Особенности работы современного средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП)

дипломная работа

1. История развития

В наше время наличие на судне РЛС стало де-факто стандартом, отсутствие на мостике современного судна радара или САРП может привести штурмана в недоумение. Однако, как вы понимаете, такое было далеко не всегда. Начало развитию радиолокации в нашей стране было положено ещё известным ученым Поповым А.С., изобретателем радио. Именно им был впервые замечен эффект отражения радиоволн от металлических объектов.

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А.Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б.К. Шембель, В.В. Цимбалин и П.К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю.Б. Кобзарев, П.А. Погорелко и Н.Я. Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см2).

Параллельно с исследованиями российских, а затем и советских ученых, над проблемой радиолокации трудились также в ряде европейских стран, а также в США. Отметим вкратце эти этапы становления и развития радиолокации.

Часто считают, что РЛС была британским изобретением, возможно потому, что британцы первыми начали ее систематическое использование для задач ПВО. Однако, в действительности, исследования велись параллельно также в Германии, Италии, Франции и Соединенных Штатах.

Базовые принципы работы РЛС были сформулированы уже достаточно давно и были известны всем. В 1888 году, немецкий физик Генрих Герц доказал, что электромагнитные волны, которые после этого стали называть волнами "Герца", ведут себя подобно лучам света, и могут быть собраны в один луч, и отражаться от металлической поверхности, давая ответный сигнал, который может быть принят.

Через несколько лет, в 1904 году, инженер из Дюссельдорфа по имени Христиан Хулсмайер затребовал патент на изобретенный им "радиофонический измерительный аппарат", который состоял из расположенных рядом передатчика и приемника. Эти устройства были объединены таким образом, что волны, излучаемые передатчиком, запускали приемник, если они отражались от металлического объекта. Этот аппарат, который немецкий инженер назвал телемобилскопом, был способен принимать звуки, подобные звону колокольчика, принимая отраженные электромагнитные волны от металлических объектов на расстоянии нескольких сотен ярдов.

Небольшой шаг был сделан в 1922 году, когда Гильермо Маркони, во время конференции, проводившейся Институтом американских радиоинженеров, разъяснил практическую ценность использования радиоволн для навигации на море. Он рассказал о предполагаемом аппарате, способном излучать электромагнитный луч в определенном направлении, который при встрече с металлическим объектом, вроде корабля, отражался бы назад.

В 1933 году, в присутствии итальянского военного командования, Маркони продемонстрировал "интерференцию" при приеме сигналов, которая возникала при проезде автомобиля рядом с радиолучом радиостанции связывавшей Рим и Кастенгандолфо, работавшей на длине волны 90 см.

Инициатива Маркони закончилась формальным предложением, которое было одобрено Министерством войны Италии в 1935 году, о постройке Радио-детекторного телеметра (RDT).

Однако, наиболее важный вклад в разработку РЛС был сделан двумя американскими физиками - Грегори Брейтом и Мерле Туве в 1924 году. Они провели серию экспериментов, в которых использовали радиоимпульсы для определения высоты слоя ионизированного газа, который окружает Землю. Измеряя время задержки отраженного от газового слоя импульса и его возвращения к Земле, они обнаружили, что ионизированный газовый слой находится на высоте примерно 110 км и, что он отражает радиоволны.

В Германии, в начале 1930 года, доктор Рудольф Кунхольд, руководитель Управления исследований германских ВМС, пытался разработать аппарат способный обнаруживать под водой цели методом отражения от них звуковых волн; в настоящее время такой аппарат называется сонаром. Проводя свои эксперименты, доктор Кунхольд понял, что достижимо под водой может быть также достигнуто и в воздухе при помощи радиоволн. Он провел в этой новой области серию экспериментов и применил в своем приборе новую электронную лампу производства голландской компании Philips, способную генерировать мощность 70 Вт на частоте 600 МГц - что было довольно внушительно в то время. Кунхольд закончил постройку своей РЛС в 1934 году в научно-исследовательских лабораториях германских ВМС в Пелзерхакене. Представление нового аппарата высокопоставленным военно-морским офицерам имело большой успех, поскольку кроме способности обнаруживать корабль на дальности 11 км РЛС также, обнаружила и небольшой самолет, который случайно появился в том месте.

В Соединенных Штатах, исследования по РЛС велись и в Управлении Signal Corps, и в исследовательской лаборатории ВМС, работавших независимо. В 1936 году, исследовательская лаборатория ВМС разработала опытный образец РЛС, которая работала на частоте 200 MГц. Первая серия этих систем, под торговой маркой CXAM, в 1941 году была установлена на кораблях основных соединений ВМС. В 1939 - 1941 годах Signal Corps разработало большой дальности РЛС под обозначением SCR-270. Одна из таких систем принимала участие в отражении атаки японцев на Перл-Харбор утром 7 декабря 1941 года. Однако, хотя оператор РЛС и получил ответные сигналы от приближающихся самолетов, никто не привел корабли, стоявшие в порту, в боевую готовность.

Первоначально, в Великобритании, исследования в области коротких волн велись исключительно в научных целях, типа определения высоты некоторых слоев ионосферы, обнаруженных в 1926 году британским физиком Е.В. Апплетоном (слои Апплетона). Однако, на горизонте собирались грозовые тучи войны и понимание того, что Великобритания особенно уязвима для воздушных налетов, привело к значительному стимулированию научных работ в попытке наверстать упущенное время.

Первые результаты этих работ были получены, когда физику Роберту А. Уотсону-Ватту - потомку известного Джеймса Ватта, давшего свое имя единице измерения электрической энергии, удалось визуализировать радиосигналы при помощи катодно-лучевой трубки Брауна и определить электро-оптическим способом время распространения излучения. Через несколько лет, в 1935 году, Уотсон-Ватт разработал первое практически применимое оборудование для обнаружения присутствия самолетов.

РЛС, как считается, не является инструментом РЭБ; это, скорее, главная цель РЭБ - противник, которому следует противодействовать. РЛС - электронный глаз, который может видеть в темноте и тумане и, который может проникать через дымовые завесы. Она может обнаруживать приближение противника на намного больших расстояниях, чем не вооруженный человеческий глаз; она может наводить орудийный огонь в условиях плохой видимости и может даже обеспечить информацией о топографических особенностях местности.

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьма сложному алгоритму (наиболее распространен код Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезных научных работ и изысканий.

Делись добром ;)