8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Принцип работы радара


Радар. Виды и работа. Применение и особенности. Устройство

Радар – это радиолокационная электронная станица, применяемая для определения расположения в пространстве крупных объектов, их формы, скорости, направления движения. На базе радиолокационной станции построено множество приборов, используемых в авиации, судоходстве, военной обороне, бытовой жизни.

Как работает радар

Радарная станция работает по принципу радиолокации. Она генерирует радиоволны, отправляет их в пространство в строго определенном диапазоне и направлении. При движении волны сталкиваясь с объектами и ландшафтом частично отражаются обратно, после чего их эхо воспринимается чувствительной частью прибора. На основании информации как быстро вернулась отраженная волна, расчетная часть устройства определяет местоположение объекта. Мощность отраженного сигнала дает возможность рассчитать фактические размеры обнаруженной преграды.

Принцип работы радарной станции основан на эхолокации, используемой летучими мышами для ориентирования в пространстве. При разработке прибора были задействованы похожие механизмы, но вместо ультразвукового сигнала используются радиоволны, имеющие более высокий радиус действия.

Простейшая классическая радиолокационная станция состоит из следующих компонентов:
  • Передатчик.
  • Антенна.
  • Приемник.

В классическом понимании функцию передатчика выполняет импульсный генератор. Он выступает в качестве контролируемого источника электромагнитного сигнала.

Антенна излучает сгенерированный зондирующий сигнал в необходимом направлении, затем служит для приема отраженных обратно волн. Излучение и прием выполняются поочередно. Также возможно применение двух антенн. В таком случае одна отвечает за отправление сигнала, а вторая за его прием. Они устанавливаются на определенном отдалении друг друга, и калибруются между собой. Применение двух антенн увеличивает точность и быстродействие радара.

Применяемый в радаре приемник отвечает за прием и усиление отраженной волны. Он считывает данные с антенны, и выполняет их анализ для получения окончательных результатов, выдаваемых на экран устройства.

Методы работы радаров

Радар может работать на разных физических принципах анализа данных. Одни из них требуют сложной технической составляющей, что увеличивает стоимость станции, а другие дают сравнительно неточные результаты, но позволяют производить недорогие приборы.

Радарные станции работают по трем основным методам:
  1. Частотный.
  2. Фазовый.
  3. Импульсный.
Частотный метод

Метод обнаружения частотным излучением подразумевает применение модуляции излучаемого непрерывного сигнала. Прибор отправляет его в пространство и фиксирует отражение. Прибор проводит расчеты на основании информации о том, сколько времени ушло на движение волны туда и обратно. Такой метод обнаружения имеет некоторые достоинства:

  • Работает даже на слабом передатчике.
  • Дешев в производстве.
  • Может работать на малых дистанциях.

При выполнении радиолокации частотным методом обязательно применение двух антенн. Частотный принцип работы априори подразумевает улавливание большого количества помех второй антенной, создаваемых первой. Отраженные и только отправляемые сигналы мешают друг другу, что негативно влияет на чувствительность.

Метод фазовой радиолокации

Радар данного типа применяется для исследования места положения и размера движущихся объектов. Передающее устройство радара может работать непрерывно или импульсами. Метод заключается в определении разности фаз между отправляемым и воспринимаемым сигналом. Оборудование, работающее по фазной технологии, не воспринимает помехи от неподвижных поверхностей. Это достаточно распространенные приборы, главный недостаток которых в невозможности определения точной дистанции до перемещающегося объекта.

Импульсный метод

Это современный метод обнаружения объектов в пространстве. Радар сначала создает короткий импульс длиной всего в микросекунду, после чего прекращает трансляцию и воспринимает эхо от отправленной волны. Такая технология исключает появление искажения от одновременной генерации волн и восприятия их эха.

Такие приборы имеют фиксированный интервал повтора импульсов. Его длина рассчитывается в зависимости от того, на каком расстоянии ведется поиск. Частота повторений у радаров дальнего обзора составляет сотни импульсов в секунду.

Радар, работающий по импульсному методу обнаружения, имеет много достоинств:
  • Работает на одной антенне.
  • Отличается точностью.
  • Позволяет следить сразу за несколькими объектами и различать их.
  • Имеет простую индикаторную составляющую.
Не лишены импульсные радары и недостатков:
  • Могут работать только с мощными импульсными передатчиками.
  • Не могут обнаружить объект на малой дистанции.
  • Имеют большие слепые зоны, где объекты не обнаруживаются.
Где применяются радары
Радары являются крайне полезным оборудованием для обнаружения объектов в пространстве и различных препятствий при движении транспорта. Их применяют в:
  • Авиации.
  • Судоходстве.
  • Оборонном направлении.
  • Промышленной и любительской рыбной ловле.
  • Направлении безопасности дорожного движения и т.п.

В авиации радар выполняет главную навигационную функцию. Его применение позволяет отслеживать воздушные суда, предотвращать их столкновение между собой. В условиях плохой видимости именно радары предупреждают пилотов о возможных преградах, таких как выступы скал. Радарами оснащаются все аэропорты и аэродромы. По ним непрерывно отслеживается местоположение воздушных судов. Авиационные радары направлены в небо, поэтому они не воспринимают объекты на земле.

Радары применяются в морской и речной навигации. Их наличие позволяет предотвратить столкновение между судами. Также радарные станции создают картину рельефа дна. Они предупреждают о возможных рифах, скальных уступах, отмелях. С помощью радаров осуществляется поиск спасателями пострадавших судов. Судоходные радары не реагируют на воздушные судна. Приборы данного типа работают в частотном диапазоне, поскольку имеют высокую точность замеров на близком расстоянии. Это позволяет видеть точную картину особенностей рельефа дна.

Наиболее точные радары с большим радиусом действия используются в военном направлении. Они позволяют отслеживать передвижение морских и воздушных судов, в том числе и ракет. Ими оснащаются установки ПВО. Стационарные радары устанавливаются на военных и стратегически важных объектах.

Радар для рыбной ловли рассчитан на малый радиус действия. Его задача заключается в обнаружении в воде рыбных косяков. Судна промышленной ловли используют данные радара для обнаружения мест локации рыбы перед сбросом сетей. В любительской ловле приборы преимущественно применяются для исследования рельефа дна. Устройства более высокого ценового сегмента дополнительно позволяют обнаружить крупных рыбных особей и подсказать, куда забросить снасть.

Любительские радары имеет очень малый вес, при этом действуют всего на несколько десятков метров. Для их срабатывания антенна прибора должна погрузиться в воду. Зачастую радары для рыбной промышленной ловили и навигационные являются одним комбинированным прибором. Это удобно, и позволяет облегчить управление судном, уменьшить нагромождение рубки техникой. Такие устройства могут оснащаться монохромным или цветным экраном.

Дорожные радары являются очень узкоспециализированным оборудованием, основная задача которого заключается только в определении скорости движение строго определенного транспорта. Устройство измеряет ускорение не всех машин из потока, а только тех, на которое направлено. Это достаточно компактные приборы. Для их точного срабатывания требуется ручное наведение. Радары данного типа применяются подразделениями дорожной полиции всего мира, а полученные с их помощью данные о скорости являются доказательствами нарушения правил дорожного движения.

Радардетектор

Тесно связанным прибором с радаром является радардетектор. Это специализированное оборудование, применяемое для обнаружения сигналов радаров. Прибор способен предупредить о вхождении в зону действия волн от радарной станции.

Это предупреждающее оборудование, преимущественно используемое водителями автотранспорта. Прибор, измеряющий скорость движения автомобилей, отправляет импульсы, которые рассеиваются далеко за пределами чувствительности прибора. Фон из таких волн определяется установленным в автомобиле детектором до того, как машина попадает в чувствительную зону действия радара. Прибор предупреждает водителя световым или звуковым сигналом о проведении замеров скорости его движения. Это позволяет заблаговременно сбросить ускорение, если оно превышает максимально разрешенное. Таким образом, при въезде на участок дороги радиуса действия радара, тот уже не обнаруживает нарушения ПДД.

Эффективность детекторов позволяет засечь работу радара задолго до того, как тот сможет замерить скорость авто. Это связано с тем, что радар постовых служб работает по принципу эффекта Допплера. Он сначала отправляет сигнал, потом ожидает, пока тот отразится. Для измерения скорости движущегося объекта нужно определенное время на исследование выделенного объекта, чтобы получить данные о скорости. Радардетектор выполняет похожую функцию, что и приемник самого радара. Он улавливает сигналы и сразу сообщает об этом водителю. Тот успевает сбросить скорость, пока прибор еще не сфокусировался на машине.

Похожие темы:

Радар — Энциклопедия журнала "За рулем"


Радар ДПС

Общий принцип работы радара – излучить импульс энергии (электромагнитной волны), дождаться прихода отраженного сигнала и обработать его, выудив нужную информацию.
Отраженный сигнал может нам дать информацию о местоположении объекта т.е. его азимут, высоту, дальность, а так же его скорость и направление движения.
Задачи радара ДПС значительно уже – объект находится в прямой видимости, направление движения известно. Остается только вычислить его скорость.

В то же время методы работы с ним определяют некоторые особенности:
Радар должен быть лёгким и компактным, чтоб оператор мог им пользоваться держа в его руке.
Радар должен иметь встроенные источники питания, экономно потреблять энергию.
Радар должен быть безопасным в применении, т.е излучаемая мощность должна быть предельно минимальна.

Из радиофизики известно, что физические размеры передающих и приемных антенн соизмеряются с длинами волн. Значит радар должен работать на очень коротких волнах (больших частотах), чтоб его антенное устройство, вместе передатчиком, приемником, решающим и отображающим устройством помещалось в руке.
Кроме того, более короткие волны позволяют повысить точность измерений. Действительно – при частоте 100кГц длина волны будет 3км. Это всё равно, как если б метровой рейкой пытаться определить толщину волоса.
Ещё одно ограничение накладывается малыми расстояниями, на которых приходится работать.
Большинство радиолокаторов, применяемых в авиации, на флоте вычисляют расстояние до цели, пересчитывая его из времени запаздывания отраженного сигнала от излученного. Затем несколько замеров расстояния можно пересчитать в скорость.
Передатчики таких РЛС посылают короткий и мощный импульс (длительность 1 микросекунда, мощность 600-1000 кВт ), при скорости распространения 300000км\сек он долетит до цели на расстоянии 27км за 90 микросекунд, и ещё столько же ему потребуется, чтоб вернуться назад. Итого – 180 микросекунд соответствуют 27 километрам.

Радару ДПС не нужны такие дикие мощности, но именно короткие дистанции не дают возможности построить радар по вышеприведенной схеме.
Ведь если импульс даже всего 1мкС, это значит, что его длина в пространстве – 300 метров! То есть первые гребни электромагнитной волны достигнут цели на расстоянии 140 метров, отразятся он неё, вернутся в антенну, а там ещё последние (и очень мощные!) гребни того же самого импульса. Измерить такое маленькое расстояние таким методом не удастся. Более того, приемные цепи таких радаров отключаются на короткое время сразу после излучения передающего импульса, чтоб самим не сгореть! Генерировать импульсы радиодиапазона короче 1 микросекунды очень проблематично, так как же тогда измерять короткие расстояния и скорости на малой дистанции?

