что такое рлс в армии
Что такое рлс в армии
Радиолокационная станция (РЛС) или рада́р (англ. radar от Radio Detection and Ranging — радиообнаружение и дальнометрия) — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Английский термин-акроним появился в 1941 г., впоследствии в его написании прописные буквы были заменены строчными.
Содержание
История
В 1887 году немецкий физик Генрих Герц начал эксперименты, в ходе которых он открыл существование электромагнитных волн, предсказанных теорией Джеймса Максвелла. Герц научился генерировать и улавливать электромагнитные радиоволны и обнаружил, что они по-разному поглощаются и отражаются различными материалами.
Одно из первых устройств, предназначенных для радиолокации воздушных объектов продемонстрировал 26 февраля 1935 г. шотландский физик Роберт Ватсон-Ватт, который примерно за год до этого получил первый патент на изобретение подобной системы.
Россия
Классификация радаров
По предназначению радиолокационные станции можно классифицировать следующим образом:
По сфере применения различают военные и гражданские РЛС.
По характеру носителя:
Устройство и принцип действия Первичного радиолокатора
Первичный (пассивный) радиолокатор, в основном, служит для обнаружения целей, освещая их электромагнитной волной и затем принимая отражения (эхо) этой волны от цели. Поскольку скорость электромагнитных волн постоянна (скорость света), становится возможным определить расстояние до цели, основываясь на измерении времени распространения сигнала.
В основе устройства радиолокационной станции лежат три компонента: передатчик, антенна и приёмник.
Передающее устройство является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. Он может представлять из себя мощный импульсный генератор. Для импульсных РЛС сантиметрового диапазона — обычно магнетрон или импульсный генератор работающий по схеме: задающий генератор — мощный усилитель, использующий в качестве генератора чаще всего лампу бегущей волны, а для РЛС метрового диапазона, часто используют — триодную лампу. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал.
Антенна выполняет фокусировку сигнала приёмника и формирование диаграммы направленности, а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно, а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала.
Приёмное устройство выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны.
Когерентные РЛС
Когерентный метод радиолокации основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов, которая возникает из-за эффекта Доплера, когда сигнал отражается от движущегося объекта. При этом передающее устройство может работать как непрерывно, так и в импульсном режиме. Основным преимуществом данного метода является то, что он «позволяет наблюдать только движущиеся объекты, а это исключает помехи от неподвижных предметов, расположенных между приёмной аппаратурой и целью или за ней.» [5]
Импульсные РЛС
Современные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт только в течение очень краткого времени, короткий импульс обычно приблизительно микросекунда в продолжительности, после чего он слушает эхо, в то время как импульс распространяется.
Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, время прошедшее с момента, когда импульс посылали, ко времени когда эхо получено, — ясная мера прямого расстояния до цели. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того как импульс придёт обратно, это зависит от дальности обнаружения радара (данным мощностью передатчика, усилением антенны и чувствительностью приёмника). Если бы импульс посылали раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели могло бы быть перепутано с эхом второго импульса от близкой цели.
Устранение пассивных помех
Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов: земной поверхности, высоких холмов и т. п. Если к примеру, самолёт находится на фоне высокого холма, отражённый сигнал от этого холма полностью перекроет сигнал от самолёта. Для наземных РЛС эта проблема проявляется при работе с низколетящими объектами. Для бортовых импульсных РЛС она выражается в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолёта с радиолокатором.
Методы устранения помех используют, так или иначе, эффект Доплера (частота волны, отражённой от приближающегося объекта, увеличивается, от уходящего объекта — уменьшается).
Самый простой радар, который может обнаружить цель в помехах — радар с селекцией движущихся целей (СДЦ) — импульсный радар, который сравнивает отражения более чем от двух или больше интервалов повторения импульса. Любая цель, которая, движется относительно радара, производит изменение в параметре сигнала (стадия в последовательном СДЦ), тогда как помехи остаются неизменными. Устранение помех происходит путём вычитания отражений из двух последовательных интервалов. На практике устранение помех может быть осуществлено в специальных устройствах — черезпериодных компенсаторах или алгоритмами в программном обеспечении.
