Метод радиолокации

РАДИОЛОКАЦИЯ, метод обнаружения и определения местонахождения объектов посредством радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где находится объект.

ПРИМЕНЕНИЯ

Военные применения. Одним из первых важных применений радиолокации были поиск и дальнее обнаружение. Перед Второй мировой войной Великобритания построила не очень совершенную, но довольно эффективную сеть радиолокационных станций дальнего обнаружения для защиты от внезапных воздушных налетов со стороны Ла-Манша. Более совершенные радиолокационные сети защищают Россию и Северную Америку от внезапного нападения авиации или ракет. Корабли и самолеты также оснащаются радиолокаторами. Таким образом, стало возможным наведение истребителей на вражеские бомбардировщики с наземных радиолокаторов слежения или с корабельных радиолокаторов перехвата; можно также использовать бортовые самолетные радиолокаторы для обнаружения, слежения и уничтожения техники противника. Бортовые радиолокаторы важны для поиска, осуществляемого над сушей или морем, и оказания помощи в навигации или при слепом бомбометании.

Ракеты с радиолокационным наведением оснащаются для выполнения боевых задач специальными автономными устройствами. Для распознавания местности на самонаводящейся ракете имеется бортовой радиолокатор, который сканирует земную поверхность и соответствующим образом корректирует траекторию полета. Радиолокатор, расположенный поблизости от противоракетной установки, может непрерывно отслеживать полет межконтинентальной ракеты. За последние годы в обычные методы и средства радиолокации было внесено много нового – появилась, в частности, система для одновременного слежения за многими целями, находящимися на разных высотах и азимутах; кроме того, разработан способ усиления сигналов радиолокатора без увеличения фонового шума.

Невоенные применения. Океанские суда используют радиолокационные системы для навигации. Служба береговой охраны США применяет радиолокационно-телевизионную навигационную систему «Ратан» для получения телевизионно-радиолокационного изображения на подходах к гавани Нью-Йорка. На промысловых траулерах радиолокатор находит применение для обнаружения косяков рыбы.

На самолетах радиолокаторы используют для решения ряда задач, в том числе для определения высоты полета относительно земли. В аэропортах один радиолокатор служит для управления воздушным движением, а другой – радиолокатор управления заходом на посадку – помогает пилотам посадить самолет в условиях плохой видимости. См. также АЭРОНАВИГАЦИЯ; АЭРОПОРТ; ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ УПРАВЛЕНИЕ; НАВИГАЦИЯ.



АНТЕННА системы дальней космической связи (Голдстоун, шт. Калифорния).

В широких масштабах радиолокация применяется для прогнозирования погоды. Национальная метеорологическая служба использует специально оборудованные самолеты, оснащенные радиолокаторами, для отслеживания всех метеопараметров; наземные РЛС помогают им в этой работе. Коммерческие авиалайнеры пользуются радиолокаторами, чтобы избежать погодных и атмосферных аномалий. См. также МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ.

В космических исследованиях радиолокаторы применяют для управления полетом ракет-носителей и слежения за спутниками и межпланетными космическими станциями. Радиолокатор намного расширил наши знания о Солнечной системе и ее планетах. См. также ЛУНА; РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ; КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.

АППАРАТУРА

Радиоволны отражаются (или рассеиваются) всеми объектами, которые создают при этом эхо-сигналы, аналогичные звуковым эхо. Когда луч радиолокатора встречает на своем пути какой-либо объект – самолет, корабль, айсберг, стаю птиц или даже облако, – он отражается от объекта в широком диапазоне углов. Часть волновой энергии попадает на приемник радиолокатора, принося с собой информацию о положении объекта.

Импульсный радиолокатор. На рис. 1 представлена принципиальная схема импульсного радиолокатора. Сигналы, посылаемые таймером, возбуждают генератор импульсов и одновременно поступают на индикатор. Генератор импульсов запускает передатчик, и он посылает импульсы энергии в антенну, которая направляет луч на цель. Часть энергии, отраженной от цели, возвращается обратно в антенну, усиливается в приемнике и выводится на индикатор. После этого может быть определено расстояние (дальность) до цели. Угловое направление в горизонтальной плоскости на цель и высота цели определяются соответственно угловым направлением (азимутом) и углом возвышения луча антенны в точке, где эхо-сигнал имеет максимальную величину.



