История радиолокации РЛС «Куб»
«Локация» - определение местоположения объекта. В зависимости от вида используемых сигналов различают: – радиолокацию; – оптическую локацию; – тепловую локацию; – звуковую локацию; – гидролокацию.
Звуковая локация Обнаружение самолетов по звуку их двигателей впервые применено в годы 1-й Мировой войны Звукоулавливатель самолетов (ЗУС) в составе ПУАЗО – приборов управления артиллерийским зенитным огнем, СССР, 1930 г. Звуколокатор, Великобритания
Звуколокаторы японской армии
Впервые отражение радиоволн наблюдал и экспериментально исследовал Г. Герц в 1888 г. А.С. Попов в 1897 г. во время опытов по радиосвязи на Балтийском море зарегистрировал влияние корабля, пересекающего радиотрассу, на уровень принимаемого сигнала.
Кристиан Хюльсмайер Первый патент на радиолокатор К. Хюльсмайер (Германия,1904 г.): «Телемобилоскоп» - устройство для обнаружения корабля по отраженным от него радиоволнам.
«Телемобилоскоп» К. Хюльсмайера Действующий макет: дальность действия 3 км. Когерер
Активная локация основана на излучении локатором зондирующего сигнала и приеме сигнала, отраженного от объекта. Пассивная локация основана на приеме сигналов, излучаемых самим объектом. Принципы радиолокации, заложенные Хюльсмайером
Измерение дальности и угловых координат цели
Разрешающая способность РЛС по дальности обусловлена длительностью импульса t, а по угловым координатам – азимуту и углу места) – шириной диаграммы направленности антенны DQ и Dj.
Состав импульсной радиолокационной системы (РЛС) Индикатор дальности Индикатор кругового обзора Антенна
Скорость объекта может быть вычислена по измеренным значениям его координат в разные моменты времени или определена с использованием эффекта Доплера : при взаимном сближении излучателя и приёмника длина волны, воспринимаемая приемником, уменьшается по сравнению с длиной волны излучателя, а при удалении – увеличивается.
Попытка продолжить исследования Хюльсмайера была предпринята в России в 1914 г. В 1922 г. в США выдвинута идея о применении интерференции непрерывных колебаний для обнаружения движущихся объектов. В 1924 г. в Великобритании измерена высота ионосферы по отраженному непрерывному сигналу, в 1925 г. в США – то же на импульсном сигнале. В 1930 г. советские ученые Леонид Мандельштам и Николай Папалекси разработали теорию измерения расстояний с помощью интерференции волн.
Первые практические результаты в радиолокации получены в 1934 г. в СССР, Германии, США, Великобритании Вопрос о приоритете остается открытым.
М.А. Бонч-Бруевич А.И. Берг В СССР разработкой радиотехнических средств оборонного назначения руководили М.А. Бонч-Бруевич и А.И. Берг. Первый проект РЛС предложил П.К. Ощепков. П.К. Ощепков
После первых удачных экспериментов к работам по радиообнаружению самолетов была привлечена группа инженеров под руководством Б.К. Шембеля. В рамках проекта системы радиообнаружения самолетов «Электровизор» были разработаны опытные образцы нескольких радиопеленгаторов и радиоискателей с антеннами разных типов.
Двухантенный радиоискатель. СССР, 1935 г. Шембель Б.К. Двухантенный радиоискатель «Буря». СССР, 1935 г.
Первая отечественная серийная РЛС РУС-1 на базе опытной установки «Ревень» Разработана в 1938 г. на основе идей П.К. Ощепкова в КБ Д.С. Стогова. Принята на вооружение в 1940 г. Первое боевое применение во время финской военной кампании 1939 – 1940 гг.
Принцип действия РУС-1: создание радиозавесы, при пересечении которой фиксируются биения, вызванные интерференцией прямой и отраженной волн.
Импульсная РЛС РУС-2, 1940 г. ( «Редут», 1941 г.) Разработчики РЛС РУС-2: А.А. Малеев, Ю.Б. Кобзарев, П.А. Погорелко, Н.Я. Чернецов
Технические характеристики РЛС РУС-2: Раздельные передающая и приёмная антенны, установленные на крышах синхронно вращающихся кабин-аппаратных (в режиме обзора – 1 оборот/мин). Высота подъема антенны 12м. Рабочая частота 75 МГц. Мощность излучения 70 – 120 кВт. Максимальная дальность обнаружения 150 км. Особенности усовершенствованной РЛС «Редут»: Одна вращающаяся приёмо-передающая антенна на крыше неподвижной кабины. Максимальная дальность обнаружения 200 км.
Экран РЛС РУС-2 «Редут»
Применение РЛС «Редут» обеспечило раннее обнаружение немецких самолетов. Был спасен Балтийский флот, защищавший Ленинград с моря.
Григорий Иванович Витвицкий, В 1941 г. – старший лейтенант, командир расчета РЛС «Редут» В 70-х годах - преподаватель кафедры «Радиотехника» ППИ
Первая серийная советская авиационная РЛС «Гнейс-2», 1942 г.