СДЦ, работающие с постоянной частотой повторения импульсов, имеют фундаментальную слабость: они являются слепыми к целям со специфическими круговыми скоростями (которые производят изменения фаз точно в 360 градусов), и такие цели не отображаются. Скорость, при которой цель исчезает для радиолокатора, зависит от рабочей частоты станции и от частоты повторения импульсов. Современные СДЦ излучают несколько импульсов с различной частоты повторения — такой, что невидимые скорости в каждой частоте повторения импульсов охвачены другими ЧПИ.
Другой способ избавления от помех реализован в импульсно-доплеровских РЛС, которые используют существенно более сложную обработку чем РЛС с СДЦ.
Важное свойство импульсно-доплеровских РЛС — это когерентность сигнала. Это значит, что посланные сигналы и отражения должны иметь определённую фазовую зависимость.
Импульсно-доплеровские РЛС обычно считаются лучше РЛС с СДЦ при обнаружении низколетящих целей во множественных помехах земли, это — предпочтительная техника, используемая в современном истребителе, для воздушного перехвата/управления огнём, примеры тому AN/APG-63, 65, 66, 67 и 70 радары. В современном доплеровском радаре большинство обработки выполняется отдельным процессором в цифровом виде с помощью цифровых сигнальных процессоров, обычно используя высокопроизводительный алгоритм Быстрое преобразование Фурье для преобразования цифровых данных образцов отражений кое во что более управляемое другими алгоритмами. Цифровые обработчики сигналов очень гибки и используемые алгоритмы могут обычно быстро заменяться другими, заменяя только память (ПЗУ) чипы, таким образом быстро противодействуя техники глушения противника если необходимо.
Устройство и принцип действия Вторичного радиолокатора
Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается, от принципа Первичной радиолокации. В основе устройства Вторичной радиолокационной станции лежат компоненты: передатчик, антенна, генераторы азимутальных меток, приёмник, сигнальный процессор, индикатор и самолётный ответчик с антенной.
Передатчик. Служит для излучения импульсов запроса в антенну на частоте 1030 МГц
Антенна. Служит для излучения и приёма отражённого сигнала. По стандартам ICAO для вторичной радиолокации, антенна излучает на частоте 1030МГц, и принимает на частоте 1090 МГц.
Генераторы Азимутальных меток. Служат для генерации Азимутальных меток (Azimuth Change Pulse или ACP) и генерации Метки Севера (Azimuth Reference Pulse или ARP). За один оборот антенны РЛС генерируется 4096 малых азимутальных меток(для старых систем), или 16384 Малых азимутальных меток (для новых систем), их ещё называет улучшенные малые азимутальные метки (Improved Azimuth Change pulse или IACP), а также одну метку Севера. Метка севера приходит с генератора азимутальных меток, при таком положении антенны, когда она направлена на Север, а малые азимутальные метки служат для отсчёта угла разворота антенны.
Приёмник. Служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц
Сигнальный процессор. Служит для обработки принятых сигналов
Индикатор Служит для индикации обработанной информации
Самолётный ответчик с антенной Служит для передачи импульсного радиосигнала, содержащего дополнительную информацию, обратно в сторону РЛС при получении радиосигнала запроса.
Принцип Действия Принцип действия вторичного радиолокатора заключается в использовании энергии самолётного ответчика, для определения положения Воздушного судна. РЛС облучает окружающее пространства запросными импульсами на частоте P1 и P3, а также импульсом подавления P2 на частоте 1030 МГц. Воздушные суда оборудованные ответчиками находящиеся в зоне действия луча запроса при получении запросных импульсов, если действует условие P1,P3>P2 отвечают запросившей РЛС, Серией кодированных импульсов на частоте 1090 МГц, в которых содержится дополнительная информация типа Номер борта, Высота и так далее. Ответ самолётного ответчика зависит от режима запроса РЛС, а режим запроса определяется растоянием между запросными импульсами P1 и P3 например в режиме запроса А (mode A), расстояние между запросными импульсами станции P1 и P3 равно 8 микросекунд, и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свой номер борта. В режиме запроса C (mode C) расстояние между запросными импульсами станции равно 21 микросекунде и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свою высоту. Также РЛС может посылать запрос в смешанном режиме, например Режим А, Режим С, Режим А, Режим С. Азимут Воздушного судна определяется, углом поворота антенны, который в свою очередь определяется путём подсчёта Малых Азимутальных меток. Дальность определяется, по задержке пришедшего ответа Если Воздушное судно не лежит в зоне действия основного луча, а лежит в зоне действия боковых лепестков, или находится сзади антенны, то ответчик Воздушного судна при получении запроса от РЛС, получит на своём входе условие, что импульсы P1,P3
Плюсы вторичной РЛС, более высокая точность, дополнительная информация о Воздушном Судне (Номер борта, Высота), а также малое по сравнению с Первичными РЛС излучение.