Физику процесса, положенного в основу построения радара описал австрийский ученый Кристиан Доплер (Christian Doppler) ещё в 1842 году.
Устройства, использующие в свой работе Эффект Доплера, позволяют измерять скорость предметов на расстоянии от нескольких метров до сотен и тысяч световых лет.
Радары ДПС работают на частотах:
10,500 - 10,550 ГГц (Х-диапазон),
24,050 - 24,250 ГГц (К-диапазон),
33,400 - 36,000 ГГц (Ка - широкий диапазон)
что соответствует длинам волн 28, 12 и 9 сантиметров соответственно.
На таких высоких частотах резонансные цепи уже не катушки и конденсаторы, как в приемниках радиовещательного диапазона, а отрезки волноводов (трубки круглого или прямоугольного сечения).
Первое условие – небольшие размеры – уже легко выполняются. Даже на самой низкой частоте четверть длины волны всего 7 см, а волновод, длиной четверть волны, закороченный (впаяна перегородка) с одного конца является эквивалентом настроеного параллельного колебательного контура.
Как и любой другой радиолокатор, радар ДПС состоит из приемника и передатчика.
В качестве передатчика чаще всего используется генератор на диоде Ганна.
Таким образом выполняются ещё два условия – небольшая (минимально достаточная) мощность излучения и низкое энергопотребление.
Приемная часть состоит из смесителя, усилителя, блока обработки (вычислителя) и отображающего устройства.
Обратите внимание, в самом радаре нет никаких “супергетеродинов”, принятый отраженный сигал сразу же смешивается с эталонным, выделяется разностная частота (которая и есть функция скорости, “доплеровская частота”), затем она усиливается и обрабатывается. На выходное устройство выводится измеренная скорость.
Передатчики радара ДПС могут излучать длинные посылки, короткие импульсы, короткие импульсы в определённой последовательности, но, поскольку они все излучают, значит все могут быть перехвачены (запеленгованы), нужно только соответствующее устройство – радар-детектор.
С другой стороны – методы работы с радаром могут свести к нулю все ухищрения производителей радар-детекторов и недисциплинированых водителей. Действительно, если «молчащий» до поры ПР вдруг «выстрелит» прямо в нарушителя, раздавшийся из предупреждающего устройства сигнал уже не спасёт от штрафа.
Кроме носимых, существуют и стационарные радары. Их сигналы уверенно определяются всеми радар-детекторами, но не всегда это требуется. Если в России, где разрешено пользование радар-детекторов, местоположение стационарных радаров всячески шифруется (официально не объявляется), то например в Литве (где пользование радар-детекторами запрещено) на сайте дорожной полиции обозначены все стационарные посты, их координаты постоянно обновляются в картах навигаторов, а на дорогах перед ними (метров за 200-300) стоят специальные предупреждающие знаки.
Иногда для острастки торопливых стационарно ставятся у дорог имитаторы радаров. Это простейшие устройства, генераторы сигналов диапазона радара. Простейшие потому, что нет в них сложной системы определения скорости, их задача – заставить сработать радар-детектор и хоть на короткое время остудить пыл «гонщика». Три-четыре таких шумелки подряд притупят бдительность, а пятым может оказаться реальный.
Кроме радаров, работающих в диапазонах радиоволн, в настоящее время всё чаще используются лазерные измерители скорости, т.н. ЛИДАР’ы (от английского - LIght Distance And Ranging).
Эти приборы излучают сфокусированный луч инфракрасного диапазона (ах это модное слово «нано», длина волны – нанометры, длительность импульса -наносекунды) короткими импульсами и измеряют расстояние, как «большие» радары, по разнице времени между переданным и принятым импульсом. Несколько измерений расстояния подряд дают возможность вычислить скорость.
Работа ЛИДАРа пеленгуется ещё проще, чем ПР радиоволнового диапазона, приемники обнаружения не сложнее тех, что стоят во всех телевизорах для приёма сигналов пультов дистанционного управления и встраиваются теперь почти во все радар-детекторы.
Но смысла определять работу полицейского ЛИДАРА нет никакого. Если ваш прибор просигнализировал – значит ваша скорость уже измерена, или вы просто проехали мимо автоматических дверей супермаркета или бензозаправки.

В некоторых странах на дорогах с интенсивным движением с нарушителями скоростного режима борются ещё проще – современная техника позволяет фиксировать все автомобили при въезде на трассу и выезде с неё. «Чемпионы», проскочившие мерный участок быстрее положенного времени получают по почте уведомление о необходимости заплатить штраф.

Наиболее распространенные модели радаров российской ДПС

РАДИС, производства компании Симикон, Санкт-Петербург.
Рабочая частота 24.15 + 0,1 ГГц (К-диапазон)
Дальность измерений , не менее 300, 500, 800 м (три уровня)
Диапазон измеряемых скоростей 10 - 300 км/час
Время измерения скорости < 0.3 сек

Искра-1, производства компании Симикон, Санкт-Петербург.
Рабочая частота 24.15 + 0,1 ГГц (К-диапазон)
Дальность измерений , не менее 300, 500, 800 м (три уровня)
Диапазон измеряемых скоростей 30 - 210 км/час
Время измерения скорости 0.3 - 1.0 сек

Сокол-1,2,3, М,С-М, производства компании ОЛЬВИЯ, Санкт-Петербург
Рабочая частота 10,525 ГГц + 25 мГц (X-диапазон)
Дальность измерений , не менее 200-600 м
Диапазон измеряемых скоростей 20 - 250 км/час
Время измерения скорости 0.4 сек

Беркут, производства компании ОЛЬВИЯ, Санкт-Петербург
Рабочая частота 24,15 ГГц + 100 мГц (K-диапазон)
Дальность измерений , не менее 200-800 м (3 режима)
Диапазон измеряемых скоростей 20 - 250 км/час
Время измерения скорости 0.3 сек, в периоде 1 сек

ЛИСД-2М, производства Красногорского завода им. С.А. Зверева
Рабочая частота L-диапазон
Дальность измерений - до 800 м
Диапазон измеряемых скоростей 0 - 250 км/час
Время измерения скорости 0.45 сек

стационарные (встраиваемые) радары

Рапира - производства компании ОЛЬВИЯ, Санкт-Петербург
Рабочая частота 24,15±0,1 ГГц (К-диапазон)
Диапазон измеряемых скоростей 20-250 км/ч

Крис-с производства компании Симикон, Санкт-Петербург.
Рабочая частота 24,15±0,1 ГГц (К-диапазон)
Диапазон измеряемых скоростей 20-250 км/ч

Материал подготовлен при участии Бориса Салостей

Загоризонтный радиолокатор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 октября 2019; проверки требуют 5 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 октября 2019; проверки требуют 5 правок.

Загоризо́нтная радиолокационная станция (ЗГРЛС; англ. Over-the-horizon radar, OTHR) — радиолокационная станция, осуществляющая наблюдение воздушного пространства на больших расстояниях, вплоть до тысяч км («за горизонтом»). Несколько систем ЗГРЛС были созданы в 1950-е — 1960-е годы как часть систем предупреждения о ракетном нападении (СПРН).

Радиоволны УКВ и СВЧ диапазонов, пригодных для радиолокации, неспособны огибать за счёт дифракции кривизну поверхности планеты. Из-за этого радиус действия классических радиолокационных станций (РЛС) ограничен радиогоризонтом[en][1] (такие РЛС иногда называют надгоризонтными). Например, для радара, установленного на мачте высотой 10 метров, горизонт составляет около 13 км[2] (с учётом рефракции атмосферы). Для целей, находящихся на некоторой высоте над поверхностью земли, радиус радара увеличивается, к примеру, цель, находящаяся на высоте 10 метров, будет обнаружена тем же радаром на расстоянии около 26 км. На практике наземные надгоризонтные РЛС проектируют для обнаружения атмосферных целей на расстояниях не более нескольких сотен км. Загоризонтные радары используют несколько технологий для обнаружения целей за радиогоризонтом, что делает их применение особенно эффективным в роли РЛС системы предупреждения о ракетном нападении.

Радиолокационная станция ВМС США «Relocatable Over-the-Horizon Radar» (ROTHR)

Чаще всего загоризонтные радиолокаторы используют эффект отражения коротких радиоволн (от 3 до 30 МГц; декаметровые волны) от ионосферы. Такие радиолокаторы называются ЗГ РЛС пространственной волны. Для заданных условий атмосферы часть радиосигналов, излученных в ионосферу, испытывает отражение и изменяет направление. Достигнув земли, отраженные радиосигналы рассеиваются, при этом их малая доля может аналогичным образом отразиться от ионосферы и вернуться к РЛС. В зависимости от состояния атмосферы лишь часть диапазона коротких волн будет испытывать отражение, поэтому для ЗГ РЛС требуется постоянный мониторинг состояния ионосферы и подстройка частот. Из-за значительных потерь сигнала при распространении ЗГ РЛС практически не развивались до 1960-х, когда начали производиться серийные малошумящие усилители. Также возникает проблема «мёртвых зон», из-за которых ЗГ РЛС неэффективны на небольших расстояниях.

Поскольку сигнал, отражённый от поверхности (земли или воды), значительно мощнее, чем сигнал, отражённый от цели, в ЗГ РЛС применяются системы, позволяющие выделять полезный сигнал. Наиболее простые системы используют эффект Доплера, при котором движущийся объект изменяет частоту отражённых радиоволн. Фильтрацией полученного сигнала с оригинальной частотой в РЛС возможно выделение подвижных целей. Такой принцип используется практически во всех РЛС (в том числе надгоризонтных), но в случае загоризонтной радиолокации он значительно усложнён из-за движения самой ионосферы.

Иногда применяется «многоскачковая» загоризонтная радиолокация, при которой радиосигнал несколько раз отражается от ионосферы и земли.[3]

В случае плохой отражающей способности ионосферы в КВ диапазоне, ЗГ РЛС стран НАТО используют для прогрева ионосферы комплекс ионосферных исследований (HAARP).

Также существуют ЗГ РЛС, использующие эффект поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ, ground wave), которая распространяется вдоль поверхности воды на расстояниях до 200—400 км. Такие РЛС работают на частотах от 3 до 18 МГц и часто выполняются в виде бистатического радара. Применяются для контроля прибрежных районов, в том числе 200-мильных эксклюзивных экономических зон, а также для изучения метеорологической обстановки.

В 1946 году советский учёный и конструктор Николай Кабанов предложил идею раннего (загоризонтного) обнаружения самолётов в диапазоне коротких волн на удалении до 3000 километров. Он обнаружил, что зондирующие лучи при длине волны 10-100 м способны, отразившись от ионосферы, облучить цель и возвратиться по тому же пути к РЛС.

Сейчас в России есть два основных предприятия, разрабатывающих ЗГРЛС: Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи (НИИДАР) и Научно-исследовательский институт радиофизики им. А. А. Расплетина НИИ РФ (ныне ОАО «Радиофизика»).[4]

  • Дуга (РЛС; с 1980; 3 экз.) — эксплуатация закончилась в 1986, 1989 и 1991 годах.
  • Телец (250 км; 1999)
  • Волна (3000 км; с начала 90-х)
  • Подсолнух (450 км; с начала 2000-х; радар поверхностной волны)
  • Лагуна (Береговая РЛС, радар поверхностной волны[5])
  • 29Б6 «Контейнер» (3000 км, ОАО «НПК «НИИДАР» с 2013) Они работают с увеличенным углом обзора и одновременно могут сопровождать тысячи объектов.[6][7]. Первый образец «Контейнера» встал на боевое дежурство в 2019 г. и работает в западном направлении; передающая часть станции расположена в Нижегородской области, а приемная — в Мордовии, где раскинуто поле из почти 150 тридцатиметровых антенн)[8]. Всего планируется развернуть четыре таких РЛС: на западе, а на востоке, а также для северо-западного и южного направлений[9].

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела.

Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.
  • WARF (Wide Aperture Research Facility)
  • MADRE (Magnetic-Drum Radar Equipment)
  • ROTHR (Relocatable Over-the-Horizon Radar)
  • WACS (White Alice Communications System) — система загоризонтной связи.
  • Мищенко Ю. А. Загоризонтная радиолокация — Воениздат, 1972
  • В. А. Алебастров, Э. Ш. Гойхман, И. М. Заморин. Основы загоризонтной радиолокации, Радио и связь, 1984
  • Боев С., Сапрыкин С. Загоризонтные РЛС — универсальность и эффективность (рус.) // Военный парад : журнал. — 2004. — Январь-февраль (т. 61, № 01). — С. 28-29. — ISSN 1029-4678.

