Большая Советская Энциклопедия (РА)

Фазовый метод весьма удобен и для точного измерения угловой скорости излучающего объекта. Применяя увеличенную базу, можно во много раз повысить чувствительность системы к изменению угловых координат, получая измеримые разности фаз колебаний при ничтожных угловых перемещениях объекта. Сложность измерения этими системами угловых координат и их производных обусловлена многоканальностью их структуры, жёсткими требованиями к фазовым характеристикам каналов, необходимостью использовать для автоматизации обработки данных ЦВМ с высокой производительностью.

Развитие фазовых методов измерения угловых координат и их производных в Р. было использовано в радиоастрономии, где получили применение интерферометры со сверхдлинной базой (порядка нескольких тысяч км); с их помощью достигают углового разрешения порядка тысячной доли угловой секунды.

Большое значение в Р. имеет метод селекции движущихся целей — обнаружения отражённых целями сигналов, маскируемых радиоволнами, отражёнными от местных предметов — зданий, холмов, леса (при наблюдении низколетящих самолётов и снарядов или объектов, движущихся по земле), либо от волнующегося моря (при наблюдении перископов подводных лодок), либо от «облака» пассивных дипольных помех (при наблюдении воздушных объектов) и т.д. При этом методе, называемом также когерентно-импульсным, фаза излученных радиоволн запоминается с тем, чтобы при приёме сигнала, отражённого от объекта, по мере движения объекта можно было фиксировать изменение разности фаз между принятым и посланным сигналами; для неподвижного или малоподвижного фона помех изменения разности фаз в соседних периодах повторений импульсов близки к нулю, и при помощи устройств компенсации можно эти сигналы подавить, пропустив на выход РЛС только сигналы от движущихся объектов. Известны 2 способа реализации такого метода: с передатчиком (например, на клистроне, рис. 5), фаза колебаний в котором может управляться, и с передатчиком (например, на магнетроне, рис. 6), фаза колебаний которого от посылки к посылке импульсного сигнала случайна. В последнем случае фаза СВЧ колебаний магнетрона запоминается путём принудительного фазирования когерентного гетеродина приёмника при каждой посылке зондирующего сигнала.

Методы оптимальной обработки сигналов (в т. н. когерентных РЛС) позволили получать высокую угловую разрешающую способность у РЛС, движущихся относительно объектов (в т. ч. даже если размеры антенны сравнительно невелики, т. е. при широком радиолуче). Так, для картографирования местности был разработан метод бокового обзора с синтезированным раскрывом антенны. В РЛС, использующих этот метод, антенна, вытянутая вдоль пути летательного аппарата (ЛА), принимает от каждой элементарной площадки местности сигналы, различающиеся временем запаздывания (в связи с перемещением ЛА) и частотой Доплера. Т. к. при оптимальной обработке сигналы запоминаются и суммируются с соответствующими фазовыми сдвигами, то можно получить эффект синфазного сложения сигналов, подобно тому как это происходило бы при неподвижной синфазной антенне с эквивалентным размером D вдоль линии пути, определяемым перемещением Л А за время когерентного накопления сигнала Т:

D = uT,

где u — скорость перемещения ЛА. Вследствие эффекта Доплера изменение частоты колебаний Df для элементов поверхности, разнесённых на ширину радиолуча q = lld (где l — длина волны, d — диаметр или сторона раскрыва антенны), равно

Следовательно, после оптимальной обработки сигнала длительность сжатого импульса t будет равна

'

что соответствует предельно достижимой продольной разрешающей способности вдоль линии пути, равной d = tu (или ¹/₂d, если та же бортовая антенна используется не только для приёма, но и для облучения и обеспечивает т. о. удвоение фазовых сдвигов отражённых колебаний).

Лит.: Теоретические основы радиолокации, под ред. В. Е. Дулевича, М., 1964; Современная радиолокация, пер. с англ., М., 1969; Теоретические основы радиолокации, под ред. Я. Д. Ширмана, М., 1970; Вопросы статистической теории радиолокации, под ред. Г. П. Тартаковского, т. 1—2, М., 1973—74.

А. Ф. Богомолов.

Рис. 3. Схема измерения дальности при непрерывных частотно-модулированных колебаниях (а) и кривые изменения во времени частоты зондирующего (f_п) и отражённого (f_{) колебаний (б): Тм — период модуляции; 2 r/c — временное запаздывание отражённого сигнала ( r — расстояние до цели, c — скорость света); t — время.}

Рис. 6. Блок-схема псевдокогерентной радиолокационной станции с фазируемым когерентным гетеродином. Обозначения те же, что и на рис. 5.

