1.1. Аналіз теоретичних радіолокаційних методів виявлення повітряних об'єктів

Радіолокація - галузь радіоелектроніки, що забезпечує отримання відомостей про об'єкти за рахунок прийому та аналізу радіохвиль [1 - 5].

Об'єкти радіолокації, тобто фізичні тіла, відомості про які становлять практичний інтерес, називаються радіолокаційними цілями.

Спочатку в радіолокації застосовувалися електромагнітні хвилі тільки радіодіапазону. Звідси і пішла назва радіолокація. В даний час радіолокація використовує широкий діапазон електромагнітних хвиль, включаючи інфрачервоні і світлові коливання (теплолокація і світлолокація), а також рентгенівське і гамма-випромінювання. Методи радіолокації широко застосовуються також у звуколокації, заснованої на використанні механічних ультразвукових коливань пружного середовища, а не електромагнітних хвиль.

Радіолокаційні цілі поділяються на точкові і протяжні. Отримане за допомогою РЛС радіолокаційне зображення (відмітка) протяжної цілі повторює в певному масштабі форму і розміри самої цілі, які часто і складають основну інформацію про неї. Всі точкові цілі дають однакові за формою і розмірами позначки. Основною інформацією про точкову ціль є її вектор стану, що включає в себе вектор положення і вектор швидкості. У загальному випадку вектор положення видається трьома його складовими - координатами точкової цілі; вектор швидкості також має три складові [1 - 5].

Дистанційні малорозмірні цілі (літак, ракета і т. д.) зазвичай є точковими. Визначення їх вектора стану відносять до завдань дальньої радіолокації. У завданнях ближньої радіолокації (наведення, посадка тощо) навіть малорозмірні цілі не можна вважати точковими. Доводиться враховувати кінцеві розміри, конфігурації і орієнтацію мети щодо її центра мас. У результаті цього вектор стану протяжної мети стає вже дванадцятімірним: поряд з шістимірним вектором стану центру мас, подібним вектору стану точкової цілі, вводиться шістимірний вектор орієнтації і обертання, що складається відповідно з двох векторів. Вектор орієнтації має три складові, що визначають кутове положення цілі щодо трьох ортогональних осей, що проходять через центр мас, а три складові вектора обертання характеризують кутові швидкості обертання мети навколо цих осей. Однак, зазначені завдання ближньої радіолокації є приватними і зазвичай розглядаються окремо.

Для визначення шістимерного вектора стану точкової цілі (центру мас) вимірюють координати і їх перші похідні за часом. Система координат в принципі може бути довільною. У радіолокації зручно користуватися такими координатами, які мають найбільш просту, лінійну зв'язок з параметрами прийому хвилі (електромагнітного поля). Для віддалених цілей кращими координатами є дальність мети і два кути, що визначають напрям на неї (або косинуси напрямних кутів).

Радіолокаційна техніка в роки свого виникнення використовувалася в основному для військових цілей. Перші радіолокаційні станції були створені для виявлення літаків у повітрі, так як протиповітряну оборону у зв'язку із зростанням технічних можливостей авіації не могли задовольнити старі методи  акустичний і візуальний.

У міру вдосконалення радіолокаційних пристроїв та накопичення досвіду їх практичного використання виявлялися все нові і нові можливості застосування радіолокації, як у воєнних, так і в мирних цілях. В даний час практично немає такої галузі, в якій би не знайшли застосування радіолокаційні методи і засоби.

У військовій області завданнями радіолокаційних станцій (РЛС​​) є: виявлення і визначення координат кораблів, літаків і безпілотних об'єктів, управління стрільбою і бомбометанням незалежно від умов оптичної видимості, спостереження за полем бою, безконтактний підрив зарядів і т. п. За допомогою РЛС вирішуються такі завдання, як, наприклад, навігаційне забезпечення літаків, кораблів і космічних апаратів, попередження зіткнення на суші, на морі і в повітрі, розвідка погоди та інше. Велике народногосподарське і наукове значення мають такі застосування РЛС, як контроль траєкторій супутників та інших об'єктів, зближення, наведення і посадка космічних апаратів, вивчення природних ресурсів, геодезичні вимірювання, астрофізичні дослідження [6 - 9].

Незважаючи на велику різноманітність типів РЛС можна виділити цілі групи станцій, що мають деякі загальні ознаки, і на цій основі провести їх класифікацію. Признаками класифікації можуть бути: призначення (управління, спостереження, дослідження), місце установки (наземні, корабельні, літакові), мобільність (стаціонарні, рухомі), а також розміщення апаратури в просторі (однопунктні, багатопунктні  з суміщеними або з рознесеними пунктами прийому та передачі). Однак найбільш важливими ознаками класифікації, що визначають структуру РЛС, є наявність джерел випромінювання та вид вимірюваних координат [5, 6 - 8].

Розглянемо спочатку класифікацію за наявності джерел випромінювання, що використовуються для формування радіолокаційного сигналу.

Сигнал як носій радіолокаційної інформації виникає в результаті певного взаємодії РЛС і цілі. Ступінь взаємодії і розподіл функцій між РЛС і ціллю при формуванні сигналу можуть бути різними. Залежно від цього розподілу істотно розрізняються тактичні та інформаційні можливості РЛС. Тому при описі процесу формування сигналу доцільно розглядати не ізольовану РЛС, а систему РЛС-ціль (радіолокаційна система).

Як РЛС, так і ціль можуть містити або не містити генератори високочастотних коливань, призначені для утворення радіолокаційного сигналу, тобто РЛС і ціль можуть бути активними або пасивними [1 - 8]. Відповідно до цього всі радіолокаційні системи поділяються на чотири основні групи (таблиця 1.1).

Таблиця 1.1