Радиолокация без формул, но с картинками
Шрифт:
Ситуация № 3. В станции используют две различные антенны. Небольшая передающая антенна с широкой диаграммой направленности освещает сразу значительную часть сектора обзора, а иногда и целиком весь сектор. Огромная приемная антенна с узкой диаграммой направленности (которая нужна для точного определения угловых координат) осматривает сектор обзора, обнаруживая цели в любой его точке. Закон обзора сектора для приемной антенны в этом случае никак не связан с режимом работы передатчика. Приемная антенна обрела полную самостоятельность. Закон перемещения диаграммы направленности приемной антенны по сектору обзора может быть различным. Можно просматривать сектор по строкам, как при чтении страницы книги, можно по спирали, начиная с границ сектора обзора и приближаясь к его центру. Если какой-либо участок сектора обзора интересует нас в большей
В последние годы управление диаграммой направленности все чаще доверяют вычислительной машине. Лишь она в состоянии быстро оценить важность того или иного участка сектора, установить, есть там цель или нет, и выдать команду на перемещение диаграммы в другую точку.
Когда цель обнаружена, нам надо решить, что же делать дальше. Мы можем либо следить за уже обнаруженной целью, то есть взять ее на сопровождение, либо, помня о том, что одна цель уже обнаружена, искать другие, пока еще не обнаруженные цели. Ну а, кроме того, в современной станции иногда можно одновременно и искать новые цели и сопровождать уже обнаруженные. При этом часто возникает вопрос, нужно ли сопровождать данную цель или она не представляет для нас интереса. Решающую роль при этом играет, конечно, характер цели. Если это мирный метеорологический спутник, так пусть себе летает. А если боевая ракета? В общем машине или оператору, которые распознают цели по виду отраженных сигналов, есть над чем поломать голову.
При современном развитии радиолокации станция практически никогда не работает в одиночку. Обычно в группе радиолокационных станций производится координация действий и четкое распределение обязанностей между станциями. Те станции, у которых дальность действия больше, работают в режиме обнаружения. Когда цели приближаются, их передают на сопровождение младшим станциям с меньшей дальностью действия, а сами опять переходят в режим поиска. Станции сопровождения, получив целеуказание или координаты обнаруженной цели, уже не тратят времени на обзор пространства, а сразу захватывают цель и начинают следить за ее перемещениями. При этом получают траекторию, пространственную кривую, описывающую движение цели. Математики разработали методы продления отрезка траектории и вперед, и назад. Поэтому, наблюдая цель в течение нескольких секунд, в принципе можно приближенно определить всю ее траекторию. Если мы наблюдаем за спутником, то можем найти форму орбиты, если за баллистической ракетой, то можно более или менее точно назвать точку старта и место ее падения. Соответствующие заинтересованные лица определят, что нужно делать дальше, но это тема уже совсем другой книжки (помните гриф «Перед прочтением сжечь!»).
Заканчивая главу, еще раз покаемся, что рассказали не о всех возможных режимах работы радиолокационной станции. Например, при наблюдении цели на очень больших расстояниях можно использовать полуактивный или полупассивный режим. При этом на самой цели устанавливается и приемник, и передатчик. Слабый, зондирующий сигнал усиливается в приемнике и переизлучается передатчиком в направлении радиолокационной станции вместо слабого отраженного сигнала. В таком случае дальность действия станции резко возрастает. Правда, надо еще договориться с самой целью, согласится ли она таскать на себе приемник и передатчик. С чужими целями мы об этом, пожалуй, не договоримся.
Существует, естественно, еще много режимов работы станций. К тому же, каждый уважающий себя специалист стремится придумать какой-нибудь новый режим, более всего подходящий к решаемой им задаче, так что рассказать о всех физически невозможно. Сдаемся и переходим к следующей главе.
Кажется разобрались, что к чему
Мы теперь представляем, каким должен быть сигнал, чтобы станция могла выполнить все поставленные перед ней задачи. Заказчик может быть доволен, ведь мы честно старались выполнить все его требования. Дело теперь за производством.
