Astronet > Radiolokaciya. Fizicheskie osnovy i problemy.

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Rassmatrivayutsya fizicheskie principy, lezhashie v osnove sovremennoi radiolokacii. Formuliruyutsya osnovnye problemy i zadachi, a takzhe ustanavlivayutsya puti ih resheniya. Dayutsya predstavleniya o neklassicheskih vidah radiolokacii i osobennostyah ih primeneniya.

Chto takoe element razresheniya

Kazalos' by, my imeem dazhe opredelennoe preimushestvo po sravneniyu s nablyudeniem v opticheskom diapazone, gde ob'ekt harakterizuetsya dvumya chislami: yarkost'yu (koefficientom otrazheniya) i cvetom (kakaya-libo kolichestvennaya harakteristika cveta). Odnako delo obstoit daleko ne tak. Prezhde vsego zametim, chto v podavlyayushem bol'shinstve ispol'zuemyh na praktike radiolokacionnyh stancii (RLS) izmeryaemym parametrom yavlyaetsya vsego lish' odno edinstvennoe chislo - koefficient otrazheniya. Odnako eto ne samoe glavnoe pri sravnenii s opticheskimi ustroistvami. Glavnoe zhe sostoit v sleduyushem. V lyuboi rassmatrivaemyi moment vremeni na vhode priemnogo ustroistva formiruyutsya signaly, porozhdennye radiovolnami, otrazhennymi ot razlichnyh celei, nahodyashihsya na odinakovom rasstoyanii R ot tochki priema. Priem otrazhennyh radiovoln antennoi v osnovnom osushestvlyaetsya v predelah nekotorogo telesnogo ugla $\Delta \Omega$ , dlya kolichestvennoi ocenki kotorogo mozhno ispol'zovat' dva ploskih ugla $\Delta \alpha$ i $\Delta \beta$ v dvuh vzaimno perpendikulyarnyh secheniyah etogo telesnogo ugla. (Velichina kazhdogo iz uglov $\Delta \alpha$ i $\Delta \beta$ opredelyaetsya otnosheniem $\lambda /d$ dliny volny $\lambda$ k lineinomu razmeru antenny d v sootvetstvuyushih secheniyah. Takim obrazom, na vyhode priemnoi antenny voznikayut toki, obyazannye svoim proishozhdeniem elektricheskim i magnitnym tokam, vozbuzhdennym padayushei volnoi na pryamougol'noi ploshadke s lineinymi razmerami $R\Delta \alpha * R\Delta \beta$ , nahodyasheisya ot antenny na rasstoyanii R. Principial'noe otlichie optiki ot radiolokacii zaklyuchaetsya v razmerah etoi ploshadki. Dlya bol'shih nazemnyh radiolokacionnyh stancii ugly $\Delta \alpha$ i $\Delta \beta$ sostavlyayut desyatki uglovyh minut, chto sootvetstvuet otnosheniyu $\lambda /d$ poryadka (3-5)*10^-3. Na rasstoyanii 50 km ot antenny dlya etogo sluchaya lineinyi razmer ploshadki sostavit velichinu poryadka 400-600 m. V dannom primere rech' idet ob ochen' bol'shih i ves'ma redkih antennah. Dlya bol'shinstva zhe antenn santimetrovogo diapazona otnoshenie $\lambda /d$ primerno ravno 0,03-0,05, chto na poryadok huzhe privedennogo primera. Dlya optiki pri diametre antenny vsego lish' v 1 sm iskomoe otnoshenie sostavlyaet velichiny poryadka 10^-5, a poetomu razmery rassmatrivaemoi ploshadki dlya optiki okazyvayutsya principial'no inymi. Ne vdavayas' v podrobnosti, a soslavshis' lish' na avtoritet velikogo Releya, sleduet otmetit', chto vse ob'ekty, raspolozhennye vdol' odnogo napravleniya v predelah dal'nosti, ravnoi $c\tau /2$ , budut vosprinimat'sya nablyudatelem kak odin ob'ekt (zdes' s - skorost' sveta, $\tau$ - dlitel'nost' zondiruyushego impul'sa). Dlya orientirovki provedem ocenochnyi raschet etoi velichiny. Esli ispol'zovat' "obychnyi" radiolokator, to dlya nego dlitel'nost' impul'sa sleduet prinyat' ravnoi na urovne 1 mks; eto dlya iskomogo razmera dast velichinu poryadka 150 m, chto ves'ma sushestvenno. Takim obrazom, vse ob'ekty, nahodyashiesya v predelah parallelepipeda s razmerami $R\Delta \alpha * R\Delta \beta * c\tau /2$ (etot parallelepiped nosit nazvanie razreshaemogo ob'ema, ili elementa razresheniya) budut vosprinimat'sya kak odna cel'. Iz problemy umen'sheniya etogo ob'ema vytekayut pochti vse problemy radiolokacii.

