Радиолокационные станции: история и основные принципы работы

«Триумфальный» взгляд

Всевысотный обнаружитель 96Л6-1 (ВВО) – это зоркий «глаз» новейших зенитных ракетных систем С-400 «Триумф». РЛС умеет работать в нескольких режимах обзора. При возникновении необходимости аппаратура всевысотного обнаружителя сама поставит «фильтр» для определения противорадиолокационных ракет противника, а еще она способна «видеть» на больших расстояниях даже миниатюрные беспилотники.

mil.ru
Всевысотный обнаружитель 96Л6-1.

ВВО обеспечивает выдачу трех координат целей: азимута, угла места и дальности. Для обзора пространства в этой РЛС ученые нашей «оборонки» применили оригинальный метод. Он сочетает в себе электронное сканирование по углу места многолучевой диаграммой направленности антенны на разных несущих частотах и одновременное вращение по азимуту. Сканирование по углу места осуществляется фазовым способом в пределах от -3 град. до 60 град. При этом в азимутальной плоскости за счет углочастотной зависимости излучателей на Ш-образных волноводах одновременно формируется три прилегающих друг к другу луча.

Вращение антенного устройства по азимуту осуществляется с постоянной скоростью 10 об/мин. или 5 об/мин. Этот метод обзора пространства, совместно с набором сложнокодированных зондирующих сигналов, позволяет обеспечить одновременное обнаружение целей, летящих на больших и средних высотах, а также маловысотных целей на фоне сильных отражений от подстилающей поверхности.

ВВО совмещает функции низковысотного обнаружителя, обзорного радиолокатора и командного пункта. Он может работать как автономное средство целеуказания, но может и сопрягаться с КП АСУ или КП РТВ различных типов. Всевысотный обнаружитель предельно надежен и в условиях воздействия пассивных и активных помех.

ВВО поступили на вооружение радиотехнических полков Воздушно-космических сил, несущих боевое дежурство по противовоздушной обороне в Московской зоне и на всех воздушных рубежах нашей страны – от Калининграда до Камчатки. Также ВВО штатно стоит на вооружении зенитных ракетных полков с ЗРС С-300 и С-400.

Высшая «Каста» небесного контроля

В июне 2018 года пресс-служба Центрального военного округа (ЦВО) сообщила, что дислоцированная в Самарской области дивизия ПВО получила новую РЛС кругового обзора «Каста 2-2». Новая радиолокационная станция обладает высокой надежностью и безопасностью в эксплуатации, простотой технического обслуживания. Она высокомобильна: в ее состав входит четыре машины.

mil.ru
Трехкоординатная РЛС «Каста 2-2».

Трехкоординатная РЛС «Каста 2-2» способна контролировать воздушное пространство в автоматическом режиме: определять дальность, азимут, эшелоны высоты полета и трассовых характеристик самолетов, вертолетов, крылатых ракет, в том числе летящих на малых и предельно малых высотах. РЛС эффективно работает на фоне интенсивных отражений от поверхности, местных предметов и метеообразований.

На стадии перевооружения

Все современные РЛС состоят из шести основных компонентов: передатчик (источник электромагнитного сигнала), антенная система (фокусировка сигнала передатчика), радиоприёмник (обработка принятого сигнала), выходные устройства (индикаторы и ЭВМ), аппаратура помехозащиты и источники электропитания.

Также по теме

«Не имеют себе равных»: как Россия создаёт уникальные средства противовоздушной обороны

В России во вторник отмечали День войсковой противовоздушной обороны. Контроль над небом — одна из наиболее актуальных задач для…

Отечественные РЛС могут засекать самолёты, беспилотники и ракеты, отслеживая их передвижение в режиме реального времени. Радары обеспечивают своевременное поступление информации о ситуации в воздушном пространстве вблизи рубежей РФ и за сотни километров от госграниц. На военном языке это называется радиолокационной разведкой.

