funcționând în modul continuu era de numai 0,2 W, semnalul reflectat era controlat de ureche folosind un super- receptor radio regenerativ . La 3 ianuarie 1934, la instalația Korovin a fost efectuat cu succes primul experiment din URSS pentru detectarea unei aeronave prin radar. Raza maximă de acțiune la o altitudine de zbor de 150 m a fost de 600-700 m. În raportul „Găsirea direcției aeronavelor pe DTSV” , trimis GAU la 14 februarie 1934, Korovin și-a exprimat încrederea în posibilitatea de a crește raza de acțiune la 8-10 km cu îmbunătățirea ulterioară a echipamentului.

La 16 ianuarie 1934, la Institutul de Fizică și Tehnologie din Leningrad, academicianul A.F. Ioffe a susținut o ședință pe tema radarului cu participarea academicienilor A.A. Chernysheva , S.I. Vavilov , profesorii N.N. Andreeva , N.D. Papaleksi , A.A. Lebedeva , D.A. Rozhansky , V.P. Linnik , angajați ai LFTI , LEFI și reprezentanți ai Direcției de Apărare Aeriană. În același an, mareșalul Tuhacevsky a scris într-o scrisoare către guvernul URSS: „Experimentele de detectare a aeronavelor folosind un fascicul electromagnetic au confirmat corectitudinea principiului de bază”. În curând, lucrările la radar s-au desfășurat pe un front larg, clienții fiind Direcția Principală de Artilerie și Direcția de Apărare Aeriană a Armatei Roșii. În total, există cinci domenii științifice principale, în care mai mult de o duzină de radare experimentale de diferite tipuri și scopuri au fost dezvoltate în perioada antebelică, dar cele mai multe dintre ele, din diverse motive, nu au fost aduse la producția de masă. [opt]

Prima direcție a fost continuarea lucrării lui Yu.K. Korovin la ordinele GAU, care a avut loc în orașul Gorki ( Nijni Novgorod ) pe baza TsVIRL sub codul „Raccoon”. În mai 1935, instalația a atins o rază de detectare de 3 km, îmbunătățirea ulterioară a parametrilor a dat naștere dificultăților asociate cu suprimarea efectului de microfon, absența lămpilor cu zgomot redus etc. În septembrie 1937, lucrările au fost oprite. datorită faptului că direcția paralelă la NII-9 s-a dovedit a fi mai reușită.

A doua direcție a fost organizată la 11 ianuarie 1934 la Institutul de Electrofizică din Leningrad (LEFI), tot din ordinul GAU. Lucrarea a fost realizată de laboratorul B.K. Shembel sub îndrumarea generală a lui A. A. Chernyshev . Direcția a fost considerată de client ca fiind paralelă și concurată cu grupul Korovin. În vara anului 1935, o configurație experimentală cu radiație continuă la o lungime de undă de 21-29 cm a arătat o rază de acțiune de 5-6 km pe aeronava U-2. În toamna anului 1935, LEFI a fuzionat cu Institutul Experimental Radio (M.I. Kugushev) și, mai târziu, cu Institutul de Cercetare a Televiziunii, și a devenit parte a noului secret NII-9, al cărui director științific era M. A. Bonch-Bruevich . În septembrie 1936, laboratorul lui Shembel a creat un detector radio mobil cu două coordonate „Storm” [9] , capabil să detecteze aeronave la distanțe de 10-11 km. În aceeași lună, la institut a avut loc o conferință științifică și tehnică despre radiodetecția, sub președinția A.V. Shuleikin și cu participarea unor oameni de știință de top și ingineri radar ai țării, ceea ce a făcut posibilă evaluarea rezultatelor și coordonarea cursului cercetării. În paralel, NII-9 a efectuat cercetări teoretice ample asupra sistemelor de antene și a ingineriei radio cu microunde, ale căror rezultate au fost deja utilizate în perioada postbelică. La sfârșitul anului 1939, detectoarele radio experimentale B-2 ("Mimas"), B-3 și telemetrul cu impuls radio "Sagittarius" NII-9 au lucrat la distanțe de până la 20 km. Modelul industrial al radarului pentru artilerie antiaeriană, realizat pe baza detectorului radio Mimas și a telemetrului Sagittarius sub codul Luna, a fost comandat de Comitetul de Apărare în iunie 1940, dar ordinul nu a fost îndeplinit, deoarece în perioada evacuarea laboratorului NII-9 din Leningrad au fost împrăștiate în diferite orașe ale URSS, iar baza de testare Ostrovki de pe malurile Nevei a fost distrusă, iar institutul a încetat să mai existe.

