Радиолокация без формул, но с картинками

Размахнин Михаил Константинович

А вот и центральный пульт. Сейчас здесь пусто. Тускло отсвечивают равнодушные и пустые экраны индикаторов, неподвижны стрелки сотен контрольных приборов, зачехлен микрофон внутренней связи. Но как только станция включится в работу, за пульт сядут люди, управляющие станцией, засветятся синеватые или зеленоватые экраны индикаторов, размеренно заскользит по ним яркий луч развертки, отмечая цели всплеском светового пятна. Включаются кинокамеры и магнитофоны, записывающие весь ход работы. Потом в спокойной обстановке специалисты оценят по данным, зафиксированным на магнитных лентах и кинопленке, как работала станция. Выполнить такую оценку в ходе работы и обработать сигнал от цели может только быстродействующая вычислительная машина. Она и размещается в тех залах, куда мы попадаем, выйдя из помещения центрального пульта. Ни одна современная радиолокационная станция уже не может обойтись без вычислительной машины и зачастую качество работы станции в значительной мере определяется объемом памяти машины и скоростью, с которой она выполняет вычисления.

Идем дальше, приоткрываем дверь в большой зал, где стоят внушительные на вид устройства. Специалист-электротехник без труда узнает трансформаторы, выпрямители и другие приборы, снабжающие нашу станцию электроэнергией. Еще бы им не быть внушительными! Ведь радиолокационная станция потребляет во время работы столько электроэнергии, сколько ее нужно небольшому городу. И хотя сейчас приборы не работают на полную мощность, негромкий, басовитый их гул и вся обстановка невольно внушают почтение и мы осторожно закрываем дверь.

Закон природы гласит, что скорость движения экскурсантов всегда возрастает по мере продвижения к концу экспозиции. Поэтому мы ускоренным шагом (бегом неприлично) проходим по залу, где стоят системы, охлаждающие радиоэлектронную аппаратуру во время работы, и другие вспомогательные устройства.

Ну вот, кажется, и все. Разобрались в своих впечатлениях? Как вам понравилась выбранная автором станция? Если понравилась, то читайте дальше, будем разбираться, как она работает. Но прежде всего ответим на вопрос.

Как оценивают знакомую?

Скажем сразу, что автор считает читателя серьезным молодым человеком, склонным к анализу своих действий. Будем считать априори, что это не идеалист, который может влюбиться, что называется по уши, но не может объяснить заинтересованной публике, за что же он любит свою избранницу. Интересно, как этот серьезный молодой человек выбирает из круга знакомых девушек ту, общению с которой он намерен посвятить все свое свободное от работы время. Мне кажется, что ответ может выглядеть примерно так.

Во время знакомства я оцениваю в девушке некоторый небольшой набор качеств, или, выражаясь техническим языком, параметров. Ну, скажем, цвет волос и глаз, изящество манер, размер обуви, свойства характера самой девушки и будущей тещи, степень взаимности, проявляемая девушкой, время, затрачиваемое на проводы после очередного свидания, число пересадок… Кажется, все^[13]. Некоторые из перечисленных параметров, такие как свойства характера или рост, для меня существенны (не всем юношам нравятся девушки выше их ростом), другие могут и не играть важной роли, например размер обуви. Некоторые параметры невозможно полностью оценить за время знакомства (характер девушки и тещи), другие можно. Если воспользоваться методом, предложенным Я. И. Хургиным в книге «Ну и что?», то надо составить табличку, где каждая кандидатура оценивается по всем качествам, скажем, по пятибалльной системе, подсчитать сумму баллов и выбрать ту, чья суммарная оценка выше.

Итак, серьезный молодой человек умеет (или думает, что умеет) оценивать качества своей знакомой и по ним судить, насколько она близка к его идеалу. Мы находимся в худшем положении. Ведь пока нам неизвестно, как оценивать радиолокационную станцию. По числу этажей здания, где она размещается, или по общему весу ее оборудования? Даже не посвященному в таинства радиолокации ясно, что такие оценки ни к чему хорошему не приведут. Пока что более сложная и более мощная станция, конечно, крупнее, но с развитием методов миниатюризации ^[14] и разработкой новых элементов схем станции следующих поколений, становясь совершеннее, будут иметь меньшие габариты. Значит, надо разобраться детальнее.

Вводим новое действующее лицо — заказчика. Хотя с точки зрения всеобщего прогресса он персонаж положительный, так как, тормоша специалистов, он вынуждает их развивать и совершенствовать станции, все же общение с ним не всегда приятно. Ведь он все время чего-то требует, а это не самое приятное свойство человека, не правда ли?

Заказчик нашей станции требует, чтобы ему построили станцию с большой дальностью действия, с высокой точностью определения местоположения целей, с хорошей разрешающей способностью и высоким темпом обзора. Ничего себе списочек для одной станции! Но постойте-ка, тут сразу четыре абсолютно непонятных термина! Поясним.

Первое требование означает, что нам необходимо обнаруживать достаточно маленькие цели на возможно больших расстояниях. Но чем больше расстояние, тем больше сил затрачивает сигнал на преодоление пути и тем слабее возвратившийся отраженный сигнал. Здесь мы имеем полную аналогию с ситуацией, изображенной на рисунке. Со старта марафонского забега отправляется в путь группа полных сил бегунов, а достигают финиша (в нашем случае приемника радиолокационной станции) лишь немногие изнуренные спортсмены (для нас сигналы).

Поэтому для каждой станции существует такое расстояние, что от целей, находящихся на большем удалении, отраженный сигнал заметить, а тем более измерить, не удается. Это расстояние и называют дальностью действия. Увеличить дальность действия можно за счет повышения энергии сигнала.

Выбранная нами станция излучает сигналы в виде отдельных импульсов того или иного вида. В этом случае дальность действия определяется энергией отдельного импульса. А эта энергия зависит от длительности импульса и его средней мощности. Не вдаваясь в детали, скажем, что беспредельно увеличивать мощность нельзя, — это очевидно из простых физических соображений. Если мы используем предельно возможную мощность, а заданная дальность действия еще не достигнута, то энергию сигнала придется увеличить, уменьшив его длительность.

Так поступают не только в радиолокации. Например, одно время строили только пятиэтажные дома, длинные-длинные, порой занимающие целый квартал. Естественно, что число квартир в одном доме при этом могло быть как угодно большим. Итак, казалось бы, за счет использования максимально доступной мощности и большой длительности можно получить сколь угодно большую дальность действия станции. Но… В технике всегда есть место для «но». В этот раз «но» связано со вторым и третьим требованиями заказчика (высокая точность определения местоположения цели и хорошая разрешающая способность). Чтобы понять, в чем заключается противоречие между этими требованиями, рассмотрим в самом простом виде, как в радиолокационной станции определяют местоположение цели.