книги из ГПНТБ / Листов, Константин Михайлович. Радио и радиолокационная техника и их применение

иной высоте над землей, следует еще рассчитать дальность прямой видимости.

Из первой части книги, главы III, посвященной вопро­ сам распространения радиоволн и влиянию условий рас­ пространения на дальность радиосвязи, читатель уже знает,- что дальность прямой видимости без учета рефракции радио­ волн м'ожет быть определена по формуле

При определении дальности прямой видимости для радио­ локационных станций, или, как часто говорят, радиолока­ ционного горизонта, следует учитывать некоторое искривле-

Д

Рис. 139. График, поясняющий влияние кри­ визны земной поверхности на дальность дей­ ствия радиолокационной станции

ние траектории радиолучей (рефракцию), особенно заметное при распространении радиоволн под небольшими углами к горизонту.

Это явление обусловлено тем, что обычно при увеличении высоты уменьшаются давление, температура и влажность воз­ духа и в связи с этим увеличивается скорость распростране­ ния радиоволн.

При нормальном состоянии атмосферы это приводит к не­ которому изменению направления фронта волны (рис. 140) и, как следствие этого, к небольшому огибанию радиоволнами земной поверхности и увеличению радиолокационного гори­ зонта относительно дальности прямой видимости (оптиче­ ского горизонта).

- Дальность радиолокационного горизонта с учетом «нор­ мальной», или «стандартной», рефракции, характерной для средних широт при нормальном состоянии атмосферы, опре­ деляется формулой

Рис. 140. Влияние рефракции на радиолокационный горизонт

Анализ формулы (8) и рис. 139 показывает, что предел действия станции, ограничиваемый дальностью горизонта, тем меньше, чем ниже расположена антенна станции. Поэтому дальность действия мощных наземных и корабельных радиоло­ кационных станций, антенны которых располагаются на срав­ нительно небольшой высоте, часто ограничивается пределами прямой видимости, а не энергетическим потенциалом станции (особенно при наблюдении за кораблями и низко летящими са­ молетами) . Этим и объясняется стремление располагать мощ­ ную наземную станцию на возвышенности, а антенну кора­ бельной станции — на вершине мачты корабля. .

Из формулы- (8) следует также, что предельные дальности действия станций тем меньше, чем ниже находится цель. Этим обусловлены сравнительно небольшие дальности обнаружения радиолокационными станциями кораблей и низко летящих са­ молетов.

Рассмотренная формула не учитывает влияния на дальность радиолокационной видимости неровностей почвы, естественных

Рис. 141. Экранирование воздушных целей неровностью местности

2т

и искусственных сооружений, расположенных в непосредствен­ ной близости от позиции станции. Как легко заметить из рис. 141, дальность радиолокационной видимости в отдельных секторах наблюдения даже по ближним и высоко летящим са­ молетам может резко снизиться из-за экранирования, созда­ ваемого высокими 'строениями (домами, ангарами), лесными массивами или горами.

ВЛИЯНИЕ СИЕРХРЕФРАКЦ1Ш НА ДАЛЬНОСТЬ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ

Как следует из формулы (8), при нормальной рефракции дальность радиолокационного горизонта превышает предел прямой видимости примерно на 18%.

Фронт распространения Волны при отсутствии

Рис. 142. Огибание земной поверхности ультра­ короткими волнами при положительной рефрак­ ции происходит за счет снижения скорости рас­

резкое искривление траектории распространения радиоволн сантиметрового, дециметрового, а в отдельных случаях и мет­ рового диапазонов волн. Эго явление, носящее название сверх­ рефракции, может значительно изменить дальность радиолока­ ционного горизонта.

При сверхрефракции (рис. 142), возникающей в тех случаях, когда в приземном или надводном слое происходит не умень­ шение, как обычно, а увеличение температуры по высоте или существует большая, чем обычно, насыщенность атмосферы парами воды и резкое убывание ее с высотой, дальность радио­ локационного обнаружения низко летящих самолетов и кораб­ лей значительно возрастает. С этой точки зрения явление сверхрефракции следует считать . положительным. С другой

£61

стороны, при сверхрефракции в диаграмме обнаружения стан­ ции под определенными углами места иногда появляются про­ валы, связанные с отклонением радиолуча вниз, что может привести к уменьшению дальности обнаружения самолетов, летящих на средних или больших высотах (рис. 143), или воз­ никновению непросматриваемы'х участков в зоне обнаружения.

Рис. 143. Отклонение нижнего луча многолепестковой диаграммы направленности вниз, вызванное положительной рефракцией, может ухудшить условия обнаружения высоко летя­ щих самолетов

Иногда при очень резких увеличениях температуры с вы­ сотой или при образовании приземного слоя атмосферы с боль­ шой насыщенностью влагой траектория лучей, направленных под небольшими углами к горизонту., может настолько искри­ виться, что они достигнут поверхности земли или воды, отра­ зятся от нее, вновь претерпят сверхрефракцию и т. д. (рис. 144).

