Структура радиорелейного пролета

При настройке РРЛС должна быть обеспечена прямая видимость между обеими антеннами. Сам процесс настройки носит название "юстировка". При этом путем изменения направления излучения основного лепестка для обеих антенн добиваются максимально возможного уровня приема сигнала на каждой стороне. Чем выше будет уровень принимаемого сигнала, тем более устойчив будет радиорелейный пролет к внешним метеоусловиям. Кроме того, уровень сигнала может повлиять на емкость системы, т.к. оборудование некоторых производителей предусматривает снижение емкости РРЛС при достижении некоторого минимального уровня.

Предельная дальность современных РРЛ, как правило, ограничена 50 км. Благодаря цифровому способу передачи и помехоустойчивому кодированию, они могут противостоять неблагоприятным метеоусловиям. Однако обычно для длинных пролетов вводятся некоторые ограничения: пролет должен быть максимально "чистым", т.е. между антеннами не должно быть ни каких препятствий. Кроме того, должна быть использована минимальная частота и максимальный диаметр параболической антенны. Также обычно эти РРЛС имеют уменьшенную емкость. На практике чаще используются менее длинные пролеты (протяженностью до 30 км).

В настоящее время на рынке телекоммуникационного оборудования представлено множество вариантов различных производителей, как по емкости, так и по стоимости. Существуют РРЛ, которые позволяют передавать до 500 Мбит/сек и поддерживают транспортные потоки 2хSTM-1, Fast и Gigabit Ethernet. Однако данные системы достаточно дорогие и на практике большее распространение нашли РРЛС емкостью 16 и 64 E1 потоков.

Хотя системы радиорелейные линии связи и предусматривают помехоустойчивое кодирование и резервирование, они обладают меньшей надежностью, чем кабельные линии связи. Поэтому на важных интерфейсах, например BSC-MSC, RNC-MGW, RNC-SGSN и т.п., обычно применяются кабельные линии связи. Однако высокая скорость реализации и низкая стоимость позволяют говорить, что РРЛ будут и в дальнейшем применятся при строительстве систем базовых станций (BSS/UTRAN). Множество фотографий с изображениями антенн РРЛ Вы можете найти в галерее.

 

Космические системы связи

Объем информации, который передается по глобальным линиям магистральной связи, увеличивается с каждым годом. Вместе с ним возрастают требования к различным системам связи: радио и телевидению, телефону и телеграфу. Сравнительно недавно дальняя и сверхдальняя радиосвязь осуществлялась на малоинформативном диапазоне волн — длинных, средних и коротких. Диапазон УКВ (ультракороткие волны) может нести намного больший объем информации, но его использовали на небольших расстояниях (до нескольких десятков километров). Это происходило потому, что ультракороткие волны распространяются по прямой линии. А как известно, земная поверхность имеет кривизну и всевозможные препятствия, которые ограничивают использование диапазона УКВ.

Полная загруженность вышеперечисленных диапазонов, а также потребность в новых каналах связи и самое главное необходимость использования широких полос частот для телевидения заставили инженеров обратить внимание на УКВ и СВЧ (сверхвысокочастотный) диапазоны.

В связи с тем, что ультракороткие волны распространяются прямолинейно и несут большой объем информации, эти их важнейшие факторы были использованы при разработке спутниковых систем связи. Спутник, висящий на околоземной орбите, доступен многим населенным пунктам Земли, находящейся друг от друга на значительных расстояниях. Если его использовать в качестве ретранслятора, то зона прямей видимости между источником излучения и приемными антеннами станет значительно шире.

При этом ретрансляция может быть как пассивней, так и активней. При пассивной ретрансляции используется площадь надувной сферической поверхности, которая покрыта тонким слоем металлизированного материала, хорошо отражающего электромагнитные волны, идущие с Земли. Приемная аппаратура, расположенная на Земле, улавливает лишь часть рассеянней таким искусственным спутником энергии радиоволн, которые несут необходимую информацию. Основным преимуществом пассивных спутников считается то, что они одновременно и независимо друг от друга могут ретранслировать через один искусственный спутник практически неограниченное количество сигналов. Но для того чтобы это осуществить, нужны очень мощные наземные передающие и приемные устройства с хороши чувствительностью.

