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

шика или специальной станции, постоянно иметь данные о направлении и дальности до места назначения.

Наземная приводная станция представляет собой радио­ локационный ответчик, приемник которого принимает и уси­ ливает сигнал запроса. Под действием принятого импульса включается передатчик станции, посылающий ответный сигнал.

Такие станции, направление и дальность которых нетруд­ но определить, облегчают вывод самолета к месту посадки или сброса на парашютах необходимых грузов.

Рис. 208. Применение маяка-ответчика на спасательной лодке позволяет обнаружить лодку и определить ее координаты на значительном уда­ лении

Большую помощь оказывает также применение радиоло­ кационных маяков при поиске спасательных лодок с экипа­ жами потерпевших аварию самолетов и кораблей. Для этого спасательные лодки оснащаются портативными и потребляю­ щими мало энергии радиолокационными маяками, ориенти­ руясь на которые самолет, вертолет или корабль может об­ наружить лодку и определить ее направление и дальность (рис. 208). При применении радиолокационного маяка значи­ тельно возрастает дальность обнаружения небольших спаса­ тельных лодок и ботов, отраженный сигнал от которых имеет, как правило, небольшую интенсивность и может быть не об­ наружен среди более мощных сигналов волнующейся поверх­ ности моря.

АВИАЦИОННЫЕ ИНФРАКРАСНЫЕ ПРИБОРЫ

Кроме рассмотренных нами средств самонаведения, ин­ фракрасная аппаратура может применяться также в каче­ стве:

—наземных маяков;

—самолетных средств наблюдения за наземными и -воз­

душными источниками инфракрасных лучей;

—самолетных пеленгаторов;

—приборов опознавания;

—приборов фотографирования.

Наземные инфракрасные маяки могут применяться для обозначения аэродромов и оборудования трасс полетов. Лет­ чики самолетов, оснащенных приборами обнаружения источ­ ников инфракрасных лучей, могут, используя наземные ин­ фракрасные маяки, вести самолеты по заданному маршруту и выводить их в район заданного аэродрома. Инфракрасные прожекторы используются также для обозначения взлетнопосадочной полосы в условиях светомаскировки. Портативные инфракрасные маяки могут применяться для вывода само­ лета в район десантирования грузов или парашютного де­ санта..

Самолетные средства наблюдения служат как для обнару­ жения наземных навигационных средств и определения на­ правления на них, так и для обнаружения различных боевых

Установленные на бомбардировщиках инфракрасные сред­ ства позволяют обнаруживать в условиях светомаскировки такие военно-промышленные объекты, как металлургические заводы, теплоэлектростанции и другие предприятия, излу­ чающие много тепла.

Самолетные инфракрасные пеленгаторы предназначаются для точного определения направления на наземный источник инфракрасных лучей. Они могут применяться и для опреде­ ления направления на воздушные цели, также обычно яв­ ляющиеся интенсивными источниками тепловых лучей.

Инфракрасная аппаратура опознавания используется для определения государственной принадлежности самолетов. Со­ стоит она из самолетного излучателя и приемника инфра­ красных лучей и действует н3 достаточно больших расстоя­ ниях.

Приборы инфракрасного фотографирования применяются для разведки поля боя и территории противника. Лучшее по сравнению с видимыми лучами прохождение инфракрасных лучей через дымку и туман позволяет фотографировать мест­ ность в дневных условиях на расстояниях, значительно превы­ шающих дальность действия обычных фотоаппаратов.

АВТОНОМНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ

Описанные выше импульсные радионавигационные сред­ ства наряду с положительными качествами имеют и недо­ статки, связанные с самим принципом их работы. Действи­

370

тельно, работа самолетной аппаратуры основана на приеме радиосигналов наземных станций., что ограничивает дальность ее действия. Кроме того, если наземная аппаратура выйдет из строя или ее сигналы перестанут проходить вследствие ухуд­ шения условий распространения радиоволн либо из-за помех, экипаж самолета лишится возможности определить местопо­ ложение самолета и вывести его в нужный район.