Рис. 1. ИМПУЛЬСНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА

Доплеровский радиолокатор. Радиолокатор этого типа особенно подходит для получения информации о движущихся объектах. Радиолокационная система излучает непрерывный сигнал неизменной частоты. Если объект движется по направлению к радиолокатору, то отраженный сигнал имеет несколько более высокую частоту, а если объект удаляется от радиолокатора, то частота отраженного сигнала оказывается ниже частоты излученного сигнала. Это явление называется эффектом Доплера. См. также ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ.

Радиолокационные экраны. Для измерений времени, прошедшего от момента посылки РЛС исходного импульса до момента получения отраженного, используется экран телевизионного типа. Радиолокационные экраны нескольких типов показаны на рис. 2. Поперек экрана типа A электронный луч прочерчивает горизонтальную линию развертки. Посылаемый радиолокатором и принятый отраженный сигналы вызывают отклонения электронного луча в вертикальном направлении. Расстояние между этими двумя пиками служит мерой времени, которое сигнал затратил на прохождение расстояния до цели и обратно. На линии развертки может быть нанесена шкала расстояний до цели в метрах или километрах. Разработан трехмерный радиолокационный индикатор, на экране которого отображались дальность до цели, ее азимут и угол возвышения. Этот экран, известный как экран типа G, позднее был приспособлен для использования в системах управления воздушным движением.



Рис. 2. ТИПЫ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ЭКРАНОВ





Радиоизлуче́ние (радиово́лны, радиочастоты) — электромагнитное излучение с длинами волн 5×10−5—1010 метров и частотами, соответственно, от 6×1012 Гц и до нескольких Гц[1]. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.

История исследования

В 1888 году Г.Р. Герц впервые смог получить электромагнитные волны с длиной волны в несколько десятков сантиметров[2].

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

См. также статьи: Диапазон частот, Частота периодического процесса

Электромагнитное излучение

Синхротронное

Циклотронное

Тормозное

Тепловое

Монохроматическое

Черенковское

Переходное

Радиоизлучение

Микроволновое

Терагерцевое

Инфракрасное

Видимое

Ультрафиолетовое

Рентгеновское

Гамма-излучение

Ионизирующее

Реликтовое

Магнито-дрейфовое

Двухфотонное

Вынужденное

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц — 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.

Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:

радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;

радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;

распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования

Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.

ГОСТ 24375 даёт следующую обобщённую разбивку радиочастотного диапазона, основанную на международных стандартах: 

Очень низкие частоты — 3—30 кГц, соответствует сверхдлинным волнам

Низкие частоты — 30—300 кГц, соответствует длинным волнам

Средние частоты — 300—3000 кГц, соответствует средним волнам

Высокие частоты — 3—30 МГц, соответствует коротким волнам

Очень высокие частоты — 30—300 МГц, соответствует ультракоротким (или метровым волнам)

Ультравысокие частоты — 300—3000 МГц, соответствует дециметровым волнам

Сверхвысокие частоты — 3—30 ГГц, соответствует сантиметровым волнам

Крайне высокие частоты — 30—300 ГГц, соответствует миллиметровым волнам

Гипервысокие частоты — 300—3000 ГГц, соответствует субмиллиметровым волнам

Вышеприведённая классификация не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. На практике под низкочастотным диапазоном подразумевается звуковой диапазон, а под высокочастотным — весь радиодиапазон, выше 30 кГц, в том числе сверхвысокочастотный (свыше 300 МГц).

Традиционные обозначения радиочастотных диапазонов на Западе сложились в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU.

Классификация по международному регламенту радиосвязи

Длины волн  

Название диапазона  

Полоса частот  

Название полосы  

Применение  

100000 км—10 000 км

Декамегаметровые

3—30 Гц

Крайне низкие (КНЧ; ELF)

Связь с подводными лодками

10000 км—1000 км

Мегаметровые

30—300 Гц

Сверхнизкие (СНЧ; SLF)

Связь с подводными лодками

1000 км—100 км

Гектокилометровые

300—3000 Гц

Инфранизкие (ИНЧ; ULF)



100 км—10 км

Мириаметровые

3—30 кГц

Очень низкие (ОНЧ; VLF)

Связь с подводными лодками

10 км—1 км

Длинные волны,
Километровые

30—300 кГц

Низкие (НЧ; LF)

Радиовещание, радиосвязь

1 км—100 м

Средние волны,
Гектометровые

300—3000 кГц

Средние (СЧ; MF)

Радиовещание, радиосвязь

100 м—10 м

Короткие волны,
Декаметровые

3—30 МГц

Высокие (ВЧ; HF)

