Радиолокация без формул, но с картинками
Шрифт:
Во-вторых, даже если шум настолько слаб, что его влиянием можно пренебречь, то и тогда боковые лепестки могут исказить истинную картину расположения целей.
Уровень боковых лепестков пропорционален уровню полезного сжатого сигнала. Увеличим полезный сигнал втрое — и боковой лепесток возрастет втрое. При уменьшении сигнала происходит то же самое. Предположим, что самый большой боковой лепесток в десять раз слабее сжатого сигнала и на антенну попадает два полезных сигнала от двух разных целей. Один из них, скажем второй, слабее другого тоже в десять раз. Тогда наибольший боковой лепесток первого сигнала и второй основной сжатый сигнал имеют одну и ту же величину. Попробуйте разобраться, кто есть кто! Вряд ли Вам это удастся. А если второй полезный сигнал еще слабее или шум не очень мал, то на экране появится такая неразборчивая картина, что второй полезный сигнал мы наверняка пропустим. Если мы знаем, что вторая цель наверняка должна быть, и поэтому пристально ищем отметку от нее, то тогда мы можем принять боковой лепесток первого сигнала за отметку от второй цели. Тем более, что боковой лепесток так же стабилен, как и полезный сигнал. Опять ошибка, так как вторая цель будет обнаружена не там, где она находится на самом деле.
Вот почему вредны боковые лепестки. Совершенно устранить их невозможно. Правда, придуманы методы частичного уменьшения величины боковых лепестков, но они весьма сложны и не всегда надежны. Приходится учитывать и то, что, пытаясь уменьшить боковые лепестки, мы можем исказить или уменьшить и основной, сжатый, полезный сигнал. Поэтому специалисты вынуждены мириться с присутствием этих вредных сигналов и следить лишь за тем, чтобы они не становились слишком большими.
Для каждого радиолокационного сигнала картина расположения боковых лепестков различна. Обычно боковые лепестки занимают интервал, равный удвоенной длительности несжатого сигнала. Сам основной сжатый сигнал расположен в центре этого интервала. У одних сигналов боковые лепестки равномерно покрывают весь интервал и величина их примерно одинакова. У других боковые лепестки имеют разную величину, причем наибольшие лепестки могут располагаться и вблизи сжатого сигнала, и по краям интервала. Существует несколько приближенный закон сохранения «объема» лепестков. Если за счет каких-то мер мы добились уменьшения лепестков на одном участке интервала, то обязательно должны возрасти лепестки на других участках. Подбирая сигнал и несколько видоизменяя его, мы можем получить практически любое нужное нам расположение боковых лепестков. Причем иногда на каком-либо небольшом участке интервала удается совершенно избавиться от них. Этим обстоятельством пытаются воспользоваться специалисты.
Пусть, например, известно, в какой момент следует ожидать появление отметки от второй, меньшей цели. Тогда можно выбрать сигнал, у которого именно в этот момент бокового лепестка нет или он очень мал. Уж теперь-то мы сможем заметить и маленькую цель. А то, что боковые лепестки, появляющиеся в другие моменты времени, возрастут, это уже не так важно. Если известно, что цели идут рядом, то мы постараемся очистить от боковых лепестков участок около сжатого сигнала. Ведь освободил же художник место в трамвае для девушки. При этом мы сознательно идем на то, что слабые отметки от целей, расположенных дальше, почти наверняка не будут обнаружены. Нужно заметить маленькую цель в другом участке интервала. Уберем боковые лепестки и из этого участка. При этом мы предполагаем, что нам точно известно, где может появиться цель (на практике так бывает очень редко). Если же у нас нет никаких сведений о второй цели, то приходится выбирать сигнал, у которого боковые лепестки средней величины равномерно заполняют весь интервал. Без априорных сведений о второй цели ничего лучше не придумаешь.
