Развитие загоризонтной радиолокации в США

Военно-воздушные силы /
Продолжая гонку вооружений, агрессивные милитаристские круги тратят громадные средства на разработку и производство различного оружия и военной техники. Значительная доля этих средств идет на выполнение НИОКР в области создания военной радиоэлектронной техники, в том числе и загоризонтных радиолокационных станций. Зарубежная печать сообщает, что эти станции привлекли внимание Пентагона возможностью «просматривать» воздушное пространство и местность на несколько тысяч километров.

В основу работы загоризонтных РЛС положено свойство радиоволн КВ диапазона (2—30МГц) распространяться на большие расстояния за счет многократного последовательного отражения от ионосферы и от земной поверхности. Американские специалисты при разработке таких станций рассматривают два варианта размещения приемной и передающей аппаратуры: на противоположных концах трассы распространения радиоволн (РЛС прямого распространения) и в одном пункте (РЛС обратного распространения). При появлении на пути распространения импульсов РЛС каких-либо препятствий, например ионизированного следа от выхлопных газов ракетного двигателя, сигналы или искажаются (в станциях прямого распространения) или рассеиваются и частично отражаются в направлении пункта излучения (в станциях обратного распространения). Эти искажения или отражения регистрируются соответствующей аппаратурой, которая определяет азимут и расстояние до облученного объекта.

По мнению американских специалистов, загоризонтные РЛС можно применять для обнаружения ракет, ИСЗ (летящих ниже высот максимальной ионизации), ядерных взрывов.

По данным американской печати, многолетние исследования в области загоризотной радиолокации в США выявили следующие основные специфические особенности, отличающие ее от обычной радиолокации: неоднозначность измерений дальности до цели, низкая разрешающая способность, плохая помехоустойчивость, сложность антенных систем и воздействие замираний радиоволн (фединги).

Неоднозначность измерении дальности до цели обусловлена многократностью отражения электромагнитной энергии из-за наличия в ионосфере нескольких ионизированных отражающих слоев Чтобы устранить это явление, американские специалисты учитывают время распространения излучаемой энергии на данной частоте по каждому пути в зависимости от сезонных изменений ионосферы и колебаний слоя. Для получения данных о положении отражающих слоёв ВВС США совместно с загоризонтными РЛС AN/FPS-53 и AN/FPS-95 используют специальную аппаратуру зондирования ионосферы AN/GSQ-93.

Дальнейшим путем решения этой проблемы, по сообщениям иностранной печати, явилось приспособление самих РЛС для автоматического определения параметров ионосферы. При этом в качестве контрольных ориентиров используются острова, реки, озера, горы, города, границы раздела суши и воды, точные расстояния до которых известны. Антенны этих РЛС должны изменять положение луча диаграммы направленности по углу места.

Неоднозначность измерений дальности американские специалисты устраняют таким же методом, как и в обычных РЛС, то есть путем выбора соответствующей частоты повторения импульсов. Сообщается, что при частоте повторения импульсов 50 Гц дальности до цели однозначно определяются в пределах до 3000 км.

Низкая разрешающая способность загоризонтных РЛС по азимуту объясняется значительно более широкой диаграммой направленности их антенных систем, чем у обычных РЛС сантиметрового и дециметрового диапазонов волн. По мнению иностранных специалистов, сужение диаграммы направленности антенных систем за счет увеличения их размеров в ряде случаев трудно осуществить. Например, для получения разрешающей способности по азимуту в 1°, что соответствует линейному размеру 17,5 км на удалении 1000 км, потребуется антенная система длиной 2 км.

Низкая помехоустойчивость обусловлена воздействием на работу РЛС помеховых сигналов, возникающих в атмосфере и поступающих из космического пространства (внешние шумы), а также отраженных от земной поверхности радиоволн.

Серьезную трудность для загоризонтной ралиолокации создают помехи от северных сияний и метеоритных следов. На экранах индикаторов РЛС эти помехи появляются в виде мощных видеосигналов, среди которых практически невозможно обнаружить действительные цели. По данным зарубежной печати, эта проблема особенно остро встала перед специалистами ВВС США в связи с их стремлением использовать загоризонтные РЛС для обнаружения пусков ракет при наблюдении через Северный полюс. Кроме создания помех, северные сияния нарушают стабильность пути распространения электромагнитной энергии, когда отражающий участок ионосферы расположен в районе северного сияния и даже тогда, когда он находится в стороне от него. В последнем случае помехи попадают в приемное устройство станции по боковым лепесткам диаграммы направленности приемных антенн.
Для изыскания возможности устранения воздействий северных сиянии на работу РЛС американские специалисты провели на Аляске в 1973—1971 годах специальные исследования по программе «Поляр кэп» 3, в процессе которых были получены положительные результаты и найдена возможность использования загоризонтных РЛС, находящихся на Североамериканском континенте для наблюдения через Северный полюс.