A treia direcție a apărut la 19 februarie 1934, când Direcția de Apărare Aeriană a Armatei Roșii a încheiat un acord cu LEFI pentru dezvoltarea unei stații de recunoaștere aeriană. Ca urmare, până în septembrie 1934, laboratorul Shembel a creat și testat o stație radar experimentală „Rapid”, care funcționează la o frecvență de 63 MHz „în transmisie” cu radiație continuă cu o lungime a secțiunii controlate de până la 50 km. Prima instalație experimentală „Rapid” a fost testată de P. Oshchepkov în același an [10] : emițătorul a fost instalat la Moscova pe acoperișul casei numărul 14 de pe strada Krasnokazarmennaya , receptorul - lângă satul Novogireevo ; Au fost prezenți M. N. Tukhachevsky, N. N. Nagorny , M. V. Shuleikin . În octombrie, UPVO a reziliat contractul în mod neașteptat și, prin ordinul lui M.N. Tuhacevsky își creează propriul birou departamental de proiectare al UPVO sub conducerea lui P.K. Oshchepkov , care începe dezvoltarea complexului radar Elektrovisor, format din sistemul Vega și două sisteme Cone (aproape și departe). La începutul anului 1935, Oshchepkov a decis să completeze Elektrovisor cu sistemul de impuls Model-2. Dezvoltarea unei astfel de dimensiuni a depășit puterea tânărului birou de proiectare, iar până în vara anului 1936, când era planificată să fie pusă în funcțiune, niciunul dintre sistemele complexului nu a putut arăta rezultate semnificative la teste din cauza numeroaselor deficiențe. Un an mai târziu, Oshchepkov a fost reprimat în cazul Tukhachevsky, iar Biroul de proiectare UPVO a fost transformat în sectorul științific al NIIIS KA, în care, pe baza instalării Rapid, a fost creat radarul Rhubarb, care a fost pus în funcțiune. în septembrie 1939 sub denumirea RUS-1 .

A patra direcție a apărut la LPTI în septembrie 1934, când laboratorul D.A. Rozhansky (din septembrie 1936 Yu.B. Kobzarev ) a început cercetările pe radar la ordinele UPVO al Armatei Roșii. În martie 1935, LPTI sa alăturat dezvoltării unui radar cu impulsuri pentru sistemul Model-2 al Biroului de Proiectare UPVO, apoi a continuat acest subiect cu NIIIS KA. În aprilie 1937 s-a obținut o autonomie de 5 km pe o instalație experimentală, în august 1938 - 50 km. Pe baza acestui fapt, un an mai târziu, Institutul și NIIIS KA au fabricat și testat o instalație mobilă experimentală „Redut” pe o bază de automobile, care a arătat o autonomie maximă pentru aeronave de până la 95 km, acesta a fost un indicator genial pentru timp. Din aprilie 1939, prin decizia Comitetului de Apărare, Institutul de Cercetare Științifică a Industriei Radio (NII-20 Ostekhbyuro) s-a alăturat fabricării de prototipuri, în iarna anilor 1939-1940. „Redută” testată în luptă reală în timpul conflictului sovietico-finlandez . La 26 iulie 1940, stația, numită RUS-2 , a fost adoptată de forțele de apărare aeriană, cu toate acestea, în timpul procesului de producție, NII-20 (inginer D.S. Mikhalevich) a propus îmbunătățirea semnificativă a stației, transformând-o dintr-o două- antenă într-o singură antenă. Noul proiect a fost numit „Redoubt-41”, iar apoi „Pegmatit”, două stații experimentale de noul tip au fost fabricate în mai 1941 și puse în funcțiune sub numele de RUS-2s. În 1940, pe baza lui Redut, NII-20 a început să dezvolte radarul cu impulsuri aeropurtate Gneiss (A.B. Slepushkin, A.A. Fin , V.V. Tikhomirov ), care a fost folosit pentru prima dată pe avioanele Pe-2 în luptele de lângă Moscova și Stalingrad .

A cincea direcție a apărut la Institutul Ucrainean de Fizică și Tehnologie (UFTI) din Harkov , unde departamentul de oscilații electromagnetice a funcționat din 1932 sub conducerea A.A. Slutskin , care, din proprie inițiativă, a efectuat cercetarea și dezvoltarea magnetronilor [11] . În martie 1937, UPTI a primit un ordin de la Direcția de Comunicații a Armatei Roșii de a crea o stație de impuls pentru ghidarea pistolului la o lungime de undă de 60-65 cm. raza de 30 km. A fost primul radar sovietic capabil să determine trei coordonate țintă, cu toate acestea, o zonă moartă mare (6 km) și o determinare lungă a coordonatelor (zeci de secunde) nu erau potrivite pentru artileria antiaeriană, stația a fost trimisă pentru revizuire. În 1941, UPTI a început crearea unei noi stații radar sub codul „Rubin”, dar lucrările au fost întrerupte de război și au continuat deja în evacuare împreună cu NIIIS KA. [12] .