Kak uluchshit' obnaruzhenie radiolokacionnyh celei

Dazhe v ramkah neizmennogo elementa razresheniya imeyutsya dopolnitel'nye vozmozhnosti dlya uluchsheniya obnaruzheniya nahodyashihsya tam radiolokacionnyh celei. K dostatochno effektivnym sleduet otnesti polyarizacionnye metody. Ih sut' svoditsya k sleduyushemu. Pri izmenenii vida polyarizacii izluchaemoi radiovolny proishodit izmenenie moshnosti otrazhennoi radiovolny. Yasno, chto vsegda naidetsya takoi vid polyarizacii zondiruyushei radiovolny, pri kotoroi otnoshenie moshnostei radiovoln, otrazhennyh ot issleduemoi celi i fonovyh ob'ektov, nahodyashihsya v elemente razresheniya, budet maksimal'no. Teoreticheskie raschety i eksperimental'nye rezul'taty pokazyvayut, chto uvelichenie radiolokacionnogo kontrasta dlya mnogih tipichnyh situacii v srednem sostavlyaet 5-8 decibel, dostigaya v otdel'nyh sluchayah 20 decibel i bolee. Sushestvennyi rost kontrasta daet vozmozhnost' sootnosit' izmerennye elementy matricy rasseyaniya s issleduemoi radiolokacionnoi cel'yu. Do sih por rech' shla o nepodvizhnyh po otnosheniyu k radiolokacionnoi stancii celyah. V sluchae ih dvizheniya otrazhennyi signal (effekt Doplera) imeet druguyu po otnosheniyu k ishodnomu signalu chastotu, kotoraya otlichaetsya ot osnovnoi chastoty na velichinu, proporcional'nuyu otnosheniyu radial'noi sostavlyayushei skorosti celi k dline volny. Esli v elemente razresheniya dvizhusheisya yavlyaetsya tol'ko issleduemaya cel', to, osushestvlyaya priem otrazhennyh radiovoln na chastotah, ne sovpadayushih s chastotoi zondiruyushego signala, mozhno razdelit' signaly, idushie ot issleduemoi celi i ot okruzhayushego ego fona. (Eto napravlenie poluchilo v radiolokacii nazvanie selekcii dvizhushihsya celei (SDC). Sistemami SDC snabzheny ochen' mnogie sovremennye radiolokacionnye stancii (RLS).) Nakonec est' eshe odin, hotya i dostatochno ekzoticheskii, metod povysheniya radiolokacionnogo kontrasta. Rech' idet o radiolokacionnyh celyah, otrazhennyi signal ot kotoryh soderzhit chastoty, kratnye po otnosheniyu k chastote zondiruyushego signala - 2f₀, 3f₀ i t.d. Takim svoistvom, kak pravilo, obladayut ob'ekty, imeyushie rzhavchinu, trushiesya elementy, kontakty i t.p. Esli drugie ob'ekty takimi ekzoticheskimi svoistvami ne obladayut, to sootvetstvuyushii radiolokacionnyi kontrast mozhet byt' uvelichen na desyatki decibel. Vnov' vernemsya k elementu razresheniya. Dlya umen'sheniya ego razmerov po dal'nosti est' tol'ko odin put': umen'shit' dlitel'nost' zondiruyushego signala. Sovremennye RLS special'nogo naznacheniya mogut formirovat' impul'sy nanosekundnoi dlitel'nosti, chto obespechivaet razreshenie po dal'nosti do desyatkov santimetrov. Esli umen'shenie dlitel'nosti impul'sov svyazano s tehnicheskimi i konstruktivnymi ogranicheniyami, to problema umen'sheniya gorizontal'nogo i vertikal'nogo razmerov elementov razresheniya, to est' uglov $\Delta \alpha$ i $\Delta \beta$ , natalkivaetsya na fizicheskoe ogranichenie, svyazannoe s tem, chto ugly $\Delta \alpha$ i $\Delta \beta$ proporcional'ny otnosheniyu $\lambda /d$ . Perehod ot santimetrovogo k millimetrovomu diapazonu voln dal vozmozhnost' sokratit' lineinye razmery elementa razresheniya v 3-5 raz pri sootvetstvuyushem sravnenii s santimetrovym diapazonom. Dal'neishee umen'shenie dliny volny natalkivaetsya na problemu rezkogo uvelicheniya energeticheskih poter' radiovolny na trasse rasprostraneniya vsledstvie rosta poglosheniya i rasseyaniya v atmosfernyh meteoobrazovaniyah. Krome togo, voznikayushie pri etom tehnicheskie i konstruktorskie problemy zazhigayut krasnyi svet pered volnami koroche 1 mm. Vtoroi put', svyazannyi s umen'sheniem otnosheniya $\lambda /d$ , svyazan s uvelicheniem lineinyh razmerov