В Германии исследования в области радиолокации также начались в 1934 г. под руководством Ханса Хольмана (Hans Eric h Hollmann). Уже к 1935 г. были достигнуты серьезные успехи, а в 1937 г. на вооружение Германии были поставлены РЛС «Freya», « Seetakt » и др. Хольман впервые в истории применил в РЛС магнетроны. Перед началом второй мировой войны Хольман эмигрировал в США и во многом способствовал развитию американских РЛС.
РЛС Германии времен Второй мировой войны РЛС Seetakt : Частота 368 - 390 МГц, длина волны 82 - 77 см. Длительность импульса 3 мкс, период повторения 2000 мкс. РЛС Freya
РЛС Wurzburg-Riese (Германия) Частота 560 МГц. Диаметр зеркала 7,5 м.
РЛС Wurzburg-Riese (Германия)
РЛС « Mammut » (Германия, 1942 г.) Первая в мире фазированная антенная решетка. Размеры вибраторной антенной решетки: 30 x 18м. Частота 187 - 220 МГц. Мощность передатчика 200 кВт. Дальность обнаружения до 300 км. Ширина диаграммы направленности (ДН) 3,5 градуса. Электронное сканирование ДН в вертикальной плоскости от 5 до 15 градусов, в горизонтальной плоскости ± 50 градусов.
РЛС Chain Home (Великобритания, 1939 г.) Мачта 110 м. Антенны – вибраторные. Мощность 350 кВт. Частота 20 – 30 МГц. Длительность импульса 20 мкс, период повторения 40 мс. Роберт Ватсон-Ватт
Зона радиолокационного обнаружения самолетов на больших (белая линия) и малых (черная линия) высотах. Сеть РЛС Chain Home. 1940 г.
Антенны РЛС Chain Home Оператор РЛС Chain Home
В конце второй мировой войны в Германии и Великобритании были созданы первые образцы самолетных РЛС
В 1936 г. в США построена корабельная РЛС под названием " RADAR " - "Radio Detection And Ranging“. Спустя несколько лет так стали называть все американские РЛС. В США разработкой РЛС руководили Б. Тревор, П. Картер и Р. Пейдж.
РЛС SCR-268 (США)
РЛС SCR-27 0 США
РЛС SCR-270 (США) РЛС SCR-271
Наличие в США РЛС SCR-27 0 и SCR-271, гораздо более совершенных, чем советские «Редуты», не помогло своевременно предупредить о нападении Японии на Пёрл-Харбор (Гавайские острова) 7 декабря1941. Если бы американцы поверили показаниям своей РЛС, у японцев не было бы никаких шансов разгромить американскую базу. Скорее всего, наоборот, была бы уничтожена японская эскадра. Это говорит о том, что важно не только иметь хорошую радиолокационную технику, но и с высокой ответственностью её эксплуатировать!
Применение магнетронов позволило повысить мощность и частоту излучения, за счет чего увеличилась дальность действия РЛС и уменьшились размеры антенн
Магнетроны и в настоящее время применяются в радиолокации. Современный импульсный магнетрон с длиной волны 3 см.
РЛС П-12, СССР
РЛС П-18, СССР
П-70 («Лена-М»)
РЛС «Небо-У». Дальность обнаружения до 320 км, высота до 70 км.
РЛС «Лира-1».
Индикатор кругового обзора РЛС
Фазированные антенные решетки: переход от механического поворота антенны к электронному сканированию при неподвижной антенне.
Стационарная ФАР
Станция обнаружения целей ЗРК "Бук-М2"
ФАР ракетного комплекса С300
РЛС ЗРК Patriot
РЛС «Противник - Г». Обзор по дальности 10 – 400 км, по высоте 50 м – 120 км. Сопровождение до 150 целей. Антенна 5,5 х 8 м.
Фазированная антенная решетка РЛС истребителя МИГ-35
РЛС «Воронеж»
Радиолокация объектов, построенных с использованием Стелс-технологии
Лишь малая часть сигнала отражается в ту же сторону, откуда приходит зондирующий сигнал. Эффективная площадь рассеивания (ЭПР) мала.
Тип самолета ЭПР, м 2 Транспортный 50 Бомбардировщик 10 Истребитель 5 По технологии «Стелс» < 1
Стелс-технология: 1. Профиль обшивки подобран таким образом, чтобы свести к минимуму отражения в ту же сторону, откуда приходит зондирующий сигнал. 2. Поверхность обшивки покрыта материалами, поглощающими радиоволны. Теоретические основы разработал П.Я. Уфимцев.
F-117
МиГ-35
Ту-160
Корвет «Стерегущий»
Способы обнаружения целей, построенных по Стелс-технологии: 1. Создание сети ПВО.
2. Переход с сантиметрового на дециметровый или даже метровый диапазон дает не зеркальное, а диффузное (рассеянное) отражение.
Обломки F-117, сбитого в Сербии в марте 1999 года ЗРК С-125
В заключение этого краткого обзора необходимо отметить, что задача создания радиолокационных систем дала толчок к развитию многих смежных отраслей техники: – антенн, линий передачи, генераторов и приемников СВЧ; – импульсной техники, автоматики, следящих систем; – высокопроизводительных ЭВМ для обработки сигналов РЛС.