Stație radar în timpul Marelui Război Patriotic

La începutul războiului, URSS avea 45 de radare RUS-1, a căror producție încetase deja ca fiind învechite, aproximativ 10 radare RUS-2 și două seturi de radare noi Pegmatit (RUS-2) cu o singură antenă care erau în curs de desfășurare. testat. În plus, în primele luni de război, mai multe radare experimentale au fost puse în funcțiune de către diverse institute de cercetare, cele mai puternice au lucrat lângă Leningrad în regiunea Toksovo (LFTI) și lângă Moscova, în regiunea Mozhaisk , unde radarul Porfir. stație (o versiune îmbunătățită a RUS-2 cu o rază de acțiune de peste 200 km), datorită căreia a fost posibilă respingerea primului raid aerian masiv asupra Moscovei.

În timpul războiului, a fost studiată cu atenție tehnologia radarului, care a ajuns în URSS sub Lend-Lease din Anglia , SUA și Canada , iar mai târziu, la sfârșitul războiului, tehnologia radar germană . Din 1942, deja în evacuare , s-a reluat producția și dezvoltarea de noi radare sovietice. Până la sfârșitul războiului, au fost produse aproximativ 500 de seturi de stații RUS-2 (majoritatea dintre ele erau pliabile în containere, de tip Pegmatit), 124 de seturi de stații ghidate de tun SON-2ot, peste 250 de radare aeriene Gneiss de diverse modificări etc. [13]

La 4 iulie 1943, în conformitate cu Decretul Comitetului de Apărare a Statului nr. 3686ss „Cu privire la radar”, Consiliul pentru Radar a fost format în subordinea Comitetului de Apărare a Statului [14] . Inițiatorii săi au fost inginerul militar M. M. Lobanov și omul de știință A. I. Berg . Consiliul a jucat un rol important în dezvoltarea radarului sovietic, contribuind la o coordonare și planificare mai rezonabilă a lucrărilor. De asemenea, a inițiat colectarea și difuzarea informațiilor științifice interne și străine.

În 1946, specialiștii americani Raymond și Hucherton scriau: „Oamenii de știință sovietici au dezvoltat cu succes teoria radarului cu câțiva ani înainte ca radarul să fie inventat în Anglia” [15] .

O mare atenție în sistemul de apărare aeriană este acordată rezolvării problemei detecției în timp util a țintelor aeriene joase

Clasificare

În funcție de domeniul de aplicare, există:

  • radar militar;
  • radare civile.

Cu programare:

  • radar de detectare;
  • radar de control și urmărire;
  • radare panoramice;
  • radar lateral;
  • radar de urmărire a terenului ;
  • radare meteorologice;
  • radar de vizare;
  • radar contra bateriei ;
  • radar de navigație, radar de navigație:
  • Radar de monitorizare a situației.

După natura transportatorului:

  • radar de coastă;
  • radare maritime;
  • radar aeropurtat;
  • radare mobile.

După natura semnalului primit:

  • radar de răspuns primar sau pasiv [16] ;
  • secundar, sau radar cu răspuns activ [16] ;
  • combinate.

Prin metoda de actiune:

După banda de undă:

  • metru;
  • decimetru;
  • centimetru;
  • milimetru.

Radar primar

Radarul primar (răspuns pasiv) servește în principal la detectarea țintelor prin iradierea lor cu o undă electromagnetică și apoi recepționând reflexii (ecouri) de la țintă. Deoarece viteza undelor electromagnetice este constantă ( viteza luminii ), devine posibilă determinarea distanței până la o țintă pe baza măsurării diferiților parametri pe măsură ce semnalul se propagă.

În centrul dispozitivului stației radar se află trei componente: emițător , antenă și receptor .

Emițătorul (emițătorul) este sursa semnalului electromagnetic. Poate fi un generator de impulsuri puternic . Pentru radarele cu impulsuri cu rază de centimetri  , este de obicei un magnetron sau un generator de impulsuri care funcționează conform schemei: un oscilator principal este un amplificator puternic care utilizează cel mai adesea o lampă cu undă de călătorie (TWT) ca generator, iar o lampă triodă este adesea folosit pentru radare cu raza de contorizare . Radarele care folosesc magnetroni sunt incoerente sau pseudo-coerente, spre deosebire de radarele bazate pe TWT. În funcție de metoda de măsurare a intervalului, transmițătorul funcționează fie într-un mod pulsat, generând impulsuri electromagnetice scurte și puternice repetitive, fie emite un semnal electromagnetic continuu.

Antena emite semnalul emițătorului într-o direcție dată și primește semnalul reflectat de la țintă. In functie de implementare, receptia semnalului reflectat poate fi realizata fie de aceeasi antena, fie de alta, care poate fi uneori amplasata la o distanta considerabila de cea de transmisie. Dacă transmisia și recepția sunt combinate într-o singură antenă, aceste două acțiuni sunt efectuate alternativ și, pentru ca un semnal puternic al emițătorului să nu se scurgă în receptor, în fața receptorului este plasat un dispozitiv special care închide intrarea receptorului în momentul este emis semnalul de sondare.