antenny. "Lobovaya" ataka na eti razmery privodit k poyavleniyu ochen' bol'shih antennyh sistem i konstrukcii. Odnako, poskol'ku vsya "igra" idet na sootnosheniyah mezhdu fazami toka v razlichnyh tochkah antenny, a v santimetrovom i millimetrovom diapazonah faze v $90^{\circ}$ sootvetstvuyut rasstoyaniya, izmeryaemye millimetrami i ih dolyami, problema yustirovki takih sistem, ih zashita ot temperaturnogo rasshireniya, vetrovogo i dozhdevogo vozdeistviya, kolebanii pochvy i t.p. predstavlyaet soboi samostoyatel'nuyu problemu isklyuchitel'noi slozhnosti. Skazannogo dostatochno, chtoby ponyat' unikal'nost' takih antenn i ih sverhdoroguyu stoimost' pri razrabotke i ekspluatacii. Tem ne menee takie antenny sushestvuyut, no ih chislo v mire ischislyaetsya edinicami. Antenny bolee skromnyh razmerov razmeshayutsya na zemle ili na peredvizhnyh sredstvah. Odnako vpolne ponyatno, chto poluchit' u takih antenn otnoshenie $\lambda /d$ slishkom bol'shim (svyshe 150-200) ne predstavlyaetsya real'nym. Dlya antenn, ustanavlivaemyh na bortu letatel'nyh apparatov, eti razmery ogranichivayutsya lineinymi razmerami nositelei. Popytka umen'shit' ugol $\Delta \alpha$ privela k sozdaniyu vdol'fyuzelyazhnyh antenn. Dlitel'noe vremya kazalos', chto etim ischerpyvayutsya vse vozmozhnosti dlya bortovyh radiolokacionnyh stancii. Proryv proizoshel v nachale shestidesyatyh godov, kogda vpervye bylo obrasheno vnimanie na to, chto obrabotka signala v antenne po sushestvu svoditsya k slozheniyu signalov ot razlichnyh ee uchastkov s uchetom sootvetstvuyushego nabega fazy, vyzvannogo osobennostyami geometrii antennoi konstrukcii. Eto privelo k mysli, chto takuyu obrabotku mozhno sdelat' iskusstvenno. S etoi cel'yu neobhodimo posledovatel'no v raznyh tochkah prostranstva proizvesti izmerenie amplitudy i fazy napryazhennosti elektricheskogo polya, zapomnit' eti znacheniya, a zatem special'nym obrazom ih slozhit'. Realizaciya etoi idei sostoit v tom, chto upomyanutye vyshe izmereniya proizvodyatsya v processe poleta. Eto daet vozmozhnost' iskusstvenno sozdat' antennu, razmery kotoroi opredelyayutsya rasstoyaniem mezhdu pervym i poslednim zamerami, to est' v principe takaya antenna mozhet byt' prakticheski bezgranichnoi. Zdes' my ne budem govorit' o teh teoreticheskih i inzhenernyh trudnostyah, s kotorymi sopryazhena realizaciya etoi idei. Glavnoe - eto to, chto nazvannye trudnosti byli uspeshno preodoleny, chto privelo k sozdaniyu principial'no novogo klassa antenn - antenn s sintezirovannoi aperturoi. Radiolokacionnye stancii, rabotayushie s takimi antennami, poluchili nazvanie RLS s sintezirovannoi aperturoi (RSA). V sovremennyh RSA udaetsya poluchit' otnoshenie $d/\lambda$ , ischislyaemoe neskol'kimi sotnyami, a v otdel'nyh sluchayah dazhe tysyachami. Ispol'zovanie RSA privelo k takomu sokrasheniyu elementa razresheniya, chto radiolokacionnoe izobrazhenie stalo priblizhat'sya k fotograficheskomu (v fotografii "tochka perevoditsya v tochku", v radiolokacii "element razresheniya perevoditsya v tochku"). Segodnyashnii uroven' RSA - eto mnogochastotnaya RLS s upravlyaemoi polyarizaciei izluchaemoi volny, rabotayushaya v real'nom masshtabe vremeni.

Nazad | Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: Radioastronomiya - radiolokaciya Publikacii so slovami: Radioastronomiya - radiolokaciya
Sm. takzhe: Kratkaya istoriya bystryh radiovspleskov Strannye radio-kol'ca Skonchalsya SOROChENKO Roman Leonidovich Skonchalsya Aleksandr Georgievich Gorshkov Skonchalsya Vladimir Nikitich Kuril'chik Pervyi god raboty kosmicheskogo radioteleskopa RadioAstron Pervyi interferencionnyi lepestok RadioAstron na 92 sm dlya bazy 220 tysyach km! Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce