Tutka-asema (tutka), tutka ( englanniksi radar from radio d detection a nd r anging - radio detection and rangeing ) on radiotekninen järjestelmä ilma-, meri- ja maakohteiden havaitsemiseen sekä niiden kantaman, nopeuden ja geometrian määrittämiseen. parametrit. Se käyttää tutkamenetelmää , joka perustuu radioaaltojen lähettämiseen ja niiden heijastusten rekisteröintiin esineistä. Englanninkielinen termi ilmestyi vuonna 1941 äänilyhenteenä ( eng. RADAR) , joka siirtyi myöhemmin itsenäisen sanan luokkaan [1] [2] [3] .
Vuonna 1887 saksalainen fyysikko Heinrich Hertz aloitti kokeita, joissa hän havaitsi James Maxwellin sähkömagneettisen kentän teorian ennustamien sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon . Hertz osoitti kokeellisesti mahdollisuuden tuottaa ja vastaanottaa sähkömagneettisia radioaaltoja ja havaitsi, että eri materiaalit absorboivat ja heijastavat eri tavalla.
Vuonna 1897 venäläinen fyysikko A. S. Popov havaitsi alusten välistä radioliikennettä koskevien kokeiden aikana ilmiön, joka heijastuu radioaaltojen laivan rungosta. Radiolähetin Popovin kokeissa asennettiin Europa-kuljetuksen ylemmälle sillalle, joka oli ankkurissa, ja radiovastaanotin asennettiin risteilijään Africa. A. S. Popov kirjoitti näiden kokeiden suorittamiseen nimetyn komission raportissa:
Aluksen tilanteen vaikutus on seuraava: kaikkien metalliesineiden (mastojen, putket, varusteet) tulee häiritä instrumenttien toimintaa sekä lähtöasemalla että vastaanottoasemalla, koska sähkömagneettisen aallon tielle joutuessaan ne rikkovat sen oikeellisuutta, jonkin verran samalla tavalla kuin aallonmurtaja vaikuttaa tavalliseen aaltoon, joka etenee veden pintaa pitkin, osittain johtuen niissä virittyneiden aaltojen häiriöstä lähteen aaltojen kanssa, eli ne vaikuttavat epäsuotuisasti.
... Myös välialuksen vaikutus havaittiin. Joten kokeiden aikana risteilijä luutnantti Ilyin pääsi Euroopan ja Afrikan väliin, ja jos tämä tapahtui suurilla etäisyyksillä, välineiden vuorovaikutus pysähtyi, kunnes alukset lähtivät samasta suorasta.
Vuonna 1905 Christian Hülsmeyer sai saksalaisen patentin 30. huhtikuuta 1904 päivätystä tutkaideahakemuksesta [4] . Yhdysvalloissa radioaaltoheijastuksen löytö johtuu Taylorista ja Youngista vuonna 1922.
Pelkästään perusidean tuntemus ei riittänyt yksinkertaisimmankaan tutkan käytännön luomiseen. Toimintaperiaatteen lisäksi insinöörien oli keksittävä monia epätavallisen tärkeitä ja nerokkaita teknisiä laitteita ja laitteita: magnetroneja , klystroneja , liikkuvia aaltoputkia , aaltoputkia , monimutkaisia vahvistus- ja generaattorilamppuja . Samaan aikaan insinöörit luottivat vain omiin voimiinsa: monet tutkatyöskentelyn tekniset tehtävät olivat salaisia, mikä vaikeutti tiedonvaihtoa eri maiden tutkijoiden välillä. Pitkäaaltoradiotekniikka , jolla radiotaajuuksien kehitys historiallisesti alkoi, ei ollut sovellettavissa tutkatarkoituksiin vaadituilla korkeilla taajuuksilla.
Skotlantilainen fyysikko Robert Watson-Watt esitteli yhden ensimmäisistä ilmaobjektien tutkaa varten suunnitelluista laitteista 26. helmikuuta 1935 , joka sai ensimmäisen patentin tällaisen järjestelmän keksinnölle noin vuotta aiemmin.