Receptorul (receptorul) realizează amplificarea și procesarea semnalului primit. În cel mai simplu caz, semnalul rezultat este aplicat unui tub de raze (ecran), care afișează o imagine sincronizată cu mișcarea antenei.

Diferite radare se bazează pe diferite metode de măsurare a parametrilor semnalului reflectat.

Metoda frecvenței

Metoda frecvenței de măsurare a distanței se bazează pe utilizarea modulării în frecvență a semnalelor continue emise. În implementarea clasică a acestei metode (LFM), frecvența se modifică liniar de la f1 la f2 pe o jumătate de ciclu. Datorită întârzierii în propagarea semnalului, diferența de frecvență dintre semnalele emise și cele primite este direct proporțională cu timpul de propagare. Măsurându-l și cunoscând parametrii semnalului emis, este posibil să se determine intervalul până la țintă.

Avantaje:

  • vă permite să măsurați distanțe foarte scurte;
  • se folosește un transmițător de putere mică.

Defecte:

  • sunt necesare două antene;
  • deteriorarea sensibilității receptorului din cauza scurgerii prin antenă în calea de recepție a radiației emițătorului, supusă unor modificări aleatorii;
  • cerințe ridicate pentru liniaritatea modificării frecvenței.

Metoda fază

Metoda radarului de fază (coerent) se bazează pe selecția și analiza diferenței de fază dintre semnalele transmise și reflectate, care apare datorită efectului Doppler , atunci când semnalul este reflectat de la un obiect în mișcare. În acest caz, dispozitivul de transmisie poate funcționa atât în ​​mod continuu, cât și în modul pulsat. În modul de radiație cu o singură frecvență, principalul avantaj al acestei metode este că „vă permite să observați doar obiectele în mișcare, iar acest lucru elimină interferența de la obiectele staționare situate între echipamentul de recepție și țintă sau în spatele acestuia” [17] .

Intervalul clar de măsurare a distanței pentru sondarea cu o singură frecvență este determinat de expresia:

unde  este viteza luminii;  este frecvența radiației.

Pentru a extinde intervalul de măsurare fără ambiguitate, în practică sunt utilizate scheme mai complexe în care sunt prezente două sau mai multe frecvențe. În acest caz, domeniul neechivoc este determinat de separarea maximă a frecvenței semnalelor emise:

Avantaje:

  • radiații de putere redusă, deoarece se generează oscilații neamortizate;
  • acuratețea nu depinde de deplasarea Doppler a frecvenței de reflexie;
  • un dispozitiv destul de simplu.

Defecte:

  • lipsa rezoluției intervalului (eliminată prin utilizarea semnalelor cu mai multe frecvențe [18] );
  • deteriorarea sensibilității receptorului datorită pătrunderii prin antenă în calea de recepție a radiației emițătorului, sub rezerva unor modificări aleatorii.

Metoda impulsului

Radarele moderne de urmărire sunt de obicei construite ca radare cu impulsuri. Radarul cu impulsuri transmite un semnal emitator doar pentru un timp foarte scurt, intr-un impuls scurt (durata de ordinul microsecundelor), dupa care trece in modul receptie si asculta ecoul reflectat de la tinta, in timp ce pulsul emis se propaga in spatiu .

Deoarece pulsul se îndepărtează de radar cu o viteză constantă, există o relație directă între timpul scurs din momentul transmiterii pulsului până la momentul recepționării ecoului și distanța până la țintă. Este logic să trimiteți următorul impuls numai după ceva timp, și anume după ce pulsul anterior revine (acest lucru depinde de raza de detectare a radarului, puterea emițătorului, câștigul antenei, sensibilitatea receptorului). Dacă pulsul este trimis mai devreme, atunci ecoul de la pulsul anterior de la o țintă îndepărtată poate fi confundat cu un eco de la al doilea impuls de la o țintă apropiată.

Intervalul de timp dintre impulsuri se numește perioada de repetiție a impulsurilor ( Eng.  Pulse Repetition Interval, PRI ), reciproca acestuia este un parametru important, care se numește frecvența de repetiție a impulsurilor (PRF, Eng.  Pulse Repetition Frequency, PRF ). Radarele cu rază lungă de frecvență joasă au de obicei un interval de repetare de câteva sute de impulsuri pe secundă. Frecvența de repetare a pulsului este unul dintre semnele distinctive prin care este posibilă determinarea de la distanță a modelului radarului.

Avantajele metodei de măsurare în impulsuri:

  • posibilitatea de a construi un radar cu o antenă;
  • simplitatea dispozitivului indicator;
  • comoditatea de a măsura intervalul de ținte multiple.

Defecte:

  • necesitatea de a utiliza puteri mari ale impulsurilor transmițătorului;
  • imposibilitatea de a măsura distanțe scurte până la țintă din cauza zonei moarte.