Рис. 144. Упрощенная схема распространения радио­ волн по „атмосферному волноводу"

Таким образом, радиоволны будут распространяться в преде­ лах некоторого приземного или надводного слоя, образующего своеобразный «атмосферный волновод». При этом ультракорот­ кие волны могут распространяться на расстояния, превышаю­ щие дальность обычного радиолокационного горизонта в де­ сятки раз. Известны, например, случаи, когда береговые радио­ локационные станции обнаруживали противоположный берег моря, находящийся на расстоянии 300—400 км, а иногда даже 1000 км и более, хотя дальность прямой видимости составляла не более 60-^—70 км,

262

Для возникновения атмосферных волноводов, кроме не­ обычных изменений температуры и влажности воздуха по вы­ соте, еще необходимо определенное соотношение между дли­ ной волньг и вертикальным размером (высотой) такого волно­ вода. Не рассматривая здесь этой зависимости подробно, ука­ жем только, что чем меньше длина волны, на которой рабо­ тает станция, тем меньше может быть вертикальный размер слоя, при котором могут возникнуть атмосферные волноводы-.

Кроме положительной рефракции, ведущей к отклонению радиоволны вниз от прямолинейного направления, при опреде­ ленных метеорологических условиях может возникнуть отрица­ тельная рефракция: радиоволны, направленные под неболь­ шими углами к горизонту, отклоняются вверх (рис. 145). При

Рис. 145. Возникновение отрицательной рефрак­ ции уменьшает дальность обнаружения кораб­ лей и низко летящих самолетов

этом уменьшается радиолокационный горизонт и, как след­ ствие, сокращается дальность обнаружения кораблей, низко ле­ тящих самолетов и всех других целей, расположенных по от­ ношению к радиолокационной станции под малыми углами места.

Возможность возникновения как одного, так и другого вида рефракции необходимо учитывать при использовании радиолокационных средств.

Так, например, экипажи к'ораблен и низко летящих самоле­ тов должны иметь в виду, что при возникновении сверхрефрак­ ции корабли и самолеты будут обнаруживаться корабельными, наземными и береговыми радиолокационными средствами на больших дальностях, чем обычно, в то время как при отрица­ тельной рефракции дальность обнаружения резко снизится. Расчеты радиолокационных станций должны помнить, что при отрицательной рефракции дальность обнаружения целей, на­ ходящихся под малыми углами, падает. Следует также не за­ бывать, что при сверхрефракции высота цели может изме­ ряться с большими ошибками вследствие резких искривлений траектории луча.

Учитывая значительное влияние сверхрефракции радио­ волн на качество боевой работы радиолокационных средств,

263

целесообразно напомнить, что сверхрефракция часто возникает в теплое время года после захода Солнца, когда земная поверх­ ность и нижний слой воздуха остывают, а верхний слой остается еще нагретым, а также над морем в ясную безветрен­ ную погоду, когда над водой образуется слой воздуха с боль­ шой влажностью. Такие условия распространения радиоволн могут также возникнуть летом над морем при движении ветра с суши, так как при этом сухой воздух вызывает сильное ис­ парение морской воды и резкое падение давления с ростом высоты в надводном слое атмосферы.

Отрицательная рефракция может возникнуть при движении холодного ветра с моря на сушу. При этом верхние слои воз­ духа окажутся более холодными, чем нижние приземные слои.

ДА ТУ X АННЕ РАДИО ВОЛН

Уравнение максимальной дальности радиолокационной станции выведено в предположении радиопрозрачяости атмо­ сферы и справедливо лишь для станций, работающих на вол­ нах длиннее 20—30 см, когда потери в тропосфере практически отсутствуют.

В более коротком диапазоне волн, особенно на волнах ко­ роче 10 см, затухание сталовмтся заметным и для определен­ ных длин волн может привести к существенному уменьшению дальности действия станций.

Причиной затухания радиоволн может быть или поглоще­ ние энергии парами воды и кислородом воздуха, или поглоще­ ние и рассеяние энергии водяными каплями.

При распространении радиоволн на значительные расстоя­ ния затухание может сильно ослабить зондирующий и отра­ женный сигналы и уменьшить дальность действия станции. Поэтому при определении реальной дальности действия радио­ локационных станций сантиметрового и смежных с ним диапа­ зонов волн приходится в формулу (6) вносить поправку на за­ тухание радиоволн.