1930-luvun jälkipuoliskolla ensimmäiset teolliset tutkamallit ilmestyivät Isossa-Britanniassa. Ne olivat tilaa vieviä ja ne voitiin sijoittaa vain maalle tai pääomalaivoille. Vuonna 1937 testattiin kompaktin tutkan prototyyppiä, joka soveltuu sijoitettavaksi lentokoneeseen [5] . Ensimmäiset ilmailututkat oli tarkoitettu joko havaitsemaan vihollisen lentokoneita ja laivoja ilman optista näkyvyyttä tai havaitsemaan hyökkäys takapuoliskolta (esimerkiksi Monica-tutka ). Kamppailu tilan, painon ja energian säästämiseksi ei päättynyt tähän, vaan luotiin yksinkertaiset ja miniatyyri radiosulakkeet , jotka voitiin sijoittaa ilmatorjuntaammusten päihin. Toisen maailmansodan alkuun mennessä Chain Home -tutkajärjestelmä otettiin käyttöön Isossa-Britanniassa . Tutka-asemien luomisen historia esitetään brittiläisessä dokumentissa "Secret War: Seeing a hundred miles" .
Yhdysvalloissa solmittiin ensimmäinen sopimus armeijan ja teollisuuden välillä tutka-aseman perustamisesta vuonna 1939.[ määritä ] .
Toisen maailmansodan puhkeaminen vaati brittiläisiä insinöörejä luomaan tehokkaita toimenpiteitä saksalaisten ilmahyökkäysten torjumiseksi, ja kesällä 1940 Henry johdolla kehitettiin moniontelomagnetroni , josta tuli perusta uudelle tehokkaalle. ilmatutkajärjestelmä senttimetrialueella, joka varustettiin vuoden 1941 alussa amerikkalaisissa ja brittiläisissä lentokoneissa [6] .
Itävaltalainen arkkitehti Rudolf Kompfner keksi liikkuvan aallon vahvistusputken, joka vahvistaa signaalin miljoona kertaa laajalla mikroaaltotaajuusalueella. Tämän laitteen kehittämisestä Kompfnerille myönnettiin fysiikan tohtorin arvo.
Suojellakseen kaupunkejaan pommi-iskuilta Saksa loi ilmatorjunta-akkuja, joita ohjattiin Würzburg -tyyppisillä tutoilla , joiden säteilytaajuus on 560 megahertsiä. Ilmapuolustuksen järjestämisestä vastasi kenraali Kammhuber , joka loi niin sanotun Kammhuber-linjan .
Operaatio Bruneval aikana, jonka brittiläiset kommandot suorittivat helmikuussa 1942 Ranskan rannikolla Seine-Maritimen maakunnassa ( Ylä-Normandia ), saksalaisten tutkien salaisuus paljastettiin. Saksalaisten tutkien häiritsemiseksi liittoutuneet käyttivät lähettimiä, jotka lähettävät häiriöitä tietyllä taajuuskaistalla keskimäärin 560 megahertsin taajuudella. Aluksi pommikoneet varustettiin tällaisilla lähettimillä .
Kun saksalaiset lentäjät oppivat ohjaamaan hävittäjiä häiriösignaaleihin, ikään kuin radiomajakoille, Harvardin yliopiston radiolaboratoriossa [7] kehitetyt valtavat amerikkalaiset lähettimet "Tuba" ( Project Tuba ) sijaitsivat kaupungin etelärannikolla. Englanti . Voimakkaista signaaleistaan saksalaisten hävittäjien radiolaitteet "sokeasti" Euroopassa ja liittoutuneiden pommikoneet, päästyään eroon takaa-ajoistaan, lensivät rauhallisesti lentokentälleen Englannin kanaalin yli.
