Радар, или радиолокационная станция (РЛС), представляет собой технологическую систему, предназначенную для обнаружения и определения параметров различных объектов — воздушных, наземных и морских. Его ключевая функция заключается в измерении расстояния до цели, а также определении её скорости, угловых координат и других геометрических характеристик с помощью радиоволн.
История изобретения и развития
Истоки радиолокации можно отнести к началу XX века. В 1905 году немецкий инженер Кристиан Хюльсмайер получил патент на устройство, способное обнаруживать корабли благодаря отражению радиоволн. Хотя его изобретение было примитивным и не получило коммерческого успеха, именно оно заложило фундаментальный принцип, на котором строятся все современные локаторы.
Значительный прорыв произошёл в 1922 году, когда американские исследователи Альберт Тейлор и Лео Янг (в тексте упомянут как И. Юнг), экспериментируя с ультракороткими волнами, открыли явление радиолокации. Они поняли, что этот эффект позволит самолётам и кораблям «видеть» друг друга сквозь туман, темноту или дымовую завесу на расстоянии в несколько миль. К сожалению, их идеи не нашли поддержки у военного руководства.
Практическое воплощение эти идеи получили в 1930-х годах. В 1930 году сотрудник Тейлора, инженер Лоуренс Хайланд, обнаружил, что комбинация коротковолнового радиопередатчика и приёмника может определять местоположение летательных аппаратов. 1933 год считается символической датой рождения радара. Разные страны развивали технологию с разной скоростью: США представили свой первый корабельный радиолокатор XAF лишь в 1938 году с дальностью действия около 8 км. В то же время Великобритания, активно инвестировавшая в оборонные технологии, уже в 1935 году под руководством Роберта Уотсона-Уатта создала первую импульсную радиолокационную станцию дальнего обнаружения (CH). Её возможности были впечатляющими: она могла обнаруживать самолёты на расстоянии до 140 км при их высоте полёта 4,5 км.
Принцип действия и основные компоненты
Основной принцип работы радара заключается в облучении цели электромагнитными волнами и анализе сигнала, отражённого от объекта. Поскольку радиоволны распространяются со скоростью света, точно измерив время между отправкой сигнала и приёмом его «эха», можно вычислить расстояние до цели.
Любой радар состоит из трёх ключевых компонентов:
- Передатчик: Генерирует мощный электромагнитный сигнал. Часто эту роль выполняет импульсный генератор.
- Антенна: Выполняет двойную функцию — излучает сфокусированный луч в заданном направлении и принимает отражённый сигнал.
- Приёмник: Улавливает, усиливает и обрабатывает крайне слабый возвратившийся сигнал.
Импульсные радары и борьба с помехами
Современные радары сопровождения чаще всего являются импульсными. Они работают по циклическому принципу: передают короткий мощный импульс, затем переходят в режим приёма и ждут отражённый сигнал (эхо). Расстояние рассчитывается по задержке между импульсом и эхом. Интервал между посылками импульсов (интервал повторения) тщательно рассчитывается, чтобы эхо от предыдущего импульса успело вернуться до отправки следующего, избегая путаницы.
Частота повторения импульсов — важнейший параметр, определяющий режим работы радара и позволяющий идентифицировать его сигнал. Однако у импульсных радаров есть существенный недостаток при работе на фоне земли: сильные сигналы, отражённые от холмов, зданий или неровностей рельефа (так называемые пассивные помехи), могут полностью «заслонить» слабый сигнал от цели, например, самолёта, летящего на малой высоте. Для решения этой проблемы инженеры разработали множество сложных методов фильтрации и обработки сигналов, которые позволяют выделять полезную информацию на фоне помех.