Поэтому ученые и инженеры в разных странах долго ра­ ботали над созданием автономной навигационной аппаратуры, которая могла бы работать без связи с наземными станциями.

Первым шагом к решению этой задачи было использование для навигации радиолокационных бомбоприцелов. Однако они могут применяться лишь в тех случаях, когда радиолокацион­ ное изображение местности известно и когда на ней имеются радиолокационные ориентиры. Но как, например, использовать радиолокационный бомбоприцел в качестве навигационного прибора, если самолет летит «ад морем, сплошным ледяным полем или пустыней, где вообще нет никаких ориентиров?

Применение компаса и приборов для определения воздуш­ ной скорости (скорости самолета относительно воздушной среды) тоже не обеспечивает точной автономной навигации, так как «е позволяет определить истинный маршрут самолета: ветер, скорость и силу которого эти приборы не определяют, влияет на направление и скорость полета самолета (рис. 209). Поэтому для определения действительного маршрута полета и положения самолета необходимо знать его путевую скорость (скорость относительно земли) и угол сноса, возникающий под действием ветра. Умножив путевую скорость на время полета, можно найти расстояние, которое пролетел самолет, а учтя

Рис. 209. Ветер влияет на направление и скорость полета са­ молета

угол сноса,— действительное направление его полета в каждый момент времени. Совместное использование .этих двух величин

ветра.

Определение путевой скорости и угла сноса, а следова­ тельно, и решение проблемы точной автономной навигации обеспечивается применением разработанных, как сообщается в заграничной печати, специальных радиолокационных нави­ гационных станций, работающих по принципу использования эффекта Допплера. С этим физическим явлением читатель встречался в разделе, посвященном описанию работы ра-

Рис. 210. При полете самолета к пункту приема к скорости распространения радиоволн с добавляется 'скорость само­ лета v

диолокационных взрывателей зенитных снарядов. Заклю­ чается оно в изменении частоты сигнала, излучаемого или принимаемого объектом, движущимся вдоль линии рас­ пространения этого сигнала или имеющим составляющую скорости, совпадающую с этой линией. При этом частота изменяется пропорционально составляющей скорости объекта, совпадающей с линией распространения сигнала: чем больше скорость, тем значительнее изменение частоты сигнала. При движении объекта в направлении, перпендикулярном линии распространения сигнала, частота не изменяется.

Это явление легко пояснить с помощью следующих мате­ матических соотношений.

Как известно, частота электромагнитных колебаний f свя­ зана со скоростью их распространения с и длиной волны Xсо­

Если источник электромагнитных колебаний приближается к пункту приема этих колебаний со скоростью v, то скорость распространения сигнала будет равна сумме скоростей распро­ странения электромагнитных колебаний и движения их источ­ ника (рис. 2 10 ), т. е. суммарная скорость будет равна с + v.

372

f' = ~T~ ■

Разность между частотами этих двух сигналов будет состав­

лять

С + V

Л/= / '-/ = ~1Г"

Из этой формулы следует, что изменение частоты сигнала пропорционально скорости движения источника колебаний вдоль линии распространения этого сигнала. Это соотношение указывает также и на то, что при движении источника излу-

Рис. 211. Автономная навигационная станция, работающая по принципу использования эффекта Допплера, излучает два ра­ диолуча

чения в направлении, перпендикулярном линии распростране­ ния колебаний, изменения частоты не произойдет.

Выведенное нами соотношение относится к случаю, когда движется источник колебаний, а приемник неподвижен. Од­ нако, проведя аналогичные рассуждения, читатель легко мо­ жет убедиться в том, что это соотношение справедливо и в том случае, если движется приемник, а источник колебаний неподвижен.