Eliminarea interferenței pasive

Una dintre principalele probleme ale radarelor cu impuls este suprimarea semnalelor reflectate de obiecte staționare: suprafața pământului, dealuri înalte, creste valurilor etc. Dacă, de exemplu, ținta se află pe fundalul unui deal înalt, semnalul reflectat de la acest deal va bloca complet semnalul de la tinta . Pentru radarele de la sol, această problemă se manifestă atunci când se lucrează cu obiecte care zboară joase. Pentru radarele cu impulsuri aeropurtate, se exprimă prin faptul că reflexia de pe suprafața pământului ascunde toate obiectele care se află sub aeronavă cu radarul.

Metodele de eliminare a interferenței folosesc, într-un fel sau altul, efectul Doppler (frecvența unei unde reflectate de la un obiect care se apropie crește, de la un obiect care pleacă scade).

Cel mai simplu radar care poate detecta o țintă în dezordine este radarul Moving Target Selection (MTS), un radar cu impulsuri care compară reflexiile de la mai mult de două sau mai multe intervale de repetare a impulsurilor. Orice țintă care se mișcă față de radar produce o modificare a parametrului semnalului (etapă în MDC serial), în timp ce dezordinea de la obiectele staționare rămâne neschimbată. Interferența este eliminată prin scăderea semnalului reflectat primit la două intervale consecutive. În practică, eliminarea interferențelor poate fi efectuată în dispozitive speciale - compensatoare de interperioade sau procesare software de către un sistem digital.

Un dezavantaj inevitabil al TDC-urilor care funcționează la un PRF constant este incapacitatea de a detecta ținte cu viteze circulare specifice (ținte care produc schimbări de fază de exact 360 de grade). Rata cu care o țintă devine invizibilă pentru radar depinde de frecvența de funcționare a stației și de PRF. Pentru a elimina dezavantajul, SDC-urile moderne emit mai multe impulsuri cu PRF-uri diferite. PRF sunt selectate în așa fel încât numărul de viteze „invizibile” să fie minim.

Radarele Doppler cu impulsuri , spre deosebire de radarele SDC, folosesc o modalitate diferită și mai complexă de a scăpa de interferențe. Semnalul primit, care conține informații despre ținte și interferențe, este transmis la intrarea unității de filtru Doppler. Fiecare filtru trece un semnal de o anumită frecvență. La ieșirea filtrelor se calculează derivatele semnalelor. Metoda ajută la găsirea țintelor la viteze date, poate fi implementată în hardware sau software, nu permite (fără modificări) determinarea distanței până la ținte. Pentru a determina distanțele până la ținte, puteți împărți intervalul de repetare a pulsului în segmente (numite segmente de interval) și puteți aplica un semnal la intrarea blocului de filtru Doppler în timpul acestui segment de interval. Este posibil să se calculeze distanța doar cu repetări multiple de impulsuri la frecvențe diferite (ținta apare la diferite segmente de distanță la PRF diferit).

O proprietate importantă a radarelor cu impulsuri Doppler este coerența semnalului, dependența de fază a semnalelor trimise și primite (reflectate).

Radarele Pulse-Doppler, spre deosebire de radarele cu SDC, au mai mult succes în detectarea țintelor care zboară joase. Pe avioanele moderne, aceste radare sunt folosite pentru interceptarea aerului și controlul focului (radare AN / APG-63, 65, 66, 67 și 70). Implementările moderne sunt în mare parte software: semnalul este digitizat și dat unui procesor separat pentru procesare . Adesea, un semnal digital este convertit într-o formă care este potrivită pentru alți algoritmi folosind o transformată Fourier rapidă . Utilizarea implementării software în comparație cu implementarea hardware are o serie de avantaje:

  • capacitatea de a selecta algoritmul optim de procesare a semnalului dintre mai multe disponibile;
  • posibilitatea de modificare a parametrilor numerici ai algoritmilor;
  • capacitatea de a adăuga/schimba algoritmi (prin schimbarea firmware -ului ).

Avantajele enumerate, împreună cu capacitatea de stocare a datelor în ROM ) fac posibilă, dacă este necesar, adaptarea rapidă la tehnica de blocare a inamicului.

Eliminarea bruiajului activ

Cea mai eficientă metodă de combatere a interferențelor active este utilizarea unei rețele de antene digitale în radar , ceea ce face posibilă formarea de scăderi în diagrama de radiație în direcțiile către bruiaj [19] [20] [21] .

Radar secundar

Radarul secundar este folosit în aviație pentru identificare. Caracteristica principală este utilizarea unui transponder activ pe aeronave.

Principiul de funcționare al radarului secundar este oarecum diferit de principiul radarului primar. Dispozitivul Stației Radar Secundare se bazează pe componente: emițător , antenă , generatoare de marcaje azimutale , receptor , procesor de semnal , indicator și transponder de avion cu antenă .

Transmițătorul este folosit pentru a genera impulsuri de solicitare în antenă la o frecvență de 1030 MHz.