Принцип построения космических систем на основании активной ретрансляции радио- и телевизионных сигналов оказался более перспективным. При его использовании аппаратура спутника принимает сигнал с Земли, усиливает их и снова отправляет на Землю. Если на спутнике смонтирована приемо-передающая аппаратура, то это позволяет существенно снизить мощность передающей и чувствительность приемной аппаратуры. Несмотря на то что в этом случае материальные затраты на спутник увеличиваются, все же такая система более совершенна. А с практической точки зрения использование этого способа для радио- и телевизионной связи на сверхдальние расстояния просто необходимо.

Учеными были произведены расчеты, согласно которым для надежного охвата всей территории России телевизионным вешанием потребовалось бы 5000 башен высотой 100 метров, 1000 башен высотой 300 метров, 700 башен высотой 500 метров. Креме этого, вместе с возведением банен и установкой антенных устройств пришлось бы монтировать студии с аппаратурой, иметь значительный штат обслуживающего персонала и пр. Все это потребовало бы очень больших капиталовложений.

Например, затраты на строительство Останкинской телебашни вполне себя скупили, потому что в зоне ее вещания велика плотность населения. А в тех местах, где плотность населения мала, возведение подобных башен — весьма нерентабельное дело.

Если применяется система радиорелейной связи, то отпадает необходимость создания студий при каждой башне. Такой способ связи имеет в своей основе последовательную передачу радио- и телевизионных сигналов от одной промежуточной вышки до другой. В связи с тем, что Земля имеет кривизну поверхности, этот фактор ограничивает передачу прямолинейно распространяющихся сигналов, поэтому и радиорелейных станций требуется значительное количество. К примеру, если башня имеет высоту в 100 метров, то можно произвести передачу сигнала только на расстояние в 30-40 километров, а при высоте в 300, 500 и 1000 метров - на расстояние соответственно в 60, 100, 150 километров. А сами башни представляют собой сложнейшие инженерные сооружения, на возведение которых требуются большие материальные затраты. Тогда становится вполне очевидным, что использование искусственных спутников Земли для обеспечения радиотелевизионной связи наиболее выгодно.

Радиолока́ция — область науки и техники, объединяющая методы и средства локации (обнаружения и измерения координат) и определения свойств различных объектов с помощью радиоволн. Близким и отчасти перекрывающимся термином является радионавигация, однако в радионавигации более активную роль играет объект, координаты которого измеряются, чаще всего это определение собственных координат. Основное техническое приспособление радиолокации — радиолокационная станция (РЛС, англ. radar).

Различают активную, полуактивную, активную с пассивным ответом и пассивную радиолокацию. Радиолокаторы различаются по используемому диапазону радиоволн, по виду зондирующего сигнала, числу применяемых каналов, числу и виду измеряемых координат, месту установки РЛС.

Классификация[править | править вики-текст]

Выделяют два вида радиолокации:

· Пассивная радиолокация основана на приёме собственного излучения объекта

· При активной радиолокации радар излучает свой собственный зондирующий сигнал и принимает его отражённым от цели. В зависимости от параметров принятого сигнала определяются характеристики цели.

Активная радиолокация бывает двух видов:

Активная радиолокация с пассивным ответом

· С активным ответом — на объекте предполагается наличие радиопередатчика (ответчика), который излучает радиоволны в ответ на принятый сигнал. Активный ответ применяется для опознавания объектов (свой-чужой), дистанционного управления, а также для получения от них дополнительной информации (например, количество топлива, тип объекта и т. д.).

· С пассивным ответом — запросный сигнал отражается от объекта и воспринимается в пункте приёма как ответный.

Для просмотра окружающего пространства РЛС использует различные способы обзора за счёт перемещения направленного луча антенны РЛС:

· круговой

· секторный

· обзор по винтовой линии

· конический

· по спирали

· «V» обзор

· линейный (самолёты ДРЛО типа Ан-71 и А-50 (Россия) или американские с системой Авакс)

В соответствии с видом излучения РЛС делятся на

· РЛС непрерывного излучения

· Импульсные РЛС

Принцип действия[править | править вики-текст]

Радиолокация основана на следующих физических явлениях:

· Радиоволны рассеиваются на встретившихся на пути их распространения электрических неоднородностях (объектами с другими электрическими свойствами, отличными от свойств среды распространения). При этом отражённая волна, также, как и собственно, излучение цели, позволяет обнаружить цель.