Поглощающее действие паров воды наиболее сильно сказы­ вается на радиоволнах короче 0,5—0,6 см и на волнах около 1,3 см. Радиоволны длиннее 2 см парами воды практически не поглощаются

Поглощение кислородом резко возрастает на волне 0,5 см. В области более длинных волн оно доходит до 10—20 см, имея для этих волн сравнительно небольшое значение. Сле­ дует заметить, что затухание радиоволн, обусловленное погло­ щением кислородом, кроме участка -вблизи волны 0,5 см,

' Читателю, желающему более подробно ознакомиться с этим вопро­ сом, рекомендуем воспользоваться книгами: А. Ф. Богомолов, Основы ра­ диолокации, изд. «Советское радио», 1954. А. С. Локк, Управление сна­ рядами, ГИТТЛ, 1957.

264

Г Л А В А XI

И Н Ф Р А К Р А С Н А Я Т Е Х Н И К А

В предыдущих главах мы рассматривали только радиотех­ нические средства, их устройство и принцип работы. Несмотря на большое различие в конструкции этих средств, в их на­ значении и областях боевого использования, все они имеют одно общее свойство: использующиеся в них электромагнит­ ные колебания лежат в диапазоне радиоволн.

Однако общий спектр электромагнитных колебаний не ограничивается радиоволнами. Как видно из рис. 146, этот спектр имеет нижней границей волну в 1 • 10_п см, а верх­ ней — волну около 3 • 1010 см. Радиоволны занимают в спектре только один участок — от 20 000 м до десятых долей милли­ метра.

Участок спектра, лежащий между радио- и световыми вол­ нами, занимают инфракрасные волны *, верхним пределом ко­ торых служит волна длиной около 750 микрон 12, а нижним — волна, равная 0,76 ;i. Таким образом, инфракрасные волны смыкаются с одной стороны с видимой частью спектра, а с другой — с миллиметровыми радиоволнами. Резкой границы между инфракрасными, световыми и радиоволнами не суще­ ствует. Все они по своей природе являются электромагнит­ ными волнами, и границы между ними условные.

Также нет и четкого разделения инфракрасного диапазона на участки. Однако часто этот диапазон волн делят на три участка: длинноволновый (750—25 р,), средневолновый (25— 2,5 р) и коротковолновый (2,5—0,76 р). Такое деление в основ­ ном отражает различие в процессах возникновения инфракрас­ ных лучей.

Инфракрасные, лучи, непосредственно примыкающие к участку видимого спектра, обладают многими качествами,

266

67

Генераторы инфракрасных лучей. КЛшиболее простым, ши­ роко распространенным на практике источникам инфракрас­ ных лучей относятся нагретые тела. Тела, нагретые до высокой температуры, излучают вместе с инфракрасными лучами и лучи видимого спектра (это характерно для обычных электрических ламп накаливания, различных газоразрядных и ртутных ламп и т. п.). Но если температура тела ниже температуры, при ко­ торой возникает свечение, то оно излучает практически только невидимые для глаза инфракрасные лучи. К таким источникам относятся, например, нагретые части кораблей и в первую очередь его дымовые трубы, работающие двигатели автомоби­ лей, танков, самолетов и даже тело человека. Прием инфра­ красных лучей от этих источников позволяет не только обна­ руживать эти источники, но и определять направление на них и даже их местоположение.

Между температурой нагретого тела и спектром излучае­ мых колебаний существует определенная зависимость. Во-пер­ вых, с повышением температуры' нагретого тела сильно увели­ чивается интенсивность излучения, особенно в области больших температур. Во-вторых, с повышением температуры длина волны, на которой излучение максимально, смещается в сто­ рону более коротких волн.

Так, например, нагретые до температуры 75° трубы ко­ рабля излучают максимум энергии на волне около 8;х, а объекты, внешние элементы которых нагреваются до 200°,— на волне около 6;х. Таким образом, по температуре излучаю­ щего объекта можно достаточно точно определить интенсив­ ность излучения и волну, на которой происходит максимум излучения, и выбрать индикатор инфракрасных лучей.

Тела, нагретые до более высоких температур (примерно до 500°), начинают светиться, т. е. излучать не только инфракрас­ ные, но и видимые лучи. Поэтому если в военной аппаратуре в качестве генераторов инфракрасных лучей применяют лампы накаливания или другие источники, излучающие также и ви­ димые лучи, то для предотвращения излучения видимых лучей применяются специальные инфракрасные фильтры. Такие фильтры пропускают только инфракрасные лучи, а лучи види­ мого участка спектра поглощают.

Фокусирующие устройства могут быть линзовыми или зер­ кальными и служат для направленной передачи и приема энергии.

В качестве зеркальных фокусирующих устройств обычно применяются параболические зеркала (рис. 147) . Если излуча­ тель инфракрасных лучей поместить в фокусе такого зеркала, то они, отразившись от его поверхности, будут излучаться узким пучком. Наоборот, лучи, приходящие от удаленного источника, будут собираться в фокусе отражателя, что улучшает условия их приема. Такие зеркала могут иметь достаточно большие раз­

268