Neuvostoliitossa haettiin uusia tapoja ilma-alusten havaitsemiseen 1930-luvun alussa, kun kävi selväksi, että ilmailun nopeuksien lisääntyessä ilmatorjuntavalot ja äänihavainnot eivät lyhyen kantamansa vuoksi kykenisi. varhaisen varoituksen antaminen ilmahyökkäyksestä, ja ilmatiedustuksesta tulisi ilmapuolustusjärjestelmän pullonkaula . Tutkimuksen kehitystä tutka-alalla edelsi kokeet ilma-aluksen havaitsemiseksi sen lämpösäteilyn (1932-34 VEI ) ja moottorin sytytysjärjestelmän radiosäteilyn (1930 M.A. Fedorov, NIIIS KA) perusteella, jotka eivät antaneet tyydyttävää tulosta. tuloksena kantama ei ylittänyt useita kilometrejä. Kesäkuussa 1933 rahoituskysymyksiä ja radioilmaisun tutkimuksen aloittamista (termi tutka ilmestyi myöhemmin) keskusteli K.E. Voroshilov ja M.N. Tukhachevsky .
Lokakuussa 1933 GAU :n (edustaja M. M. Lobanov ) ehdotuksesta keskusradiolaboratorion desimetriaaltoryhmän 26-vuotias johtaja Yu.K. Korovin. Tutka-asemaksi sovitettiin desimetriaaltoradioviestintälaitteisto , jonka Korovin - ryhmä loi ja testasi kesällä 1933. Kokeellinen tutka koostui kahdesta halkaisijaltaan 2 metrin parabolisesta antennista, jotka toimivat aallonpituudella 50 cm (600 MHz), jatkuvassa tilassa toimivan lähettimen teho oli vain 0,2 W, heijastuvaa signaalia ohjattiin korvalla super- regeneratiivinen radiovastaanotin . 3. tammikuuta 1934 Neuvostoliiton ensimmäinen koe lentokoneen havaitsemiseksi tutkalla suoritettiin onnistuneesti Korovinin laitoksessa. Maksimietäisyys 150 m:n lentokorkeudessa oli 600-700 m. Raportissa "Direction Finding of Aircraft on the DTSV" , joka lähetettiin GAU:lle 14. helmikuuta 1934, Korovin ilmaisi luottamuksensa mahdollisuuteen laajentaa kantamaa 8-10 km lisäparannuksella.
16. tammikuuta 1934 Leningradin fysiikan ja tekniikan instituutissa akateemikko A.F. Ioff piti kokouksen tutkakysymyksestä, johon osallistuivat akateemikot A.A. Chernysheva , S.I. Vavilov , professorit N.N. Andreeva , N.D. Papaleksi , A.A. Lebedeva , D.A. Rozhansky , V.P. Linnik , LFTI:n työntekijät, LEFI ja Ilmapuolustusosaston edustajat . Samana vuonna marsalkka Tukhachevsky kirjoitti kirjeessä Neuvostoliiton hallitukselle: "Kokeet ilma-alusten havaitsemiseksi sähkömagneettisen säteen avulla vahvistivat taustalla olevan periaatteen oikeellisuuden." Pian tutkatyö avautui laajalla rintamalla, asiakkaita olivat Puna-armeijan tykistöpääosasto ja ilmapuolustusosasto. Kaiken kaikkiaan on viisi päätieteellistä aluetta, joilla sotaa edeltävänä aikana kehitettiin yli tusina erityyppistä ja erilaista kokeellista tutkaa, mutta useimpia niistä ei eri syistä saatu massatuotantoon. [kahdeksan]
Ensimmäinen suunta oli Yu.K.n työn jatkaminen. Korovin GAU:n määräyksestä, joka tapahtui Gorkin kaupungissa ( Nižni Novgorod ) TsVIRL :n perusteella koodilla "Raccoon". Toukokuussa 1935 asennus saavutti 3 km:n havaintoalueen, parametrien myöhempi parantaminen aiheutti vaikeuksia, jotka liittyivät mikrofoniefektin vaimentamiseen, hiljaisten lamppujen puuttumiseen jne. Syyskuussa 1937 työ lopetettiin. johtuen siitä, että yhdensuuntainen suunta NII-9:ään osoittautui onnistunemmaksi.