Фотонные радары, радиофотоника и стелс-технологии

«Фотонный радар на истребителе Су-57 превращает американский истребитель F-35 в очень дорогую воздушную мишень».

 

На самом деле статья неоднозначная

 

С напускной грустью, китайский журналист пишет  в ней о том, что «к сожалению, военные проекты России за последние 20 лет, за исключением атомных подводных лодок и ядерных ракет, идут очень плохо: танки Т-90, новые военные корабли постоянно откладываются, что хуже всего, как и новая эра России» . 

 

Упоминет о том, что «истребитель Су-57 стоил миллиарды долларов, и 20 лет исследований и разработок потерпели неудачу. У российского правительства не было иного выбора, кроме как отвлечь свое внимание и перенести первоначально заказанные заказы Су-57 на Су-35, что составляет половину цены».  И, наконец, радует информацией о «луче света -  микроволновом фотонном радаре».

 

После перечислений достоинств радара следует вывод: «Если русские смогут воспользоваться этой возможностью, истребитель Су-57 может действительно превратить поражение в победу!»

«Особенность этого типа радаров заключается в том, что он компактный, легкий и имеет большой радиус действия. Он может напрямую отображать силуэт самолета с разрешением в несколько десятков раз выше, чем у обычного радара, вес и объемы нового радара примерно в два раза меньше, чем у нынешних,», – рассказывает  автор статьи.

 

Оставим мнение о «победах» и «поражениях»  на совести китайского автора и поговорим о фотонном радаре.

 

По мнению издания, радар можно сделать в форме тонкой пластины, крепящейся к поверхности истребителя, благодаря этому самолет станет легче и получит улучшенные летные характеристики. mil.news.sina.com.cn

 

 

РОФАР

 

Проект РОФАР (радиоптические фазированные антенные решетки) был начат в феврале 2015 года, а заканчивается в июле 2019 года.  «Концерн Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Госкорпорации Ростех ведет разработку технологии радиофотоники не имеющей аналогов в мире.

 

Анонсировалось, что новая технология позволит снизить массу радиоэлектронного оборудования боевых кораблей в 5-7 раз), радар нового поколения сможет делать «рентгеновские снимки» самолетов, находящихся на удалении более 500 километров, а радиооптические фазированные антенные решетки значительно расширят возможности современных средств связи и радаров - их масса снизится более чем вдвое, а разрешающая способность увеличится в десятки раз.

 

Радар на основе квантовой визуализации. Фото: engadget.com

«РОФАР позволит нам увидеть самолет, находящийся в 500 километрах, так, словно мы стоим в 50 метрах от него на аэродроме, его портрет в видеодиапазоне. Более того, если нужно, эта технология позволит заглянуть и в сам самолет, узнать, какие люди и техника в нем находятся, поскольку сигнал может пройти любые препятствия, даже метровые свинцовые стены, благодаря использованию широкого диапазона частот, проникающих на различную глубину внутрь объекта»

 

КРЭТ писал о том, что радиооптические фазированные антенные решетки значительно расширят возможности современных средств связи и радаров – их разрешающая способность увеличится в десятки раз. Если у современного локатора частота излучения 10 ГГц, 3 см с шириной спектра 1-2 ГГц, то у РОФАР эта частота может составлять от 1 Гц до 100 ГГц одновременно. На практике это означает, что РОФАР может давать детализированное, объемное изображение того, что происходит на расстоянии сотен километров от него. К примеру, на дальности 400 км можно не просто увидеть человека, но даже узнать его лицо.

 

«В отличии от традиционных РЛС заглушить РОФАР традиционными средствами РЭБ не получится физически. Динамический диапазон фотонного кристалла — это примерно 200 Дб. Современный радиоэлектронный приемник, для сравнения, имеет диапазон 40 - 60 Дб, а мы современными комплексами РЭБ обеспечиваем подачу сигнала на вход радиоприемного устройства – в 70-80 Дб относительно его пороговой чувствительности. Таким образом, устройство, которое должно принимать сигнал выводиться из работоспособного состояния. Даже после снятия помехи у него внутри еще идут процессы, которые не дают ему работать. Но на Земле просто нет источника энергии для подачи сигнала мощностью, превышающей 200 Дб, поэтому эта логика в случае с РОФАР просто не работает. Его можно запутать так называемым интеллектуальным противодействием, но это уже совсем другая история.»  

Новой радар российских истребителей. Инфографика: s9.stc.all.kpcdn.net

«Фотоника по сути является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля оптической частоты — фотоны. Радиофотоника является составной частью нанофотоники, изучающей направленное взаимодействие оптических волн с наноструктурами, в то время как радиофотоника изучает направленное взаимодействие оптических волн, промодулированных радиочастотой в специализированных наноструктурах и позволяет создавать радиочастотные устройства с параметрами, недостижимыми для традиционной электроники, благодаря тому, что фотоны, в отличие от электронов, не имеют массы покоя и заряда, что дает потенциально сверхвысокое быстродействие и уникальную помехоустойчивость».

 

Принцип работы фотонного радара

 

По западной терминологии «квантовый радар» (quantum radar)  - его принцип работы основывается на особенностях фотонов как квантовых частиц. Сигнал, излучаемый таким радаром очень помехоустойчивый. 

Принцип работы фотонного (квантового) радара. Фото: engadget.com

Идея заключается в использовании для обнаружения цели и получения ее изображения фотонов, имеющих определенную поляризацию. Цель освещается потоком специально поляризованного света, а отраженные от цели фотоны позволяют составить изображение цели. Но противник может перехватить фотоны, изменить их и отправить назад эти фотоны, которые исказят для радара форму цели и ее местоположение. Такой процесс приведет к изменению квантовых свойств фотонов, в частности, их поляризацию. Определив поляризацию отраженных фотонов можно не только зарегистрировать сам факт постороннего вмешательства, но и полностью избавиться от него, «выбросив» фотоны с неправильной поляризацией.

Разработанная технология базируется на квантовых свойствах фотонов света, в частности на факте, что любая попытка воздействия на фотон приведет к разрушению его квантовых свойств.

Противодействие сигналам радаров является достаточно сложным делом. Для этого существует несколько различных методов, таких как, подавление полезного сигнала шумом на частоте работы радара или сброс ложных целей, создающих ложные отражения. Но современные радарные системы, вооруженные компьютерами и процессорами обработки сигналов, легко справляются с таким противодействием, поэтому подразделениям радиоэлектронной борьбы приходится применять все более и более сложные методы. Одним из таких сложных методов является перехват сигнала радара и его изменение таким образом, который дает ложную информацию о самой цели и ее местоположении. И с таким методом противодействия бороться намного труднее.

 

Стелс-технологии

 

Если осветить поляризованным светом самолет и проверить измерения количества отраженных фотонов, имеющих ошибочную поляризацию, то данных от фотонов, имеющих правильную поляризацию, будет вполне достаточно для того, что бы составить четкое и узнаваемое изображение самолета.

Исследователи обнаружили, что природа фотонов позволяет справиться даже с самыми продвинутыми стелс-технологиями. Если стелс-самолет попытается перехватить поток фотонов или исказить свое местонахождение каким-либо образом, то тем самым выдаст себя с головой, изменив свойства фотонов.

 

Используемый в работе системы принцип похож на тот, что лежит в основе квантовых криптографических систем с разделенной передачей ключа: любая попытка вклиниться в передачу ключа влияет на его квантовые характеристики и сразу выдает присутствие интервента. 

Радиофотонный локатор не будет стоять отдельным модулем в носу самолета, это будет распределенная система. Фото: sdelanounas.ru/blogs/96305
 

 

Простыми словами

В работе используется непрерывный стабилизированный лазер, амплитудные модуляторы и узкополосные оптические фильтры для преобразования радиолокационного сигнала в диапазон низких частот. Оптическая несущая и одна из боковых полос могут быть подавлены с помощью оптических полосовых фильтров на основе, например, микрорезонаторов или волоконных брегговских решеток.

 

Часть лазерного луча модулируется по амплитуде несущим СВЧ сигналом и также фильтруется для подавления оптической несущей и одной из боковых полос. После этого оптические сигналы, содержащие принимаемый сигнал и сигнал СВЧ несущей, могут быть смешаны на фотоприемнике и оцифрованы медленным электронным АЦП.

 

Для современных оптических элементов отношение сигнал/шум на выходе преобразователя может достигать 60-70 дб и более для СВЧ сигнала с несущей в десятки гигагерц и полосой 100 МГц и выше.

Работа радиофотонного приемного канала с оптическим гетеродинированием может быть использованы в исследованной схеме для ее применения в качестве универсального приемного канала, обеспечивающего ширину полосы до 100 МГЦ (длительность сигналов до 10 нс) с частотой несущей в десятки ГГц при отношении сигнал/шум, равном 60-70 дб (10-11 эффективных бит оцифрованного сигнала). Перспективным может быть также применение режима подавления несущей оптической частоты в модуляторах приемного канала. В этом случае в несколько раз повышается отношение сигнал/шум, а также не требуется использовать узкополосные оптические фильтры в схеме.

Радиофотоника, изучающая взаимодействие оптических и СВЧ-сигналов, позволяет создавать электронные устройства с параметрами, недостижимыми традиционными средствами.

На основе экспериментального образца построен излучатель и приемник. Все это работает, ведет локацию. В эксперименте излучается СВЧ- сигнал (сверхвысокочастотный), который отражается назад,  его принимают и обрабатывает, получая радиолокационную картинку объекта. Фото: sdelanounas.ru/blogs/96305

 

Основные преимущества радиофотонных устройств:

  • Сверхнизкие потери и дисперсия оптического волокна (менее 0.2 дБ/км на 1550 нм, оптическая несущая ~200 ТГц).
  • Сверхширокополосность (доступная полоса частот оптического волокна ~50ТГц, полоса частот современных фотодиодов и модуляторов до 100 ГГц и выше).
  • Низкий уровень фазовых шумов (процесс прямого оптического детектирования с помощью фотодиода не восприимчив к фазе оптического излучения (к фазе и фазовым шумам оптической несущей).
  • Высокая фазовая стабильность оптического волокна. Невосприимчивость к электромагнитным помехам, не создает помехи.
  • Гальваническая развязка фотонных схем.
  • Малая масса и размеры оптического волокна.
  • Механическая гибкость оптического волокна (облегчает конструктивное исполнение).

 

Родом из СССР

Из книги Радиооптические антенные решетки Воскресенского Д.И. (Год издания:1986):
«Описаны методы формирования пространственных характеристик направленности приемных антенных решеток (АР) произвольной формы с использованием средств когерентной оптики и голографии. Рассмотрены когерентные оптические процессоры АР. обладающие различными функциональными возможностями, приведены результаты экспериментальных исследований. Для инженерно-технических работников, специализирующихся в области оптической обработки информации, антенной техники, радио- и гидролокации».

Радиооптические антенные решетки / Воскресенский, Д. И.; Гринев, А.Ю. ; Воронин, Е.Н. Место издания:Москва : Радио и связь Год издания:1986

 

От автора

Так как исследования и разработки по радиофотонным технологиям проводят и США, и ЕС, и Япония, и Южная Корея и Китай стоит смотреть шире и помнить, что использование систем радиооптических фазированных антенных решеток (РОФАР) в перспективе даст возможность построения сети уникальных синхронизированных космических и наземных радиотелескопов, а также покрыть фюзеляж самолетов и вертолетов «умной» обшивкой нового типа.

 

Фотоника может также эффективно применяться в ЖКХ, например, в городских и поселковых системах теплоснабжения, где вместо горячей воды энергоносителями будут выступать фотоны, распространяющиеся в фотоннокристаллических волокнах толщиной с человеческий волос почти без потерь, энергия которых будет преобразовываться в тепло с почти 100% КПД в устройствах, вмонтированные в квартирные радиаторы.