· На больших расстояниях от источника излучения можно считать, что радиоволны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью, благодаря чему имеется возможность измерять дальность и угловые координаты цели (Отклонения от этих правил, справедливых только в первом приближении, изучает специальная отрасль радиотехники — Распространение радиоволн. В радиолокации эти отклонения приводят к ошибкам измерения).

· Частота принятого сигнала отличается от частоты излучаемых колебаний при взаимном перемещении точек приёма и излучения (эффект Доплера), что позволяет измерять радиальные скорости движения цели относительно РЛС.

· Пассивная радиолокация использует излучение электромагнитных волн наблюдаемыми объектами, это может быть тепловое излучение, свойственное всем объектам, активное излучение, создаваемое техническими средствами объекта, или побочное излучение, создаваемое любыми объектами с работающими электрическими устройствами.

Основные методы радиолокации[править | править вики-текст]

РЛС непрерывного излучения [править | править вики-текст]

Используются в основном для определения радиальной скорости движущегося объекта (использует эффект Допплера). Достоинством РЛС такого типа является дешевизна и простота использования, однако в таких РЛС сильно затруднено измерение расстояния до объекта.

Пример: простейший радар для определения скорости автомобиля.

Импульсный метод радиолокации [править | править вики-текст]

При импульсном методе радиолокации передатчики генерируют колебания в виде кратковременных импульсов, за которыми следуют сравнительно длительные паузы. Причём длительность паузы выбирается исходя из дальности действия РЛС D_max.

{\displaystyle T>{2D_{max} \over c}}

Сущность метода состоит в следующем:

Передающее устройство РЛС излучает энергию не непрерывно, а кратковременно, строго периодически повторяющимися импульсами, в паузах между которыми происходит приём отражённых импульсов приёмным устройством той же РЛС. Таким образом, импульсная работа РЛС даёт возможность разделить во времени мощный зондирующий импульс, излучаемый передатчиком и значительно менее мощный эхо-сигнал. Измерение дальности до цели сводится к измерению отрезка времени между моментом излучения импульса и моментом приёма, то есть временем движения импульса до цели и обратно.

Дальность действия РЛС[править | править вики-текст]

Основная статья: Основное уравнение радиолокации

Максимальная дальность действия РЛС зависит от ряда параметров и характеристик как антенной системы станции, мощности излучаемого сигнала, и чувствительности приёмника системы. В общем случае без учёта потерь мощности в атмосфере, помех и шумов дальность действия системы можно определить следующим образом:

{\displaystyle D_{max}={\sqrt[{4}]{\frac {P_{n}D_{a}S_{a}\sigma }{\left(4\pi \right)^{2}P_{n.min}}}}},

где:

{\displaystyle \;P_{n}} — мощность генератора;

{\displaystyle \;D_{a}} — коэффициент направленного действия антенны;

{\displaystyle \;S_{a}} — эффективная площадь антенны

{\displaystyle \;\sigma } — эффективная площадь рассеяния цели

{\displaystyle \;P_{n.min}} — минимальная чувствительность приёмника.

При наличии шумов и помех дальность действия РЛС уменьшается.

Влияние помех [править | править вики-текст]

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Влияние шумов [править | править вики-текст]

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Влияние атмосферы [править | править вики-текст]

Атмосферные потери особенно велики в сантиметровом и миллиметровом диапазонах и вызываются дождем, снегом и туманом, а в миллиметровом диапазоне также кислородом и парами воды. Наличие атмосферы приводит к искривлению траектории распространения радиоволн (явление рефракции). Характер рефракции зависит от изменения коэффициента преломления атмосферы при изменении высоты. Из-за этого траектория распространения радиоволн искривляется в сторону поверхности земли.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его следующей информацией: численное определение дальности действия РЛС при метиоусловиях.

История[править | править вики-текст]

Основная статья: История радиолокации

Эффект отражения радиоволн от твердых тел впервые обнаружил немецкий физик Генрих Герц в 1886 году^{[прим. 1]}. Использовать эффект на практике мешало рассеивание радиоволн: на объект локации их попадало меньше одной миллиардной части. Лишь в 1930-х годах, в связи с развитием авиации, ведущие страны мира начали исследовать возможность применения радиолокации для целей противовоздушной обороны. Идея радиолокации была известна задолго до Второй Мировой Войны и трудно назвать того, кто первый высказал её. Поэтому в разных странах чтут разных изобретателей радиолокации. Долго не удавалось претворить эту идею в практику.