Скажем сразу: новорожденная, только что построенная станция сначала будет работать несколько хуже, чем ожидали разработчики. Лишь после доводки и отработки сначала отдельных устройств, а потом и всей станции она станет такой, какой представлялась создателям при подписании проекта, а может быть, и несколько лучше. Ведь наука и техника не стоят на месте. К моменту сдачи станции потребителям в научно-исследовательских лабораториях уже рождается замысел следующей станции, которая должна быть совершеннее, компактнее и так далее, и тому подобное. Словом, она должна быть лучше. Чтобы показать, насколько же можно улучшить радиолокационные станции, приведем один, на наш взгляд, весьма любопытный пример.
Американский специалист Катрона сравнил возможности звуколокационного аппарата летучих мышей с параметрами лучших из существующих радиолокационных станций. Такое странное, на первый взгляд, сравнение представляет большой интерес для радиоинженеров, так как летучая мышь, звуколокационный аппарат которой весит доли грамма и занимает объем порядка од-кого кубического сантиметра, способна выполнять те же функции, что и радиолокационное устройство весом в сотни килограммов и объемом в несколько сотен кубических дециметров.
В результате сравнения Каврона пришел к следующим выводам:
1. Летучая мышь может принимать сигналы, величина которых сравнима с уровнем шумов, в то время как радиолокатор уверенно принимает только те сигналы, которые значительно сильнее шума.
2. Точность определения дальности до объекта и его угловых координат у летучей мыши выше, чем у действующих радиолокаторов.
3. Летучая мышь может поймать, по крайней мере, 175 москитов за 15 минут, то есть одного москита менее чем за 6 секунд. Завидная пропускная способность для системы обнаружения целей и наведения истребителей! Даже лучшие радиолокационные системы вместе с самыми быстродействующими вычислительными машинами, по-видимому, не смогут повторить такой результат. При охоте за москитами летучая мышь движется по оптимальному пути, который специалисты называют «кривой погони». Именно по такой траектории наводят истребители и ракеты вычислительные машины, входящие в состав комплексов противовоздушной обороны. Оказывается, что и «встроенная вычислительная машина» летучей мыши работает на уровне самых современных требований. Отметим здесь, что в опытах, которые провели американские специалисты Д. Гриффитс, Ф. Вебстер и С. Майкл [17], были зарегистрированы случаи, когда летучая мышь ловила двух насекомых в секунду одно за одним! Поразительный результат!
4. Летучие мыши обычно живут в пещерах и, вылетая из них, пользуются своим природным радаром. Масса летучих мышей одновременно издает крики, но эти крики, вероятно, не заглушают друг друга. Летучая мышь, по-видимому, обладает способностью не реагировать на сигналы, испускаемые другими летучими мышами, и на посторонние помехи. Радиолокаторы пока что похвастаться этим не могут. Сигналы расположенных рядом радиосистем сильно мешают нормальной работе радиолокационной станции, и борьба с помехами все еще остается серьезной проблемой для радиоспециалистов. При использовании радаров для военных целей противник часто старается нарушить работу чужих установок, излучая в направлении приемников радиолокаторов мощные шумовые сигналы. Проведенные с отдельными летучими мышами лабораторные эксперименты показали, что ультразвуковой шум значительной силы почти не влияет на их поведение и не мешает им использовать свой локационный аппарат. Такой устойчивостью к воздействию помех радиолокаторы пока не обладают.
5. Произведенные оценочные расчеты показывают, что мощность сигналов летучей мыши достигает 0,11 ватт на килограмм веса и около 0,03 ватта на кубический дециметр объема. Аналогичные значения для радиолокационной станции равны 0,2–1,0 ватт на килограмм веса и 0,2–0,5 ватта на кубический дециметр. Это единственный параметр, по которому созданные человеком радиолокаторы превосходят звуколокационный аппарат летучей мыши. Но это весьма слабое утешение.
Ведь «энергетическая установка» летучей мыши обеспечивает прежде всего ее перемещение и функционирование внутренних органов, и только часть энергии, по-видимому, очень небольшая, может «подаваться в локационный аппарат». В то же время энергоустановка радиолокационной станции практически целиком предназначена для осуществления локации. Так что сравнение не совсем правомерное. По-видимому, и по этому показателю создание природы существенно опережает творение человеческих рук.