Радиолокационные системы как комплекс радиоэлектронных устройств, решающих задачи обнаружения различных объектов в пространстве. Основные особенности проблем загоризонтной радиолокации. Особенности построения и действия загоризонтного радиолокатора WARF.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.сайт/
Размещено на http://www.сайт/
Курсов ая работа
по курсу
" Радиотехнические системы "
«Загоризонтная РЛС (н аземная) »
Введение
Радиолокационные системы представляют собой комплекс радиоэлектронных устройств, решающих задачи обнаружения различных объектов в пространстве и измерения их координат и параметров движения посредством приёма электромагнитных волн (ЭМВ), переизлучаемых или излучаемых объектами. Термин радар radar является аббревиатурой английских терминов radio detection and ranging-обнаружение и измерение дальности с помощью радио, что отражает основное назначение радиолокатора.
Наблюдаемые объекты принято называть целями. Для радиолокации целями являются самолёты, ракеты, корабли, наземные и космические объекты.
Радиолокационные станции относятся к системам извлечения информации.
Для извлечения информации необходимо произвести наблюдения в некоторой области пространства. Для этого используется радиолуч, направляемый РЛС в заданные точки пространства, что достигается за счёт сканирования луча.
1. Основные задачи, решаемые РЛС
1. Обнаружение целей, то есть обнаружение факта наличия сигнала, принятого от цели. Задача обнаружения возникает вследствие двух причин: из-за наличия шумов на входе РПрУ или внутренних тепловых шумов и, из-за малой интенсивности принимаемых сигналов. Мощность принимаемых полезных сигналов составляет Вт.
Задача обнаружения формулируется как задача проверки предположения (гипотезы) о наличии в наблюдаемом за время Т на входе приёмника напряжении сигнала против предположения, что сигнала в нём нет.
2. Измерение координат объектов, то есть определение пространственного положения и параметров движения.
К измеряемым координатам относятся: дальность до целей, углы, скорости и их производные.
Измерение координат производится путём оценки параметров принимаемых сигналов - задержки, частоты, а также фронта прихода радиоволны.
3. Разрешение объектов, то есть установление числа объектов в некотором малом объёме пространства, в частном случае объектов может быть всего два. Как правило, задача разрешения объектов решается совместно с задачами обнаружения и измерения координат.
4. Классификация объектов с целью установления их типов.
Поскольку радиолокационные системы работают в условиях действия шумов и помех, то все четыре задачи являются статистическими.
Радиолокация как область науки и техники появилась в 30-х годах. Развитие авиации потребовало усовершенствования средств воздушной разведки и наблюдения, поскольку оптические и акустические средства имеют ряд существенных недостатков, главный из которых ограниченная дальность действия.
2 . Основные особенности проблем ЗГ радиолокации
В загоризонтной радиолокации для обнаружения целей, скрытых за линией горизонта, используется свойство радиоволн декаметрового диапазона отражаться от ионосферы. Для обеспечения распространения зондирующих сигналов с малым затуханием на дальности один, два и более скачков необходимо выбрать оптимальную рабочую частоту радиолокатора в зависимости от состояния ионосферы и дальности до цели. Параметры ионосферы (электронная концентрация, высоты слоев и др.) существенно изменяются по пространству и во времени. Поэтому для рабочих частот радиолокатора в сезонно-суточном цикле необходимо использовать практически весь декаметровый диапазон. В связи с этим основной особенностью ЗГ радиолокаторов является их диапазонность (отношение рабочих частот Fmax/Fmin вставляет 4…10 раз). Это создает существенные трудности в разработке антенных передающих и приемных устройств. Сложение мощности многих передатчиков в широком диапазоне частот с помощью фазированных антенных решеток и электронное управление диаграммами направленности передающей и приемной антенн в широком секторе обзора являются сложными научно-техническими задачами.
Радиолокатору приходится работать в сложных помеховых условиях, так как декаметровый диапазон сильно загружен сигналами различных радиостанций.
Кроме того, наряду с полезным сигналом в тракте приема всегда присутствуют мощные отражения от поверхности земли, являющиеся пассивной помехой, которая часто превышает полезный сигнал на 60 и более децибел.
Следует отметить также, что на начальных этапах ЗГ радиолокации полностью отсутствовали данные об эффективных отражающих поверхностях целей, особенно это относится к высотным ионизированным следам ракет.
Таким образом, для преодоления этих трудностей с целью успешного функционирования ЗГ локаторов необходимо решение целого ряда сложных научно - технических проблем. К ним относятся как традиционные радиолокационные проблемы, возникающие при создании широкодиапазонных высокопотенциальных радиолокаторов, работающих в сложных помеховых условиях, так и принципиально новые радиофизические проблемы, связанные с ионосферным распространением декаметровых радиоволн и отражением их от различных целей.
3 . Принци пы построения загоризонтной РЛС
Следует отметить, что ЗГ РЛС являются доплеровскими, т.е. используют для выделения полезных сигналов из помех доплеровское смешение частоты сигналов, отраженных движущимися целями. Станции, использующие принцип обратного рассеяния, вследствие значительных трудностей, связанных с обеспечением развязки между мощной передающей и высокочувствительной приемной системами, в большинстве случаев строят с разнесением на некоторое расстояние передающей и приемной систем (от десятков до одного - двух сотен километров).
Антенна должна иметь большой коэффициент усиления (20…30 дБ), перекрывать широкий диапазон частот (коэффициент перекрытия по частоте РЛС в целом составляет 5…6), обеспечивать быстрое сканирование в широком азимутальном секторе. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать излучение сигналов с большой мощностью (средняя мощность - несколько сотен киловатт).
Указанные требования определяют построение АФУ в виде фазированных решеток. Примерами ЗГ РЛС с антеннами, выполненными в виде фазированных решеток, является американский комплекс WARF.
Основным требованием к излучающим элементам, составляющим передающую антенную решетку, является постоянство входного сопротивления излучателя в диапазоне рабочих частот и в заданном секторе сканирования. Обеспечение этого требования с учетом взаимных связей излучателей в решетке представляет собой сложную инженерную задачу.
Станции работают в импульсно-доплеровском режиме. Диапазон рабочих частот 6…30 МГц.
Передающая система состоит из двух основных частей:
комплекса передающей аппаратуры
антенной системы.
Основными требованиями к комплексу передающей аппаратуры ЗГ РЛС, работающих в декаметровом диапазоне, в соответствии со сказанным выше являются:
большая ширина перекрываемого диапазона рабочих частот
высокий уровень мощности зондирующего сигнала
максимальная чистота спектрального состава при заданных видах модуляции формируемого в передающей аппаратуре зондирующего сигнала.
Передающий комплекс .
Комплекс передающей аппаратуры должен состоять из элементов, обеспечивающих выполнение указанных выше функциональных задач. В передающем комплексе информация о параметрах модуляции сигнала, о выбранной рабочей частоте и о требуемом фазовом распределении сигналов. От приемной системы поступают также сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы аппаратуры передающей и приемной систем. В исполнительных элементах комплекса производится формирование сигнала с заданной структурой и передача в соответствующие каналы усилителя мощности.
Система формирования зондирующего сигнала .
В одной из возможных систем построения аппаратуры формирования сигнала все сигналы формируются из одного и того же основного опорного сигнала, получаемого от специального высокостабильного генератора. Требуемая структура зондирующего сигнала формируется на относительно низком уровне мощности.
Канал усиления мощности .
Функциональными задачами аппаратуры каждого канала усиления мощности являются:
задание сигналу необходимой фазы в соответствии с требуемым фазовым распределением в раскрыве ФАР.
усиление сигнала до необходимого уровня при минимальных искажениях амплитудной и фазовой структур.
Аппаратура управления и синхронизации .
Эта аппаратура обеспечивает связь комплекса передающей аппаратуры с остальной аппаратурой станции и формирует необходимые управляющие сигналы в соответствии с установленной программой работы и информацией, поступающей от вычислительного комплекса.
Приемная система .