Стимулом для совершенствования радиолокационной разведки РФ являются усилия иностранных государств (прежде всего США) по созданию малозаметных самолётов, крылатых и баллистических ракет. Так, на протяжении последних 40 лет Соединённые Штаты активно развивают стелс-технологии, которые призваны обеспечить незаметный для РЛС подлёт к рубежам противника.

Огромный военный бюджет (свыше $600 млрд) даёт возможность американским конструкторам экспериментировать с радиопоглощающими материалами и геометрическими формами летательных аппаратов. Параллельно с этим США совершенствуют средства радиолокационной защиты (обеспечение помехозащищённости) и аппараты радиолокационного подавления (создание помех для приёмников РЛС).

Военный эксперт Юрий Кнутов убеждён, что радиолокационная разведка РФ способна обнаруживать практически все виды воздушных целей, включая американские истребители пятого поколения F-22 и F-35, самолёты-невидимки (в частности, стратегический бомбардировщик B-2 Spirit) и объекты, летящие на предельно малых высотах.

• Экран РЛС, который показывает изображение цели, синхронизированное с движением антенны

Эксперт отметил, что США не прекращают работы по развитию систем радиолокационного подавления, осознавая уязвимое положение перед российскими радарами. Кроме того, на вооружении американской армии стоят специальные противорадиолокационные ракеты, которые наводятся по излучению станций.

«Новейшие российские РЛС отличает невероятный уровень автоматизации по сравнению с предыдущим поколением. Поразительный прогресс был достигнут в улучшении мобильности. В советские годы на то, чтобы развернуть и свернуть станцию, требовались чуть ли не сутки. Сейчас это делается в пределах получаса, а иногда и в течение нескольких минут», — рассказал Кнутов.

Собеседник RT полагает, что радиолокационные комплексы ВКС приспособлены к противодействию высокотехнологичному противнику, снижая вероятность его проникновения в воздушное пространство РФ. По словам Кнутова, сегодня радиотехнические войска России находятся на стадии активного перевооружения, но к 2020 году современными РЛС будет укомплектовано большинство частей. 

Становление радиолокации в Российской Империи и в СССР

В преддверии и во время Первой Мировой войны главные усилия российских радиоинженеров прикладывались к развитию и усовершенствованию радиоразведки за врагом. Для этого проводились определённые мероприятия по сбору сведений о радиосвязи иностранных государств. Ещё в 1914 г. нашим соотечественником, лейтенантом Балтийского флота И.И. Ренгартеном, проводились работы по макетированию радиопеленгатора.

Иван Иванович Ренгартен

В самом начале войны командованием Балтийского флота было принято решение об установке в Кильконде на о. Эзель первого разведывательного радиопеленгатора (РРП). Идею этого РРП предложил И. Ренгартен, им же была разработана и его конструкция. Береговой РРП системы Ренгартена имел антенну зонтичного типа, состоящую из 16 или 32 лучей-радиусов, ориентированных на местности согласно компасным румбам, почему иногда именовался компасной радиостанцией, или радиостанцией компасного типа. Радиопеленгатор в Кильконде начал решать радиоразведывательные задачи.

В СССР идеи радиолокации продвигал с 1932 г. научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков, позднее предложивший использовать импульсное излучение. Идея овладела военными, и 16 января 1934 г. в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А.Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолётов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях.

