История развития радиолокации

 

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                    Стр.

      Введение             2

 

  1.   История развития радиолокации.        4          

       1.1 Опыты Герца.           4

       1.2 Начало развития радиолокации в СССР.       5

       1.3 Радиоастрономия         5

 

       2. Основные принципы.          7

             2.1.  Основы радиолокации.         7

             2.2.  Основные характеристики.         9

             2.3.  Пассивные и активные системы радиолокации.      12

             2.4.  Задачи решаемые радиолокацией.        13

 

       3. Радиолокационная техника.         14

 

       4. Конструкции  отдельных элементов РЛС.       17

 

             5. Перспективы развития радиолокации.       21

 

     Заключение.           20

 

           Литература.           27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В 1864 г. английский физик  Максвелл теоретически доказал существование  электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.

7 мая 1895 г. А.С. Попов  на заседании Физического отделения  Русского физико-химического общества  в Петербурге демонстрировал  прибор, принимающий электромагнитные  колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств  предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.

В 1918 г. Армстронг получил  патент на схему супергетеродинного приемника-передатчика.

           В начале 30-х годов были созданы  многосеточные лампы, в связи,  с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства приемников-передатчиков.

Где-то в пятидесятые  годы большинство жителей нашей  страны впервые услышали слово радиолокация. Оно произносилось, как правило, тихим голосом, с большим почтением  и уважением к этому слову и несло в себе элемент того, что произносивший это слово причастен к каким-то высшим либо военным, либо научным секретам. Популярные массовые публикации того времени в газетах и журналах, детективные повести и фильмы убеждали читателей и зрителей в существовании очень сложного, способного сотворить чудо средства, которое позволит защитить наше небо от непрошеных гостей, дать возможность самолетам летать в любую

погоду, при любой видимости  и видеть все, что творится в небесах, на земле и на море. Но шло время и, как это всегда бывает, массовый интерес к радиолокации угас, его вытеснили новые научные и технические успехи, а сама радиолокация стала оформляться в строгую научную дисциплину с четко очерченными границами возможностей и приложений.

Потребовалось немало времени, чтобы усовершенствовать способы и технику радиообнаружения целей. Приборы радиообнаружения получили массовое применение только во второй мировой войне. Самолеты и корабли, облучаемые радиоволнами, уподобляются зеркалам. Конечно, они мало напоминают ровную, полированную поверхность обычного зеркала, и поэтому отражение от них получается беспорядочным, рассеянным во все стороны. Но часть отраженных радиоволн непременно попадет к тому месту, где установлен чувствительный радиоприемник.

           В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации – микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиолокационных устройств.

Современная технология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели всех видов радиолокационных устройств.

Судовождение, авиация  немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

Современная научно-техническая  революция находит свое яркое  выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиолокационных устройств.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РАДИОЛОКАЦИИ.

 

 

1.1 Опыты Герца.

Знаменитый физик Герц 1888 г своим опытом доказал, что  полученные им радиоволны, которые он назвал электромагнитными, могут отражаться от металлических тел, подобно тому, как лучи света отражаются от зеркал. На рис.1 видны три основные детали. Слева расположен прибор, излучающий радиоволны, направленные пучком к большому металлическому листу. Эта вторая деталь рисунка представляет собой зеркало для радиоволн. Отразившись от металлического листа, радиоволны попадают к приемному аппарату.

Стоит убрать металлический лист, и приемный аппарат перестанет сигнализировать  о получении им отраженных волн. Не встречая отражающей поверхности, радиоволны, распространяясь прямолинейно, уйдут в окружающее пространство, минуя приемный аппарат. Дальше вы убедитесь, что этот опыт имеет прямое отношение к основам радиолокации. Напомним, что в то время, когда производился этот опыт, о радио еще ничего не было известно. То, что мною названо радиоволнами, в то время имело другое название: электромагнитные волны, или лучи Герца.

 Радиоволнами они   стали называться значительно  позднее, после того, как в 1895 г.  русский ученый Попов впервые применил эти лучи для связи  на расстоянии без проводов.

 

 

 

 

 

 

Рис.1

Опыт физика Герца 1888г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Начало развития радиолокации в СССР.

