www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Загоризонтная радиолокация

морские мили
килофуты

Рисунок 1. Радиолокационное покрытие загоризонтного радиолокатора поверхностной волны (зеленая область) и трассового радиолокатора УВД (красная)

морские мили
килофуты

Рисунок 1. Радиолокационное покрытие загоризонтного радиолокатора поверхностной волны (зеленая область) и трассового радиолокатора УВД (красная)

Загоризонтная радиолокация

Одним из факторов, оказывающих существенное влияние на функциональные характеристики традиционных радиолокаторов, является кривизна земной поверхности. Его влияние приводит к тому, что максимальная дальность действия радиолокатора ограничивается радиогоризонтом, который находится лишь немного дальше оптического горизонта. Однако существует особый тип радиолокаторов, в которых несущие колебания имеют очень большую длину волны. По этой причине зондирующие волны таких радиолокаторов обладают особыми свойствами при распространении, которые обеспечивают увеличение дальности их действия. Такие радиолокаторы получили название загоризонтных радиолокаторов (в англоязычной литературе – Over The Horizon Radar, OTH-Radar). Загоризонтные радиолокаторы способны обнаруживать цели, находящиеся далеко за оптическим горизонтом. Из-за очень больших длин волн, используемых в загоризонтных радиолокаторах, их антенные системы также имеют очень большие геометрические размеры и выполняются в виде антенных полей, которые могут простираться на несколько километров. В некоторых загоризонтных радиолокаторах используется непрерывное излучение, например, FMCW, для увеличения энергии зондирующего сигнала. Такие радиолокаторы требуют разнесенной антенной системы, в которой излучение и прием сигналов осуществляется разными антеннами.

Несколько загоризонтных радиолокационных систем были построены и развернуты с начала 1950-х по 1960-е годы. Они использовались в качестве составных частей глобальных систем раннего предупреждения. Со временем эти системы утратили свою актуальность по причине развития бортовых (спутниковых) систем разведки, обеспечивающих более качественное решение задачи раннего предупреждения.

В настоящее время методы загоризонтной радиолокации частично находят применение в относительно недорогих радиолокаторах, которые размещают на береговых линиях и используют для морских исследования, а также в интересах правоохранительных органов (например, для задач борьбы с незаконным оборотом наркотиков).

Загоризонтные радиолокаторы поверхностных волн (OTH-SW)

В загоризонтных радиолокаторах поверхностных волн (в англоязычной литературе – OTH-SW, где SW – Surface Wave) используются очень низкие частоты излучения – от 2…3 МГц до 20 МГц. Такие электромагнитные волны имеют тенденцию огибать края или «диффрагировать» на краях, а также, при распространениии над хорошо проводящей поверхностью (например, морской) образовывать «земные волны». Таким образом, они следуют за искривленной поверхностью Земли и могут распространяться за пределы горизонта. На Рисунке 1 для сравнения приведены вертикальные сечения зон видимости обычного трассового радиолокатора управления воздушным движением с излучением в диапазоне гигагерц (красный цвет) и загоризонтного радиолокатора поверхностной волны (зеленый цвет).

Компания Raytheon по заказу канадских военных разработала подобный радиолокатор, который стал известен под названием HF-SWR-503. Это морская система наблюдения для отслеживания таких незаконных действий, как незаконный оборот наркотиков, контрабанда, пиратство, незаконный промысел и нелегальная иммиграция. Кроме того, он может использоваться для отслеживания айсбергов, обнаружения загрязнений окружающей среды и выявления их возможных виновников, мониторинга границ, для дистанционного зондирования поверхностных течений и ветров, а также для помощи в поисково-спасательных операциях.

Он включает в себя антенную решетку длиной 660 метров, состоящую из четвертьволновых вибраторов, расположенных на расстоянии 50 метров друг от друга, что соответствует половине длины волны в используемом диапазоне около 3 МГц. Такая антенная система обеспечивает наблюдение за целями на расстоянии до 200 миль в секторе 120 градусов. Точность измерения координат оценивается погрешностью в 100 метров. Производитель заявляет также о возможности обнаружения при помощи данного радиолокатора низколетящих крылатых ракет при работе в диапазоне частот от 15 до 20 МГц.

Одним из примеров загоризонтных радиолокаторов поверхностных волн гражданского применения является немецкий радиолокатор WERA используемый для океанографических измерений (океанские течения, направление ветра, высота волн). В данном радиолокаторе реализовано непрерывное излучение FMCW с периодом около 0,3 секунды. Данный радиолокатор способен обнаруживать сигналы обратного рассеяния (возникающие в силу эффекта Брэгга) от объектов, находящихся на удалении до 200 километров.

интересующая
область
приемная
позиция
передающая позиция

Рисунок 2. Принцип функционирования загоризонтного радиолокатора обратного рассеяния

Загоризонтные радиолокаторы обратного рассеяния (OTH-B)

В загоризонтной радиолокации может также использоваться и другой тип распространения электромагнитных волн – ионосферная волна, когда зондирующий сигнал однократно или многократно отражается от слоя ионосферы обратно к земле. Такие системы называются загоризонтными радиолокаторами обратного рассеяния (в англоязычной литературе – OTH-B, где B – Backscattering). В данном случае используются более высокие несущие частоты (до 50 МГц). Структура такого радиолокатора схожа со структурой загоризонтного радиолокатора поверхностных волн и так же имеет антенную систему больших геометрических размеров в виде антенного поля.

Следует отметить, что обработка радиолокационных сигналов в загоризонтных радиолокаторах обратного рассеяния имеет ряд особенностей. Она затруднена тем, что отражающие слои ионосферы не находятся на постоянной высоте и эта высота может меняться еще и со временем суток. По этой же причине измерение дальности до целей характеризуется значительными ошибками. Само отражение от ионосферного слоя не имеет характера чисто «зеркального» отражения, претерпевая еще и диффузное рассеяние. Интенсивность эхо-сигналов после многократных переотражений может быть очень слабой, что вызывает необходимость в очень чувствительных радиолокационных приемных устройствах. Следует однако отметить, что при всех отмеченных недостатках использование таких радиолокационных систем в определенный период признавалось оправданным. Даже значительные ошибки измерения считались допустимыми, поскольку описанные радиолокационные системы предназначались, в основном, для раннего предупреждения о приближении бомбардировщиков противника или запуске его ракет.