В одном из возможных вариантов построения приемной системы ЗГ РЛС в ее состав входят:
приемные устройства трактов обнаружения, трактов определения оптимального поддиапазона рабочих частот и приемные устройства тракта выбора рабочего канала
вычислительный комплекс, состоящий из спецвычислителей и универсальных ЭВМ и обеспечивающий решение задач первичной обработки сигналов, обнаружения, определения оптимального поддиапазона и выбора рабочего канала на основе использования информации, поступающей от приемных устройств соответствующих трактов
аппаратура синхронизации, содержащая высокостабильный генератор сигнала опорной частоты и узел формирования сетки частот, необходимой для синхронизации и управления работой всей аппаратуры приемной позиции
аппаратура управления работой РЛС и индикации, обеспечивающая отображение необходимой информации об обнаруживаемых объектах и о техническом состоянии всей аппаратуры станции
аппаратура межпозиционной связи для обмена сигналами синхронизации и управления, а также информацией о техническом состоянии аппаратуры.
Тракт обнаружения.
Этот тракт является основным в РЛС и обеспечивает обнаружение объекта, глубоко скрытого за линией горизонта. Структура тракта, алгоритмы обработки и аппаратурное построение определяются назначением и характеристиками станции. Однако в любом варианте можно выделить некоторые основные особенности, присущие трактам обнаружения ЗГ РЛС:
работа тракта обнаружения одновременно на нескольких рабочих частотах, что обеспечивает уменьшение потерь информации, связанных с довольно резкой в декаметровом диапазоне зависимостью затухания электромагнитной энергии в процессе распространения от частоты
одновременный или квазиодновременный обзор зоны ответственности несколькими парциальными ДН, что приводит к многоканальности построения тракта обнаружения
введение в каждый из каналов тракта обнаружения для подавления пассивных помех специальной аппаратуры пространственной и спектрально-временной компенсации.
Устройство пространственной обработки.
Адаптивное формирование ДН приемной антенны в условиях наличия пространственно сосредоточенных источников помех является одним из важнейших средств увеличения отношения сигнал-помеха в тракте обнаружения. Суть пространственной обработки состоит в весовом суммировании сигналов, синхронно снимаемых с приемных каналов различных элементов антенной системы. Устройство спектрально-временной обработки.
Сигнал, поступающий на вход устройства спектрально-временной обработки, представляет собой аддитивную смесь полезного сигнала, пассивной помехи и активной помехи. Характеристики полезного сигнала определяются типом лоцируемого объекта. При обнаружении сигнала с неизвестными параметрами должна производиться многоканальная обработка по частоте и времени путем реализации алгоритма для каждого элемента разрешения в заданной области. Вычислительный комплекс.
Этот комплекс должен обладать высокой производительностью и большим объемом оперативной и командной памяти, поскольку в нем осуществляется вторичная обработка информации, поступающей со всех основных трактов станции, а также решаются задачи контроля их работы, управления и документирования.
4 . Прототипы
Загоризонтный радиолокатор WARF.
Система WARF (Wide Aperture Research Facility) развернута на полигоне в штате Калифорния (США) и предназначена для исследования методов построения ЗГ РЛС и входящих в их состав устройств. Эта система может быть использована для обнаружения самолетов и кораблей, для наблюдения за состоянием морской поверхности, а также для исследований ионосферы.
Особенности системы WARF .
Одной из основных особенностей системы является ее гигантская приемная антенная решетка общей длиной 2,5 км. Антенна образована двумя рядами из 256 несимметричных вертикальных вибраторов размером 5,5 м каждый, расположенными эквидистантно. Ряды вибраторов находятся на расстоянии 4,7 м друг от друга. Антенная решетка разбита на 8 секций.
Вибраторы связаны с общим центром обработки данных с помощью кабелей и коммутационных устройств. Антенная решетка имеет электронную перестройку в диапазоне частот 6…30 МГц. Коэффициент усиления приемной антенны составляет примерно 30 дБ. Радиолокатор отличается высоким разрешением по азимуту (0,5°), а также по дальности (1,5 км).
Выделение сигналов цели на фоне активных и пассивных помех осуществляется путем использования корреляционно-фильтровой обработки и методов доплеровской селекции.
Подавление помех, принимаемых не с главного направления, осуществляется применением адаптивного метода формирования ДН антенны.
Станция работает в режиме непрерывных колебаний ЛЧМ.
Передающая система состоит из устройств, обычных для систем с ЧМ. Внутренняя синхронизация обеспечивается передачей сигналов между пунктами приема и передачи по подземному кабелю.
Аппаратура приемной антенной решетки, имеющей общую длину 2,5 км, разбита на восемь 32-элементных подрешеток длиной по 320 м. Каждая из подрешеток подключена ко входу своего приемника. При этом в приемную систему входит восьмиканальное приемное устройство, каналы которого согласованы по фазе и величине усиления.
Приемники стабилизированы по фазе (0,5°) и коэффициенту усиления (0,5 дБ) и работают в диапазоне частот 3…30 МГц. В приемниках применена система АРУ, обеспечивающая регулирование в пределах до 100 дБ. Уровень собственных шумов не превышает 3 дБ.
Отраженный от цели сигнал с выхода приемника подается на аналого-цифровой преобразователь (11 бит + знак). Спектральный анализ этого сигнала осуществляется с помощью мини-ЭВМ. Обеспечение когерентности излучаемого сигнала от периода к периоду и проведение спектрального анализа (когерентного накопления) для большого числа периодов развертки позволяют получить значение доплеровского сдвига частоты для каждого элемента дальности.
Техническое задание:
Максимальная дальность Rmax=3000 км.
Угол обзора 90.
Разрешающая способность по дальности 10 км.
Разрешающая способность по азимуту 1.
Вероятность ложной тревоги Рл.т.р.=10^(-6)
Вероятность обнаружения Робн.=0,95.
5 . Структурная схема ЗГ РЛС
Рассмотрим упрощенную структурную схему построения ЗГ РЛС. ЗГ РЛС состоит из передающей и приемной частей, включающих радиотехнические системы частотного обеспечения их работы.
Обычно в ЗГ РЛС полезный сигнал выделяется за счет наличия у него доплеровского смещения частоты. Поэтому чаще всего в ЗГ РЛС используются сигналы большой длительности,
радиолокационный обнаружение загоризонтный
Структурная схема ЗГ
Передающая часть (а): М1 - модуль частотного обеспечения, включающий передающую часть РТС зондирования (1) и антенну А1; A3 - многоэлементная передающая антенна; 2 - управляемое антенно-фидерное устройство; 3 - усилитель мощности; 4 - устройство управления и синхронизации; 5 - генератор сигналов специальной формы; 6 - эталон частоты и времени.
Приемная часть (б): М1 - модуль частотного обеспечения, включающий приемные части РТС зондирования (1), РТС ОЗ (2) и антенны А1; А2 - приемные антенны; 3 - управляемое антенно-фидерное устройство; 4 - РПУ; 5 - устройство управления и синхронизации; 6 - генератор сигналов специальной формы; 7 - эталон частоты и времени; 8 - устройство обнаружения; 9 - устройство пространственной обработки; 10 - устройство спектральной обработки; 11 - вычислительный комплекс с периферийным оборудованием имеющие частотную или фазовую модуляцию. Для обеспечения развязки между мощной передающей и высокочувствительной приемной системами в ЗГ РЛС, как правило, передающую и приемные части разносят на расстояние от десятков до 100-200 км.
Рассмотрим назначение и принцип построения основных частей ЗГ РЛС. Антенна должна иметь большой коэффициент усиления (20-30 дБ), перекрывать широкий диапазон частот (коэффициент перекрытия по частоте составляет 5-6 р, обеспечивать быстрое сканирование в широком секторе азимутов. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать излучение сигналов большой мощности (средняя мощность - несколько сотен кВт), т.е. обладать высокой электрической прочностью, т. к. затухание при распространении радиоволн в направлении объекта, подлежащего обнаружению, и обратно достигает весьма больших значений.
Для обеспечения большой мощности излучения обычно используется принцип пространственного суммирования. Для этих целей отдельные передатчики ЗГ РЛС работают на элементарные излучатели, образующие передающую антенную решетку. Их мощности излучения складываются в пространстве. Большие размеры облучаемой земной поверхности, использование двух и более несущих частот для перекрытия требуемого диапазона дальностей, значительное время наблюдения цели, для обеспечения выделения сигнала по эффекту Доплера, предъявляют требования уменьшения времени управления ДН передающей и приемной антенн. По этой причине в ЗГ РЛС используют одну передающую антенну с относительно широкой ДН и приемную фазированную антенную решетку (ФАР) с веерной ДН, суммарная ширина ДН которой равна ширине ДН передающей антенны.