Toinen suunta järjestettiin 11. tammikuuta 1934 Leningradin sähköfysikaalisessa instituutissa (LEFI), myös GAU:n tilauksesta. Työn suoritti B.K.:n laboratorio. Shembel A. A. Chernyshevin yleisen ohjauksen alaisena . Suunta oli asiakkaan mielestä Korovin-konsernin kanssa rinnakkainen ja kilpaileva. Kesällä 1935 kokeellinen järjestely jatkuvalla säteilyllä aallonpituudella 21-29 cm osoitti 5-6 kilometrin kantaman U-2-koneessa. Syksyllä 1935 LEFI sulautui Radio Experimental Instituteen (M.I. Kugushev) ja myöhemmin Television Research Instituten kanssa, ja siitä tuli osa uutta salaista NII-9:ää, jonka tieteellinen johtaja oli M. A. Bonch-Bruevich . Syyskuussa 1936 Shembelin laboratorio loi liikkuvan kahden koordinaatin radioilmaisimen "Storm" [9] , joka pystyi havaitsemaan lentokoneita 10-11 kilometrin etäisyydeltä. Samassa kuussa instituutissa pidettiin radioilmaisun tieteellinen ja tekninen konferenssi A.V.:n johdolla. Shuleikin ja maan johtavien tutkijoiden ja tutkainsinöörien osallistuminen, mikä mahdollisti tulosten arvioinnin ja tutkimuksen kulkua. Samanaikaisesti NII-9 teki laajaa teoreettista tutkimusta antennijärjestelmistä ja mikroaaltoradiotekniikasta, jonka tuloksia käytettiin jo sodanjälkeisellä kaudella. Vuoden 1939 lopulla kokeelliset radioilmaisimet B-2 ("Mimas"), B-3 ja impulssiradioetäisyysmittari "Sagittarius" NII-9 toimivat jopa 20 km:n etäisyydellä. Puolustuskomitea tilasi kesäkuussa 1940 Mimas-radioilmaisimen ja Jousimies-etäisyysmittarin pohjalta tehdyn ilmatorjuntatykistön tutkan teollisen mallin koodilla Luna, mutta tilausta ei täytetty, koska Leningradin NII-9:n laboratorion evakuointi hajallaan Neuvostoliiton eri kaupunkeihin, ja Ostrovkin testitukikohta Nevan rannalla tuhoutui ja instituutti lakkasi olemasta.
Kolmas suunta syntyi 19. helmikuuta 1934, kun Puna-armeijan ilmapuolustusosasto teki sopimuksen LEFI:n kanssa ilmatiedusteluaseman kehittämisestä. Tämän seurauksena Shembel-laboratorio loi ja testasi syyskuuhun 1934 mennessä kokeellisen tutka-aseman "Rapid", joka toimi taajuudella 63 MHz "lähetyksessä" jatkuvalla säteilyllä, jonka ohjatun osan pituus oli jopa 50 km. Ensimmäisen kokeellisen asennuksen "Rapid" testasi P. Oshchepkov samana vuonna [10] : lähetin asennettiin Moskovaan Krasnokazarmennaja-kadun talon 14 katolle , vastaanotin - lähellä Novogireevon kylää ; M. N. Tukhachevsky, N. N. Nagorny , M. V. Shuleikin olivat paikalla . Lokakuussa UPVO irtisanoi sopimuksen odottamatta ja M.N. Tukhachevsky perustaa oman osastojen suunnittelutoimiston UPVO:lle P.K.:n johdolla. Oshchepkov , joka aloittaa Elektrovisor-tutkakompleksin kehittämisen, joka koostuu Vega-järjestelmästä ja kahdesta Cone-järjestelmästä (lähellä ja kaukana). Vuoden 1935 alussa Oštšepkov päätti täydentää Elektrovisoria Model-2-impulssijärjestelmällä. Tällaisen mittakaavan kehittäminen oli nuoren suunnittelutoimiston voimien ulkopuolella, ja kesään 1936 mennessä, kun se suunniteltiin käyttöön, mikään kompleksin järjestelmistä ei pystynyt osoittamaan merkittäviä tuloksia testeissä lukuisten puutteiden vuoksi. Vuotta myöhemmin Oštšepkov tukahdutettiin Tukhachevsky-tapauksessa, ja UPVO-suunnittelutoimisto muutettiin NIIIS KA:n tieteelliseksi sektoriksi, jossa Rapid-asennuksen perusteella luotiin Rhubarb-tutka, joka otettiin käyttöön. syyskuussa 1939 nimellä RUS-1 .