 

Также радиофотоника может совершить революцию в метеорологии, качественно улучшив точность прогнозирования погоды на Земле.

Поэтому радиофотоника призвана стать новой цивилизационной ступенью развития всего человечества.

 

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Георадар — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Примеры георадаров

Георадар — радиолокатор, для которого исследуемой средой может быть земля, грунт (отсюда наиболее распространённое название), пресная вода, горы.

Современный георадар представляет собой сложный электронный прибор, компоненты которого выполняют следующие функции:

  • формирование импульсов, излучаемых передающей антенной;
  • обработка сигналов, поступающих с приёмной антенны;
  • синхронизация работы всей системы.

Таким образом, георадар состоит из трёх основных частей: антенной части, блока регистрации и блока управления.

Антенная часть включает передающую и приемную антенны. Под блоком регистрации понимается ноутбук или другое записывающее устройство, а роль блока управления выполняет система кабелей и оптико-электрических преобразователей.

Разработка георадаров велась в разных странах Европы, Америки, России, СССР. На основе экспериментов в натуральных условиях исследовались методы построения специализированных радиолокаторов для зондирования сравнительно тонких высокопоглощающих сред. Использование ударного возбуждения антенны позволило оценить электрические характеристики морского льда на разных частотах. Впервые радиолокационное измерение толщины морского льда проведено в 1971 году с помощью предложенного М. И. Финкельштейном в 1969 году метода синтезируемого видеоимпульсного сигнала. Этот метод применён в первом промышленном радиолокационном измерителе толщины морского льда «Аквамарин».

В 1973 году с борта самолета была доказана возможность обнаружения и измерения глубины водоносных слоев в пустынных районах Средней Азии. Использовался разработанный в РИИГА радиолокатор с ударным возбуждением антенны импульсами длительностью 50 нс с центральной частотой спектра около 65 МГц. Глубина зондирования оказалась выше 20 м при высоте полета самолета 200…400 м. Аналогичные работы были проведены для известняков в 1974 году, для мёрзлых пород — в 1975 году.

Следует указать на использование метода синтезирования апертуры в радиолокационной системе, установленной на борту космического корабля «Аполлон-17», для исследования поверхности Луны. Система была испытана в 1972 году с борта самолета над ледниками Гренландии на частоте 50 МГц при длительности импульса с линейной частотой модуляции 80 мкс (коэффициент сжатия 128).

Серийные образцы георадаров начали появляться в начале 70-х годов. В середине 80-х интерес к георадиолокации возрос в связи с очередным скачком в развитии электроники и вычислительной техники. Но, как показал опыт, это развитие оказалось недостаточным. Трудозатраты на обработку материалов не смогли окупиться в полной мере, и интерес к георадиолокации снова упал. В 90-е годы, когда произошла очередная научно-техническая революция, и персональные компьютеры стали более доступны, интерес к георадиолокации вновь возрос и не ослабел до сих пор.

С конца 90-х годов регулярно проводятся научно-исследовательские конференции, посвященные этому методу. Издаются специальные выпуски журналов.

Радары подповерхностного зондирования предназначены для изучения сред-диэлектриков по изменению диэлектрической проницаемости и/или электропроводности. Чаще всего георадары применяются для инженерно-геотехнического обследования грунтов и неразрушающего контроля (неметаллических) строительных конструкций.

Принцип действия большинства современных георадаров[1] тот же, что и у обычных импульсных радаров. В изучаемую среду излучается электромагнитная волна, которая отражается от разделов сред и различных включений. Отраженный сигнал принимается и записывается георадаром.

В настоящее время большинство серийно производимых радаров можно сгруппировать в несколько подтипов, которые отличаются основными принципами функционирования:

  • стробоскопические георадары: такие радары испускают преимущественно импульсы с небольшой энергией, около 0.1-1 мкДж, но таких импульсов испускается довольно много 40-200 тысяч импульсов в секунду. Используя стробоскопический эффект можно получить очень точную развертку — радарограмму во времени. Фактически усреднение данных с огромного числа импульсов позволяет существенно улучшить отношение сигнал/шум. В то же время, мощность в 0.1-1 мкДж накладывает серьёзные ограничения на глубину проникновения таких импульсов. Обычно такие радары используют для глубин зондирования до 10 метров. Однако, в отдельных случаях «пробивная» способность достигает более 20 метров.
  • слабоимпульсные радары: такие радары испускают существенно меньше 500—1000 импульсов в секунду, мощность каждого такого импульса уже существенно выше и достигает 100мкДж. Оцифровывая в каждом таком импульсе одну точку с разным сдвигом от начала, можно получить радарограмму во временной области без стробирования. В то же время такой аппарат позволяет снимать около одной радарограммы в секунду и практически не позволяет использовать усреднение для улучшения отношения сигнал/шум. Это позволяет получать радарограммы с глубин в десятки метров, но трактовать такие радарограммы может только специально обученный специалист.
  • сверхмощные радары с разнесенными антеннами: такие радары испускают только несколько импульсов в секунду, но энергия импульса достигает 1-12 Дж. Это позволяет значительно улучшить отношение сигнал/шум и динамический диапазон георадара и получать отражения от многих глубинных слоев или работать на тяжелых и влажных грунтах. Для обработки радарограмм требуется специальное программное обеспечение, которое производители таких георадаров поставляют в комплекте с георадаром. К недостаткам мощных радаров можно отнести опасность радиооблучения биологических объектов и значительную (до 2-3 метров от поверхности) «мертвую» зону. Существует альтернативное мнение по вопросу радиооблучения биообъектов сверхмощными георадарами. Обычный георадар снимает одну запись за множество запусков (это связано с проблемами оцифровки сигналов). Сверхмощный — делает всего несколько запусков в секунду, (это привело к тому, что для этих георадаров пришлось разрабатывать систему оцифровки сигналов не связанную со стробоскопическим преобразованием). Если подсчитать излучённую георадаром энергию за секунду, получится что обычный георадар стреляет очень часто, но небольшими импульсами. А сверхмощный выдаёт большой по амплитуде импульс, но делает это редко. Разница параметров такова, что во втором случае на биообъект падает меньше излучённой энергии.

Для всех вышеперечисленных типов радаров имеется возможность использования одного или нескольких каналов. В этом случае условно можно разделить все эти георадары на ещё несколько классов:

  • одноканальные георадары: в таких георадарах имеется один передатчик и один приемник, большинство компаний производителей георадаров имеют одноканальные георадары.
  • многоканальные парные георадары: в таких георадарах имеется несколько пар приемник-передатчик, так что съёмка геопрофиля с каждого канала происходит одновременно. Такие системы распространены у многих зарубежных производителей, которые специализируются на геопрофилировании дорожных покрытий. Такая система фактически содержит несколько одноканальных георадаров и позволяет значительно уменьшить время профилирования. Недостатком таких систем является громоздскость (они значительно больше одноканальных) и высокая стоимость.
  • многоканальные георадары с синтезированной приемной апертурой: это наиболее сложный тип георадаров, в котором на одну передающую антенну приходится несколько приемных, которые синхронизированы между собой. Фактически такие георадары представляют собой аналог фазированной антенной решетки. Основным преимуществом таких систем является гораздо более четкое позиционирование объектов под землей — фактически они работают по принципу стерео зрения, как если бы у радара было бы несколько глаз-антенн. Основным недостатком таких систем является очень сложные вычислительные алгоритмы, которые необходимо решать в реальном времени, что приводит к использованию дорогих электронных компонент, обычно на основе FPGA и GPGPU. Обычно такие системы применяются только в сверхмощных георадарах с разнесенными антеннами. В то же время, такие системы более помехоустойчивы и позволяют получать наиболее точную картину распределения диэлектрической проницаемости под землей.
  • Вопросы подповерхностной радиолокации. Коллективная монография / Под ред. Гринева А. Ю. — М.: Радиотехника, 2005.-416 с.: ил. ISBN 5-88070-070-4
  • Подповерхностная радиолокация / Под ред. Финкельштейна М. И. — М.: Радио и связь, 1994
  1. ↑ [1] — видео о принципах действия

Радиофотонная РЛС — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 октября 2019; проверки требуют 3 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 октября 2019; проверки требуют 3 правки.

Радиофотонная РЛС — радиолокационная станция (РЛС), аппаратура которой выполнена на основе радиофотонных технологий, предполагающих использование радиочастотной модуляции/демодуляции оптических (фотоны) несущих сигналов[1]. Это позволит повысить дальность действия и разрешающую способность, создавать трёхмерные портреты целей.

Варианты реализации радиофотонных технологий[править | править код]

Первоначально идея использования радиофотонных технологий в РЛС сводилась к оптоволоконной разводке тактовых импульсов АЦП по множеству приёмных каналов. При этом для срабатывания АЦП оптические импульсы должны были преобразовываться в тактовые видеосигналы с помощью фотодетекторов[2]. Такое техническое решение, к примеру, позволяло преодолевать проблемы передачи тактовых сигналов АЦП через вращающееся контактное сочленение от неподвижной аппаратуры несущей платформы на вращающуюся цифровую антенную решётку.

В настоящее время развитие радиофотоники позволяет использовать оптоволоконный интерфейс также для передачи излучаемых или принятых антенными элементами радиосигналов[1] и их обработки[3][4].

Следующий шаг — внедрение радиофотонных технологий в радиосвязь, что ожидается уже в системах связи 6G.[5] Кроме того, данный принцип может быть реализован в комплексах ультразвуковой диагностики.

В наиболее оптимистичных прогнозах радиофотонные технологии могут быть реализованы в РЛС с использованием принципов квантовой запутанности, как во внутриаппаратных интерфейсах, так и для локации пространства (так называемые квантовые РЛС [6]).

Другой разновидностью квантовой РЛС является вариант радара, разработанный в университете Йорка и использующий квантовую корреляцию между радиоволновыми и оптическими лучами, формируемую с помощью наномеханических осцилляторов[3].

  • Малышев А. С. Волоконно-оптические лазерные и фотодиодные модули СВЧ-диапазона и системы радиофотоники на их основе. [2]
  • Светличный Ю.А., Дегтярев П.А., Негодяев П.А. Схемы и компоненты перспективных радиотехнических систем с цифровыми фазированными антенными решётками // Материалы научно-технической конференции молодых учёных и специалистов «Научные чтения к 90-летию со дня рождения академика В.П. Ефремова». Москва 19 сентября 2016 г.[3]

Радиолокационный спасательный ответчик — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Приемопередатчик SART производства компании Jotron

Радиолокационный спасательный ответчик (англ. SART, Search and rescue radar transponder) — радиолокационный ответчик, являющийся частью глобальной морской системы связи при бедствии (ГМССБ). Облегчает определение местоположения объектов, терпящих бедствие, путём передачи специальных сигналов на стандартные навигационные судовые радиолокационные станции.

Согласно требованию конвенции СОЛАС, на судах валовой вместимостью до 300 тонн ответчик не требуется, от 300 до 500 тонн должен быть как минимум один радиолокационный ответчик, на судах свыше 500 тонн — как минимум два.

Принцип действия[править | править код]

Аварийно-спасательный ответчик системы SART представляет собой приемопередатчик, работающей в диапазоне частот морских навигационных радиолокационных станций 9,2-9,5 ГГц. В режиме ожидания работает только приёмник ответчика, при приближении судна или самолета с действующей РЛС, приемник фиксирует её излучение и в момент прихода очередного импульса активирует встроенный передатчик, который излучает серию ответных импульсов принимаемых узконаправленной антенной РЛС вместе с отраженным сигналом, это приводит к тому, что работа ответчика выглядит на экране радара в виде серии хорошо заметных на фоне помех, светящихся точек, направленных от объекта в сторону увеличения дальности (обычно 12 шт., чтобы перекрыть весь диапазон частот, каждый импульс передатчика ответчика модулируется по частоте). Таким образом оператор хорошо видит на экране РЛС аварийный объект в условиях, когда его идентификация может быть сильно затруднена, например при сильном волнении, в темноте среди плавающих обломков и т. п., РЛС при этом может быть любого типа без каких либо специальных дополнительных устройств, единственным критерием является соответствие диапазона частот. При приближении вплотную к объекту, ответчик обычно начинает активироваться боковыми лепестками антенны РЛС и изображение на её экране превращается в концентрические круги.