ДН, формируемые АФУ, должны быть прижаты к линии горизонта, что обеспечивает максимальную дальность распространения сигнала в ДКМ диапазоне одним скачком.
Сканирование в азимутальной плоскости приемных ДН ФАР достигается путем использования специальных диаграммоформирующих схем (ДФС), подключаемых к элементарным излучателям антенной решетки. При этом путем коммутации линий задержки, входящих в ДФС, обеспечивается перемещение ДН по азимуту.
6 . Расчет основных параметров
Расчет периода повторения импульсов производят из условия однозначного измерения целей на максимальной дальности.
Tn - период повторения импульсов
с - длительность одиночного импульса
где коэффициент 1.1 нужен для учета обратного хода развертки индикатора дальности (10%) от длительности прямого хода.
R max - максимальная дальность действия
R max = 2000 [км]
с = 310 8 [м/с]
Определим частоту следования импульсов F n:
Выбор формы, ширины спектра и длительности зондирующего сигнала.
Ширину спектра зондирующего сигнала выбирают, исходя из требуемой разрешающей способности по дальности
где F c - эффективная ширина спектра сигнала.
Fc = 0.15 [МГц]
Выберем сложный сигнал с базой 100 (Б=100) (радиоимпульсы с прямоугольной огибающей), для которого длительность:
ф с = 6.671 * 10 -4 [c]
ф с = 66.7 [мс] - длительность пачки
Найдем длительность одного импульса:
ф с1 = 6.671 * 10 -6 [c]
Выбор ширины луча, формы диаграммы направленности и типа антенны РТС.
В ЗГ РЛС, измеряющей дальность и угла азимута, используют веерный луч.
Для стационарных наземных РЛС выберем размер апертуры как:
Диапазон ДКМ 3…30 МГц
Для точности рассчитаем две длины волны по формуле: л = 300/F (300 - скорость света в мегаметрах).
л 1 = 300/3 = 100 [м]
л 2 = 300/30 = 10 [м]
Для двух длин волн рассчитаем две апертуры:
2° = 0.035 [рад]
L A 1 = 100/0.035 = 2857.14 [м]
ДFc - эффективная ширина спектра
дFпер, дFпр - величины нестабильностей передатчика и приемника
F - полоса УПЧ (линейного тракта). ?F = ?F c
ф c = 667 * 10 -6 [с]
Fc = 1.007 * 10 5 [Гц]
Для сигнала с линейной ЧМ оптимальная полоса
F = ?F с = Fдев.
Полосу линейного тракта нужно расширить с учетом нестабильностей передатчика и гетеродина приемника и доплеровского сдвига частоты сигнала. Для современных синтезаторов частоты РТС относительная нестабильность составляет не больше 10 -7 .
Поэтому величины нестабильностей частоты у когерентных РЛС составляет малую часть полосы?F: доли процента, причем
дFпер? дFпр? 10 -7 * ?F
дF пр = дF пер = 1.007 * 10 5 * 10 -7 = 0.01
Доплеровский сдвиг найдем по формуле:
Расчет требуемой мощности передатчика РТС и диаграммы видимости.
Рассчитаем требуемую импульсную мощность передатчика РЛС на основе уравнения дальности радиолокации.
выразим искомое:
где k = 1.38 * 10 -23 [с/K] - постоянная Больцмана;
Rmax = 2000 [км] - максимальная дальность объекта;
Ш = 10 - коэффициент шума приемника;
Т0 = 273 [К] - шумовая температура приемника;
у = 1 [м 2 ] - ЭПР объекта
q1 = 62.609 - отношение сигнал-шум
Lп = 15 [дБ] - суммарный коэффициент потерь
Также учитываем потери в ионосфере 10 [дБ]. Следовательно, Lп = 25 дБ = 17.783 [раз].
Gа - коэффициент усиления антенны
Определим коэффициент усиления антенны G A .
где S A - эффективная площадь антенны, составляющая 90% от полной площади антенны.
з А - КПД антенны, з А =0.9
Для длины волны 10 м:
Pper = 35 [кВт]
Для длины волны 100 м:
Pper = 35 [МВт]
7 . Формирователь ЛЧМ сигнала
Широко применяются в радиолокационных системах, имеют высокое разрешение по дальности и достаточную энергетику. Могут применяться и в связи.
Модель ЛЧМ сигнала имеет вид:
где Fд - девиация частоты,
Т - длительность сигнала.
Значения выборок амплитуд и фаз хранятся в программируемом запоминающем устройстве.
В квадратурных каналах вычисляются значения косинусов и синусов фаз, и производится умножение на выборки амплитуд. Далее производится цифро-аналоговое преобразование.
Фазы вычисляются по формуле:
где Б - база сигнала,
N - число отсчётов фазы.
Посчитаем десять первых значений для фазы и занесем эти значения в таблицу.
Fдев = 1.499 * 10 5 [Гц]
Список литературы
1. Сперанский В.С. Методические указания по выполнению курсовой работы по курсу Радиотехнические системы, часть I. - М.: 1990, 24 с.
2. Сперанский В.С. Радиолокация и радиолокационные системы. - М.: 2005, 150 с.
3. Дымова А.И., Альбац М.Е., Бонч-Бруевич А.М. радиотехнические системы. Под ред. А.И. Дымовой. Учебник для вузов. М.: «Сов. радио», 1975, 440 с.
4. Иванов В.А., Рябова Н.В., Шумаев В.В. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона, Йошкар-Ола, 1998
5. Алебастров В.А., Гойхман Э.Ш., Заморин И.М. и др.; Под ред. Колосова А.А. Основы загоризонтной радиолокации. - М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.
Размещено на сайт
Подобные документы
Особенности функционирования устройств радиолокационного наблюдения (радиолокационные станции). Основные виды радиолокации. Разработка функциональной схемы трассового обзорного радиолокатора. Использование импульсного метода для расчета устройства.
курсовая работа , добавлен 01.12.2013
Назначение и область применения систем радиолокации, их классификация и особенности развития. Сигналы и методы измерения координат целей, фазовый детектор, смеситель. Радиолокационные станции следящего типа. Примеры современных систем радиолокации.
курсовая работа , добавлен 01.07.2009
Исследование устройства и принципа действия первичного радиолокатора. Классификация радаров. Характеристика частотного, фазового и импульсного методов измерения отражённого сигнала. Радиолокационные станции в Казахстане и основные виды радиолокаторов.
реферат , добавлен 13.10.2013
Область науки и техники, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат. Два вида радиолокации. Активная радиолокация с пассивным ответом. Принцип действия импульсного метода. Использование радиолокации в военных целях и в космосе.
презентация , добавлен 15.11.2010
Измерение координат в радиолокации, принципы обнаружения. История исследования и разработки радиолокационных устройств. Импульсная радиолокация. Измерение угловых координат цели, дальности в импульсной радиолокации. РЛС обнаружения и РЛС слежения.
курсовая работа , добавлен 18.03.2011
Обнаружение и точное определение положения объектов с помощью радиоволн, их свойства. Понятие и история развития, принцип действия пассивной и активной радиолокации. Создание радара и схема работы радиолокатора. Классификация радаров и их применение.
презентация , добавлен 12.04.2012
Радиолокационные станции системы управления воздушным движением, задачи их использования. Расчёт дальности обнаружения. Отношение сигнал-шум, потери рассогласования. Зависимости дальности обнаружения от угла места и сетки. Построение зоны обнаружения.
курсовая работа , добавлен 20.09.2012
Отличия активной радиолокации от пассивной. Выбор и расчет основных параметров и схемы построения антенного устройства. Основные методы образования радиолокационных сигналов. Разработка линейной решетки излучателей, системы распределения мощности.
дипломная работа , добавлен 18.11.2017
Локация как область техники, использующая явления отражения и излучения электромагнитных волн различными объектами для обнаружения этих объектов. Структурная схема радиолокатора. Основные цели и задачи определения трех групп навигационных параметров.
контрольная работа , добавлен 21.08.2015
Выбор и расчет основных параметров и схемы построения устройства антенного. Синтез вертикальной линейной решетки излучателей методом Вудворта-Лоусона. Электродинамическое моделирование мостовых устройств, печатного излучателя. Выбор канала подавления.
Вторая часть статьи посвящённой способам увидеть что там за горизонтом.