Neljäs suunta syntyi LPTI:ssä syyskuussa 1934, kun D.A.:n laboratorio . Rozhansky (syyskuusta 1936 Yu.B. Kobzarev ) aloitti tutkatutkimuksen Puna-armeijan UPVO:n tilauksesta. Maaliskuussa 1935 LPTI liittyi pulssitutkan kehittämiseen UPVO Design Bureaun Model-2-järjestelmää varten ja jatkoi sitten tätä aihetta NIIIS KA:n kanssa. Huhtikuussa 1937 kokeellisella asennuksella saavutettiin 5 km kantama, elokuussa 1938 - 50 km. Tämän perusteella vuotta myöhemmin instituutti ja NIIIS KA valmistivat ja testasivat kokeellisen liikkuvan asennuksen "Redut" autotukikohdassa, joka osoitti lentokoneiden maksimietäisyydeksi jopa 95 km, mikä oli loistava indikaattori sen toiminnalle. aika. Huhtikuusta 1939 lähtien, puolustuskomitean päätöksellä, Radioteollisuuden tieteellinen tutkimuslaitos (NII-20 Ostekhbyuro) on liittynyt prototyyppien valmistukseen talvella 1939-40. "Redoubt" testattiin todellisessa taistelussa Neuvostoliiton ja Suomen välisen konfliktin aikana . 26. heinäkuuta 1940 ilmapuolustusvoimat omaksuivat aseman nimeltä RUS-2 , mutta tuotantoprosessin aikana NII-20 (insinööri D.S. Mikhalevich) ehdotti aseman merkittävää parantamista muuttaen sen kaksinkertaisesta. antenni yksiantenniksi. Uusi projekti sai nimekseen "Redoubt-41" ja sitten "Pegmatit", kaksi uudentyyppistä koeasemaa valmistettiin toukokuussa 1941 ja otettiin käyttöön nimellä RUS-2s. Vuonna 1940 NII-20 alkoi kehittää Redutin pohjalta ilmapulssitutkaa Gneiss (A.B. Slepushkin, A.A. Fin , V.V. Tikhomirov ), jota käytettiin ensimmäisen kerran Pe-2- koneissa taisteluissa Moskovan ja Stalingradin lähellä .
Viides suunta syntyi Ukrainan fysiikan ja teknologian instituutissa (UFTI) Harkovissa , jossa sähkömagneettisten värähtelyjen osasto työskenteli vuodesta 1932 A.A.:n johdolla. Slutskin , joka omasta aloitteestaan suoritti magnetronien tutkimusta ja kehitystä [11] . Maaliskuussa 1937 UPTI sai Puna-armeijan viestintäosastolta käskyn luoda impulssiasema aseen ohjaamiseksi aallonpituudella 60-65 cm, kantama 30 km. Se oli ensimmäinen Neuvostoliiton tutka, joka pystyi määrittämään kolme kohdekoordinaattia, mutta suuri kuollut alue (6 km) ja pitkä koordinaattien määritys (kymmeniä sekunteja) eivät olleet sopivia ilmatorjuntatykistölle, asema lähetettiin tarkistettavaksi. Vuonna 1941 UPTI aloitti uuden tutka-aseman luomisen koodilla "Rubin", mutta työ keskeytti sota ja jatkui jo evakuoinnissa yhdessä NIIIS KA:n kanssa. [12] .