В результате исследований специалисты ВВС США пришли также к выводу, что мощность сигналов, отраженных от земной поверхности, превышает мощность сигналов от целей на 40—80 дБ. Для выделения этих сигналов применяется аппаратура селекции движущихся целей (с использованием эффекта Доплера). Основным элементом американской аппаратуры, обеспечивающей такое выделение, является корреляционный процессор с запоминающим устройством на магнитном барабане В начале 60-х годов, во время испытания загоризонтных РЛС на восточном побережье США, с помощью этой аппаратуры на фоне поверхности океана обнаруживались летящие самолёты.

Сложность антенных систем обусловлена необходимостью получения большого коэффициента усиления для того, чтобы увеличить дальность обзора, повысить разрешающую способность, а также улучшить другие характеристики загоризонтных РЛС. Созданные в США антенные системы имеют, по данным зарубежной печати, большой коэффициент усиления в широком диапазоне частот и возможность изменять положение луча по углу места и осуществлять обзор в широком секторе но азимуту. Отмечается, что эти системы громоздки и сложны по конструкции. Например, экспериментальная станция , построенная в начале 60-х годов на Атлантическом побережье США, имеет антенную систему в виде расположенных в два ряда 20 рупорных излучателей, ширина которой 98 м, высота 43 м. Такая антенная система формирует луч шириной 10’ и обеспечивает обзор пространства по азимуту в секторе 60° (в пределах 47—107° от северного направления меридиана). Изменение положения луча РЛС «Мадре» в вертикальной плоскости осуществляется механически. Излучаемая мощность станции 5—50 кВт. Позади этой антенны была построена другая шириной 27 м, предназначенная для работы в противоположном направлении. Иностранная печать сообщает, что антенные системы у современных загоризонтных РЛС значительно сложнее, поскольку обеспечивают излучение средней мощности в несколько сот киловатт и работают в широком диапазоне частот (от нескольким МГц до нескольких десятков МГц). Ширина этих антенн достигает 300 м.

При доплеровской обработке сигналов луч РЛС задерживается в районе цели для получения требуемого разрешения доплеровских частот и необходимого подавления отражений от земной поверхности Так, в РЛС «Мадре» задержка луча на цели может быть до 10 с. В связи с этим американские специалисты считают наиболее целесообразным иметь в составе станции отдельно передающую и приемную антенны. Для упрощения конструкции антенной системы в целом они применяют передающую антенну с широким лучом, а приемную — с несколькими веерообразными лучами, перекрывающими такое же пространство, что и передающая.

В результате изменения поляризации сигнала при его отражении от встретившегося ионизированного следа ракеты иногда появляются замирания (фединги). Для их уменьшения американские специалисты считают необходимым применять антенны, принимающие сигналы, поляризованные в ортогональных плоскостях. Они отмечают, что наиболее эффективно было бы использовать антенны с круговой поляризацией, однако создать такие антенны КВ диапазона очень сложно.

Зарубежная печать отмечает, что трасса распространения электромагнитной энергии зависит от рабочей частоты РЛС, периодических и спорадических изменений состояний ионосферы под воздействием солнечной радиации, поэтому эти РЛС должны работать на нескольких частотах. Американские специалисты считают, что в зависимости от состояния ионосферы заданное расстояние может быть перекрыто одной частотой или для этого потребуется 3 — 5 частот, то есть для успешного использования РЛС необходимо знать в реальном масштабе времени состояние ионосферы и степень согласования с нею параметров излучения РЛС.

Возможности загоризонтных РЛС определяются их географическим местоположением, протяженностью и количеством используемых скачков. Так как протяженность скачка изменяется во времени и пространстве и, как правило, составляет 2000 — 2200 км при отражении от слоя Н и 3000 — 4000 км при отражении от слоя F, то считается, что дальность действия более 4000 км может быть достигнута работой не менее чем на двух скачках, но при этом другие характеристики станции (точность определения координат цели, разрешающая способность, вероятность обнаружения) ухудшаются.

На основании многолетних исследований американские специалисты пришли к выводу, что современный уровень развития загоризонтной радиолокации позволяет создавать станции со следующими тактико-техническими данными:

  • дальность действия 1000 — 4000 км (при односкачковом распространении);
  • зона обзора по азимуту 360° (практически 60—120°);
  • разрешающая способность по дальности около 2 км (более типична 20—40 км), по угловым координатам около 1°, по скорости цели около 3 км/ч (для РЛС с частотой 20 МГц при разрешении доплеровских частот в 0,1 Гц);
  • точность определения дальности 2 км (относительно других объектов, наблюдаемых РЛС) и 10—20 км (абсолютная) при хорошей оценке трассы.