Хронология

• 1886 Генрих Герц открывает эффект отражения радиоволн.
• 1897 Александр Попов фиксирует влияние проходящего корабля на работу канала радиосвязи.
• 1904 Кристиан Хюльсмэйер создает телемобилоскоп – устройство, фиксирующее отражение радиоволн.
• 1906 Ли де Форест создает первую радиолампу.
• 1921 Альберт Халл разарабатывает магнетрон – прибор для генерации СВЧ радиоволн.
• 1930 Лоренс Э.Хайленд обнаруживает искажение прохождения радиоволн при пролете самолета между антеннами.
• 1931 Авиационная радиолаборатория ВМС США приступает к проектированию устройства обнаружение вражеских судов и самолетов с помощью радио.
• 1934 Экспериментальный американский радар обнаруживает самолет на расстоянии 1 мили.
• 1934 В Ленинграде проведены успешные эксперименты по радиообнаружению самолетов.
• 1935 Германская компания GEMA создает первый прибор радиообнаружения для Кригсмарине.
• 1935 В ходе эксперимента на британской военной базе Орфорд Несс удалось обнаружить самолет на удалении 17 км.
• 1936 В Великобритании ведены встрой первые радиолокаторы системы раннего радиообнаружения Chain Home.
• 1936 В Великобритании проведены успешные испытания радара Type 79X, установленного на тральщик HMS Saltburn.
• 1937 Кригсмарине принимает на вооружение радары типов Seetakt и Flakleit.
• 1939 В США построен экспериментальное устройство XAF, для названия которого впервые использовано слово радар.
• 1939 В Германии вводится в строй система раннего радиообнаружения на базе радаров Freya и Würzburg.
• 1939 В СССР принята на вооружение станция обнаружения самолетов РУС-1 “Ревень”.
• 1939 В Великобритании радар ASV Mk.I успешно испытан на самолете Avro Anson K6260.
• 1940 В США на воружения поступают первые радары дальнего обнаружения SCR-270.
• 1940 Первые радары CXAM поступают на вооружение ВМФ США.
• 1941 Компания GEMA начинает установку радаров серии Seetakt на немецкие подводные лодки.
• 1941 Люфтваффе принимает на вооружение первые авиационные радары FuG 25a “Erstling” и FuG 200 “Hohentwiel”.
• 1941 РЛС “Редут-К” установлена на крейсер “Молотов”.
• 1941 В Японии введен первый радар дальнего обнаружения Type 11.
• 1942 РЛС “Гнейс-2” поступила на вооружение самолетов Пе-2.
• 1942 На вооружение ВМФ США поступает радар системы автоматического наведения зенитных орудий SCR-584.
• 1943 немецкий радар Jagdschloss впервые оснащен индикатором кругового обзора.

Гражданское применение

В сельском и лесном хозяйстве радиолокационные устройства незаменимы при получении информации о распределении и плотности растительных массивов, изучении структуры, параметров и видов почв, своевременном обнаружении очагов возгораний. В географии и геологии радиолокация используется для выполнения топографических и геоморфологических работ, определения структуры и состава пород, поиска месторождений полезных ископаемых. В гидрологии и океанографии радиолокационными методами осуществляется контроль состояния главных водных артерий страны, снегового и ледяного покрова, картографирование береговой линии.

Радиолокация — это незаменимый помощник метеорологов. РЛС легко выяснит состояние атмосферы на удалении десятков километров, а по анализу полученных данных составляется прогноз изменения погодных условий в той или иной местности.

Историческая справка

На способность радиоволн к отражению указывали великий физик Г. Герц и русский электротехник еще в конце XIX века. Согласно патенту от 1904 года, первый радар создал немецкий инженер К. Хюльмайер. Прибор, названный им телемобилоскопом, использовался на судах, бороздивших Рейн. В связи с развитием применение радиолокации выглядело очень перспективным в качестве элемента Исследования в этой области велись передовыми специалистами многих стран мира.

В 1932 году основной принцип радиолокации описал в своих работах научный сотрудник ЛЭФИ (Ленинградского электрофизического института) Павел Кондратьевич Ощепков. Им же в сотрудничестве с коллегами
Б.К. Шембель и В.В. Цимбалиным летом 1934 года был продемонстрирован опытный образец радиолокационной установки, обнаружившей цель на высоте 150 м при удалении 600 м. Дальнейшие работы по совершенствованию средств радиолокации сводились к увеличению дальности их действия и повышению точности определения местоположения цели.