Tutka-asema Suuren isänmaallisen sodan aikanaSodan alussa Neuvostoliitossa oli 45 RUS-1-tutkaa, joiden tuotanto oli jo lopetettu vanhentuneena, noin 10 RUS-2-tutkaa ja kaksi sarjaa uusia yksiantennisia Pegmatit (RUS-2s) -tutkia. testattu. Lisäksi sodan ensimmäisinä kuukausina eri tutkimuslaitokset ottivat käyttöön useita kokeellisia tutkia, joista tehokkaimmat työskentelivät lähellä Leningradia Toksovon alueella (LFTI) ja Moskovan lähellä, Mozhaiskin alueella , jossa Porfir-tutka. asema (parannettu versio RUS-2:sta, jonka kantama on yli 200 km), jonka ansiosta oli mahdollista torjua ensimmäinen massiivinen ilmahyökkäys Moskovaan.
Sodan aikana tutkittiin huolellisesti tutkatekniikkaa, joka saapui Neuvostoliittoon Lend-Leasen alaisuudessa Englannista , Yhdysvalloista ja Kanadasta , ja myöhemmin, sodan lopussa, saksalaista tutkatekniikkaa . Vuodesta 1942 lähtien, jo evakuoinnin aikana, uusien Neuvostoliiton tutkien tuotantoa ja kehitystä jatkettiin. Sodan loppuun mennessä tuotettiin noin 500 sarjaa RUS-2-asemia (useimmat olivat konteissa kokoontaitettavia, Pegmatit-tyyppisiä), 124 sarjaa SON-2ot-aseohjattuja asemia, yli 250 Gneiss-lentokonetta. erilaisia muutoksia jne. [13]
4. heinäkuuta 1943 valtion puolustuskomitean asetuksen nro 3686ss "Tutka" mukaisesti muodostettiin tutkaneuvosto valtion puolustuskomitean alaisuuteen [14] . Sen alullepanijat olivat sotainsinööri M. M. Lobanov ja tiedemies A. I. Berg . Neuvostolla oli suuri rooli Neuvostoliiton tutkan kehittämisessä, mikä myötävaikutti työn järkevämpään koordinointiin ja suunnitteluun. Hän aloitti myös kotimaisen ja ulkomaisen tieteellisen tiedon keräämisen ja levittämisen.
Vuonna 1946 amerikkalaiset asiantuntijat Raymond ja Hucherton kirjoittivat: "Neuvostoliiton tiedemiehet kehittivät menestyksekkäästi tutkateorian useita vuosia ennen kuin tutka keksittiin Englannissa" [15] .
Ilmapuolustusjärjestelmässä kiinnitetään paljon huomiota matalalla ilmakohteiden aikaisen havaitsemisen ongelman ratkaisemiseen
Sovellusalueen mukaan on:
Ajanvarauksella:
Kuljettajan luonteen mukaan:
Vastaanotetun signaalin luonteen mukaan:
Toimintatavan mukaan:
Aaltokaistan mukaan:
Ensisijainen (passiivinen vaste) tutka palvelee pääasiassa kohteiden havaitsemista säteilyttämällä niitä sähkömagneettisella aallolla ja vastaanottamalla sitten heijastuksia (kaikuja) kohteesta. Koska sähkömagneettisten aaltojen nopeus on vakio ( valon nopeus ), on mahdollista määrittää etäisyys kohteeseen erilaisten parametrien mittauksen perusteella signaalin edetessä.
Tutka-aseman laitteen ytimessä on kolme komponenttia: lähetin , antenni ja vastaanotin .
Lähetin (lähetin) on sähkömagneettisen signaalin lähde. Se voi olla tehokas pulssigeneraattori . Sentimetrialueen pulssitutkissa se on yleensä magnetroni tai kaavion mukaan toimiva pulssigeneraattori: master-oskillaattori on tehokas vahvistin, joka käyttää generaattorina useimmiten liikkuvaa aaltolamppua (TWT) ja triodilamppu on usein. käytetään metritutkissa . Magnetroneja käyttävät tutkat ovat epäkoherentteja tai pseudokoherentteja, toisin kuin TWT-pohjaiset tutkat. Etäisyysmittausmenetelmästä riippuen lähetin toimii joko pulssitilassa tuottaen toistuvia lyhyitä voimakkaita sähkömagneettisia pulsseja tai lähettää jatkuvaa sähkömagneettista signaalia.