Antena este folosită pentru a emite impulsuri de interogare și pentru a primi semnalul reflectat. Conform standardelor ICAO pentru radarul secundar, antena transmite la o frecvență de 1030 MHz și recepționează la o frecvență de 1090 MHz.

Generatoarele de markeri de azimut sunt utilizate pentru a genera markeri de azimut ( de exemplu,  Azimuth Change Pulse, ACP ) și marcaje ale Nordului ( de exemplu, Azimuth  Reference Pulse, ARP ). Pentru o revoluție a antenei radar, sunt generate 4096 de mărci azimutale la scară (pentru sistemele vechi) sau 16.384 de semne de azimut la scară îmbunătățită ( pulsul de schimbare a azimutului îmbunătățit în engleză  , IACP  - pentru sisteme noi), precum și un semn al Nordului. Marca de nord provine de la generatorul de marcaj de azimut cu antena într-o astfel de poziție atunci când este îndreptată spre nord, iar semnele de azimut ale scalei servesc la citirea unghiului de rotire a antenei.

Receptorul este folosit pentru a recepționa impulsuri la o frecvență de 1090 MHz.

Procesorul de semnal servește la procesarea semnalelor primite.

Indicatorul servește la afișarea informațiilor procesate.

Un transponder de avion cu antenă este utilizat pentru a transmite către radar un semnal radio pulsat care conține informații suplimentare, la cerere.

Principiul de funcționare al radarului secundar este utilizarea energiei transponderului aeronavei pentru a determina poziția aeronavei. Radarul iradiază zona înconjurătoare cu impulsuri de interogare P1 și P3, precum și un impuls de suprimare P2 la o frecvență de 1030 MHz. Aeronavele echipate cu transponder în zona fasciculului de interogare, atunci când primesc impulsuri de interogare, dacă condiția P1,P3>P2 este valabilă, răspund radarului solicitant cu o serie de impulsuri codificate la o frecvență de 1090 MHz, care conțin informații suplimentare despre numărul lateral, altitudine și așa mai departe. Răspunsul transponderului aeronavei depinde de modul de solicitare radar, iar modul de solicitare este determinat de intervalul de timp dintre impulsurile de solicitare P1 și P3, de exemplu, în modul de solicitare A (modul A), intervalul de timp dintre impulsurile de solicitare a stației P1 și P3 este de 8 microsecunde și la primirea unei astfel de solicitări, aeronava cu transponder își codifică numărul de avion în impulsurile de răspuns.

În modul de interogare C (modul C), intervalul de timp dintre impulsurile de interogare ale stației este de 21 de microsecunde, iar la primirea unei astfel de solicitări, transponderul aeronavei codifică înălțimea acestuia în impulsurile de răspuns. Radarul poate trimite și o solicitare în modul mixt, de exemplu, Modul A, Modul C, Modul A, Modul C. Azimutul aeronavei este determinat de unghiul de rotație al antenei, care, la rândul său, este determinat de numărarea semnelor azimutale ale scalei .

Intervalul este determinat de întârzierea răspunsului primit. Dacă aeronava se află în zona de acoperire a lobilor laterali și nu faza principală sau se află în spatele antenei, atunci transponderul aeronavei, atunci când primește o solicitare de la radar, va primi la intrare condiția ca impulsurile P1, P3 < P2, adică impulsul de suprimare este mai mare decât impulsurile de solicitare. În acest caz, răspunsul se blochează și nu răspunde la cerere.

Semnalul primit de la transponder este procesat de receptorul radar, apoi merge la procesorul de semnal, care procesează semnalele și transmite informații utilizatorului final și (sau) indicatorului de control.

Avantajele unui radar secundar:

  • precizie mai mare;
  • informații suplimentare despre aeronavă (număr de bord, altitudine);
  • putere redusă de radiație în comparație cu radarele primare;
  • raza mare de detectare.