Поскольку загоризонтные РЛС имеют на порядок большую дальность действия, чем обычные РЛС, то считается целесообразным применять их для таких целей и в тех географических районах, когда обычные РЛС по тем или иным причинам нельзя использовать. К новым задачам, которые могут быть возложены на загоризонтные РЛС, американские специалисты относят обнаружение самолётов в воздухе и управление воздушным движением, а также оценку состояния моря на больших удалениях.

Управление воздушным движением с помощью загоризонтных РЛС над крупными водными пространствами считается особенно оправданным, так как одна такая станция с зоной обзора по азимуту 120° и дальностью действия 1000—4000 км обеспечивает наблюдение над районом площадью почти 16 млн. кв. км. В пределах этой зоны РЛС может обнаруживать самолёты и определять их местоположение, а также следить за ними. Обнаружение самолётов на фоне морской поверхности основано на том, что спектр доплеровских частот сигнала, отраженного от морской поверхности, значительно уже спектра частот, отраженного от летящего самолёта.

Зарубежная печать сообщает, что проведенные специалистами ВВС США эксперименты по использованию загоризонтных РЛС для управления воздушным движением над Атлантическим океаном (между США и Великобританией) подтвердили их теоретические расчеты. При этом низкая разрешающая способность по азимуту компенсировалась хорошей разрешающей способностью по скорости цели.

На рис. 1 показан график дальностей до самолётов, которые определялись центрами управления полетов (сплошные линии) и загоризонтной РЛС (кружочки). В результате анализа этого графика иностранные специалисты пришли к выводу, что данные, полученные от обоих источников, согласуются вполне удовлетворительно.

График изменения дальностей до самолётов во времени, полученный с помощью средств центров управлении полетами (сплошные линии) и загоризонтной РЛС (кружочки)Рис 1. График изменения дальностей до самолётов во времени, полученный с помощью средств центров управлении полетами (сплошные линии) и загоризонтной РЛС (кружочки)

Высоту полета самолётов предполагается определять по данным самолётных радиолокационных высотомеров, поступающим на РЛС от специальных бортовых ответчиков КВ диапазона. Считается, что с их помощью можно будет решать задачи опознавания самолётов и частично обеспечивать дальнюю связь с ними.

Для управления воздушным движением над Атлантическим океаном потребуется построить две загоризонтные РЛС — одну в США, а другую в Испании (рис. 2).

Схема размещения загоризонтных РЛС для обеспечения управления воздушным движением над АтлантикойРис. 2. Схема размещения загоризонтных РЛС для обеспечения управления воздушным движением над Атлантикой

Состояние моря может оцениваться с помощью выделения из спектра доплеровских частот отраженного сигнала его низкочастотной части, содержащей нужную информацию о высоте волн и направлении их движения (соответственно и направление ветра) в интересующем районе. Практическая проверка такой возможности проводится на о. Сан-Клименто (штат Калифорния). При этом изучается применение этих РЛС для определения высоты, направления движения волн, измерения параметров поверхностных течений и оценивается возможность использования сигналов, отраженный от морской поверхности, в качестве эталонов для калибровки самих станций.

Необходимость в такой калибровке возникает в связи с тем, что потеря энергии при распространении сильно изменяется во времени и не подлежит прогнозу, а поэтому является следствием ошибок измерений. В экспериментах по оценке возможности использования отраженных сигналов для калибровки загоризонтных РЛС применялась станция, излучающая сигналы одновременно более чем на 100 частотах (в диапазоне 2—25 МГц), и осуществлялась когерентная обработка отраженных сигналов, принятых на каждой частоте. Мощность передатчика в импульсе составляла 75 кВт при длительности импульсов 20, 50 и 100 мкс и частоте их повторения 200 Гц.

Карта метеорологической обстановки в Атлантике 31 августа 1972 года по данным метеорологических станций и загоризонтной РЛС
Рис. 3. Карта метеорологической обстановки в Атлантике 31 августа 1972 года по данным метеорологических станций и загоризонтной РЛС (шкала расстояний от РЛС по азимуту 107' дана в морских милях). На стрелках направления ветра каждая поперечная черточка обозначает скорость ветра 10 узлов, а половина черточки — 5 узлов.

Изучение возможности загоризонтных РЛС для оценки состояния моря и измерения параметров поверхностных течений проводились в США с помощью РЛС «Мадре», работавшей на частоте 16,6 и 22,9 МГц при длительности импульса 500 и 800 мкс и частоте повторения импульсов 22,5 и 11 Гц. При использовании слоя Е обеспечивался обзор на расстояниях 800 — 2200 км, а при использовании слоя F — 3700 км и более. Результаты сравнительной оценки состояния погоды в Атлантическом океане (между США, Европой и Африкой) приведены на рис. 3. Американские специалисты считают, что эти результаты подтверждают возможность использования загоризонтных РЛС для определения состояния моря, а также направления и скорости ветра в интересующих районах океана. Дальнейшие работы было рекомендовано направить на повышение точности измерений и совершенствование техники.
  • alldmi
  • 0
  • 0

Похожие записи

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.