Применение[править | править код]

В нормальных условиях радиолокационый ответчик находится на борту судна в выключенном состоянии. Он устанавливается вблизи спасательных шлюпок для возможности быстрого перемещения его туда при эвакуации. Когда ответчиков 2 и более, они устанавливаются с разных бортов судна. В аварийной ситуации ответчик обычно включает и при необходимости переносит в шлюпку ответственный по аварийному судовому расписанию. Для увеличения дальности обнаружения, ответчик должен устанавливаться как можно выше, при высоте 1 метр над уровнем моря обеспечивается обнаружение с судна на дальности около 5 морских миль и с самолета, летящего на высоте 1 км, на дальности около 50 морских миль. Попадание ответчика в зону действия радара сигнализируется световым или звуковым сигналом.

Технические характеристики[править | править код]

Согласно требованиям аварийные ответчики должны обеспечивать:

  • ручное включение, выключение, индикацию в режиме готовность
  • водонепроницаемость на глубине 10 метров в течение не менее 5 минут, выдерживать сбрасывание в воду с высоты 20 метров, иметь плавучий линь
  • визуальную или звуковую индикацию нормальной работы и предупреждения о том, что РЛО приведен в действие радаром
  • работу в режиме ожидания 96 часов и 8 часов при непрерывном облучении импульсами радара частотой 1 кГц
  • сохранять работоспособность в диапазоне температур от −20° до +55°С
  • срабатывать на расстоянии до 5 миль при облучении РЛС с высотой антенны 15 метров и при облучении самолетной РЛС мощностью 10 кВт на расстоянии до 30 миль с высоты 1000 метров.

Корпуса РЛО, как правило, имеют высокую прочность, положительную плавучесть и для лучшей заметности, окрашены в ярко-оранжевые цвета, кроме этого на них может иметься сигнальная лампа, работающая в качестве сигнального маячка. Источниками питания являются одноразовые батареи, допускающие длительные сроки хранения 5-10 лет[1].

Лидар — Википедия

Лида́р (транслитерация LIDAR англ. Light Detection and Ranging «обнаружение и определение дальности с помощью света») — технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления поглощения и рассеяния света в оптически прозрачных средах.

Лидар, произведённый компанией Leica, используемый для сканирования зданий, скальных образований и т. д. с целью создания 3D-моделей.

Лидар как прибор представляет собой, как минимум, активный дальномер оптического диапазона.

  • Сканирующие лидары в системах машинного зрения формируют двумерную или трёхмерную картину окружающего пространства.
  • «Атмосферные» лидары способны не только определять расстояния до непрозрачных отражающих целей, но и анализировать свойства прозрачной среды, рассеивающей и поглощающей свет.
  • Разновидностью атмосферных лидаров являются доплеровские лидары, определяющие направление и скорость перемещения воздушных потоков в различных слоях атмосферы.

Устоявшийся перевод LIDAR как «лазерный радар» не вполне корректен, так как в системах ближнего радиуса действия (например, предназначенных для работы в помещениях), главные свойства лазера: когерентность, высокие плотность и мгновенная мощность излучения — не востребованы; излучателями света в таких системах могут служить обычные светодиоды. Однако в основных сферах применения технологии (метеорология, геодезия и картография) с радиусами действия от сотен метров до сотен километров используются только лазеры.

Аббревиатура LIDAR впервые появилась в работе Миддлтона и Спилхауса «Метеорологические инструменты» 1953 года, задолго до изобретения лазеров.[1] Первые лидары использовали в качестве источников света обычные или импульсные лампы со скоростными затворами, формировавшими короткий импульс.[2]

США[править | править код]

В 1963 году в США начались полевые испытания носимого лазерного дальномера XM-23 с мощностью излучения 2,5 Вт и диапазоном измеряемых расстояний 200—9995 м.[3]. XM-23 был изначально несекретным образцом и стал базовым прибором для гражданских исследователей 1960-х годов.[4] К концу 1960-х годов лазерные дальномеры стали стандартным оборудованием новых танков США (первым образцом, спроектированным с применением лазерных дальномеров, стал M551 Шеридан, запущенный в серию в 1967). Гражданские применения лазерных дальномеров были ограничены лишь высокой стоимостью интегральных схем того времени.

Тогда же, в первой половине 1960-х годов, начались опыты по применению лидара с лазерными излучателями для исследования атмосферы[5].

В 1969 году лазерный дальномер и мишень, установленная на Аполлоне-11, применялся для измерения расстояния от Земли до Луны. Четыре мишени, доставленные на Луну тремя «Аполлонами» и «Луноходом-2», и по сей день используются для наблюдения за орбитой Луны[6][7].

В течение 1970-х годов, с одной стороны, отлаживалась технология лазерных дальномеров и компактных полупроводниковых лазеров, а с другой — были начаты исследования рассеяния лазерного луча в атмосфере. К началу 1980-х годов эти исследования стали настолько известными в академических кругах США, что аббревиатура LIDAR стала именем нарицательным — lidar, что зафиксировал словарь Уэбстера 1985 года.[2] В те же годы лазерные дальномеры достигли стадии зрелой технологии (по крайней мере, в военных приложениях) и выделились в отдельную от лидаров отрасль техники[8].

СССР[править | править код]

Эксперименты по лазерной локации Луны в СССР начались в 1963 году, а с 1973 года велись систематические наблюдения всех пяти расположенных к тому времени на Луне уголковых отражателей («Лунохода-1», «Лунохода-2», «Аполлона-11», «Аполлона-14», «Аполлона-15»)[9]:263,267,272. Для лазерной локации искусственных спутников Земли в СССР были запущены спутники с уголковыми отражателями на борту: «Интеркосмос-17» (1977), «Интеркосмос-Болгария-1300» (советско-болгарский, 1981), «Метеор-3» (1985), использовался разработанный советскими учёными лазерный дальномер «Крым»[10]:321,323.

В СССР существовало два семейства лидарных метеорологических приборов, предназначенных для использования на аэродромах (в обоих семействах в качестве источника зондирующего светового потока использовались импульсные лампы):

  • Измерители высоты нижней границы облаков — светолокаторы (в начале 1960-х годов создан прибор ИВО-1, далее в 1970-х годах ИВО-2, РВО-2). Принцип действия светолокатора основан на измерении обратно рассеянного зондирующего импульса в атмосфере.
  • Измерители дальности видимости — трансмиссометры (созданный в конце 1960-х годов прибор РДВ-1, в последующие десятилетия ему на смену пришли РДВ-2, РДВ-3, ФИ-1). Принцип действия трансмиссометра (регистратора прозрачности атмосферы) основан на измерении степени ослабления интенсивности световых импульсов после их прохождения через слой атмосферы, ограниченный длиной базисной линии прибора.


В отличие от радиоволн, эффективно отражающихся только от достаточно крупных металлических целей, световые волны подвержены рассеянию в любых средах, в том числе в воздухе, поэтому возможно не только определять расстояние до непрозрачных (отражающих свет) дискретных целей, но и фиксировать интенсивность рассеивания света в прозрачных средах. Возвращающийся отражённый сигнал проходит через ту же рассеивающую среду, что и луч от источника, подвергается вторичному рассеиванию, поэтому восстановление действительных параметров распределённой оптической среды — достаточно сложная задача, решаемая как аналитическими, так и эвристическими методами.

Основные различия в конструкциях и принципах действия современных лидаров заключаются в модулях формирования развертки. Развертка может формироваться как механическими методами (с помощью вращающихся зеркал или с помощью движения микроэлектромеханических систем), так и с помощью фазированной антенной решетки[11].

Излучатель[править | править код]

Длины волн, излучаемые наиболее распространёнными лазерами. Шкала в микрометрах

В абсолютном большинстве конструкций излучателем служит лазер, формирующий короткие импульсы света высокой мгновенной мощности. Периодичность следования импульсов или модулирующая частота выбираются так, чтобы пауза между двумя последовательными импульсами была не меньше, чем время отклика от обнаружимых целей (которые могут физически находиться дальше, чем расчётный радиус действия прибора). Выбор длины волны зависит от функции лазера и требований к безопасности и скрытности прибора; наиболее часто применяются Nd:YAG-лазеры и длины волн (в нанометрах):

  • 1550 нм — инфракрасное излучение, невидимое ни глазу человека, ни типичным приборам ночного видения. Глаз не способен сфокусировать эти волны на поверхности сетчатки, поэтому травматический порог для волны 1550 существенно выше, чем для более коротких волн. Однако риск повреждения глаз на деле выше, чем у излучателей видимого света — так как глаз не реагирует на ИК излучение, то не срабатывает и естественный защитный рефлекс человека
  • 1064 нм — ближнее инфракрасное излучение неодимовых и иттербиевых лазеров, невидимое глазу, но обнаружимое приборами ночного видения
  • 532 нм — зелёное излучение неодимового лазера, эффективно «пробивающее» массы воды
  • 355 нм — ближнее ультрафиолетовое излучение

Также возможно использование (см. Промышленные и сервисные роботы) вместо коротких импульсов непрерывной амплитудной модуляции излучения переменным напряжением.

Системы формирования сканирующего паттерна[править | править код]

Большинство современных лидаров используют цилиндрическую развертку. Этот тип развертки наиболее просто формируется и прост в дальнейшей обработке. Однако, у него есть недостатки. Например, при использовании цилиндрической развертки есть вероятность пропустить узкие горизонтальные объекты (такие как шлагбаум). Чаще всего эта проблема решается применением дополнительного лидара с цилиндрической разверткой, но ориентированного перпендикулярно первому лидару.

Помимо цилиндрической развертки существуют лидары с разверткой "розетка" (англ. "Rosette scanning pattern"). Формирование данной развертки происходит сложнее, чем формирование цилиндрической развертки, однако лидары с разверткой "розетка" не испытывают проблем, описанных выше.

Сканирующая оптика[править | править код]
Два чёрных цилиндра, вынесенные перед бампером — сканирующие лидары беспилотного автомобиля

Простейшие атмосферные лидарные системы не имеют средств наведения и направлены вертикально в зенит.

Для сканирования горизонта в одной плоскости применяются простые сканирующие головки. В них неподвижные излучатель и приёмник также направлены в зенит; под углом 45° к горизонту и линии излучения установлено зеркало, вращающееся вокруг оси излучения. В авиационных установках, где надо сканировать полосу, перпендикулярную направлению полёта самолёта-носителя, ось излучения — горизонтальна. Для синхронизации мотора, вращающего зеркало, и средств обработки принимаемого сигнала используются точные датчики положения ротора, а также неподвижные реперные риски, наносимые на прозрачный кожух сканирующей головки.

Сканирование в двух плоскостях добавляет к этой схеме механизм, поворачивающий зеркало на фиксированный угол с каждым оборотом головки — так формируется цилиндрическая развёртка окружающего мира. При наличии достаточной вычислительной мощности можно использовать жёстко закреплённое зеркало и пучок расходящихся лучей — в такой конструкции один «кадр» формируется за один оборот головки.

Сканирование с помощью MEMS[править | править код]

Производить сканирование можно также и с помощью микроэлектромеханических систем. Такие системы позволяют значительно сократить габариты и повысить надежность изделий.