Радиолокационные станции: история и основные принципы работы
Современная война стремительна и быстротечна. Зачастую победителем в боевом столкновении выходит тот, кто первым сумеет обнаружить потенциальную угрозу и адекватно на нее среагировать. Уже более семидесяти лет для поиска противника на суше, море и в воздухе используется метод радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от различных объектов. Устройства, посылающие и принимающие подобные сигналы, называются радиолокационными станциями (РЛС) или радарами.
Термин «радар» — это английская аббревиатура (radio detection and ranging), которая была запущена в оборот в 1941 году, но давно уже стала самостоятельным словом и вошла в большинство языков мира.
Изобретение радара – это, безусловно, знаковое событие. Современный мир трудно представить без радиолокационных станций. Их используют в авиации, в морских перевозках, с помощью РЛС предсказывается погода, выявляются нарушители правил дорожного движения, производится сканирование земной поверхности. Радиолокационные комплексы (РЛК) нашли свое применение в космической промышленности и в системах навигации.
Однако наиболее широкое применение радары нашли в военном деле. Следует сказать, что эта технология изначально создавалась для военных нужд и дошла до стадии практической реализации перед самым началом Второй мировой войны. Все крупнейшие страны-участницы этого конфликта активно (и не без результата) использовали радиолокационные станции для разведки и обнаружения судов и самолетов противника. Можно уверенно утверждать, что применение радаров решило исход нескольких знаковых сражений как в Европе, так и на Тихоокеанском театре боевых действий.
Сегодня РЛС используются для решения чрезвычайно широкого спектра военных задач, от отслеживания запуска межконтинентальных баллистических ракет до артиллерийской разведки. Каждый самолет, вертолет, военный корабль имеет собственный радиолокационный комплекс. Радары являются основой системы противовоздушной обороны. Новейший радиолокационный комплекс с фазированной антенной решеткой будет установлен на перспективный российский танк «Армата». Вообще же, многообразие современных радаров поражает. Это абсолютно разные устройства, которые отличаются размерами, характеристиками и назначением.
С уверенностью можно заявить, что сегодня Россия является одним из признанных мировых лидеров в области разработки и производства РЛС. Однако прежде чем говорить о тенденциях развития радиолокационных комплексов, следует сказать несколько слов о принципах работы радаров, а также об истории радиолокационных систем.
Как работает радиолокатор
Локацией называют способ (или процесс) определения месторасположения чего-либо. Соответственно, радиолокация – это метод обнаружения предмета или объекта в пространстве при помощи радиоволн, которые излучает и принимает устройство под название радиолокатор или РЛС.
Физический принцип работы первичного или пассивного радара довольно прост: он передает в пространство радиоволны, которые отражаются от окружающих предметов и возвращаются к нему в виде отраженных сигналов. Анализируя их, радар способен обнаружить объект в определенной точке пространства, а также показать его основные характеристики: скорость, высоту, размер. Любая РЛС – это сложное радиотехническое устройство, состоящее из многих компонентов.
В состав любого радара входит три основных элемента: передатчик сигнала, антенна и приёмник. Все радиолокационные станции можно разделить на две большие группы:
Передатчик импульсной РЛС испускает электромагнитные волны в течение краткого промежутка времени (доли секунды), следующий сигнал посылается только после того, как первый импульс вернется обратно и попадет в приемник. Частота повторения импульса – одна из важнейших характеристик РЛС. Радиолокаторы низкой частоты посылают несколько сотен импульсов в минуту.