Природа электромагнитного излучения цели позволяет говорить о нескольких видах радиолокации:

• Пассивная радиолокация
  исследует собственное излучение (тепловое, электромагнитное и т.п.), которое генерирует цели (ракеты, самолеты, космические объекты).
• Активная с активным ответом
  осуществляется в случае, если объект оборудован собственным передатчиком и взаимодействие с ним происходит по алгоритму “запрос – ответ”.
• Активная с пассивным ответом
  предполагает исследование вторичного (отраженного) радиосигнала. в этом случае состоит из передатчика и приемника.
• Полуактивная радиолокация
  – это частный случай активной, в случае когда приемник отраженного излучения расположен вне РЛС (например, является конструктивным элементом самонаводящейся ракеты).

Каждому виду свойственны свои достоинства и недостатки.

Системы отображения

Зал ТРАКОН недалеко от Вашингтона.

Экран отображения данных мониторинга.

Данные ASR отображаются в стандартной системе замены оконечной автоматики (STARS) в диспетчерских вышках и диспетчерских пункта радиолокационного управления (TRACON), расположенных в аэропортах.

STARS используется диспетчерами по всей территории Соединенных Штатов для предоставления услуг по управлению воздушным движением (УВД) воздушным судам в зонах аэродрома. Услуги УВД предоставляются в районе аэропортов, где наблюдается значительный трафик от прилета до вылета. Эти функции включают дистанционное управление воздушным судном, прогноз погоды и контроль уровня воздушного движения. Система разработана с учетом роста воздушного движения и внедрения новых функций автоматизации, которые повысят безопасность и эффективность Национальной системы воздушного пространства США (NAS).

Радиолокатор наблюдения за аэропортами начинает дополняться ADS-B ( автоматическое зависимое наблюдение-вещание ) в Соединенных Штатах и ​​других частях мира. По состоянию на весну 2011 года ADS-B в настоящее время работает на большинстве объектов УВД в США. ADS-B – это технология на основе GPS, которая позволяет самолету передавать свое местоположение, определенное GPS, на системы отображения так часто, как один раз в секунду, в отличие от одного раза в 5-6 секунд для радара ближнего действия или один раз каждые 12-13 секунд. секунд во время медленного вращения радара дальнего действия. FAA требует, чтобы ADS-B был полностью готов к эксплуатации и был доступен для NAS к 2020 году. Это позволит вывести из эксплуатации старые радары для повышения безопасности и сокращения затрат. По состоянию на 2011 год нет окончательного списка камер контроля скорости, которые будут выведены из эксплуатации после внедрения ADS-B.

Использование радиолокационных станций

Первая радиолокационная станция была разработана во время Второй мировой войны. Сегодня на рынке представлены РЛС,

подходящие для использования на всех типах судов, включая и небольшие рыболовецкие, и прогулочные суда. Несмотря на то, что среди владельцев маломерных судов популярностью пользуются и такие судовые устройства, какнавигационные эхолоты иGPS-приемники , радиолокационная станция остается одним из наиболее важных навигационных средств. Именно она способна обеспечить безопасность навигации в полной темноте или в тумане.

Возьмем, например, прокладчик курса. Он может показать только приблизительное местонахождение объекта, в то время как радиолокационная станция точно покажет, где находятся те или иные объекты, в том числе береговая линия, движущиеся суда, маяки и буи. РЛС решит проблему и в случае, когда объекты не нанесены на карту: судоводитель будет предупрежден о возможном препятствии на его пути.

Назначение РЛС

Главная функция любой радиолокационной станции

— предупреждение столкновений. Также она обеспечивает информированность судоводителя о местонахождении судов, берега и других объектов. Среди остальных функций РЛС можно выделить следующие:

1. Судовождение в любых условиях освещенности В полной темноте и в условиях ограниченной видимости радиолокационная станция может стать «глазами» судоводителя, что позволит ему контролировать движение собственного судна и других судов, а также расположение различных объектов, которые могут встретиться на пути судна.
2. Анализ движения других судов Функция отображения следов в виде послесвечения позволяет оценить движение всех целей относительно собственного судна. Некоторые современные модели радиолокационных станций также могут отображать истинное движение целей, что еще больше повышает безопасность судоходства. К таким РЛС относится, например,радиолокационная станция Furuno FR-7062 .
3. Ведение судна в определенное судоводителем место Владельцы небольших судов (рыболовных и прогулочных) используют радиолокационные станции также для того, чтобы добраться в определенные районы, например, к излюбленному месту рыбной ловли. Напоминающее карту изображение на экране РЛС позволяет идти непосредственно к выбранной путевой точке и дополняет изображения прокладчика курса.
4. Прием сигналов радиолокационного маяка Радиолокационная станция может принимать импульсные сигналы от радиолокационного маяка для определения местоположения своего судна.