Рис. 4. Схема пеленгации по методу сравнения: ОБ — равносигнальное направление; ОА и 0B — 2 положения максимума диаграммы направленности.

Рис. 5. Блок-схема когерентной радиолокационной станции: F_д — частота Доплера движущейся цели; f _{— несущая частота; fпр — промежуточная частота; УПЧ — усилитель промежуточной частоты; Ан — антенна.}

Рис. 2. Схема измерения дальности импульсным методом: r — расстояние до цели.

Рис. 1. Схема загоризонтной радиолокации.

Радиолокация в метеорологии

Радиолока'ция в метеороло'гии, применение радиолокации для метеорологических наблюдений и измерений, основанное на рассеянии радиоволн гидрометеорами, диэлектрическими неоднородностями воздуха, сопутствующими атмосферными явлениям, частицами аэрозоля и др. Кроме того, пользуются искусственными отражателями (рассеивателями), выбрасываемыми в атмосферу, типа метализированных иголок размером ~ l/2, где l — длина волны, а также специальными радиолокационными отражателями или активными ответчиками — миниатюрными радиопередатчиками, поднимаемыми на шарах-зондах.

Отражения радиоимпульсов от турбулентных и инверсионных слоев в тропосфере впервые отмечены в 1936 Р. Колвеллом и А. Френдом (США) на средних и коротких волнах. Первые сообщения об обнаружении осадков с помощью радиолокаторов сантиметрового (СМ) диапазона относятся к началу 1941 (Великобритания). В 1943 в США А. Бентом и др. были организованы первые оперативные наблюдения за ливнями и грозами. В СССР В. В. Костаревым в 1943 начаты измерения скорости и направления ветра в высоких слоях атмосферы путём прослеживания движения шаров-зондов с пассивными отражателями.

При помощи радиолокаторов обнаруживаются облака, осадки, области повышенных градиентов температуры и влажности, ионизированные следы молниевых разрядов и др. Из радиолокационных наблюдений получают информацию о пространственном положении, перемещении, структуре, форме и размерах обнаруживаемых объектов, а также их физических свойствах. При рассеянии радиоволн на частицах облаков и осадков в случае, когда размеры r этих частиц малы по сравнению с длиной волны l (рэлеевское рассеяние), величина радиолокационного сигнала ~ r⁶/l⁴. Столь сильная зависимость величины отражённого сигнала от размера частиц приводит к тому, что при радиолокационном наблюдении за облаками и осадками выделяются наиболее крупнокапельные области, поэтому радиолокационные изображения не всегда совпадают с визуальными размерами объекта. Интенсивность рассеянных сигналов резко убывает с увеличением l, кроме того, на миллиметровых (ММ) и более коротких волнах сигнал сильно ослабляется, что ограничивает диапазон частот метеорологических радиолокаторов, которые поэтому, как правило, работают в СМ и ММ диапазонах волн.

Между средней мощностью отражённых сигналов и интенсивностью осадков установлены эмпирические соотношения, на основании которых определяют распределение интенсивности и количества выпадающих осадков на площади радиолокационного обзора. Более высокая точность измерения интенсивности осадков и водности облаков достигается при измерении ослабления радиоволн. Для определения ослабления радиоволн используют двухволновые радиолокаторы. Если l сравнима с размером частицы, закон рассеяния существенно отличается от рэлеевского, и при известной частотной зависимости ослабления радиоволн измерения отражённых сигналов на нескольких длинах волн позволяют оценить размеры частиц осадков. Для несферических частиц вероятность рассеяния зависит от их формы и ориентации. По степени деполяризации отражённых сигналов можно судить о форме частиц облаков и осадков и, следовательно, об их агрегатном состоянии. Движение рассеивателей приводит к смещению частоты отражённых сигналов вследствие эффекта Доплера. Измерение доплеровского смещения частоты, а также др. параметров спектра радиолокационных сигналов, отражённых от облаков и осадков, крупных частиц аэрозоля, искусственных рассеивателей, позволяет исследовать структуру различных движений в атмосфере (ветер, турбулентность, упорядоченные вертикальные потоки). С помощью высокочувствительных радиолокационных станций обнаруживаются области повышенных градиентов показателя преломления, связанные с образованием устойчивых слоев в приземном и пограничном слоях атмосферы, а также с зонами интенсивной турбулентности при «ясном» небе на высотах до 10—15 км. Интенсивность турбулентности в «ясном» небе оценивается по величине отражённых сигналов, а также по ширине их спектра, обусловленного доплеровским смещением.