Antenni lähettää lähettimen signaalia tiettyyn suuntaan ja vastaanottaa signaalin, joka heijastuu kohteesta. Toteutuksesta riippuen heijastuneen signaalin vastaanotto voidaan suorittaa joko samalla antennilla tai toisella, joka voi joskus sijaita huomattavan etäisyyden päässä lähettävästä. Jos lähetys ja vastaanotto yhdistetään samassa antennissa, nämä kaksi toimintoa suoritetaan vuorotellen, ja jotta voimakas lähetinsignaali ei vuoda vastaanottimeen, vastaanottimen eteen asetetaan erityinen laite, joka sulkee vastaanottimen tulon sillä hetkellä koetussignaali lähetetään.
Vastaanotin (vastaanotin) suorittaa vastaanotetun signaalin vahvistuksen ja käsittelyn. Yksinkertaisimmassa tapauksessa tuloksena oleva signaali viedään sädeputkeen (näyttöön), joka näyttää kuvan synkronoituna antennin liikkeen kanssa.
Erilaiset tutkat perustuvat erilaisiin menetelmiin heijastuneen signaalin parametrien mittaamiseksi.
Etäisyysmittauksen taajuusmenetelmä perustuu lähetettyjen jatkuvien signaalien taajuusmodulaation käyttöön. Tämän menetelmän klassisessa toteutuksessa (LFM) taajuus muuttuu lineaarisesti f1:stä f2:een puolijakson aikana. Signaalin etenemisen viiveestä johtuen lähetettyjen ja vastaanotettujen signaalien välinen taajuusero on suoraan verrannollinen etenemisaikaan. Sen mittaamalla ja tuntemalla lähetetyn signaalin parametrit voidaan määrittää etäisyys kohteeseen.
Edut:
Virheet:
Vaihe(koherentti) tutkamenetelmä perustuu lähetettyjen ja heijastuneiden signaalien välisen vaihe-eron valintaan ja analysointiin, mikä tapahtuu Doppler-ilmiön vuoksi, kun signaali heijastuu liikkuvasta kohteesta. Tässä tapauksessa lähetin voi toimia sekä jatkuvasti että pulssitilassa. Yksitaajuisessa säteilytilassa tämän menetelmän tärkein etu on, että se "sallii vain liikkuvien kohteiden tarkkailun, mikä eliminoi häiriöt vastaanottolaitteen ja kohteen välissä tai sen takana sijaitsevista paikallaan olevista kohteista" [17] .
Yksitaajuisen luotauksen yksiselitteinen etäisyysmittausalue määritetään lausekkeella:
missä on valon nopeus; on säteilyn taajuus.Yksiselitteisen etäisyyden alueen laajentamiseksi käytetään käytännössä monimutkaisempia järjestelmiä, joissa on kaksi tai useampia taajuuksia. Tässä tapauksessa yksiselitteinen alue määräytyy lähetettyjen signaalien maksimitaajuuserotuksen perusteella :
Edut:
Virheet:
Nykyaikaiset seurantatutkat rakennetaan yleensä pulssitutkina. Pulssitutka lähettää lähettävän signaalin vain hyvin lyhyen ajan, lyhyessä pulssissa (mikrosekuntien luokkaa), jonka jälkeen se siirtyy vastaanottotilaan ja kuuntelee kohteesta heijastuvaa kaikua, kun lähetetty pulssi etenee avaruudessa. .