Антенна импульсного радара работает и на прием, и на передачу. После испускания сигнала передатчик отключается на время и включается приёмник. После его приема происходит обратный процесс.
Импульсные РЛС имеют как недостатки, так и преимущества. Они могут определять дальность сразу нескольких целей, подобный радар вполне может обходиться одной антенной, индикаторы подобных устройств отличаются простотой. Однако при этом сигнал, испускаемый подобным РЛС должен иметь довольно большую мощность. Также можно добавить, что все современные радары сопровождения выполнены по импульсной схеме.
В импульсных радиолокационных станциях в качестве источника сигнала обычно используют магнетроны, или лампы бегущей волны.
Антенна РЛС фокусирует электромагнитный сигнал и направляет его, улавливает отраженный импульс и передает его в приемник. Существуют радиолокаторы, в которых прием и передача сигнала производятся разными антеннами, причем они могут находиться друг от друга на значительном расстоянии. Антенна РЛС способна испускать электромагнитные волны по кругу или работать в определенном секторе. Луч радара может быть направлен по спирали или иметь форму конуса. Если нужно, РЛС может следить за движущейся целью, постоянно направляя на нее антенну с помощью специальных систем.
В функции приемника входит обработка полученной информации и передача ее на экран, с которого она считывается оператором.
Кроме импульсных РЛС, существуют и радары непрерывного действия, которые постоянно испускают электромагнитные волны. Такие радиолокационные станции в своей работе используют эффект Доплера. Он заключается в том, что частота электромагнитной волны, отраженной от объекта, который приближается к источнику сигнала, будет выше, чем от удаляющегося объекта. При этом частота испускаемого импульса остается неизменной. Радиолокаторы подобного типа не фиксируют неподвижные объекты, их приемник улавливает лишь волны с частотой выше или ниже испускаемой.
Типичным доплеровским радиолокатором является радар, который используют сотрудники дорожной полиции для определения скорости автомобилей.
Основной проблемой радаров непрерывного действия является невозможность с их помощью определять расстояние до объекта, зато при их работе не возникает помех от неподвижных предметов между РЛС и целью или за ней. Кроме того, доплеровские радары – это довольно простые устройства, которым для работы достаточно сигналов малой мощности. Также нужно отметить, что современные радиолокационные станции с непрерывным излучением имеют возможность определять расстояние до объекта. Для этого используется изменение частоты РЛС во время работы.
Одной из главных проблем в работе импульсных РЛС являются помехи, которые идут от неподвижных объектов – как правило, это земная поверхность, горы, холмы. При работе бортовых импульсных радаров самолетов все объекты, находящиеся ниже, “затеняются” сигналом, отраженным от земной поверхности. Если говорить о наземных или судовых радиолокационных комплексах, то для них эта проблема проявляется в обнаружении целей, летящих на малых высотах. Чтобы устранить подобные помехи используется все тот же эффект Доплера.
Кроме первичных РЛС, существуют и так называемые вторичные радиолокаторы, которые используются в авиации для опознания воздушных судов. В состав таких радиолокационных комплексов, кроме передатчика, антенны и приемного устройства, входит еще и самолетный ответчик. При облучении его электромагнитным сигналом ответчик выдает дополнительную информацию о высоте, маршруте, номере борта, его государственной принадлежности.
Также радиолокационные станции можно разделить по длине и частоте волны, на которой они работают. Например, для исследования поверхности Земли, а также для работы на значительных дистанциях используются волны 0,9—6 м (частота 50—330 МГц) и 0,3—1 м (частота 300—1000 МГц). Для управления воздушным движением применяется РЛС с длиной волны 7,5—15 см, а загоризонтные радары станций обнаружения ракетных пусков работают на волнах с длиной от 10 до 100 метров.
История радиолокации
Идея радиолокации возникла практически сразу после открытия радиоволн. В 1905 году сотрудник немецкой компании Siemens Кристиан Хюльсмейер создал устройство, которое с помощью радиоволн могло обнаружить крупные металлические объекты. Изобретатель предлагал устанавливать его на кораблях, чтобы они могли избегать столкновений в условиях плохой видимости. Однако судовые компании не заинтересовались новым прибором.