Прочитав комментарии к , решил более подробно рассказать о СДВ связи и РЛС на принципах "небесного луча", о РЛС работающие на принципах "земного луча" будет в следующей статье, уж если рассказывать то рассказывать последовательно.
Загоризонтные РЛС, попытка инженера обьяснить сложное по простому. (часть вторая) "Русский дятел", "Зевс" и "Антей".
ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ
В первой части статьи я рассказал основы необходимые для понимания. Поэтому если вдруг что то стало непонятно, читайте её, узнаете что-то новое или освежите забытое. В этой части решил перейти от теории к конкретике и вести рассказ опираясь на реальные образцы. Для примеров, во избежании вбросов, дезинформации и разжигании пуканов диванных аналитиков, буду использовать системы которые давно поставлены в строй и не являются секретными. По скольку это не является моей специализацией, я рассказываю то что узнал в бытность мою студентом от преподов, на предмете "Основы Радиолокации и Радионавигации", и то что нарыл по разным источникам на просторах паутины. Комрады хорошо подкованные в этой теме, если найдёте неточность, конструктивная критика всегда приветствуется.
"РУССКИЙ ДЯТЕЛ" ОН ЖЕ "ДУГА"
"ДУГА" является первой загоризонтной РЛС в союзе (не путать с надгоризонтными) предназначенной для обнаружения пусков баллистических ракет. Известно о трех станциях этой серии: Экспериментальная установка «ДУГА-Н» возле Николаева, "ДУГА-1" в посёлке Чернобыль-2, "ДУГА-2" в посёлке Большая Картель рядом с Комсомольском-на-Амуре. На данный момент все три станции выведены из эксплуатации их электронное оборудование демонтировано, также демонтированы антенные решетки кроме станции находящийся в Чернобыле. Антенное поле станции "ДУГА" одно из самых заметных сооружений в зоне отчуждения после здания самой ЧАЭС.
Антенное поле "ДУГИ" в Чернобыле, хотя оно больше похоже на стенку)
Станция работала в КВ диапазоне на частотах 5-28МГц. Обратите внимание что на фото видно, грубо говоря, две стены. По скольку нельзя было создать одну достаточно широкополосную антенну, было принято решения разбить рабочий диапазон на две антенны, каждая рассчитанная на свою полосу частот. Сами антенны не являются одной цельной антенной а состоят из множества относительно небольших антенн. Такая конструкция называется Фазированной Антенной Решёткой (ФАР). На фото с низу одни сегмент такой ФАР:
Так выглядит один сегмент ФАР "ДУГИ", без несущих конструкций.
Расположение отдельных элементов на несущей конструкции
Пару слов о том что такое ФАР. Некоторые просили меня описать что это такое и как это работает, уже думал начать, но пришёл к выводу что придётся это делать в виде отдельной статьи, так как нужно рассказать кучу теории для понимания, так что статья про ФАР будет в будущем. А если в двух словах то: ФАР позволяет принимать радиоволны приходящие на неё с определённого направления и отфильтровывать всё то что приходит с других направлений, при чем изменять направление приёма можно не меняя положения ФАР в пространстве. Что интересно эти две антенны, на снимках с верху, принимающие, то-есть они не могли ничего передавать (излучать) в пространство. Бытует ошибочно мнение что излучателем для "ДУГИ" был находящийся рядом комплекс "КРУГ", это не так. ВНЗ "КРУГ" (не путать с ЗРК КРУГ) был предназначен для других целей, хоть и работал в паре с "ДУГОЙ", о нём будет ниже. Излучатель дуги находился в 60 км от Чернобыля-2 возле города Любеч (Черниговская область). К сожалению не смог найти не одной достоверной фотографии сего объекта, есть только словесное описание: "Передающие антенны также построены по принципу фазированной антенной решётки и были меньше и ниже, их высота составляла 85 метров.". Если кто вдруг обладает фотографиями этого сооружения буду очень благодарен. Приёмная система ЗРЛС "ДУГА" потребляла около 10 МВт, сколько потреблял передатчик сказать не могу ибо цифры уж очень отличаются в разных источниках, на вскидку могу сказать что мощность одного импульса была не меньше 160 МВт. Хочу обратить внимание что излучатель был импульсный, как раз эти импульсы, которые слышали в своём эфире американцы, и дали название для станции "дятел". Использование импульсов необходимо для того чтобы при их помощи можно достичь больше излучаемой мощности чем постоянная потребляемая мощность излучателя. Это достигается путём накопления энергии в период между импульсами, и излучение этой энергии в виде кратковременного импульса. Обычно время между импульсами, не меньше чем в десять раз, превышает время самого импульса. Именно такое колоссальное потребление энергии объясняет постройку станции в относительно близости от АЭС - источника энергии. Вот как кстати звучал "русский дятел" в американском радиоэфире. Что касается возможностей "ДУГИ" то станции этого типа могли засекать только массированный старт ракет при котором образуется большое количество факелов ионизированного газа от двигателей ракет. Нашёл вот такую картинку с секторами обзора трех станций типа "ДУГА":
Эта картинка является правильно отчасти потому что показывает только направления обзора, а сами сектора обзора обозначенный не правильно. В зависимости от состояния ионосферы угол обзора был примерно равен 50-75 градусов, хотя на картинке он показан в градусов 30 максимум. Дальность обзора опять же зависела от состояния ионосферы и была не меньше 3 тыс км, а в лучшем случае можно было видеть пуски аж за экватором. Из чего можно было сделать вывод что станции просматривали всю территорию северной Америки, Арктики, и северные части атлантического и тихого океанов, одним словом почти все возможные районы пуска баллистических ракет.
ВНЗ "КРУГ"
Для корректной работы ЗРЛС и определения оптимальной трассы прохождения зондирующего луча необходимо иметь точные данные о состоянии ионосферы. Для получения этих данных была предназначена станция Возвратно Наклонного Зондирования (ВНЗ) ионосферы "КРУГ". Станция состояла из двух колец антенн похожих как на ФАР "ДУГИ" только расположенных вертикально, всего было 240 антенн высотой 12 метров каждая, и одна антенна стояла на одноэтажном здании в центре кругов.
ВНЗ "КРУГ"
В отличии от "ДУГИ" приёмник и передатчик находятся в одном месте. В задачу этого комплекса входило постоянно определять длины волн которые с наименьшим затуханием распространяются в атмосфере, дальность их распространения и углы под которыми волны отражаются от ионосферы. По этим параметрам высчитывалась трасса прохода луча до цели и обратно и приёмная ФАР настраивалась таких образом что бы принимать только свой отражённый сигнал. Простыми словами вычисляли угол прихода отражённого сигнала и создавали в этом направлении максимальную чувствительность ФАР.
СОВРЕМЕННЫЕ ЗРЛС "ДОН-2Н" "ДАРЬЯЛ", "ВОЛГА", "ВОРОНЕЖ"
Эти станции стоят до сих пор на боевом дежурстве (кроме дарьяла), достоверной информации по ним крайне мало, поэтому озвучу их возможности поверхностно. В отличии от "ДУГИ" эти станции могут фиксировать отдельные пуски ракет, и даже обнаруживать крылатые ракеты летящие на сверх малых. В целом конструкция не изменилась, это те же ФАР служащие для приёма и передачи сигналов. Поменялись используемые сигналы, они такие же импульсные, но теперь они размазаны равномерно по рабочей полосе частот, простыми словами это уже не стук дятла, а равномерный шум, который сложно выделить на фоне других шумов не зная изначальной структуры сигнала. Так же поменялись частоты, если дуга работала в КВ диапазоне то "Дарьял" способен работать в КВ, УКВ и УВЧ. Определят цели теперь могут не только по выхлопу газа но и по самой тушке цели, о принципах обнаружения целей на фоне земли я рассказывал уже в прошлой статье.