Domenii radar

Denumirea
IEEE / ITU		 Etimologie Frecvențele Lungime de undă Note
HF Engleză  frecventa inalta 3-30 MHz 10-100 m Radar de la Garda de Coastă, radare „de peste orizont”.
P Engleză  anterior < 300 MHz > 1 m Folosit la primele radare
VHF Engleză  frecventa foarte mare 50-330 MHz 0,9—6 m Detectare pe distanță lungă, explorare Pământului
UHF Engleză  frecvență ultra înaltă 300-1000 MHz 0,3—1 m Detectare la distanțe lungi (de exemplu, bombardamente de artilerie), sondaje forestiere, suprafața Pământului
L Engleză  Lung 1-2 GHz 15-30 cm supravegherea si controlul traficului aerian
S Engleză  mic de statura 2-4 GHz 7,5-15 cm controlul traficului aerian, meteorologie, radar maritim
C Engleză  Compromite 4-8 GHz 3,75-7,5 cm meteorologie, transmisie prin satelit, interval intermediar între X și S
X 8-12 GHz 2,5-3,75 cm controlul armelor, ghidarea rachetelor, radar maritim, vreme, cartografiere cu rezoluție medie; în SUA, banda de 10,525 GHz ± 25 MHz este utilizată în radarul aeroportului
K u Engleză  sub K 12-18 GHz 1,67-2,5 cm cartografiere de înaltă rezoluție, altimetrie prin satelit
K limba germana  kurz  - „scurt” 18-27 GHz 1,11-1,67 cm utilizarea este limitată datorită absorbției puternice de către vaporii de apă, astfel încât se folosesc intervalele K u și K a . Banda K este folosită pentru detecția cloud, în radarele de trafic ale poliției (24,150 ± 0,100 GHz).
K a Engleză  deasupra lui K 27-40 GHz 0,75-1,11 cm Cartografiere, controlul traficului aerian cu rază scurtă de acțiune, radare speciale care controlează camerele de trafic (34.300 ± 0.100 GHz)
mm 40-300 GHz 1-7,5 mm undele milimetrice sunt împărțite în două intervale următoare
V 40-75 GHz 4,0-7,5 mm Dispozitive medicale EHF utilizate pentru fizioterapie
W 75-110 GHz 2,7-4,0 mm senzori în vehicule automate experimentale, cercetare meteorologică de înaltă precizie

Denumirile benzilor de frecvență adoptate de Forțele Armate ale SUA și NATO din 1982 [22]

Desemnare Frecvențe, MHz Lungime de unda, cm Exemple
A < 100-250 120->300 Radaruri de detectare precoce și de control al traficului aerian, de ex. Radar 1L13 "NEBO-SV"
B 250 - 500 60 - 120
C 500 −1 000 30 - 60
D 1000 - 2000 15 - 30
E 2000 - 3000 10 - 15
F 3.000 - 4.000 7,5 - 10
G 4000 - 6000 5 - 7,5
H 6.000 - 8.000 3.75 - 5.00
eu 8.000 - 10.000 3.00 – 3.75 radare multifuncționale aeropurtate (BRLS)
J 10.000 - 20.000 1.50 – 3.00 Radar de orientare și iluminare a țintei (RPN), de exemplu. 30N6, 9S32
K 20.000 - 40.000 0,75 - 1,50
L 40.000 - 60.000 0,50 - 0,75
M 60.000—100.000 0,30 - 0,50

Vezi și

Note

  1. ↑ detecție și distanță radio . TheFreeDictionary.com. Data accesului: 30 decembrie 2015. Arhivat din original la 16 decembrie 2015.
  2. ↑ Biroul de traduceri. Definiția radarului . Lucrări publice și servicii guvernamentale Canada. Data accesului: 8 noiembrie 2013. Arhivat din original pe 4 ianuarie 2014.
  3. ↑ Dicționarul McGraw-Hill de termeni științifici și tehnici / Daniel N. Lapedes, redactor șef. Lapedes, Daniel N. New York; Montreal : McGraw-Hill, 1976. [xv], 1634, A26 p.
  4. ↑ Vodopianov, 1946 , p. 13.
  5. ↑ Bowen, 1998 .
  6. ↑ Angela Hind. „Serveta „care a schimbat lumea”” . BBC News (5 februarie 2007). Data accesului: 9 martie 2015. Arhivat din original pe 6 februarie 2015.
  7. ↑ Jamming Enemies Radar His Objective Arhivat 23 decembrie 2016 la Wayback Machine  . Proiectul Millennium, Universitatea din Michigan
  8. ↑ Borisova N.A. Apariția radarului în diferite țări: o analiză istorică comparativă  // Geneza: cercetare istorică: jurnal. - 2020. - Nr. 7 . - S. 51-73 . - doi : 10.25136/2409-868X.2020.7.33501 .
  9. ↑ Modificarea sa pentru Marina a fost testată sub codul „Săgeată”.
  10. ↑ Polyakov, 1988 .
  11. ↑ Magnetronii UPTI au funcționat la prima instalație a lui Yu.K. Korovin 1934.
  12. ↑ Institutul de electrofizică din Leningrad . Preluat la 11 mai 2014. Arhivat din original la 13 februarie 2013.
  13. ↑ Lobanov M.M. Dezvoltarea tehnologiei radar sovietice . - M . : Editura Militară, 1982. - S.  156 . — 239 p.
  14. ↑ Transformat ulterior într-un Comitet în subordinea Consiliului de Miniștri al URSS . A lucrat până în 1949
  15. ↑ Site științific și educațional „Science Young” - „Experimentul Crucis” de profesorul Oșcepkov . Data accesului: 22 octombrie 2008. Arhivat din original la 13 ianuarie 2009.
  16. ↑ 1 2 Manual de sisteme electronice / ed. B. V. Krivitsky. - M. : Energie, 1979. - T. 2. - S. 75-206. — 368 p.
  17. ↑ Shembel, 1977 , p. 15-17.
  18. ↑ Soloshchev O. N., Slyusar V. I., Tverdokhlebov V. V. Metoda fază a intervalului de măsurare bazată pe teoria analizei multicanal.// Artilerie și arme de calibru mic. - 2007. - Nr. 2 (23). — C. 29 — 32. [1] Arhivat 25 ianuarie 2020 la Wayback Machine
  19. ↑ Slyusar, V.I. Concepte de bază ale teoriei și tehnologiei antenelor. Sisteme de antene de geometrie euclidiană. antene fractale. antene SMART. Rețele de antene digitale (CAR). Sisteme MIMO bazate pe CAR. . Secțiunile 9.3-9.8 din cartea „Rețele de comunicații fără fir în bandă largă”. / Vișnevski V. M., Lyakhov A. I., Portnoy S. L., Shahnovich I. V. - M .: Tehnosferă. — 2005. C. 498–569 (2005). Consultat la 27 noiembrie 2018. Arhivat din original la 29 august 2018.
  20. ↑ Slyusar, V.I. Matrice de antene digitale: viitorul radarului. . Electronică: știință, tehnologie, afaceri. - 2001. - Nr 3. C. 42-46. (2001). Preluat la 7 august 2017. Arhivat din original la 17 aprilie 2021.
  21. ↑ Slyusar, V.I. Matrice de antene digitale: aspecte ale dezvoltării. (link indisponibil) . Echipamente și arme speciale. - februarie 2002. - Nr. 1,2. pp. 17-23. (2002). Preluat la 7 august 2017. Arhivat din original la 23 decembrie 2018. 
  22. ↑ V. G. Dozhdikov, Yu. S. Lifanov, M. I. Saltan; ed. V. G. Dozhdikova. Dicționar enciclopedic de electronică radio, optoelectronică și hidroacustică / V. G. Dozhdikov. - Moscova: Energie, 2008. - S. 600. - 611 p. — ISBN 978-5-98420-026-4 (În trad.).