Активная фазированная антенная решетка[править | править код]

Активная фазированная антенная решетка формирует лазерный луч множеством передающих модулей, каждый из которых генерирует излучение со своими параметрами. Таким образом можно управлять направлением луча. Применение ФАР в лидарах позволяет избавиться от подвижных частей и таким образом продлить срок жизни изделию.

Приём и обработка сигнала[править | править код]

Важную роль играет динамический диапазон приёмного тракта. Например, приёмный тракт новейшей (2006 год) подсистемы машинного зрения MuCAR-3 с динамическим диапазоном 1:106 обеспечивает эффективный радиус действия от 2 до 120 м (всего 1:60). Чтобы избежать перегрузки приёмника интенсивной засветкой от рассеивания в «ближней зоне», в системах дальнего радиуса действия применяют высокоскоростные механические затворы, физически блокирующие приёмный оптический канал. В устройствах ближнего радиуса со временем отклика менее микросекунды такой возможности нет.

Современное состояние и перспективы[править | править код]

Исследования атмосферы[править | править код]

Исследования атмосферы стационарными лидарами является наиболее массовой отраслью применения технологии. В мире развёрнуто несколько постоянно действующих исследовательских сетей (межгосударственных и университетских), наблюдающих за атмосферными явлениями.

Измерение высоты нижней границы облаков. В России выпускаются светолокаторы ДВО-2 [12] (с импульсной лампой в качестве источника света), лазерные светолокаторы ДОЛ-2.[13] и лазерный облакомер для измерения высоты нижней границы облаков и вертикальной видимости [14] Также широко используются лазерные светолокаторы CL31 финского производства.[15]

Измерение дальности видимости. В России производятся трансмиссометры ФИ-3 [16], используются также финские трансмиссометры LT31.[17] В обоих приборах источником излучения является полупроводниковый светодиод.

Измерение скорости и направления воздушных потоков. Теоретическое обоснование применения наземного доплеровского лидара для таких измерений было дано ещё в 1980-е годы.[18] Первые практические разработки использовали неподвижные оптические системы с лучом, направленным вертикально в зенит; в 1990-е годы были предложены технологии, позволяющие доплеровским лидарам сканировать широкий угол обзора.[19] В 2001 Alcatel предложил размещение лидаров на борту спутников, так, что «созвездие» спутников на орбите способно отслеживать движение воздушных масс в рамках целого континента, а в потенциале — на Земле в целом.[20] Лидары активно используются для наблюдений за загрязнением атмосферы. Особый класс дифференциальных лидаров (differential absorption lidar, DIAL), излучающих одновременно свет с разной длиной волны, способен эффективно определять концентрацию отдельных газов, оптические показатели которых зависят от длины волны.

Измерение температуры атмосферы. Разработано и реализовано на практике несколько основных методов измерения профилей температуры.

В первом методе используется резонансное рассеяние на атомах щелочных металлов, в частности, натрия, калия, а также железа[21][22][23]. Облака атомов металлов находятся на высоте 85 — 100 км. Температура измеряется по доплеровскому уширению резонансных линий с помощью зондирования узкополосным подстраиваемым лазером (используются жидкостные лазеры с активным веществом в виде раствора органического красителя). Первые измерения были осуществлены с помощью искусственных натриевых облаков, забрасываемых в атмосферу ракетами. Несмотря на то, что метод ограничен диапазоном высот, на которых присутствуют атомы металла, рассеянный сигнал оказывается относительно большим, и это дает возможность измерять температуру с точностью до 1.5 ˚К[24].

Второй метод — метод рэлеевского рассеяния (Rayleigh lidar), основан на нерезонансном рассеянии света на молекулах воздуха[22][25][26]. Впервые он был применен в 1953 году в опытах с прожекторным зондированием атмосферы[27]. Суть метода заключается в следующем. Если отсутствует аэрозольное рассеяние, то мощность обратно рассеянного сигнала прямо пропорциональна плотности воздуха, из которой можно рассчитать температуру. Разрежение воздуха с высотой позволяет использовать метод рэлеевского рассеяния на высотах не более 90 км. Нижняя граница высоты измерения (около 20-30 км) обусловлена присутствием в граничном слое большого количества аэрозоля, который значительно увеличивает рассеяние, но практически не влияет на плотность воздуха.

Третий метод основан на вращательном рамановском (комбинационном) рассеянии молекулами воздуха (Raman lidar)[22][25]. Когда температура увеличивается, интенсивность переходов с большими квантовыми числами возрастает, в то время как интенсивность линий вращательного рамановского спектра, соответствующих маленьким квантовым числам, уменьшается. Переходы с большими квантовыми числами соответствуют линиям рамановского спектра, расположенным дальше от центральной частоты. Температура определяется при использовании измерений в двух областях спектра с различной температурной зависимостью. Максимальная высота зондирования составляет около 30 км, погрешность измерения менее 1 ˚К до высоты 10 км[28]. Так как в приемнике линия упругого рассеяния подавляется, то измерения можно проводить и в присутствии значительных концентраций аэрозолей.

Измерение температуры может проводиться так же с помощью DIAL лидара[22], но этот метод не получил большого распространения.

Помимо научных целей и метеорологических наблюдений, активно испытываются комплексные системы мониторинга воздушных потоков в районах аэропортов. Среди практических предложений последних лет — системы автоматического управления ветрогенераторами, использующие лидары для определения силы и направления ветра.[29]

Раннее оповещение о лесных пожарах. Лидар, размещённый на возвышенности (на холме или на мачте) и сканирующий горизонт, способен различать аномалии в воздухе, порождённые очагами пожаров. В отличие от пассивных инфракрасных систем, распознающих только тепловые аномалии, лидар выявляет дымы по аномалиям, порождаемым частицами горения, изменению химического состава и прозрачности воздуха и т. п. Технология с радиусом обнаружения дымов в 20 км была впервые заявлена в 1990,[30] активные поиски оптимальных конфигураций систем ведутся по сей день.[31]

Исследования Земли[править | править код]

Вместо установки лидара на земле, где принимаемый отражённый свет будет зашумлён из-за рассеяния в загрязнённых, нижних слоях атмосферы, «атмосферный» лидар может быть поднят в воздух или на орбиту, что существенно улучшает соотношение сигнал-шум и эффективный радиус действия системы. Первый полноценный орбитальный лидар был выведен на орбиту NASA в декабре 1994 года в рамках программы LITE (Lidar In-Space Technology Experiment).[32][33] Двухтонный лидар LITE с метровым зеркальным телескопом, поднятый на высоту 260 км, «рисовал» на земле размытое пятно диаметром 300 м, что было явно недостаточно для эффективного отображения рельефа, и был исключительно «атмосферным».

Особо ценным оказался опыт верификации данных космической съёмки с использованием синхронных данных более 60 наземных лидаров по всему миру.[34]

Первый европейский орбитальный лидар (проект ALADIN) планируется к запуску в 2014 году.[35]

Космическая геодезия. Современные космические проекты разделились на два направления — совершенствование «атмосферных» систем (см. вышеупомянутый проект Alcatel) и геодезические лидары, способные сканировать рельеф земной поверхности с приемлемой разрешающей способностью. Лидары могут применяться как на орбите Земли, так и на орбитах других планет, практический пример тому — бортовой лидар АМС Марс Глобал Сервейор.

Измерения лунной топографии, выполненные с космического аппарата Клементина.

Авиационная геодезия, топография и археология. Национальная океанографическая служба США (NOAA) систематически применяет авиационные лидары для топографической съёмки морского побережья. Сканирующий лидар NOAA имеет разрешение по вертикали 15 см и полосу сканирования (при штатной высоте полёта) 300 м. Привязка к абсолютной высоте производится «от уровня моря» (с поправкой на приливы), к географическим координатам — по сигналам GPS.[36] Географическая служба США (USGS) проводит аналогичные топографической съёмки в Антарктиде, данные съёмок USGS находятся в открытом доступе.[37] В 2007 году USGS начал программу по встраиванию данных лидарной съёмки в национальную базу топографических данных США.[38]

Особое направление, применяемое на практике в сейсмоопасных районах США — дифференциальное измерение высот с целью выявления локальных подвижек земных масс в районе разломов. Ещё в 1996 с помощью лидара была открыта неизвестная ранее зона разлома возле Сиэтла.[39]

Мониторинг лесов и биомассы. Космические (например, GLAS - Geoscience Laser Altimeter System) и авиационные лидары позволяют определить высоту растительности, в частности леса. Таким образом, появляется возможность уточнить распространение лесов, вычислить их параметры (фитомасса, запас древесины) и осуществлять мониторинг за динамикой лесного покрова (например, сведение лесов в тропиках).

Воздушное лазерное сканирование местности позволяет получать данные о реальной поверхности земли исключая искажения от лесных массивов, строении и т. д., также позволяет выявлять неглубоко расположенные археологические объекты культурного слоя[40][41][42]. К примеру, таким образом были обнаружены руины бывших обширных жилых кварталов в джунглях вокруг храма Ангкор-Ват занимающие более 1 000 км²[43].

Строительство и горное дело[править | править код]

«Строительный» лидар, предназначенный для дистанционных трёхмерных обмеров зданий. Видны вращающаяся головка, обеспечивающая сканирование по горизонтали, и наклонное зеркало, сканирующее в вертикальной плоскости

Лидары, сканирующие неподвижные объекты (здания, городской ландшафт, открытые горные выработки), относительно дёшевы: так как объект неподвижен, то особого быстродействия от системы обработки сигнала не требуется, а сам цикл обмера может занимать достаточно долгое время (минуты). Так же, как в своё время падала стоимость лазерных дальномеров и уровней, применяемых в строительстве, следует ожидать дальнейшего снижения цен на строительные и горные лидары, — падение цен ограничено лишь стоимостью прецизионной сканирующей оптики. Типичные отрасли применения:

Маркшейдерское дело — обмеры открытых горных выработок, построение трёхмерных моделей подземных горных пластов (в том числе в связке с сейсмографическими инструментами).

Строительство — обмеры зданий, контроль отклонения плоскостей стен и несущих колонн от вертикали (в том числе в динамике), анализ вибраций стен и остекления. Обмеры котлованов, создание трёхмерных моделей стройплощадок для оценки объёмов земляных работ.

Архитектура — построение трёхмерных моделей городской среды для оценки влияния предлагаемых новостроек на облик города.

Морские технологии[править | править код]

Измерение глубины моря. Для этой задачи используется дифференциальный лидар авиационного базирования. Красные волны почти полностью отражаются поверхностью моря, тогда как зелёные частично проникают в воду, рассеиваются в ней, и отражаются от морского дна. Технология пока не применяется в гражданской гидрографии из-за высокой погрешности измерений и малого диапазона измеряемых глубин.

Поиск рыбы. Аналогичными средствами можно обнаруживать признаки косяков рыбы в приповерхностных слоях воды. Специалисты американской государственной лаборатории ESRL утверждают, что поиск рыбы лёгкими самолётами, оборудованных лидарами, как минимум на порядок дешевле, чем с судов, оборудованных эхолотами.[44]

Спасение людей на море. В 1999 ВМС США запатентовали конструкцию авиационного лидара, применимого для поиска людей и человеческих тел на поверхности моря;[45] принципиальная новизна этой разработки — в применении оптического маскирования отражённого сигнала, снижающего влияние помех.

Разминирование. Обнаружение мин возможно с помощью лидаров, непосредственно погруженных в воду (например, с буя, буксируемого катером или вертолётом), однако не имеет особых преимуществ по сравнению с активными акустическими системами (сонарами). Запатентованы средства обнаружения мин в приповерхностных слоях воды с помощью бортовых авиационных лидаров, эффективность таких лидаров не известна.