ДАЛЬНЯЯ СДВ РАДИОСВЯЗЬ
В прошлой статье я кратко рассказывал о километровых волнах. Может в будущем сделаю статью по этим видам связи, а сейчас кратко расскажу на примерах двух передатчиков "ЗЕВС" и 43-ем узле связи ВМФ России. Заголовок СДВ чисто символический, так как эти длины выпадают из обще принятых классификаций, а системы использующие их единичны. ЗЕВС использует волны длинной 3656 км и частотой 82 герца. Для излучения используют особую антенную систему. Находят участок земли с максимально низкой удельной проводимостью, в него на расстоянии 60 км забивают на глубину 2-3 км два электрода. Для излучения на электроды подаётся высоковольтное напряжение с заданной частотой (82 Гц), по скольку сопротивление земной породы крайне велико между электродами, электрическому току приходиться идти через более глубокие слои земли, тем самым превращая их в огромную антенну. Во время работы "Зевс" потребляет 30 МВт, но излучаемая мощность составляет не больше 5 Ватт. Однако этих 5 Ватт полностью хватает для того что бы сигнал прошёл полностью весь земной шар насквозь, работу "Зевса" регистрируют даже в Антарктиде, хотя сам он расположен на Кольском полуострове. Если придерживаться старых советских норм "Зевс" работает в КНЧ (крайне низкие частоты) диапазоне. Особенность этого типа связи в том что она односторонняя, поэтому её назначение передавать условные короткие сигналы, услышав которые, подлодки всплывают на небольшую глубину для связи с командным центром или выпускают радиобуй. Что интересно "Зевс" оставался секретным до 1990-х годов, пока ученые Стэнфордского университета (Калифорния) не опубликовали ряд интригующих заявлений, касающихся исследований в области радиотехники и радиопередачи. Американцы стали свидетелями необычного явления - научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц. Скорость передачи за один сеанс - три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры - у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними. Мистика - удел средневековых мракобесов, а продвинутые янки сразу догадались, что имеют дело с невероятным КНЧ-передатчиком, размещенным где-то на другом конце Земли. Где? Ясно где - в России. Похоже, эти безумные русские «закоротили» целиком всю планету, используя её в качестве гигантской антенны для передачи зашифрованных сообщений.
43-й узел связи ВМФ России представляет несколько иной тип длинноволнового передатчика (радиостанция «Антей», RJH69). Станция расположена вблизи городка Вилейка, минская область, РБ, антенное поле занимает площадь 6,5 квадратных километра. Состоит из 15 мачт высотой 270 метров и трех мачт высотой в 305 метров, между мачт натянуты элементы антенного поля, общий вес которых составляет около 900 тон. Антенное поле расположено над заболоченными участками земли что обеспечивает хорошие условия для излучения сигнала. Я сам был рядом с этой станцией и могу сказать что просто словами и картинками не передать тех размеров и ощущений которые вызывает эта громадина в реальности.
Так выглядит антенное поле на гугл картах, хорошо видны просеки над которыми натянуты основные элементы.
Вид с одной из мачт "Антея"
Мощность "Антея" не менее 1 МВт, в отличии от передатчиков ЗРЛС он не является импульсным, то есть во время работы излучает этот самый мега Ватт или больше, всё время работы. Точная скорость передачи информации не известна но если проводить аналогию с немецким трофейным "Голиафом", не меньше 300 бит/с. В отличии от "Зевса" связь уже является двух сторонней, подлодки для связи используют либо много километровые проволочные буксируемые антенны, либо специальные радио буи которые выпускаются подлодкой с большой глубины. Для связи используется СДВ диапазон, дальность связи охватывает всё северное полушарие. Преимущества СДВ связи что её кране сложно заглушить помехами, а так же она может работать в условиях ядерного взрыва и после него в то время как более высоко частотные системы не могут наладить связь из-за помех в атмосфере после взрыва. По мимо связи с подлодками "Антей" используется для радио разведки и передачи сигналов точного времени системы "Бета".
ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ
Это не завершающая статья о принципах заглянуть за горизонт, будут ещё, в этой по просьбам читателей я сосредоточился на реальных системах вместо теории.. Так же прошу прощения за задержку с выходом, я не блогер или житель интернета, у меня есть работа которую я люблю и которая периодически очень "любит" меня, поэтому статьи пишу между делом. Надеюсь читать было интересно, потому что я всё ещё нахожусь в режиме пробы пера и не определился до сих пор в каком стиле писать. Конструктивная критика как всегда приветствуется. Ну и специально для филологов анекдот в конце:
Препод по матану про филологов:
— ...Да плюньте в лицо тому, кто говорит, что филологи - это нежные фиалочки с горящими глазами! Я вас умоляю! На самом деле они мрачные желчные типы, готовые язык собеседнику вырвать за фразы, типа "оплатите за воду", "мое день рождение", "дырка в пальте"...
Голос с задней парты:
— А что не так с этими фразами?
Препод, поправив очки:
— А на вашем трупе, молодой человек, они бы еще и попрыгали.
Подполковник В. Петров
В результате совершенствования и распространения в мире средств воздушно-ракетного нападения увеличивается вероятность внезапного нанесения ударов средствами воздушного базирования как по территории самого государства, так и по войскам, размещенным за границей. Кроме того, по мнению руководства зарубежных стран, серьезную опасность в мирное время представляют такие транснациональные угрозы, как наркобизнес, нелегальная иммиграция и терроризм, а также вторжение судов в исключительно экономические зоны.
В качестве средств контроля за воздушным и надводным пространством, позволяющих исключить внезапность нанесения удара с воздуха и обеспечить контроль за исключительными экономическими зонами, зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции (ЗГ РЛС) пространственной и поверхностной волн.
К настоящему времени приняты на вооружение и действуют в интересах ПВО следующие средства: американская за-горизонтная система КОНУС (CONUS ОТН - Continental US Over-the-Horizon Radar) и модернизированная транспортабельная ЗГ РЛС типа AN/TPS-71; биста-тические ЗГ РЛС в Китае; австралийская ДЖОРН (JORN - Jindalee Operational Radar Network); французская «Нострадамус», работы над которой уже завершены.
В американской стационарной системе КОНУС сейчас имеется два радиолокационных поста - восточный и западный. С середины 1991 года восточный пост переведен в режим ограниченного использования. В рамках расширения сети КОНУС в Японии развертывается ЗГ РЛС пространственной волны: на о. Хахадзима (Бэйли) - передающая система и на о. Иводзима (Иото) - приемник и центр управления станцией. Целью создания этой РЛС является усиление контроля за Алеутскими о-вами.
| Возможности надгоризонтных и загоризонтных радиолокационных средств по обнаружению воздушных и надводных объектов: Л - ДНА обычной РЛС; Б - диаграмма направленности загоризонтных радиолокационных средств; 1 - низколетящие воздушные объекты; 2- воздушные объекты на больших и средних высотах; 3 - шлюпка; 4 - патрульный катер; 5 - корабль морской зоны |
|
| Передающая антенна и контейнеры с аппаратурой передатчика станции AN/TPS-71 |
|
| Центр управления и приемная антенна станции AN/TPS-71 |
|
| Приемная антенна ЗГ РЛС «Нострадамус» |
|
| Возможности ЗГ РЛС с поверхностной волной SWR-503 по контролю за 200-мильной прибрежной зоной: 1 - военные корабли; 2 - воздушные объекты, летящие на малых высотах с большими скоростями; 3 - морские нефтяные платформы; 5 - рыболовецкие суда; 6 - воздушные объекты на больших и средних высотах |
|
| Схематичное построение мобильной ЗГ РЛС поверхностной волны: 1 - канал связи с потребителем информации; 2 - пункт управления и связи; 3 - приемная антенна; 4 - передающая антенна |
Кроме радиолокационных станций системы КОНУС для обнаружения низколетящих целей в США разработана и проходит непрерывную модернизацию транспортабельная ЗГ РЛС AN/TPS-71, отличительная особенность которой заключается в возможности ее переброски в любой район земного шара и относительно быстрое (до 10-14 сут) развертывание на заранее подготовленных позициях. Для этого аппаратура станции смонтирована в контейнерах. Информация от ЗГ РЛС поступает в систему целеуказания ВМС, а также других видов ВС. Для обнаружения носителей крылатых ракет в районах, прилегающих к США, кроме станций, размещенных в штатах Виргиния, Аляска и Техас, планируется установить модернизированную ЗГ РЛС в штате Северная Дакота (или Монтана) для контроля за воздушным пространством над Мексикой и прилегающими районами Тихого океана. Помимо того, принято решение о развертывании новых станций для обнаружения носителей крылатых ракет в акватории Карибского бассейна, а также над Центральной и Южной Америкой. Первая такая станция устанавливается в Пуэрто-Рико. Передающий пункт разворачивается на о. Вьекес, приемный - в юго-западной части о. Пуэрто-Рико.