Первые эксперименты: радиоволны в открытом море

Термин «радиолокация» происходит от двух латинских слов: «radiare», которое означает «излучать», и «locatio» – «размещение, расположение». Сложение этих двух слов позволяет трактовать, что радиолокация занимается определением местоположения различных объектов по излученным от них сигналам.

Это самое общее толкование слова «радиолокация». Более точной формулировкой будет следующая. Под радиолокацией понимают область радиоэлектроники, которая занимается разработкой методов и технических устройств (систем), предназначенных для обнаружения и определения координат и параметров движения различных объектов с помощью радиоволн.

С помощью радиолокации обеспечивается решение широкого круга задач, связанных с обнаружением воздушных и наземных объектов (целей), навигацией (обеспечением вождения) различных судов (воздушных и морских), с управлением воздушным и морским движением, управлением средствами ПВО, с обеспечением безопасности движения транспортных средств, с предсказанием возникновения погодных явлений, а также с поражением наземных (морских) и воздушных объектов в любое время суток и в любых метеоусловиях. Помимо этого, основываясь на принципах радиолокации, решаются задачи, связанные с диагностикой организма человека. Как видите, спектр задач, решаемых радиолокацией, достаточно широк несмотря на то, что радиолокация сравнительно молодое научное направление.

Самолет дальнего радиолокационного обнаружения и управления А-50У

Первые упоминания о возможности использования радиоволн для обнаружения различных объектов относятся ко второй половине 90-х годов XIX столетия. В частности, годом рождения радиолокации в России считается 1897-й, когда изобретатель радио Александр Степанович Попов, проводя свои эксперименты в открытом море по установлению связи с помощью беспроводного телеграфа, обнаружил эффект отражения радиоволн. Было это так. Летом 1897 года под руководством А.С. Попова в Финском заливе проводились испытания радиоаппаратуры, изобретенного им беспроволочного телеграфа. В испытаниях принимали участие два морских судна – транспорт «Европа» и крейсер «Азия». На данных судах были установлены приемная и передающая аппаратура, и между ними поддерживалась непрерывная радиосвязь.

Неожиданно между кораблями прошел линейный крейсер «Лейтенант Ильин». Связь между кораблями прервалась. Через некоторое время, когда «Лейтенант Ильин» прошел линию, соединяющую корабли, связь возобновилась. Это «затенение» было замечено испытателями, и в отчете А.С. Попова по результатам экспериментов было отмечено, что появление каких-либо препятствий между передающей и приемной позициями может быть обнаружено как ночью, так и в тумане. Так родилась радиолокация.

Элемент обороны

Радиолокационные станции в ВКС России предназначены для обнаружения и сопровождения воздушных целей, а также для целеуказания зенитным ракетным комплексам (ЗРК). РЛС являются одним из ключевых элементов противовоздушной, противоракетной и космической обороны России.

Также по теме

«Глаза» ракетной обороны: в Крыму появится радиолокационная станция «Воронеж-СМ»

Перспективная радиолокационная система «Воронеж-СМ» будет развёрнута в Крыму в ближайшие годы. Об этом заявил председатель совета…

Радиолокационный комплекс «Небо-М» способен обнаруживать цели на дальности от 10 до 600 км (круговой обзор) и от 10 до 1800 км (секторный обзор). Станция может отслеживать как крупные, так и малоразмерные объекты, выполненные по стелс-технологии. Время развёртывания «Небо-М» составляет 15 минут.