Системы подводного зрения. У истоков подводного применения лидаров на море стояла корпорация Kaman, запатентовавшая работоспособную технологию в 1989 году[46]. Интенсивное (по сравнению с воздушной средой) рассеивание света в воде долгое время ограничивало действие подводных лидаров десятками метров. Импульс лазера способен «пробить» и большие расстояния, но при этом полезный отражённый сигнал оказывается неразличим на фоне паразитной засветки. Kaman преодолела эту проблему с помощью электронных затворов, открывавших оптический путь к CCD-приёмнику только на короткий период ожидаемого отклика. Кроме этого, само изображение цели формировалось методом «вычитания тени», существенно повышавшим радиус действия системы. Kaman применяет метод короткого временного окна и к авиационным системам; в них момент открытия оптического канала задаётся высотомером самолёта-носителя.[47]

В последующие годы Kaman развивало тему лидаров как в направлении повышения радиуса действия и надёжности распознавания образов, так и части новых областей применения. Например, в 1999 запатентовано использование лидаров для установления скоростной подводной связи с беспилотными подводными аппаратами (управляемыми торпедами) по оптическому каналу.[48] В 1992 были предложены индивидуальные лидары для водолазов и аквалангистов.[49] Вероятно, что существенный пласт военно-морских разработок остаётся неизвестным широкой публике.

На транспорте[править | править код]

Определение скорости транспортных средств. В Австралии простейшие лидары используются для определения скорости автомобилей — так же, как и полицейские радары. Оптический «радар» существенно компактнее традиционного, однако менее надёжен в определении скорости современных легковых автомобилей: отражения от наклонных плоскостей сложной формы «запутывают» лидар.

Системы активной безопасности.

Информация в этом разделе устарела.

Вы можете помочь проекту, обновив его и убрав после этого данный шаблон.
«Люстра» из пяти сканирующих лидаров на крыше Stanley — беспилотного автомобиля, победителя DARPA Grand Challenge 2005 года

Беспилотные транспортные средства. В 1987—1995 годах в ходе проекта EUREKA Prometheus, стоившего Европейскому союзу более 1 млрд долларов, были выработаны первые практические разработки беспилотных автомобилей. Наиболее известны прототип, VaMP (разработчик — Университет бундесвера в Мюнхене) не использовал лидары из-за недостатка вычислительной мощности тогдашних процессоров. Новейшая их разработка, MuCAR-3 (2006), использует единственный лидар кругового обзора, поднятый высоко над крышей машины, наравне с направленной мультифокальной камерой обзора вперёд и инерциальной навигационной системой.[50] Лидар MuCAR-3 используется подсистемой выбора оптимальной траектории на пересечённой местности, он даёт угловое разрешение в 0,01° при динамическом диапазоне оптического приёмника 1:106, что даёт эффективный радиус обзора 120 м. Для достижения приемлемой скорости сканирования используется пучок из 64 расходящихся лазерных лучей, поэтому один полный «кадр» требует единственного оборота вращающегося зеркала.[50]

С 2003 года правительство США через агентство передовых военных разработок DARPA финансирует разработку и соревнование автомобилей-роботов. Ежегодно проводятся гонки DARPA Grand Challenge; в гонке 2005 года победила машина из Стэнфорда, в основе системы зрения которой — пять лидаров направленного обзора.

Приспособление от Apple с названием Project Titan для портирования функции автопилота на любой автомобиль было замечено на улицах в октябре 2017. Для тестирования автопилота Apple выбрала автомобиль Lexus RX. На его крышу установили устройство с радаром и 12 лидарами, которые помогают системе изучать окружение.

Системы автоматической стыковки. Канадская компания Optech разрабатывает и производит системы для автоматической стыковки на орбите, основанные на лидарах.[51]

Промышленные и сервисные роботы[править | править код]

Системы машинного зрения ближнего радиуса действия для роботов, основанные на сканирующем лидаре IBM, формируют цилиндрическую развёртку с углом охвата горизонта 360° и вертикальным углом зрения до +30..-30°. Собственно дальномер, установленный внутри сканирующей оптической головки, работает на постоянном излучении малой мощности, модулированном несущей частотой порядка 10 МГц. Расстояние до целей (при несущей 10 МГц — не более 15 м) пропорционально сдвигу фаз между опорным генератором, модулирующим источник света, и ответным сигналом. Лидар IBМ использует простой аналоговый фазовый дискриминатор непрерывного действия и имеет высокую угловую разрешающую способность, на практике ограниченную только быстродействием процессора, обрабатывающего трёхмерную «картинку» лидара, и системы автоматического регулирования уровня сигнала на выходе приёмника (быстрые АРУ вносят в принимаемый сигнал фазовые искажения, медленные — сужают динамический диапазон). В 1990—1994 подобные лидары испытывались в сервисных роботах Джозефа Энгельбергера,[52] однако от использования лидара в серийных изделиях тогда отказались в пользу дешёвых ультразвуковых датчиков.

Разные варианты расшифровки акронима LIDAR[править | править код]

  • Laser Induced Differential Absorption Radar (ACAE)
  • Laser Induced Direction and Range System (BAJR)
  • LASER Infrared RADAR (IEEE)
  • LASER Intensity Direction and Ranging (IEEE)
  • Light Detection and Range (SAUO)
  • Light Detection and Ranging
  • Light Detection and Ranging Instrument (SAUO)
  • Light Intensity Detection and Ranging (NOAA)
  1. ↑ Middleton, W. E. K, and Spilhaus, A. F., Meteorological instruments, University of Toronto, 3rd ed. 1953
  2. 1 2 Англ. Американское метеорологическое общество. Музей лидаров (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 27 декабря 2007. Архивировано 27 апреля 2017 года.
  3. ↑ Marcus, I. R., Rangemeter for XM23 Rangefinder, U. S. DoD report of 17/02/1964,
  4. ↑ См., например, Deitz, Paul H., Atmospheric Effects on the Beam Propagation of the XM-23 Laser Rangefinder, Laser Range Instrumentation, SPIE Proceedings Vol. 11. Bellingham, WA: Society for Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1967., p.35
  5. ↑ R. T. H. Collis, Lidar: A new atmospheric probe, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Volume 92, Issue 392, Pages 220—230, 1966
  6. ↑ Apollo Laser Ranging Experiments Yield Results. From LPI Bulletin, No. 72, NASA, August, 1994 [1]
  7. ↑ Lunar Geophysics, Geodesy, and Dynamics by James Williams Jean Dickey in 13th International Workshop on Laser Ranging, October 7-11, 2002, Washington, D. C.
  8. ↑ Практическая и теоретическая сторона разработок 1980-х годов зафиксирована в: Jean Rueger. Electronic Distance Measurement: An Introduction, Springer, 1990, 4th edition 1996, ISBN 978-3-540-61159-2
  9. Басов Н. Г., Кокурин Ю. Л. Лазерная локация Луны // Наука и человечество, 1986. — М.: Знание, 1986. — С. 262—277.
  10. Георгиев Н. И., Нойберт Р., Татевян С. К., Хайретдинов К. А. Лазерные спутниковые дальномеры // Наука и человечество, 1989. — М.: Знание, 1989. — С. 314—327.
  11. Таисия Филиппова. Точки в пространстве (неопр.). nplus1.ru. Дата обращения 22 января 2019.
  12. ↑ Датчик высоты облаков ДВО-2 (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 3 мая 2013. Архивировано 5 марта 2016 года.
  13. ↑ Датчик облаков лазерный ДОЛ-2
  14. ↑ Облакомеры (рус.). www.lsystems.ru. Дата обращения 20 августа 2018.
  15. ↑ Измерители высоты облаков CL31
  16. ↑ Измеритель дальности видимости ФИ-3
  17. ↑ Трансмиссометры LT31
  18. ↑ Laser Doppler Velocimetry Applied to the Measurement of Local and Global Wind, J. M Vaughan and P. A. Forrester, Wind Engineering, Vol. 13 No. 1 1989
  19. ↑ U.S. Patent 5 724 125
  20. ↑ U.S. Patent 6 634 600
  21. ↑ Захаров В. М. Метеорологическая лазерная локация / В. М. Захаров, О. К. Костко. — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1977. — 222 с.
  22. 1 2 3 4 Зуев В. Е. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы / В. Е. Зуев, В. В. Зуев. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. — 232 с.
  23. ↑ Кащеев Б. Л. Дистанционные методы и средства исследования процессов в атмосфере Земли / Под общ. ред. Б. Л. Кащеева, Е. Г. Прошкина, М. Ф. Лагутина. — Харьков: Харьк. нац. ун-т радиоэлектроники; Бизнес Информ, 2002. — 426 с.
  24. ↑ Lidar measurements taken with a large-aperture liquid mirror. 2. Sodium resonance-fluorescence system / P.S. Argall, O. N. Vassiliev, R. J. Sica, and et al// Applied Optics. — 2000. — Vol. 39, No. 15. — P. 2393—2400.
  25. 1 2 Лазерный контроль атмосферы / Под ред. Э. Д. Хинкли. — М.: Мир, 1979. — 416 с.
  26. ↑ Behrendt A. Combined temperature lidar for measurements in the troposphere, stratosphere, and mesosphere / A. Behrendt, T. Nakamura, T. Tsuda // Applied optics. — 2004. — Vol. 43, No 14. — P. 2930—2939.
  27. ↑ Lidar: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere series, Springer series in optical sciences, vol. 102 / C. Weitkamp (Ed.). — New York: Springer, 2005. — 460 p.
  28. ↑ Behrendt A. Combined Raman lidar for the measurement of atmospheric temperature, water vapor, particle extinction coefficient, and particle backscatter coefficient // Applied Optics. — 2002. — Vol. 41, No 36. — P. 7657 — 7666.
  29. ↑ U.S. Patent 7 281 891
  30. ↑ U.S. Patent 4 893 026
  31. ↑ U.S. Patent 7 164 468
  32. ↑ NASA, октябрь 1994
  33. ↑ NASA, официальный сайт программы LITE
  34. ↑ NASA, официальный сайт программы LITE, карта наземных партнёров
  35. ↑ ADM-Aeolus
  36. ↑ Официальный сайт центра береговых работ NOAA (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 30 декабря 2007. Архивировано 14 декабря 2007 года.
  37. ↑ USGS, база данных лидарной топосъёмки
  38. ↑ USGS, национальная база данных высот по США (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 10 марта 2006. Архивировано 10 марта 2006 года.
  39. ↑ Blakely, R.J., Wells, R.E., and Weaver, C.S., 1999, Puget Sound aeromagnetic maps and data, U.S. Geological Survey Open-File Report 99—514, [2] Архивная копия от 20 декабря 2007 на Wayback Machine
  40. ↑ Технологии лазерного сканирования Земли открывают новые возможности / Статья от 02.02.2015 г. на innotechnews.com.
  41. ↑ Воздушное лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъёмка / Статья на «АртГео».
  42. ↑ Лазерные снимки раскрывают ужасы Перовой мировой войны / Фоторепортаж на news.mail.ru.
  43. ↑ Затерянный храм в джунглях Ангкор-Ват — Камбоджа / Документальный фильм «Discovery Channel» из серии «Взрывая историю» (на видео 12:05 — 16:10 минуты).
  44. ↑ Сайт ESRL (англ.)
  45. ↑ U.S. Patent 5 989 087
  46. ↑ U.S. Patent 4 862 257
  47. ↑ U.S. Patent 4 964 721
  48. ↑ U.S. Patent 5 442 358
  49. ↑ U.S. Patent 5 353 054
  50. 1 2 The Cognitive Autonomous Vehicles of UniBwM: VaMors, VaMP, MuCAR-3 (недоступная ссылка) // Universitaet der Bundeswehr Muenchen 2004
  51. ↑ Optech, официальный сайт (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 30 декабря 2007. Архивировано 13 октября 2006 года.
  52. ↑ Status report, Advanced Technology Program, National Institute of Standards and Technologies, 1995 [3] Архивная копия от 7 декабря 2008 на Wayback Machine [4] Архивная копия от 16 сентября 2008 на Wayback Machine

"Стелс", я тебя вижу. Как работают квантовые радары?

