3.1.2. Способы и средства наблюдения в радиодиапазоне

Радиолокационное и радиотепловое наблюдение осуществляется в радиодиапазоне электромагнитных волн с помощью способов и средств радиолокации и радиотепловидения.      

Для получения радиолокационного изображения в радиолокаторе формируется зондирующий узкий сканирующий (перемещающейся по определенному закону по горизонтали и вертикали) луч электромагнитной волны, которым облучается пространство с объектом наблюдения. Отраженный от поверхности объекта радиосигнал принимается радиолокатором и модулирует электронный луч электронно-лучевой трубки его индикатора, который перемещаясь синхронно с зондирующим лучем «рисует» на экране изображение объекта. Принципы радиолокационного наблюдения показаны на рис.3. 6.     

Рис. 3.6. Принципы радиолокационного наблюдения.      

Радиолокационное изображение существенно отличается от изображения в оптическом диапазоне. Различие обусловлено разными свойствами отражающей поверхности объектов в оптическом и радиодиапазонах.      

Отраженная энергия в радиодиапазоне пропорциональна площади поверхности и конфигурации объекта, электрической проводимости поверхности. Отражательная способность объекта или его элементов характеризуется эффективной площадью рассеяния.      

Эффективная площадь рассеяния равна площади идеальной плоской поверхности, перпендикулярной к направлению облучения и помещенной в точке нахождения объекта, которая создает у приемной антенны радиолокатора такую же плотность потока мощности, как реальный объект.      

Основными показателями радиолокационных средств наблюдения являются следующие:      

- дальность наблюдения;      

- разрешающая способность на местности.      

Дальность радиолокационного наблюдения зависит от излучаемой радиолокатором энергии (мощности передатчика локатора) и характеристик среды распространения электромагнитной волны. Ослабление электромагнитной волны при ее распространении определяется длиной волны и степенью ослабления ее в атмосфере. Чем короче длина волны, тем прямолинейнее ее путь распространения и тем больше она затухает в атмосфере. Но одновременно тем выше может быть обеспечена разрешающая способность радиолокатора на местности.      

Разрешение радиолокатора на местности определяется величиной пятна, которое создает луч радиолокационной станции при облучении поверхности объекта или местности. Пятно тем меньше, чем уже диаграмма направленности антенны радиолокатора. Последняя, в свою очередь, определяется соотношением геометрических размеров конструкции антенны и длины волны. Кроме того, следует иметь ввиду, что электромагнитная волна отражается от объекта или его деталей, если их размеры, по крайней мере, соизмеримы с длиной волны. Если размеры их значительно меньше, то волна эти объекты огибает. В связи с этими с этими соображениями наиболее широко в радиолокации применяется сантиметровый диапазон с тенденцией перехода в мм-диапазон.      

По дальности действия наземные радиолокаторы различаются на малой, средней, большой дальности и сверхдальнего действия. РЛС малой дальности применяют для обнаружения людей и транспортных средств на расстоянии в сотни метров, средней - единицы км, большой - десятки км. Точность определения координат наземных РЛС составляет по дальности 10-20% и около градуса по азимуту.      

Сверхдальные РЛС используют эффект, открытый в 60‑е годы  Н. И. Кабановым. Этот эффект состоит в способности радиоволн в декаметровом диапазоне распространяться на большие расстояния не только в прямом, но и обратном направлениях. Отражаясь от объектов на земной поверхности на удалении 800-4000 и более км от РЛС, электромагнитные волны, несущие информацию об их демаскирующих признаках, принимаются и регистрируются приемником радиолокатора. Однако из-за нестабильности ионосферы разрешение таких РЛС значительно хуже, чем у надгоризонтных радиолокаторов.      

Повышение разрешающей способности радиолокаторов без значительного увеличения размеров антенны, что особенно важно для воздушного и космического радиолокационного наблюдения, обеспечивается в радиолокационных станциях бокового обзора (РЛС БО). Они размещаются на самолетах и разведывательных КА.      

В РЛС БО применяются два вида антенн: вдольфюзеляжные и с синтезированной (искусственной) апертурой антенны (РСА).      

Принцип работы радиолокатора бокового обзора иллюстрируется на рис. 3.7.  

Рис.3.7. Принцип работы радиолокатора бокового обзора.      

Элементы антенны первого вида размещают вдоль фюзеляжа самолета с обеих его сторон или в подвесном контейнере-обтекателе. Благодаря этому размер антенны можно увеличить до 15 м. Такая антенна создает в боковом направлении узкую (доли градусов) диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и широкую - в вертикальной. В текущий момент времени она облучает на земной поверхности площадку шириной х и длиной у (см. рис.3.7). Так как зондирующий сигнал проходит до элементов этой площадки и после отражения к антенне разные пути, то лучи в точке приема имеют разные фазы. На приемной стороне сигналы, отраженные от разных участков площадки, упорядочиваются по фазе, в результате чего обеспечивается возможность увеличить разрешение в вертикальной плоскости до значения, соответствующего шагу дискретизации фазы. Величина же шага ограничивается точностью определения точности фазы и возможностями бортового компьютера.

Просмотр земной поверхности по направлению полета самолета или космического аппарата производится за счет движения носителей РЛС      

БО с разрешением на местности, соответствующему ширине диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости - по азимуту.

Повышение угловой разрешающей способности РЛС с синтезированной апертурой антенны основано на формировании узкой диаграммы направленности по азимуту с помощью искусственно создаваемой антенной решетки. Диаграмма направленности антенной решетки, формируемой в результате когерентного (с учетом фазы) сложения радиоволн от n одинаковых ее элементов размером d, что и антенна размером nd.      

В РЛС применяется небольшая антенна, широкая диаграмма направленности которой неподвижна относительно самолета и направлена перпендикулярно линии полета. При полете самолета антенна РЛС последовательно занимает в пространстве положения на прямой траектории полета самолета, эквивалентные положениям элементам гипотетической антенной решетки. В результате запоминания сигналов, последовательно принимаемых антенной в каждой точке траектории полета самолета, и их когерентного суммирования достигается существенное повышение разрешающей способности на местности. Размер решетки (синтезированной апертуры) соответствует длине участка траектории, на котором производится запоминание и когерентное суммирование сигналов. Используя этот метод, можно увеличить разрешающую способность РЛС по азимуту в 100 и более раз [15].