Вот и получается, что для каждой конкретной ситуации нужно было бы иметь свой сигнал, лучше всего подходящий для этого частного случая. Теоретикам не удалось найти сигнал, подходящий ко всем случаям. Да это, видимо, и невозможно. Пессимизм автора в этом случае разделяет и видный американский специалист Вудворд, который после многолетних исследований с грустью констатировал: «Основной вопрос, какой сигнал лучше всего использовать в радиолокации, остается по существу без ответа».
Как найти цель, послать сигнал и получить ответ
Раньше при оценке характеристик радиолокационной станции мы уже немного рассказали о том, как станция ищет цель в секторе обзора. Но до сих пор мы говорили лишь о приемнике радиолокационной станции. Пришла пора поговорить и о передатчике. Как обычно, начнем с примера.
Представьте себе, что Вас попросили найти какой-нибудь предмет в совершенно темной комнате. В зависимости от обстоятельств поиска может возникнуть несколько различных ситуаций. Разберем их по порядку.
Ситуация № 0. Цель поисков — маленький предмет, например карандаш. Света в комнате нет, карманный фонарик Вы не захватили. Ищете вслепую, не зная, где лежит карандаш. Можно смело утверждать: Вы его не найдете.
Ситуация № 1. Цель поисков — часы со светящимся циферблатом или просто наша старая помощница — кошка. Света нет, да он и не нужен. Вам лучше всего войти в комнату и внимательно осмотреться. Цель сама подскажет, где она находится, и наверняка будет обнаружена.
Ситуация № 2. Цель поисков — по-прежнему кошка. Зато теперь у Вас есть карманный фонарик. Включайте его и осмотрите поочередно все места, где может она находиться. Уверен, что Вам удастся отыскать ее, даже если в данный момент кошка находится под кроватью или в шкафу (в детективных фильмах все шпионы действуют именно в таких ситуациях).
Ситуация № 3. Самая простая. Вы можете включить верхний свет и обнаружить любой предмет, который находится в комнате. Правда, Вам, может быть, придется несколько раз повернуться и даже нагнуться или встать на цыпочки, чтобы заглянуть во все углы (но это уже не столь важно).
Изучив эти ситуации, читатель без труда разберется и в методах поиска целей радиолокационной станцией. Достаточно для каждой из ситуаций привести радиолокационную аналогию.
Ситуация № 0. С радиолокационной точки зрения интереса не представляет. Станция просто-напросто не включена. Конечно же, цель не будет обнаружена.
Ситуация № 1. В этом случае сама цель должна излучать сигналы, согласованные с приемником станции. Передатчик радиолокатора выключен. Поэтому «молчащие» цели или цели, излучающие сигналы, не согласованные с приемником, не будут обнаружены. Просматривая сектор обзора, мы сможем обнаружить «светящиеся» цели и измерить их угловые координаты. Вот только с определением дальности будет трудновато, так как мы не знаем момента излучения принятого сигнала. Это так называемая пассивная радиолокация. У нее есть то преимущество, что наблюдающая за целью станция себя не обнаруживает, так как не излучает собственных сигналов, а лишь улавливает своей антенной излучение цели. Недостатки очевидны. Трудно надеяться на то, что все цели будут излучать сигналы, да еще и согласовывать их с приемным устройством станции.
Ситуация № 2. Передатчик радиолокационной станции по определенному закону поочередно посылает свои собственные (зондирующие) сигналы в каждую точку сектора обзора. Приемная антенна поворачивается или настраивается (при электронном управлении) таким образом, чтобы улавливать отраженные сигналы из узкого «освещенного» участка сектора. При этом в станции можно использовать всего одну антенну. Сначала ее подключают к передатчику и посылают зондирующий сигнал. Затем антенну подключают к приемнику и ожидают отраженный сигнал в течение времени, за которое может прийти сигнал от цели, находящейся на максимально возможной дальности. Затем антенну перемещают и цикл передача — прием повторяется. Здесь мы встречаемся с активной радиолокацией. Обнаружение цели производится независимо от того, хочет она этого или нет. Наиболее трудной операцией в этом случае является переключение антенны. Техническая реализация переключателя часто представляет собой очень сложную задачу.