Пока в КНР испытывают экспериментальный квантовый радар с дальностью до 100 километров, в России полным ходом идут испытания предсерийного изделия, применение которого в буквальном смысле изменит ход истории.

Невозможный перехват

Помимо квантовых компьютеров и сетей передачи данных, разработка и внедрение которых позволит избавить человечество от возможности перехвата данных, одним из наиболее перспективных направлений остаются квантовые радиолокационные системы (квантовые радары). Эта технология станет основополагающей в ближайшие несколько лет — истребители шестого поколения, уникальные подводные лодки и системы предупреждения о ракетном нападении смогут работать в тысячи раз быстрее, а в гонку за готовым изделием уже включились Китай, Россия и США.

Для всех систем этого типа учёные пытаются использовать одно и то же явление — квантовую запутанность. Если не углубляться в дебри физики и квантовой механики, то принцип квантовой запутанности состоит в том, что передача двух взаимозависимых частиц (например, фотонов) через специальные оптические станции высокой мощности возможна не просто на огромном, а на гигантском расстоянии. Не влезая в принцип передачи частиц с информацией в другую часть Солнечной системы и даже другую галактику, стоит заметить, что на фотонах и специальных приёмно-передающих устройствах можно построить армию, победить которую будет практически невозможно.

При этом первые прототипы "стреляющей светом" РОФАР — радиооптической фазированной антенной решётки — были собраны и протестированы в России ещё 15 лет назад. В создание аналогичной системы включился и Китай, однако дальше изготовления макета дело не дошло. Помимо "железок" потребовался уникальный софт. Источники Лайфа в ОПК отмечают, что долгое время специалисты из КНР под разными предлогами пытались купить и программное обеспечение, и специалистов, предлагая совершенно безумные деньги. Диалога не сложилось, а не вполне законные попытки узнать секрет русского квантового радара пресекались спецслужбами.

Фото © Shutterstock Inc

Квантовые линии связи, развёртывание которых вместе с квантовыми компьютерами учёные ожидают на рубеже 2021–2023-х годов, позволят на какое-то время обеспечить полную конфиденциальность любых передаваемых по такой сети данных. Математические методы расшифровки алгоритмов шифрования перестанут работать — кубиты, несущие данные в состоянии суперпозиции, будут иметь такое количество информации, на перебор вариантов которой у современных суперкомпьютеров уйдёт миллион лет. Первая, защищённая и полностью рабочая линия квантовой передачи данных уже работает. Физики из Российского квантового центра ещё в 2017 году запустили между двумя московскими отделениями Сбербанка первую линию квантовой связи, по которой передали реальные финансовые данные. Однако дальше случилось то, чего учёные боялись больше всего, — квантовыми технологиями всерьёз заинтересовались военные.

Квантовый фонарь

Первыми свой интерес к фотонным (квантовым) радарам, действующим по тому же принципу квантовой запутанности, официально признали американцы. Ещё в 2016 году в США был оформлен патент на "подводную арктическую квантовую навигацию", которая работает в миллионы раз быстрее обычных гидролокаторов и позволяет обнаруживать не только предметы, но и способна составлять карту геологических особенностей той или иной местности. Пока достоверных сведений о работе этой системы нет. Однако эксперименты с квантовым радаром проводятся не только на воде и под водой, но и в воздухе.

В 2017 году к тестированию аналогичных технологий приступили в Китае. Специалисты 14-го института оборонной компании CETC провели эксперимент по обстрелу целей фотонами на дальности в 100 километров. Практически одновременно с китайскими специалистами свою разработку показали и российские учёные. Российский Концерн радиоэлектронных технологий (КРЭТ) создал экспериментальный образец фотонного радара для истребителя шестого поколения. Источник Лайфа в ОПК подтвердил, что РЛС такого типа в России создаётся не в качестве экспериментальной установки, а как полноценное изделие, которое через несколько лет можно будет устанавливать на истребители.

Принцип работы "фотонного локатора"

Битва за квант

Помимо огромной скорости передачи данных и чудовищно быстрого обнаружения целей даже по сравнению с перспективными РЛС с активной фазированной антенной решёткой (АФАР) у квантовых радаров есть и другое преимущество — облучение воздушных целей светом сводит на нет любую технологию малозаметности. Последние новости о решениях в этой области говорят о том, что у российских учёных в квантовой гонке есть огромное преимущество. Ещё в 2002 году физики из Российского квантового центра под руководством Александра Львовского разработали метод восстановления квантовой запутанности. В переводе с научного на обычный русский язык это значит, что учёные смогли сделать шаг в направлении квантовой криптографии, пока недоступной для специалистов из-за рубежа.

Фото © European Business Press SA

Несмотря на то что американская компания Lockheed Martin запатентовала квантовый радар ещё в 2007 году, полноценная система обнаружения, создать которую можно сразу для нескольких типов носителей (на суше, море и в воздухе), первой появилась именно в России. Ключевой проблемой в этом отношении является невысокая дальность действия. "Благодарить" за это стоит структуру квантовой системы связи. Говоря простым языком, чем мощнее обстрел фотонами и система в целом, тем она уязвимее. Однако заявления о начале тестирования системы этого типа в России говорит о том, что скоро российские военные получат систему, для которой понятия "малозаметный истребитель" или "стелс-подлодка" не существуют в принципе.

Изделие, по словам источников Лайфа в ОПК, через некоторое время будет готово для установки на истребители Су-35, которые относят к поколению 4++. Эта технология, по данным экспертов, стала причиной повышенного внимания к российским истребителям. РОФАР, тестирование которой на действующем истребителе может начаться уже до 2021 года, позволит истребителям поколения 4++ обнаруживать и "заранее" сбивать любые стелс-машины, включая малозаметные американские истребители F-22, F-35 и бомбардировщики B-2.

РЛС контрбатарейной борьбы — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 февраля 2015; проверки требуют 60 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 февраля 2015; проверки требуют 60 правок. Российская контрбатарейная РЛС «Зоопарк»

РЛС контрбатарейной борьбы (контрбатарейный радар, радарная система артиллерийской наводки) — мобильная РЛС, позволяющая по траекториям снарядов, ракет или артиллерийских мин определять местонахождение батареи противника и выдавать в реальном времени целеуказание как средствам поражения низколетящих целей, так и средствам контрбатарейной борьбы[1]. Придаются артиллерийским батареям и реактивным системам залпового огня в качестве средства управления огнём.

Обнаружение батареи противника выполняется на основе регистрации части траектории снаряда. Современные системы решают эту задачу автоматически. Простейший случай траектории — парабола, характерная для полета артиллерийских мин. Траектории артиллерийских снарядов и ракет параболе не соответствуют и поэтому требуют более сложных вычислений.

Кроме расчета траектории, необходимо решить задачу обнаружения. Дальность обнаружения, при прочих равных условиях, зависит от эффективной площади рассеивания (ЭПР) объекта. Типичные значения диаметра ЭПР:

  • артиллерийская мина: 0,01 м
  • пушечный/гаубичный артиллерийский снаряд: 0,001 м
  • легкая ракета (калибр 122 мм): 0,009 м
  • тяжелая ракета (калибр 227 мм): 0,018 м

Для обнаружения подобных целей, как правило, используется сантиметровое излучение X-диапазона. Новейшие системы используют также диапазоны С, S и Ku.

Лучшие современные системы способны обнаруживать снаряды гаубиц на дистанциях около 30 км, ракеты и артиллерийские мины — более 50 км[прим. 1]. На больших дистанциях точность определения местоположения батарей снижается. Круговое вероятное отклонение (КВО) обнаружения для современных систем составляет около 0,3 — 0,4 % дальности. То есть, для дальности в 30 км, КВО составляет около 100 м.

Использование контрбатарейных РЛС является устаревшим подходом, поскольку всё большее распространение получают многофункциональные РЛС, обеспечивающие целеуказание средствам ПВО и артиллерии по наземным объектам в рамках C-RAM миссий[2]. Например, такими многофункциональными РЛС являются AN/TPQ-53, Giraffe-4 и др.

  • ARTHUR в зимней маскировке

  • РЛС MAMBA (Великобритания) на позиции в Эль-Амаре (Ирак)

  • Переносная РЛС AN/TPQ-48 (США)

  1. ↑ По данным открытых источников, шведско-норвежская система ARTHUR Mod C обеспечивает дальность обнаружения: снаряды — до 31 км, мины калибра 120-мм — 55 км, ракеты 50 — 60 км, в зависимости от калибра. Погрешность определения (КВО) составляет 0,2 % дальности для снарядов и ракет и 0,1 % дальности для мин. Сходные показатели имеет британская система MAMBA.

Радар - это... Что такое Радар?

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.

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

В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привела к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом Павлом Ощепковым получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя - М. Н. Тухачевского.

3 января 1934 года в СССР был успешно проведён эксперимент по обнаружению самолёта радиолокационным методом. Самолёт, летящий на высоте 150 метров был обнаружен на дальности 600 метров от радарной установки. Эксперимент был организован представителями Ленинградского Института Электротехники и Центральной Радиолаборатории. В 1934 году маршал Тухачевский в письме правительству СССР написал: «Опыты по обнаружению самолётов с помощью электромагнитного луча подтвердили правильность положенного в основу принципа». Первая опытная установка «Рапид» была опробована в том же же году[1][2], в 1936 году советская сантиметровая радиолокационная станция «Буря» засекала самолёт с расстояния 10 километров[1][3]. В США первый контракт военных с промышленностью был заключён в 1939 году. В 1946 году американские специалисты — Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии».[4]

Классификация радаров

По предназначению радиолокационные станции можно классифицировать следующим образом:

  • РЛС обнаружения;
  • РЛС управления и слежения;
  • Панорамные РЛС;
  • РЛС бокового обзора;
  • Метеорологические РЛС.

По сфере применения различают военные и гражданские РЛС.

По характеру носителя:

  • Наземные РЛС
  • Морские РЛС
  • Бортовые РЛС

По типу действия

  • Первичные или пассивные
  • Вторичные или активные
  • Совмещённые

По диапазону волн:

  • Метровые
  • Сантиметровые
  • Миллиметровые

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

Принцип действия импульсного радара

Принцип определения расстояния до объекта с помощью импульсного радара

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.

Промежуток времени между импульсами называют интервалом повторения импульса, обратная к нему величина — важный параметр, который называют частотой повторения импульса (ЧПИ) . Радары низкой частоты дальнего обзора, обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду (или Герц [Гц]). Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС.

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<P2, то есть импульс подавления больше импульсов запроса. Учитываю этот фактор ответчик запирается и не отвечает на запрос. Принятый от ответчика сигнал принимается и обрабатывается приёмником РЛС, затем поступает на сигнальный процессор, который проводит обработку сигналов, и выдачу информации конечному потребителю, и или на контрольный индикатор.

Плюсы вторичной РЛС, более высокая точность, дополнительная информация о Воздушном Судне (Номер борта, Высота), а также малое по сравнению с Первичными РЛС излучение.

См. также

Другие страницы

Литература и сноски

  1. 1 2 Поляков В. Т. «Посвящение в радиоэлектронику», М., РиС, ISBN 5-256-00077-2
  2. передатчик был установлен на крыше дома 14 по Красноказарменной улице, Москва, приёмник — в районе посёлка Новогиреево; присутствовали М. Н. Тухачевский, Н.Н.Нагорный, М. В. Шулейкин. Аппаратуру демонстрировал П. К. Ощепков.
  3. Испытания в Евпатории, группа Б. К. Шембеля
  4. http://www.young-science.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=215&Itemid=66
  5. Шембель Б. К. У истоков радиолокации в СССР. — Советское радио, 1977, № 5, с. 15-17.

Wikimedia Foundation. 2010.


Смотрите также