Поясню принцип измерения дальности в радиолокации временными диаграммами (диаграмма 1). На диаграмме Т — период повторения, т. е. время, через которое передатчик посылает зондирующие импульсы; Unep — выходное напряжение (импульс) передатчика; Uпр — отраженные импульсы на выходе приемника; цель 2 находится дальше, чем цель 1.

Какие промежутки времени и с какой точностью приходится измерять в радиолокации? Это зависит от назначения радиолокационной станции. Например, для станций орудийной наводки зенитной артиллерии требовалось измерять дальности в десятки километров с ошибкой, не превышающей десятков метров. Следовательно, надо уметь измерять промежутки времени порядка сотен микросекунд с точностью до десятой доли микросекунды.

Никакие механические часы не способны производить такие измерения — слишком велика инерционность частей их механизма; только электронные устройства вследствие малой инерционности электронов могут выполнить эту задачу. Весьма удобным устройством, в частности, оказывается электронно-лучевая трубка, аналогичная тем, которые применяются в осциллографах и телевизорах. Их применение в радиолокации объясняется еще и известной истиной, что “лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать” — все, что обнаруживает радиолокатор, электронно-лучевые индикаторы преобразуют в видимую картину данной области пространства.

Для более ясного представления о том, как осуществляется измерение координат в радиолокаторах в соответствии с рассмотренными принципами измерения дальности и угла, познакомимся с применяемыми для этой цели индикаторами. В качестве примеров рассмотрим два типа индикаторов.

Почти во всех радарах имеется индикатор кругового обзора. В нем электронный луч перемещается так, что его “острие” вычерчивает на экране радиальную линию (от центра к краю экрана). Этим осуществляется так называемая развертка по дальности: положению светящейся точки в центре экрана соответствует нулевая дальность (момент посылки зондирующего импульса), а положению светящейся точки на краю экрана — предельная дальность обнаружения. Между этими точками размещается вся шкала дальности локатора, Направление радиальной прямой на экране трубки связано с азимутом, по которому излучает антенна, так что при вращении диаграммы направленности антенны происходит синхронное вращение развертки. Угол места в таком индикаторе не определяется.

При отсутствии отражающих объектов электронный луч “погашен”. Отраженный от некоторого объекта сигнал, усиленный приемником станции, “отпирает” луч, и в данном месте экрана индикатора кругового обзора возникает светящееся пятно. Для того чтобы наблюдать на индикаторе одновременно всю картину, применяется люминесцирующий экран с большим послесвечением — свечение, возбужденное электронным лучом в любом месте такого экрана, длится все время, пока антенна совершает оборот.

Простейшим, также широко применяемым в радиолокаторах, является индикатор, на экране которого по горизонтальному диаметру происходит развертка по дальности, а величина отклонения пятна по вертикали определяется величиной сигнала от цели.

В этом индикаторе используется экран без послесвечения, картина меняется по мере того, как антенный “луч” поворачивается в пространстве: азимут цели надо отсчитывать по шкале антенны в момент, когда амплитуда импульса на экране достигает максимума.

2.3 Основные характеристики.

Разрешающая способность является важным параметром любого прибора, характеризующим его способность анализировать “тонкую структуру” входного воздействия. Если имеется в виду наблюдение некоторой пространственной картины, как в рассмотренном случае радиолокации или для оптических приборов, то разрешающая способность связана с возможностью различения наиболее мелких деталей этой картины: чем более мелкие детали могут быть выделены, тем выше разрешающая способность данного прибора или метода наблюдения. Казалось бы, мы имеем даже определенное преимущество по сравнению с наблюдением в оптическом диапазоне, где объект характеризуется двумя числами: яркостью (коэффициентом отражения) и цветом (какая-либо количественная характеристика цвета). Однако дело обстоит далеко не так. Прежде всего замечу, что в подавляющем большинстве используемых на практике радиолокационных станций (РЛС) измеряемым параметром является всего лишь одно единственное число - коэффициент отражения. Однако это не самое главное при сравнении с оптическими устройствами. Главное же состоит в следующем. В любой рассматриваемый момент времени на входе приемного устройства формируются сигналы, порожденные радиоволнами, отраженными от различных целей, находящихся на одинаковом расстоянии R от точки приема. Прием отраженных радиоволн антенной в основном осуществляется в пределах некоторого телесного угла Δ, для количественной оценки которого можно использовать два плоских угла Δα и Δβ в двух взаимно перпендикулярных сечениях этого телесного угла. (Величина каждого из углов Δα и Δβ определяется отношением l/d длины волны к линейному размеру антенны d в соответствующих сечениях. Таким образом, на выходе приемной антенны возникают токи, обязанные своим происхождением электрическим и магнитным токам, возбужденным падающей волной на прямоугольной площадке с линейными размерами RΔα * RΔβ, находящейся от антенны на расстоянии R. Принципиальное отличие оптики от радиолокации заключается в размерах этой площадки. Для больших наземных радиолокационных станций углы Δα и Δβ составляют десятки угловых минут, что соответствует отношению l/d порядка (3 - 5) - 10 -3 . На расстоянии 50 км от антенны для этого случая линейный размер площадки составит величину порядка 400 - 600 м. В данном примере речь идет об очень больших и весьма редких антеннах. Для большинства же антенн сантиметрового диапазона отношение l/d примерно равно 0,03 - 0,05, что на порядок хуже приведенного примера. Для оптики при диаметре антенны всего лишь в 1 см искомое отношение составляет величины порядка 10 - 5 , а поэтому размеры рассматриваемой площадки для оптики оказываются принципиально иными.

Наиболее общепринятым критерием, позволяющим количественно оценивать разрешающую способность, является критерий Рэлея. Первоначально он был установлен как условие раздельного наблюдения двух точечных источников света (разрешение двойной звезды), Рэлей предложил для количественной характеристики разрешающей способности телескопа использовать минимальное угловое расстояние между двумя точечными источниками, начиная с которого суммарная дифракционная картина будет иметь два максимума.

Не вдаваясь в подробности, а сославшись лишь на Рэлея, следует отметить, что все объекты, расположенные вдоль одного направления в пределах дальности, равной C*t/2, будут восприниматься наблюдателем как один объект (здесь C - скорость света, t - длительность зондирующего импульса). Для ориентировки проведем оценочный расчет этой величины. Если использовать обычный радиолокатор, то для него длительность импульса следует принять равной на уровне 1 мкс; это для искомого размера даст величину порядка 150 м, что весьма существенно. Таким образом, все объекты, находящиеся в пределах параллелепипеда с размерами RΔα * RΔβ * Ct/2 (этот параллелепипед носит название разрешаемого объема, или элемента разрешения) будут восприниматься как одна цель. Из проблемы уменьшения этого объема вытекают почти все проблемы радиолокации.