В 2003 году в Австралии принята на вооружение загоризонтная система ДЖОРН, способная обнаруживать воздушные и надводные цели на дальностях, недоступных для наземных станций СВЧ-диапазона. Система ДЖОРН включает: бистатическую ЗГ РЛС «Джиндали»; систему контроля состояния ионосферы, известную как система управления частотой ФМС (FMS - Frequency Management System); центр управления, расположенный на авиабазе Эдинбург (штат Южная Австралия). Бистатическая ЗГ РЛС «Джиндали» включает: центр управления ДЖИФАС (JFAS - Jindalee Facility at Alice Spring) в Алис-Спринг, две отдельные станции: первая с зоной обзора 90° размещена в штате Квинсленд (передающий пункт - в Лонгрич, приемный - около Стоунхендж), вторая с зоной обзора 180° по азимуту размещена в штате Западная Австралия (передающий пункт находится северо-восточнее г. Лавертон, приемный - северо-западней этого города).
В Китае имеются две бистатические ЗГ РЛС: одна расположена в провинции Синьцзян (зона ее обнаружения ориентирована на Западную Сибирь), другая - вблизи побережья Южно-Китайского моря. Китайские бистатические станции во многом используют технические решения, применяемые на австралийской ЗГ РЛС.
Во Франции по проекту «Нострадамус» завершена разработка ЗГ РЛС возвратно-наклонного зондирования, которая обнаруживает малоразмерные цели на дальностях 800-3 000 км. Важное отличие этой станции -возможность одновременного обнаружения воздушных целей в пределах 360° по азимуту. Другой характерной ее особенностью является применение моностатического способа построения вместо традиционного бистатического. Станция размещена в 100 км западнее Парижа.
Проведенные за рубежом исследования в области ЗГ РЛС показали, что повышение точности определения местоположения цели может быть достигнуто за счет использования эталонных источников сигнала, установленных в зоне обзора станции. Калибровка таких станций по точности и разрешающей способности может осуществляться также по сигналам с самолетов, оборудованных специальной аппаратурой.
Зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны в качестве одних из наиболее перспективных и относительно недорогих средств эффективного контроля за воздушным и надводным пространством. Получаемая от ЗГ РЛС поверхностной волны информация позволяет увеличить время, необходимое для принятия соответствующих решений.
Сравнительный анализ возможностей надгоризонтных и загоризонтных радиолокационных средств поверхностной волны по обнаружению воздушных и надводных объектов показывает, что ЗГ РЛС поверхностной волны значительно превосходят обычные радиолокационные средства наземного базирования по дальности обнаружения и способности сопровождения как малозаметных и низколетящих целей, так и надводных кораблей различного водоизмещения. При этом способность обнаружения воздушных объектов на больших и средних высотах чуть ниже, что не влияет на эффективность загоризонтных радиолокационных средств. Кроме того, затраты на приобретение и эксплуатацию ЗГ РЛС поверхностной волны относительно невысоки и соизмеримы с их эффективностью.
Представительными образцами ЗГ РЛС поверхностной волны, которые приняты на вооружение зарубежных стран, являются станции SWR-503 и «Overseer». SWR-503 разработана канадским отделением фирмы «Рейтеон» в соответствии с требованиями министерства обороны Канады. Она предназначена для наблюдения за воздушным и надводным пространством над океанскими территориями, прилегающими к восточному побережью страны, а также для обнаружения и сопровождения надводных и воздушных целей в пределах границ исключительной экономической зоны.
ЗГ РЛС поверхностной волны SWR-503 по контролю за 200-мильной прибрежной зоной может использоваться также для обнаружения айсбергов, мониторинга окружающей среды, поиска потерпевших бедствие судов и самолетов. Для наблюдения за воздушным и морским пространством в районе о. Ньюфаундленд, в прибрежных зонах которого имеются значительные рыбные и нефтяные запасы, уже эксплуатируются две необслуживаемые станции такого типа и оперативный центр управления. Предполагается, что SWR-503 будет применяться для управления воздушным движением самолетов во всем диапазоне высот и наблюдения за целями, находящимися ниже радиолокационного горизонта.
В ходе испытаний РЛС обеспечивала обнаружение и сопровождение всех целей, которые наблюдались другими средствами ПВО и береговой обороны. Проводились также эксперименты, направленные на обеспечение возможности обнаружения крылатых ракет, летящих над морской поверхностью, однако для эффективного решения данной проблемы в полном объеме, согласно оценкам западных специалистов, необходимо расширить рабочий диапазон РЛС до 15-20 МГц. По их расчетам, государства, имеющие протяженную береговую линию, могут устанавливать сеть таких РЛС с интервалом до 370 км для обеспечения полного перекрытия зоны наблюдения за воздушным и морским пространством в пределах своих границ.
Стоимость одного находящегося на вооружении образца ЗГ РЛС поверхностной волны типа SWR-503 составляет 8-10 млн долларов США. Эксплуатация и комплексное обслуживание станции оцениваются примерно в 400 тыс. в год.
ЗГ РЛС Overseer, представляющая новое семейство станций с поверхностной волной, разработана фирмой «Маркони» и предназначена как для гражданского, так и военного применения. Используя эффект распространения волн по поверхности, станция способна обнаруживать на больших дальностях и различных высотах воздушные и морские объекты всех классов, которые невозможно обнаружить обычными РЛС.
При создании станции зарубежные специалисты использовали технические решения, которые позволят получать более качественную информацию о целях на больших площадях морского и воздушного пространства с быстрым обновлением данных.
Стоимость одного образца ЗГ РЛС поверхностной волны Overseer в однопозиционном варианте составляет 6-8 млн долларов. Эксплуатация и комплексное обслуживание станции в зависимости от решаемых задач оценивается в 300—400 тыс. в год.
Продолжается разработка ЗГ РЛС поверхностной волны в Японии, однако ее тактико-технические характеристики ориентированы в основном на проведение контроля гидрометеорологических условий и поверхностных течений в пределах 200-мильной зоны. После усовершенствования программного обеспечения такие станции смогут решать задачи разведки воздушного и надводного пространства.
ЗГ РЛС поверхностной волны, разработанная в КНР, предназначена для контроля прибрежной акватории на дальности около 400 км. В качестве передающей антенной решетки используется логопериодическая антенна. Приемная антенна представляет собой цепь вертикальных заземленных вибраторов.
Дальнейшим развитием ЗГ РЛС поверхностной волны может стать внедрение разностно-гиперболического метода определения координат воздушных объектов. На основе данного метода исследовалась корабельная многопозиционная ЗГ РЛС поверхностной волны по программе SWOTHR (Surface Wave Over-The-Horizon Radar). Новизна и особенность многопозиционной ЗГ РЛС заключаются в смещении акцента при решении задач определения местоположения воздушных и надводных целей на программные, а не аппаратные средства, как это делается в современных ЗГ РЛС. Применение многопозиционного варианта построения станции позволит
заменить сложные антенные поля с линейными размерами в сотни и тысячи метров ненаправленными вертикальными вибраторами для обнаружения цели по азимуту в пределах 360°. Для реализации предусмотренной планами программы по развертыванию РЛС в составе корабельной группы необходимо наличие нескольких оснащенных специальным оборудованием надводных кораблей, а также разработать новое программное обеспечение на основе использования высокопроизводительных ЭВМ.
После оценки результатов исследований зарубежные специалисты сосредоточили свои усилия на создании ЗГ РЛС в однопозиционном варианте по проекту, получившему наименование HFSWR (High Frequency Surface Wave Radar). В рамках этого проекта на базе уже имеющихся ЗГ РЛС поверхностной волны типов SWR-503 и SWR-610 разрабатывается мобильная станция поверхностной волны.
Предполагается, что развертывание ЗГ РЛС и подготовка ее к выполнению боевых задач займут несколько часов. Станция будет способна обнаруживать и сопровождать как малозаметные и низколетящие цели, так и надводные корабли различного водоизмещения, используя в полном объеме доступный спектр оптимальных частот.
Таким образом, зарубежные эксперты прогнозируют дальнейшее повышение возможностей по обнаружению воздушных целей и расширение частотного диапазона ЗГ РЛС пространственной волны главным образом за счет применения средств «радиоподогрева» ионосферы и калибровки. Загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны останутся эффективным средством наблюдения за воздушным и морским пространством. Продолжатся работы по созданию ЗГ РЛС поверхностной волны в мобильном и многопозиционном вариантах.
Россия создает группировку РЛС загоризонтного обнаружения со сплошным радиолокационным полем на дальности 1500-2000 км от границ, рассказал «Газете.Ru» собеседник в оборонно-промышленном комплексе. Приоритетному контролю этих систем подлежат взлеты самолетов с крылатыми ракетами с авиабаз стран , морские носители ядерного оружия и авианосные ударные группировки.
В ближайшем будущем ожидается развертывание нескольких РЛС ЗГО типа «Контейнер» (в различных модификациях) на Дальнем Востоке, в Сибири и на Балтике, а также РЛС ЗГО «Подсолнух» на Кольском полуострове, в Севастополе и в Балтийске Калининградской области.
Заглянуть за горизонт
Принцип работы загоризонтных локаторов имеет принципиальные особенности по сравнению с обычными надгоризонтными РЛС. Последние работают в зоне «прямой видимости», которая ограничена расстоянием в десятки, максимум сотни километров. Загоризонтные системы используют отражение радиоволн от ионосферы — верхнего слоя атмосферы Земли, сильно ионизированного из-за облучения космическими лучами. Радиоволны нужного диапазона отражаются от нее словно от «зеркала» высоко над горизонтом, затем достигают Земли, где снова могут отразиться от нужных целей — самолетов, кораблей и взлетающих ракет — и опять же через ионосферу вернутся к приемным антеннам. Таким образом создается радиолокационное поле на тысячи километров.
Из-за значительной изменчивости ионосферы от активности солнца, времени года и суток создание такой техники потребовало от отечественных разработчиков решения совершенно новых радиофизических, алгоритмических и технических проблем. Только при помощи сложнейшей математической обработки РЛС ЗГО могут разобрать нужные объекты и, более того, по характеру допплеровского смещения спектра определить их скорость и направление движения.
Сама идея использования эффекта отражения радиоволн от ионосферы для загоризонтного обнаружения целей была в 1947 году впервые в мире выдвинута русским ученым . Однако обнаружить цели за горизонтом ему в то время на своем макете не удалось. Поэтому укрепилось мнение, что засечь цели за горизонтом на фоне мощных отражений от Земли невозможно. Работы по загоризонтной радиолокации возобновились в 1958 году, когда была доказана принципиальная возможность загоризонтного обнаружения самолетов на дальности однократного отражения от ионосферы (3 тыс. км) и стартующих баллистических ракет на дальности двукратного отражения (6 тыс. км).
В 1962 году в СССР началась разработка экспериментальной загоризонтной радиолокационной станции Н-17 «Дуга-1» под Николаевым. В 1972 году прошли ее заводские испытания. Радиолокатор не полностью оправдал завышенные ожидания военных, но на многие годы стал уникальной экспериментальной базой, на которой были получены фундаментальные данные для разработки военных радиолокаторов загоризонтного обнаружения.
Испытания показали принципиальную возможность обнаружения относительно слабого сигнала от цели на фоне гораздо большей интенсивности отражений от Земли. Кроме того, была на практике решена задача автоматической адаптации РЛС к изменениям отражающих свойств ионосферы, а также автоматической отстройки мощных активных помех.
В 1971 году был разработан проект уже боевой станции 5Н32 «Дуга». В следующем году принято решение о строительстве двух радиолокаторов, на тот момент самых мощных в мире. Одна РЛС была построена на Украине: приемная позиция — в 10 км от Чернобыльской АЭС, передающая — около города Любеч Черниговской области. Вторая — на Дальнем Востоке, у поселка Большой Картель возле Комсомольска-на-Амуре.
Большие трудности возникли при сооружении огромных антенн — двух приемных полотен протяженностью 900 и 500 м, высотой 140 и 90 м, а также передающего полотна протяженностью около 300 м.
В 1976 году РЛС в Чернигове начала работу. Ее излучение даже было зафиксировано военными на Западе. Российским специалистам, в свою очередь, удалось обнаружить американские ракеты, стартующие с мыса Канаверал. После многочисленных модернизаций «Дуга» стала устойчиво обнаруживать старты ракет-носителей с космическими аппаратами «Шаттл» на борту и старты МБР «Титан» с мыса Кеннеди на дальности 7-9 тыс. км. Однако все попытки обнаружить старт МБР США «Минитмен» с базы Ванденберг через полярную ионосферу из-за ее специфики заканчивались неудачей.
В это же время были получены положительные результаты испытаний советской космической системы по обнаружению пусков межконтинентальных баллистических ракет.
После успехов в космической составляющей системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН) у военных пропал интерес к загоризонтной радиолокации, а финансирование соответствующей программы практически прекратилось.
«Контейнеры» и «Подсолнухи»
Сейчас космический эшелон СПРН действительно успешно справляется с задачами обнаружения старта МБР с территории США. Однако задачу по определению координат воздушных целей космический эшелон решить не может. И в начале 1990-х к идее РЛС ЗГО решили вернуться, но заново строить гигантские антенны после развала Советского Союза было признано нецелесообразным. Поэтому специалисты занялись созданием следующего поколения таких радиолокаторов, но ввиду тяжелого экономического положения в стране основные работы пришлись на конец 1990-х - начало 2000-х годов.
Научно-производственным комплексом «НИИ дальней радиосвязи» () была создана двухкоординатная радиолокационная станция загоризонтного обнаружения пространственной волны 29Б6 «Контейнер». Весь ее аппаратурный комплекс размещался в транспортабельных контейнерах и не требовал капитального строительства.
Радиотехнический узел таких РЛС состоит из двух частей: передающей и приемной. Каждая из них в своем составе имеет техническую позицию и жилой городок. На технических позициях установлены антенно-фидерные устройства со всем необходимым коммутационным и прочим оборудованием.
Сигнал «Контейнеров» в отличие от «Дуги» отражается от ионосферы только один раз, благодаря чему можно получить достаточно точное целеуказание и отслеживать на территории Западной Европы даже самолеты малой авиации.
Первая РЛС «Контейнер» в составе ПВО-ПРО заступила на опытно-боевое дежурство в мордовском поселке Ковылкино в декабре 2013 года. Ее задача — следить за западным направлением с целью обнаружения и определения координат воздушных целей в азимуте 180° и на расстоянии более 3 тыс. км.
На северо-западном направлении РЛС следит за пространством от Польши, Германии и Балтики до Турции, Сирии и Израиля.
К 2017 году «Контейнер» должны дооснастить, чтобы он мог засекать аэродинамические цели в азимуте 240°.
Восточный загоризонтный узел должен быть построен в ближайшие два года. В Зее Амурской области уже была проведена рекогносцировка и выбрано место, где будет развернут «Контейнер».
В 1990-х годах, когда средств в бюджете на создание дорогих РЛС ЗГО не было, производитель также предложил командованию Тихоокеанского флота создать надежный и недорогой радиолокатор для освещения надводной обстановки. В итоге был создан береговой загоризонтный радиолокационный комплекс поверхностной волны «Подсолнух», предназначенный для освещения надводной и воздушной обстановки, обнаружения, сопровождения и классификации цели в секторе 120° в качестве элемента системы берегового наблюдения.
Первая станция была развернута на побережье на мысе Первый в районе Камчатской бухты. В 1999 году ознакомиться с РЛС ЗГО «Подсолнух» прибыли военные специалисты из Китая. Они поставили условие: Китай купит станцию этого типа, если РЛС обнаружит корабль в море на расстоянии 200 км. В итоге «Подсолнух» обнаружил две морские цели на расстоянии 220-230 км.
С Китаем был заключен контракт на несколько миллионов долларов на поставку трех РЛС «Подсолнух-Э» (в экспортном варианте). В начале 2000-х все они были развернуты на территории Китая.
Затем ВМФ России заказал три РЛС «Подсолнух» с улучшенными характеристиками. Их развернули под Находкой, на Камчатке возле Петропавловска-Камчатского и в районе Каспийска на побережье Каспийского моря. Зона контроля воздушной обстановки этих РЛС — 450 км по дальности, надводной обстановки — до 300 км. «Подсолнух» позволяет в автоматическом режиме обнаружить, сопровождать и классифицировать до 300 морских и 100 воздушных объектов, определяя их координаты и параметры движения.