 

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в  нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ)  П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в  Ленинградском физико-техническом  институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам, она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты  Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

 

3. Радиоастрономия

 

Развитие радиоастрономии  началось в 1940-х гг., когда впервые случайно были обнаружены космические радиосигналы. Множество объектов, от Солнца до галактик, и даже сама Вселенная, излучают радиоволны. Радиоволны проникают сквозь атмосферу, так что большие радиотелескопы можно строить прямо на Земле. Радиотелескопы работают круглые сутки, причем независимо от погоды, поскольку радиосигналы проходят даже сквозь облака.

Радиотелескоп по принципу своего действия во многом похож на оптический: он собирает излучение и фокусирует его на детекторе, настроенном на выбранную длину волны, а затем так преобразует этот сигнал, чтобы можно было построить условно раскрашенное изображение неба, показывающее силу радиосигналов этой длины волны во всех его участках. Радиотелескопы можно отнести к пассивной радиолокации. Как известно, радиоволны используются для связи, но определенные диапазоны частот специально резервируют и держат чистыми для радиоастрономов.

В большинстве известных  типов радиотелескопов в качестве антенны, то есть устройства для улавливания радиоволн, применяется большая вогнутая чаша. Она действует в точности так же, как искривленное зеркало оптического телескопа-рефлектора, и чем больше ее диаметр, тем более слабый сигнал способна она уловить.

Если с помощью радиотелескопа хотят получить столь же детальные карты неба, какие дают оптические телескопы, то радиотелескоп должен превосходить оптический по размеру в той же пропорции, в какой радиоволны длиннее световых волн, то есть в десятки тысяч раз. Для этого потребовались бы гигантские вогнутые чаши диаметром во многие километры, что, очевидно, невозможно. Радиоастрономы решают эту проблему, соединяя между собой некоторое количество меньших антенн и направляя в компьютер их совместные наблюдения. В некоторых радиообсерваториях на обширной территории устанавливается огромный набор антенн. Кроме того, налаживают связь между антеннами, находящимися далеко друг от друга, в разных странах и даже на разных континентах.

 

 

 

Рис.2

Чаша радиотелескопа собирает радиоволны в своем фокусе, где расположен приемник. Усиленный  сигнал регистрируется и записывается в графическом виде. Таким образом можно строить контурные карты различных участков неба.

 

 

 

 

 

Рис.3

Радиотелескоп Ловелла  в Джодрел-Бэнк, Великобритания.

 

 

 

 

 

 

2. ОСНОВНЫЕ  ПРИНЦИПЫ.

 

 

2.1 Основы радиолокации.

 

Отражение радиоволн  — первая основа, первый принцип радиолокации. Не будь отражения радиоволн, не было бы и радиолокации.

Обнаруживаемая посредством  радиолокации цель выдает себя тем, что  отражает направленные на нее радиоволны. Пока никаких объектов в воздухе  или на водной поверхности нет, радиоволны не встречают отражающих поверхностей, и специальные приемные аппараты не получают никаких сигналов. Стоит появиться цели, как она сейчас же отразит от себя волны, и приемные аппараты воспримут отражение.

Свойством отражать радиоволны обладают не только металлы, но и вообще все тела, способные проводить электрический ток. Земля, например, тоже отражает радиоволны: отражают радиоволны и горы, холмы, а также массивные сооружения — здания, железнодорожные мосты, металлические башни, ангары и т. п.

Если радиоволны излучаются во все стороны равномерно, не направленно, то и отражения могут быть получены со всех направлений. Целью может стать ближайшая водонапорная башня в южном направлении и одновременно с ней — элеватор на севере, самолет на западе и фабричная труба где-либо на востоке. Чтобы определить, где находится интересующая нас цель, нужно знать направление на нее или азимут (пеленг).

При направленном излучении  отпадают всякие сомнения в отношении  пеленга цели. Если радиолокационная станция излучает радиоволны направленно и при этом она же получает отражение, то цель, очевидно, находится именно в том направлении, куда излучаются волны.

Направленность составляет вторую основу радиолокации, второй ее принцип.

Определение координат  цели радаром производится с учетом выбранной системы координат. Выбор той или иной системы координат связан со сферой применения радиолокационной установки. Например, наземная радиолокационная станция (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой измеряет три координаты цели: азимут, угол места и наклонную дальность.

 

 

 

 

                                          α

                                                       

 

 

 

 

Рис.4

Система координат обзорной РЛС:

α - азимут; ß- угол места; R - наклонная дальность

РЛС такого типа используются на аэродромах. Работает эта станция  в сферической системе координат.