Радиолокационные навигационные станции, действующие по этому принципу, работают обычно в режиме непрерывного излучения, посылая радиоволны несколькими узкими лучами (рис 211). Эти лучи направлены под некоторым углом к по­ верхности земли, причем в случае применения двух лучей один из них лежит в вертикальной плоскости, совпадающей с про­ дольной осью самолета, а другой — в вертикальной плоскости, перпендикулярной ей. Первый радиолуч используется для опре­ деления путевой скорости, а второй — для измерения угла сноса.

373

Рассмотрим сначала, как определяется путевая скорость (рис. 212). При движении самолета частота попадающих на поверхность земли радиосигналов первого луча, лежащего в плоскости движения самолета, изменяется тем больше, чем выше скорость самолета.

Затем радиосигнал проходит обратный путь: отраженные от земной поверхности сигналы достигают самолета и прини­ маются радиолокационной станцией. При этом происходит вто­ ричное изменение частоты сигнала, также пропорциональное скорости самолета. Таким образом, частота излучаемого стан­ цией сигнала претерпевает двойное изменение, и, что самое главное, это изменение оказывается пропорциональным ско­ рости самолета. Поэтому, измерив отклонение частоты прини-

Рис. 212. Изменение частоты второго луча при возникно­ вении сноса самолета

маемого сигнала от сигнала, излучаемого самолетной стан­ цией, можно определить скорость самолета относительно земли. Все эти измерения производятся автоматически, и дан­ ные о разности частот сигналов непрерывно вводятся в счетно­ решающее устройство, которое вычисляет путь, пройденный самолетом.

Однако этих данных еще недостаточно для прокладки маршрута полета и определения местоположения самолета, так как остается неизвестным направление полета. Для полу­ чения сведений о направлении движения и используется вто­ рой радиолуч станции, лежащий в плоскости, перпендикуляр­ ной курсу самолета.

Пока направление полета совпадает с продольной осью самолета и боковой"снос самолета отсутствует, частота прини­ маемых отраженных радиосигналов второго радиолуча не из­ меняется и остается равной частоте излучаемого сигнала. Но как только под действием ветра самолет начнет сносить в сто­ рону (рис. 2 12 ), возникнет и перемещение самолета в плоско­ сти второго луча. К скорости сигнала добавится скорость

374

сноса самолета, что приведет к изменению частоты отражен­ ного сигнала. По величине этого изменения можно найти ско­ рость, а следовательно, и угол сноса самолета.

Таким образом, применение двух радиолучей позволяет не­ прерывно измерять путевую скорость и угол сноса, что можно использовать для прокладки маршрута самолета, и определять его положение, для чего необходимо только по показанию ком­ паса определять курс самолета.

В заключение отметим, что такие станции могут иметь в действительности не два, а четыре и даже восемь лучей. Однако принцип работы станции при этом не изменяется, уве­ личивается лишь точность ее работы.

Рис. 213. Определение угла сноса и путевой скорости с помощью навигационной станции с вращающимися радио­ лучами

В других случаях антенны самолетной станции, создающие два радиолуча, делаются подвижными и угол сноса самолета определяется путем их вращения вокруг вертикальной оси до тех пор, пока изменение частоты отраженных сигналов, при­ нимаемых двумя антеннами, не станет одинаковым.. Такое.ра­ венство двух частот получится тогда, когда оба луча будут находиться под одинаковым углом к направлению путевой ско­ рости (т. е. симметрично относительно истинного направления полета), так как только при этом составляющие скорости, проектируемые на плоскости, в которых происходит распро­ странение радиоволн, будут одинаковыми (рис. 213).

Антенная система станции вращается двигателем, приводи­ мым в движение автоматически действующим устройством, ко­ торое реагирует на разность в частотах поступающих входных сигналов. При разных частотах сигналов автоматически соз­ дается сигнал ошибки, который поворачивает антенну до тех

375

пор, пока частоты сигналов не станут равными и сигнал ошибки не исчезнет. При изменении угла сноса частоты опять сделаются разными и двигатель вновь повернет антенны на нужный угол. При этом угол между продольной осью самолета и средней линией между антеннами будет равен углу сноса самолета. Путевая скорость самолета определяется в этом слу­ чае по абсолютному изменению частоты отраженного сигнала.