Literatură

  • Polyakov V. T. Inițiere în electronica radio. - M . : Radio şi comunicare, 1988. - 352 p. - ( MRB . Numărul 1123). - 900.000 de exemplare.  — ISBN 5-256-00077-2 .
  • Leonov AI Radar în apărarea antirachetă. - M . : Editura Militară , 1967. - 136 p. - (Tehnologia radar).
  • Radaruri cu scanare laterală / Editat de A.P. Reutov. - M . : Radio sovietică, 1970. - 360 p. - 6700 de exemplare.
  • Stații radar de recunoaștere aeriană / Editat de G. S. Kondratenkov. - M . : Editura Militară, 1983. - 152 p. - 18.000 de exemplare.  — ISBN 200001705124.
  • Mishchenko Yu. A. Radar peste orizont. - M . : Editura Militară, 1972. - 96 p. - (Tehnologia radar).
  • Barton D. Sisteme radar / Traducere prescurtată din engleză, editată de K. N. Trofimov. - M . : Editura Militară, 1967. - 480 p.
  • Lobanov MM Dezvoltarea tehnologiei radar sovietice . - M . : Editura Militară, 1982. - 239 p. — 22.000 de exemplare.
  • Shembel B. K. La originile radarului în URSS. - M . : Radio sovietică, 1977. - 80 p.
  • Vodopianov F. A.  . Radar. - M. , 1946.
  • Ryzhov K. V. 100 de mari invenții. - M. : Veche, 2009. - 480 p. - (100 grozave). — ISBN 5-7838-0528-9 .
  • Bowen, Edward George. Zile radar. - CRC Press, 1998. - ISBN 9780750305860 .
  • Marea Enciclopedie Sovietică // Ed. A. M. Prokhorova. În 30 de volume.ed. a III-a. — M.: Sov. enciclopedie, 1969-78. T. 21, 1975. 640 pagini [www.bse.sci-lib.com/article094941.html Articolul „Radar”]
  • Laboratorul central de radio din Leningrad // Ed. I. V. Breneva. — M.: Radio sovietică, 1973.
  • Muzeul Istoric Militar al Artileriei, Inginerilor și Corpului de Semnalizare . Culegere de documente a generalului locotenent M. M. Lobanov despre istoria dezvoltării tehnologiei radar. F. 52R op. nr. 13
  • Lobanov M. M. Din trecutul radarului: Un scurt eseu. - M . : Editura Militară , 1969. - 212 p. - 6500 de exemplare.
  • Începutul radarului sovietic.  - M .: Radio sovietică, 1975. 288 p.
  • Lobanov M. M. Suntem ingineri militari. - M . : Editura Militară , 1977. - 223 p.
  • Lobanov MM Dezvoltarea tehnologiei radar sovietice . - M . : Editura Militară , 1982. - 240 p. — 22.000 de exemplare.

Link -uri