Проводились эксперименты с радиолокацией и в России. Еще в конце XIX века русский ученый Попов обнаружил, что металлические объекты препятствуют распространению радиоволн.
В начале 20-х годов американские инженеры Альберт Тейлор и Лeo Янг сумели с помощью радиоволн засечь проплывающее судно. Однако состояние радиотехнической промышленности того времени было таково, что создать промышленные образцы радиолокационных станций было затруднительно.
Первые радиолокационные станции, которые можно было использовать для решения практических задач, появились в Англии примерно в середине 30-х годов. Эти устройства были очень большими, устанавливать их можно было только на суше или на палубе больших кораблей. Только в 1937 году был создан прототип миниатюрной РЛС, которую можно было установить на самолет. К началу Второй мировой войны англичане имели развернутую цепь радиолокационных станций под названием Chain Home.
Занимались новым перспективным направлением и в Германии. Причем, нужно сказать, небезуспешно. Уже в 1935 году главнокомандующему германского флота Редеру был продемонстрирован действующий радиолокатор с электронно-лучевым дисплеем. Позже на его основе были созданы серийные образцы РЛС: Seetakt для военно-морских сил и Freya для ПВО. В 1940 году в немецкую армию стала поступать система радиолокационная управления огнем Würzburg.
Позже немцы на основе системы Würzburg создали рубеж ПВО, который получил название «линии Каммхубера». Используя подразделения специального назначения, союзники сумели разгадать секреты работы немецких радаров, что позволило эффективно глушить их.
Несмотря на то, что англичане вступили в «радарную» гонку позже американцев и немцев, на финише они сумели обогнать их и подойти к началу Второй мировой войны с самой продвинутой системой радиолокационного обнаружения самолетов.
Уже в сентябре 1935 года англичане приступили к постройке сети радиолокационных станций, в состав которой перед войной уже входили двадцать РЛС. Она полностью перекрывала подлет к Британским островам со стороны европейского побережья. Летом 1940 года британскими инженерами был создан резонансный магнетрон, позже ставший основой бортовых радиолокационных станций, устанавливаемых на американских и британских самолетах.
Работы в области военной радиолокации велись и в Советском Союзе. Первые успешные эксперименты по обнаружению самолетов с помощью радиолокационных станций в СССР были проведены еще в середине 30-х годов. В 1939 году на вооружение РККА была принята первая РЛС РУС-1, а в 1940 году – РУС-2. Обе эти станции были запущены в серийное производство.
Вторая мировая война наглядно показала высокую эффективность использования радиолокационных станций. Поэтому после ее окончания разработка новых РЛС стала одним из приоритетных направлений развития военной техники. Бортовые радиолокаторы со временем получили все без исключения военные самолеты и корабли, РЛС стали основой для систем противовоздушной обороны.
Позже на основе этой идеи были разработаны радиолокаторы загоризонтного обнаружения запуска баллистических ракет. Примером таких РЛС может служить «Дарьял» — радиолокационная станция, которая несколько десятилетий была основой советской системы предупреждения о ракетных пусках.
В настоящее время одним из самых перспективных направлений развития радиолокационной техники считается создание РЛС с фазированной антенной решеткой (ФАР). Подобные радары имеют не один, а сотни излучателей радиоволн, работой которых руководит мощный компьютер. Радиоволны, испускаемые разными источниками в ФАР, могут усиливать друг друга, если они совпадают по фазе, или же, наоборот, ослаблять.
Сигналу РЛС с фазированной решеткой можно придавать любую необходимую форму, его можно перемещать в пространстве без изменения положения самой антенны, работать с разными частотами излучения. РЛС с фазированной решеткой гораздо надежней и чувствительней, чем радиолокатор с обычной антенной. Однако у подобных радаров есть и недостатки: большой проблемой является охлаждение РЛС с ФАР, кроме того, они сложны в производстве и дорого стоят.
Новые радиолокационные станции с фазированной решеткой устанавливаются на истребители пятого поколения. Эта технология используется в американской системе раннего предупреждения о ракетном нападении. Радиолокационный комплекс с ФАР будет установлен на новейший российский танк «Армата». Следует отметить, что Россия является одним из мировых лидеров в разработке радиолокаторов с ФАР.