Если название Чернобыль знаком сегодня практически каждому, а после катастрофы на АЭС и вовсе стало именем нарицательным, прогремевшим на весь мир, то о объекте Чернобыль-2 мало кто слышал. При этом данный городок находился в непосредственной близости от Чернобыльской АЭС, но найти его на топографической карте было невозможно. Исследуя карты того периода, вы, скорее всего, найдете обозначение пансионата для детей или пунктирные линии лесных дорог на том месте, где размещался этот небольшой город. В СССР умели хранить и прятать тайны, особенно в том случае, если они были военными.
Лишь с развалом СССР и аварией на Чернобыльской АЭС о существовании в полесских лесах небольшого города (военного гарнизона), который занимался «космическим шпионажем», появилась хоть какая-то информация. В 1970-х годах советскими учеными были разработаны уникальные радиолокационные системы, которые позволяли следить за пусками баллистических ракет с территории вероятного противника (подводных лодок и военных баз). Разработанный радар относился к загоризонтным радиолокационным станциям (ЗРГЛС). Обладая огромными размерами принимающих антенн и мачт, ЗГРЛС требовала большого человеческого ресурса. На объекте несли боевое дежурство около 1000 военных. Для военных, а также членов их семей был построен целый небольшой городок, имеющий одну улицу, которая носила название Курчатова.
Проводники по чернобыльской зоне отчуждения, которых привыкли называть «сталкерами», любят рассказывать одну байку 25-летней давности. После того, как СССР признал факт аварий на ЧАЭС, в зону отчуждения хлынул поток журналистов со всего мира. Среди первых приехавших сюда западных журналистов, которых допустили к месту катастрофы, был легендарный американец Фил Донахью. Проезжая возле села Копачи, он из окна автомобиля заметил объекты внушительных размеров, которые значительно возвышались над лесным массивом и вызвали вполне оправданное любопытство с его стороны. На его вопрос: «что это?», сопровождавшие группу сотрудники органов безопасности только молча переглядывались между собой, пока один из них не придумал подходящий ответ. Согласно легенде он пояснил, что это недостроенная гостиница. Донахью этому естественно не поверил, но проверить свои подозрения никак не мог, в доступе к данному объекту ему было отказано в категоричной форме.
В этом нет ничего странного, так как «недостроенная гостиница» была своеобразной гордостью советской оборонной промышленности и автоматически одним из самых секретных объектов. Это была загоризонтная радиолокационная станция Дуга-1, известная также как объект «Чернобыль-2» или же просто Дуга. «Дуга» (5Н32) – советская ЗГРЛС, работающая в интересах системы раннего обнаружения запусков межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Главной задачей данной станции было раннее обнаружение пусков МБР, причем не только на территории Европы, но и «за горизонтом» на территории США. В те годы ни одна из мировых станций не имели таких технологических возможностей.
На сегодняшний день технологией, которая была бы наиболее схожей с той, что использовалась на советских ЗГРЛС, обладает лишь американская HAARP (программа высокочастотных активных авроральных исследований). Согласно официальной информации данный проект направлен на изучение полярных сияний. При этом по неофициальной информации данная станция, находящаяся на Аляске, является секретным американским , с помощью которого Вашингтон может контролировать разнообразные климатические явления на планете. В интернете различные спекуляции на данную тему не утихают уже который год. Стоит отметить, что подобные «теории заговора» окружали и отечественную станцию «Дуга». При этом первая станция из линейки HAARP была введена в эксплуатацию лишь в 1997 году, тогда как в СССР первый объект подобного типа появился в Комсомольске-на-Амуре еще в 1975 году.
В то время как жители Чернобыля, как они думали, работали с мирным атомом, обитатели их города-тезки, более 1000 человек, занимались, по сути, космическим шпионажем в планетарном масштабе. Одним из главных аргументов при размещении ЗГРЛС в Чернобыльском полесье было наличие рядом Чернобыльской АЭС. Советский суперлокатор предположительно потреблял до 10 мегаватт электроэнергии. Генеральным проектировщиком ЗГРЛС являлся НИИДАР – Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи. Главным конструктором был инженер Франц Кузьминский. Стоимость работ по строительству данного сверхмощного радара в разных источниках указывается различной, но при этом известно, что постройка «Дуги-1» обошлась СССР в 2 раза дороже, чем ввод в эксплуатацию 4-х энергоблоков ЧАЭС.
Важно отметить тот факт, что ЗГРЛС, расположенная в Чернобыле-2, была предназначена лишь для приема сигнала. Передающий центр располагался в непосредственной близости от села Рассудов возле города Любеч в Черниговской области на удалении в 60 км. от Чернобыля-2. Передающие сигнал антенны также были выполнены по принципу фазированной антенной решетки и были ниже и меньше, их высота составляла до 85 метров. Сегодня данный радар уничтожен.
Небольшой городок Чернобыль-2 достаточно быстро вырос по соседству с законченной в рекордные сроки сверхсекретной стройкой. Его население, как уже говорилось, составляло не менее 1000 жителей. Все они работали на станции ЗГРЛС, которая, помимо оборудования, включала в себя 2-е гигантских антенны – высокочастотную и низкочастотную. Если судить по имеющимся снимкам из космоса, длина высокочастотной антенны составляла 230 метров, а высота – 100 метров. Низкочастотная антенная была еще более внушительным сооружением, ее длина составляла 460 метров, а высота почти 150 метров. Это по-настоящему уникальное, не имеющее аналогов в мире чудо инженерной мысли (сегодня антенны демонтированы лишь частично) способно было накрыть своим сигналом практически всю планету и моментально засечь массовый пуск баллистических ракет с любого континента.
Правда стоит отметить, что практически сразу после ввода данной станции в опытную эксплуатацию, а произошло это 31 мая 1982 года, были отмечены некоторые проблемы и неувязки. Во-первых, данная РЛС могла улавливать лишь большое скопление целей. Такое могло произойти только в случае нанесения массированного ядерного удара. При этом комплекс не мог отслеживать пуск единичных целей. Во-вторых, многие диапазоны частот, на которых функционировала ЗГРЛС, совпадали с системами гражданской авиации и гражданского рыболовного флота СССР и европейских государств. Представители различных стран вскоре начали жаловаться на помехи в работе систем своих систем радио-оборудования. При начале работы станции ЗГРЛС в эфире практически по всему миру начинали звучать характерные стуки, которые заглушали собой высокочастотные передатчики, а иногда даже телефонные переговоры.
Несмотря на то, что «Чернобыль-2» был сверхсекретным объектом, в Европе достаточно быстро разобрались в причинах помех, прозвали советскую станцию «русским дятлом» за характерные звуки в эфире и предъявили претензии советскому правительству. СССР получил ряд официальных заявлений от западных государств, в которых отмечалось, что созданные в Советском Союзе системы в значительной мере влияют на безопасность морского судоходства и авиации. В ответ на это СССР пошел на уступки со своей стороны и прекратил применять рабочие частоты. Одновременно с этим конструкторам была поставлена задача, им предписывалось устранить выявленные недостатки радарной станции. Конструкторы совместно с учеными смогли решить поставленную задачу, и после выполнения модернизации ЗГРЛС в 1985 году начала проходить процедуру государственной приемки, которая была прервана аварией на Чернобыльской АЭС.
После авария, которая произошла на ЧАЭС 26 апреля 1986 года, станция была снята с боевого дежурства, а ее оборудование подверглось консервации. Гражданское и военное население с объекта было в срочном порядке эвакуировано из зоны, которая подверглась радиационному заражению. Когда военные и руководство СССР смогли оценить все масштабы случившейся экологической катастрофы и тот факт, что объект «Чернобыль-2» больше не может быть запущен, было принято решение о вывозе ценных систем и оборудования в город Комсомольск-на-Амуре, произошло это в 1987 году.
Таким образом, уникальный объект советского оборонного комплекса, который был частью космического щита советского государства, прекратил свое функционирование. Город и городская инфраструктура были забыты и заброшены. В настоящее время о былой мощи сверхдержавы на данном заброшенном объекте напоминают лишь огромные антенны, которые не потеряли своей устойчивости и по сей день, привлекая к себе внимание редких в этих местах туристов. Обладая просто колоссальными размерами, антенны данной станции видны практически с любого места Чернобыльской зоны отчуждения.
Источники информации:
- http://tainy.info/world-around/chernobyl-2-ili-russkij-dyatel/
- http://chornobyl.in.ua/chernobyl-2.html
- http://lplaces.com/ru/reports/12-chornobyl-2