Как указывается в литературе, оборудование самолетов описанными навигационными радиолокационными станциями упрощает самолетовождение по заданному маршруту, повы­ шает точность выхода в заданный район и значительно облег­ чает работу штурмана самолета, так как маршрут может про­ кладываться такими станциями автоматически и задача эки­ пажа в основном сводится к удержанию самолета на курсе, при котором истинный маршрут самолета совпадает с за­ данным.

СИСТЕМЫ ПОСАДКИ САМОЛЕТОВ НО ПРИБОРАМ

Применение радиолокационных и радионавигационных средств в военно-воздушных силах расширило возможности боевой и транспортной авиации, позволив самолетам летать в сложных метеорологических условиях — при сплошной и низ­ кой облачности, в дождь, снегопад Но для бесперебойной воз­ душной навигации в этих условиях указанных средств недоста­ точно. Кроме вывода самолетов в район расположения нуж­ ного аэродрома, летчик должен найти аэродром, снизиться и совершить посадку. Для этой цели была разработана аппара­ тура посадки самолетов по приборам в сложных метеорологи­ ческих условиях и ночью, называемая иногда аппаратурой «слепой» посадки самолетов.

В настоящее время существует несколько типов аппаратуры этого назначения. Рассмотрим некоторые, наиболее характер­ ные из них.

Система посадки по показанию самолетных приборов, на­ зываемая иногда системой посадки самолетов с заданием ли­ нии планирования по приборам, представляет собой сложный комплекс радиолокационных, радиопеленгационных, радио­ связных и светотехнических средств. Она используется для при­ вода самолетов в район аэродрома, наблюдения за полетами в районе аэродрома, передачи самолетам команд по радио, управления полетом самолетов при заходе на посадку, а также для снижения самолета до определенной высоты, при которой летчик может увидеть посадочные огни и осуществить визуаль­ ное приземление.

Принцип действия этой аппаратуры состоит в следующем

(рис. 214).

Самолет, вышедший в район аэродрома с помощью при­ водных радиостанций, самолетного радиолокационного бом-

376

Рис. 214. Схема размещения аппаратуры посадки самолетов по приборам:

7 — диспетчерский пункт; 2 — диспетчерская радиолокационная станция; 3 — маркерные радиомаяки; 4 — курсовой радиомаяк (СД — равйосигнальная зона курсового маяка); 5 — глиссадный маяк (А В — равносигнальная зона глиссадного маяка); 6 — светотехнические

средства

бардировочного прицела или других навигационных средств, попадает в зону действия наземной обзорной радиолокацион­ ной станции и обнаруживается ею. Выносной индикатор круго­ вого обзора этой станции устанавливается на диспетчерском пункте. Диспетчер наблюдает всю воздушную обстановку в районе аэродрома и заблаговременно дает необходимые ука­ зания летчикам о порядке посадки приближающихся самоле­ тов. Для индивидуального опознавания самолетов он может использовать автоматический радиопеленгатор, указывающий направление на самолет, с которым поддерживается радио­ связь.

Сравнивая направление, указываемое радиопеленгатором, с расположением отраженных сигналов на индикаторе круго­ вого обзора станции, диспетчер может опознать сигналы от са­ молетов и установить местоположение самолета, с которым он поддерживает радиосвязь. Для облегчения работы диспетчера может применяться схема, при помощи которой сигналы авто­ матического радиопеленгатора воспроизводятся непосред­ ственно на экране индикатора радиолокационной станции кру­ гового обзора (рис. 215).

С помощью этих средств диспетчер оценивает воздушную обстановку и определяет ориентировочный порядок посадки приближающихся самолетов, направляя при необходимости часть из них в зону ожидания.

Для контроля за полетами самолетов в непосредственной близости от аэродрома и в период их захода на посадку в со-

377