Для определения координат и сопровождения самолётов стратегической и тактической авиации и обнаружения американских ракет «воздух — поверхность» типа ASALM ВКС России используют радиолокационную станцию «Противник-ГЕ». Характеристики комплекса позволяют ему сопровождать не менее 150 целей на высоте от 100 м до 12 км.

Мобильный радиолокационный комплекс 96Л6-1/96Л6Е «Всевысотный обнаружитель» применяется в Вооружённых силах РФ для выдачи целеуказания средствам ПВО. Уникальная машина может определять широкий спектр аэродинамических целей (самолётов, вертолётов и беспилотников) на высотах до 100 км.

РЛС «Подлёт-К1» и «Подлёт-М», «Каста-2-2», «Гамма-С1» используются для мониторинга воздушной обстановки на высотах от нескольких метров до 40—300 км. Комплексы распознают все виды авиационной и ракетной техники и могут эксплуатироваться при температурах от -50 до +50 °C.

• Мобильный радиолокационный комплекс обнаружения аэродинамических и баллистических объектов на средних и больших высотах «Небо-М»

Основной задачей радиолокационного комплекса «Сопка-2» является получение и анализ информации о воздушной обстановке. Самым активным образом Минобороны использует эту РЛС в Арктике. Высокая разрешающая способность «Сопки-2» позволяет распознавать отдельные воздушные цели, которые летят в составе группы. «Сопка-2» способна обнаруживать до 300 объектов в пределах 150 км.

Практически все вышеперечисленные радиолокационные комплексы обеспечивают безопасность Москвы и Центрального промышленного региона. К 2020 году доля современного вооружения в частях ПВО московской зоны ответственности должна достичь 80%.

Безошибочная идентификация

История семейства «Гнейс» закончилась с началом эры реактивной авиации. Для скоростных послевоенных советских истребителей требовались принципиально новые радары с более высокими требованиями к надёжности и дальности обнаружения цели. В 1950-е годы бортовые станции «Гнейс» были вытеснены комплексами типов «Торий», «Коршун», «Изумруд», «Сокол», «Сапфир».

В последующем советские инженеры расширили функционал авиационной БРЛС, освоив её сопряжение с прицелом и пусковыми устройствами крылатых ракет. Современные радиолокационные станции способны обнаруживать и сопровождать воздушные и наземные цели на дальности в сотни километров, а также выдавать целеуказания на применение управляемого бортового оружия.

Также по теме

«Конкуренция уступила место объединению»: какие перспективы перед РФ открывает создание дивизиона военной авиации

На базе компаний Sukhoi и АО «РСК «МиГ» в России будет сформирован дивизион военной авиации. Об этом сообщается на сайте Объединённой…

Дмитрий Дрозденко рассказал, что наиболее продвинутым видом авиационного радара является бортовая радиолокационная станция с активной фазированной антенной решёткой (АФАР).

Например, истребитель пятого поколения Су-57 оснащён БРЛС Н036 «Белка» с АФАР разработки НИИП имени В.В. Тихомирова (Жуковский). Станция способна сканировать воздушное пространство на дальности около 400 км, сопровождать до 60—62 объектов одновременно и наводить вооружение на 20 целей (16 воздушных и четыре наземных). По словам Дрозденко, качество современных российских бортовых РЛС «находится на самом высоком уровне».

Как пояснил Владимир Попов, современные БРЛС в большинстве модернизированных самолётов четвёртого и пятого поколений интегрированы в единую информационно-управляющую систему, что позволяет практически безошибочно идентифицировать цель.

«В самолётах пятого поколения и поколения «4++» все бортовые комплексы, включая РЛС, сведены в одну систему. Интеграция до такой степени высокая, что лётчик почти на 100% способен понять, какую конкретно цель он наблюдает на экране. Сейчас радиолокационная станция позволяет пилоту получать достоверную информацию на дальности, которую советские инженеры в 1940-е годы себе вряд ли представляли», — подчеркнул Попов.