Англия [править | править вики-текст]

Радары Великобритании Второй Мировой Войны англ. AI Mk. IV radar ^[1], англ. H2S, англ. "Monica".

Советник премьер-министра Черчилля по науке, профессор Ф.А. Линдеманн (виконт лорд Черуэлл (англ.)), отозвался о разработке радиолокационного бомбардировочного прицела H2S коротко: «Это дешевка». Между тем H2S дал британским бомбардировочным силам не только прицел для бомбометания при ограниченной видимости, но и навигационное средство ^[2]. Установка радиолокационных взрывателей в снаряды снизила на порядок расход количества снарядов, необходимых для того, чтобы сбить один самолёт-снаряд «Фау-1» и интенсивность таких налетов значительно снизилась.

См. также Радары Второй Мировой Войны (англ.)

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Германия [править | править вики-текст]

Для защиты городов от налетов бомбардировщиков немцы использовали зенитные батареи, управляемые станциями орудийной наводки (СОН) типа "Вюрцбург". Разведка союзников установила, что несущая частота этих станций равна 560 мегагерцам. Летом 1943 года бомбардировщики 8-ой американской воздушной армии были оснащены передатчиками типа "Карпет"^[3]. Передатчики излучали помеху - спектр частот при средней частоте 560 мегагерц. В октябре 1943 года подвели первый итог: самолетов с "Карпетом" было сбито в два раза меньше, чем без него.

Из трех новых важнейших видов оружия второй мировой войны — реактивных снарядов, радарных установок и атомных бомб — большое влияние на ход войны оказала только радарная техника.

— Генерал-лейтенант в отставке, инженер Эрих Шнейдер. «Итоги Второй мировой войны» СПб.: Полигон; М.: АСТ, 1998

Самые известные радары Германии Второй Мировой Войны: англ. Würzburg radar, англ. Freya radar и англ. FuG 240 Berlin.

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

СССР [править | править вики-текст]

Основная статья: Развитие радиолокации в СССР

В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привела к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом П. К. Ощепковым получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя — М. Н. Тухачевского.

В 1932 году на базе Ленинградского физико-технического института был создан Ленинградский электрофизический институт (ЛЭФИ) под руководством А. А. Чернышёва, в котором проводились исследовательские и опытно-конструкторские работы по радиолокации. В 1935 году ЛЭФИ был расформирован, а на его базе организован «закрытый» институт НИИ-9 с оборонной тематикой, включавшей и радиолокацию. Научным руководителей его стал М. А. Бонч-Бруевич. Работы по радиолокации были начаты и в УФТИ в Харькове. К началу войны усилиями учёных и инженеров ЛЭФИ, НИИ-9 и других организаций были созданы опытные наземные радиолокационные станции^[4].

3 января 1934 года в СССР был успешно проведён эксперимент по обнаружению самолёта радиолокационным методом. Самолёт, летящий на высоте 150 метров, был обнаружен на дальности 600 метров от радарной установки. Эксперимент был организован представителями Ленинградского Института Электротехники и Центральной Радиолаборатории. В 1934 году маршал Тухачевский в письме правительству СССР написал: «Опыты по обнаружению самолётов с помощью электромагнитного луча подтвердили правильность положенного в основу принципа». Первая опытная установка «Рапид» была опробована в том же году^[5]. Передатчик был установлен на крыше дома № 14 по Красноказарменной улице, Москва, приёмник — в районе посёлка Новогиреево; присутствовали М. Н. Тухачевский, Н. Н. Нагорный, М. В. Шулейкин. Аппаратуру демонстрировал П. К. Ощепков. В 1936 году советская сантиметровая радиолокационная станция «Буря» засекала самолёт с расстояния 10 километров^[5][6]. Первые РЛС в СССР, принятые на вооружение РККА и выпускавшиеся серийно, были: РУС-1 — с 1939 года и РУС-2 — с 1940 года.