Радиовещание, радиосвязь, рации

10 м—1 м

Метровые волны

30—300 МГц

Очень высокие (ОВЧ; VHF)

Телевидение, радиовещание, радиосвязь, рации

1 м—100 мм

Дециметровые

300—3000 МГц

Ультравысокие (УВЧ; UHF)

Телевидение, радиосвязь, Мобильные телефоны, рации, микроволновые печи

100 мм—10 мм

Сантиметровые

3—30 ГГц

Сверхвысокие (СВЧ; SHF)

радиолокация, спутниковое телевидение, радиосвязь, Беспроводные компьютерные сети, спутниковая навигация

10 мм—1 мм

Миллиметровые

30—300 ГГц

Крайне высокие (КВЧ; EHF)

Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, метеорологические радиолокаторы

1 мм—0,1 мм

Децимиллиметровые

300—3000 ГГц

Гипервысокие частоты, длинноволновая область инфракрасного излучения

Экспериментальная "терагерцовая камера", регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными огранизмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами). Также "применяется" для построения наукообразных гипотез про "прямое зрение", "телепатию" и прочих, построенных на недоказанном предположении о якобы существующей чувствительности человеческого мозга к ГВЧ.

Примеры выделенных радиодиапазонов

Диапазон средних волн с амплитудной модуляцией (AM волны) — 530—1610 кГц

разные диапазоны коротких волн — 5,9—26,1 МГц

Гражданский диапазон — 26,965—27,405 МГц

Телевизионные каналы: 1—5 размещаются в диапазоне от 48 до 100 МГц, 6—12 — от 174 до 230 МГц, 21—39 — от 470 до 622 МГц

Диапазон ультракоротких волн c частотной модуляцией (FM волны) — 88—108 МГц, кроме 76—90 МГц в Японии)

ISM-диапазон

Диапазоны военных частот

Диапазоны частот гражданской авиации

Морские и речные диапазоны

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

27 МГц (Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт;

433 МГц (LPD, Low Power Device), выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,01 Вт;

446 МГц (PMR, Personal Mobile Radio), выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт.

Некоторые частоты, используемые в гражданской авиации

74,8—75,2 МГц — маркерные радиомаяки

108—117,975 МГц — радиосистемы навигации и посадки

118—135,975 МГц — УКВ-радиосвязь (командная связь)

328,6—335,4 МГц — радиосистемы посадки (глиссадный канал)

960—1215 МГц — радионавигационные системы

Диапазоны РЛС

Частотные диапазоны РЛС[3]

Диапазон

Этимология

Частоты

Длина волны

Примечания

HF

англ. high frequency

3—30 МГц

10—100 м

Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС

P

англ. previous

< 300 МГц

> 1 м

Использовался в первых радарах

VHF

англ. very high frequency

50—330 МГц

0,9—6 м

Обнаружение на больших дальностях, исследования земли

UHF

англ. ultra high frequency

300—1000 MHz

0,3—1 м

Обнаружение на больших дальностях (например, артиллерийского обстрела), исследования поверхности земли, лесов

L

англ. Long

1—2 ГГц

15—30 см

наблюдение и контроль за воздушным движением

S

англ. Short

2—4 ГГц

7,5—15 см

управление воздушным движением, метеорология, морские радары

C

англ. Compromise

4—8 ГГц

3,75—7,5 см

метеорология, спутниковое вещание, промежуточный диапазон между X и S

X



8—12 ГГц

2,5—3,75 см

управление оружием, наведение ракет, морские радары, погода, картографирование среднего разрешения; в США диапазон 10,525 ГГц ± 25 МГц используется в РЛС аэропортов.

Ku

англ. under K

12—18 ГГц

1,67—2,5 см

картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия

K

нем. kurz — «короткий»

18—27 ГГц

1,11—1,67 см

использование ограничено из-за сильного поглощения водяным паром, поэтому используются диапазоны Ku и Ka. Диапазон K используется для обнаружения облаков, в полицейских дорожных радарах (24,150 ± 0,100 ГГц).

Ka

англ. above K

27—40 ГГц

0,75—1,11 см

Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц)

mm



40—300 ГГц

1—7,5 мм

миллиметровые волны, делятся на два следующих диапазона

V



40—75 ГГц

4,0—7,5 мм

медицинские аппараты КВЧ, применяемые для физиотерапии, а также аппараты для диагностики (например, по методу Фолля)

W



75—110 ГГц

2,7—4,0 мм

сенсоры в экспериментальных автоматических транспортных средствах, высокоточные исследования погодных явлений