В 1946 году американские специалисты — Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии»^{[7][ неавторитетный источник? 300 дней ]}.

Существует также мнение, что качественный скачок в развитии советской радиолокационной техники после войны практически целиком базировался на немецких изобретениях^[8].

США [править | править вики-текст]

В США одним из пионеров радиолокации был Джон Марчетти (англ.).

См. также Пионеры радиолокации (англ.).

История радиоастрономии

Связь с другими отраслями науки[править | править вики-текст]

Основным фактором, ограничивающим технические характеристики локаторов, является малая мощность принимаемого сигнала. При этом мощность принимаемого сигнала убывает как четвёртая степень дальности (то есть, чтобы увеличить дальность действия локатора в 10 раз нужно увеличить мощность передатчика в 10000 раз). Естественно, на этом пути быстро пришли к пределам, преодолеть которые было далеко не просто. Уже в самом начале развития был осознан тот факт, что имеет значение не сама мощность принимаемого сигнала, а его заметность на фоне шумов приёмника. Снижение шумов приёмника также было ограничено естественными шумами элементов приёмника, например тепловыми. Данный тупик был преодолён на пути усложнения методов обработки принятого сигнала и связанного с этим усложнения формы применяемых сигналов. Развитие радиолокации как научной отрасли знаний шло одновременно с развитием кибернетики и теории информации, и потребовались бы специальные исследования, чтобы решить, где именно были получены первые результаты. Следует отметить появление понятия сигнала, который позволил отвлечься от конкретных физических процессов в приёмнике, таких как напряжение и ток, и позволил решать стоящие проблемы как математическую задачу о поиске наилучших функциональных преобразованиях функций времени.

Одной из первых работ в этой области была работа В. А. Котельникова об оптимальном приёме сигнала, то есть наилучшем в условии шумов методе обработки сигнала. В результате было доказано, что качество приёма зависит не от мощности сигнала, а от его энергии, то есть произведения мощности на время, таким образом, появилась доказанная возможность увеличения дальности действия за счёт увеличения длительности сигналов, в пределе до непрерывного излучения. Значительным шагом вперед стало отчётливое применение в технике методов статистической теории решений (критерий Неймана-Пирсона) и принятие того факта, что исправное устройство может работать с определённой долей вероятности. Для того, чтобы радиолокационный сигнал при большой длительности позволял измерять дальность и скорость с высокой точностью, потребовались сложные сигналы, в отличие от простых радиолокационных импульсов, изменяющие какие-либо характеристики в процессе генерации. Так. сигналы с линейной частотной модуляцией изменяют частоту колебаний в течение одного импульса, сигналы с фазовой манипуляцией скачкообразно изменяют фазу сигнала, обычно на 180 градусов. При создании сложных сигналов было сформулировано понятие функции неопределённости сигнала, показывающей связь точности измерений дальности и скорости. Необходимость повышения точности измерения параметров стимулировало развитие различных методов фильтрации результатов измерений, например, методов оптимальной нелинейной фильтрации, которые явились обобщением фильтра Калмана на нелинейные задачи. В итоге всех этих разработок теоретическая радиолокация оформилась как самостоятельная сильно математизированная отрасль знаний, в которой значительную роль имеют формализованные методы синтеза, то есть проектирование ведётся в известной мере «на кончике пера».

Основные факторы[править | править вики-текст]

Основными моментами в противостоянии с авиацией были:

· Применение для скрытия самолётов и вертолётов пассивных маскирующих помех в виде распыляемых в воздухе кусочков фольги, отражающей радиоволны. Ответом на это было внедрение в радиолокаторах систем селекции движущихся целей, которая на основе доплеровского эффекта отличает движущиеся самолёты от сравнительно неподвижной фольги.

· Развитие технологий построения самолётов и кораблей, уменьшающих мощность отражённого назад к радиолокатору сигналов, получивших название Стелс. Для этого служат и специальные поглощающие покрытия, и специальная форма, отражающая падающую радиоволну не назад, а в другом направлении.

Оценки[править | править вики-текст]

Восхищённый успехами советской науки и техники в области радиолокации, глава советского правительства Н.С. Хрущёв сказал, что:

«Отныне мы — советские люди — способны в космосе попадать в комара.»

Эти слова обошли информационные агентства всего мира.