Koska pulssi etenee pois tutkasta tasaisella nopeudella, pulssin lähetyshetkestä kaiun vastaanottohetkeen kuluneen ajan ja kohteen etäisyyden välillä on suora yhteys. On järkevää lähettää seuraava pulssi vasta jonkin ajan kuluttua, nimittäin sen jälkeen, kun edellinen pulssi tulee takaisin (tämä riippuu tutkan tunnistusalueesta, lähettimen tehosta, antennin vahvistuksesta, vastaanottimen herkkyydestä). Jos pulssi lähetetään aikaisemmin, niin kaukaisen kohteen edellisen pulssin kaiku voidaan luulla läheisen kohteen toisen pulssin kaikuksi.
Pulssien välistä aikaväliä kutsutaan pulssin toistojaksoksi ( Eng. Pulse Repetition Interval, PRI ), sen käänteisluku on tärkeä parametri, jota kutsutaan pulssin toistotaajuudeksi (PRF, Eng. Pulse Repetition Frequency, PRF ). Pitkän kantaman matalataajuisten tutkien toistoväli on tyypillisesti useita satoja pulsseja sekunnissa. Pulssin toistotaajuus on yksi tunnusmerkeistä, joiden avulla on mahdollista määrittää tutkamalli etäältä.
Pulssimittausmenetelmän edut:
Virheet:
Yksi pulssitutkien pääongelmista on paikallaan olevista kohteista heijastuvien signaalien tukahduttaminen: maan pinnalta, korkeilta kukkuloilta, aallonharjoilta jne. Jos kohde on esimerkiksi korkean mäen taustalla, heijastunut signaali tämä mäki estää kokonaan signaalin kohteesta. Maatutkissa tämä ongelma ilmenee työskenneltäessä matalalla lentävien esineiden kanssa. Ilmassa kulkevien pulssitutkien kohdalla se ilmaistaan siinä, että heijastus maan pinnalta peittää kaikki tutkan avulla ilma-aluksen alla olevat kohteet.
Häiriönpoistomenetelmissä käytetään tavalla tai toisella Doppler-ilmiötä (lähestyvästä kohteesta heijastuneen aallon taajuus kasvaa, lähtevästä kohteesta se pienenee).
Yksinkertaisin tutka, joka voi havaita kohteen sotkussa, on Moving Target Selection (MTS) -tutka, pulssitutka, joka vertaa heijastuksia useammasta kuin kahdesta tai useammasta pulssin toistovälistä. Mikä tahansa kohde, joka liikkuu suhteessa tutkaan, aiheuttaa muutoksen signaaliparametrissa (vaihe sarjamuotoisessa MDC:ssä), kun taas paikallaan olevien kohteiden aiheuttama sotku pysyy muuttumattomana. Häiriöt eliminoidaan vähentämällä kahdella peräkkäisellä aikavälillä vastaanotettu heijastunut signaali. Käytännössä häiriönpoisto voidaan suorittaa erityisillä laitteilla - jaksojen välisillä kompensoinneilla tai ohjelmistokäsittelyllä digitaalisella järjestelmällä.
Vakiona PRF:llä toimivien TDC:iden väistämätön haitta on kyvyttömyys havaita kohteita tietyillä ympyränopeuksilla (kohteet, jotka tuottavat tasan 360 asteen vaihemuutoksia). Nopeus, jolla kohde tulee tutkalle näkymätön, riippuu aseman toimintataajuudesta ja PRF:stä. Haittapuolen poistamiseksi nykyaikaiset SDC:t lähettävät useita pulsseja erilaisilla PRF:illä. PRF valitaan siten, että "näkymättömien" nopeuksien määrä on minimaalinen.
Pulse Doppler -tutkat , toisin kuin SDC-tutkat, käyttävät erilaista, monimutkaisempaa tapaa päästä eroon häiriöistä. Vastaanotettu signaali, joka sisältää tietoa kohteista ja häiriöistä, lähetetään Doppler-suodatinyksikön tuloon. Jokainen suodatin läpäisee tietyn taajuuden signaalin. Suodattimien lähdössä lasketaan signaalien derivaatat. Menetelmä auttaa löytämään kohteita annetuilla nopeuksilla, voidaan toteuttaa laitteistolla tai ohjelmistolla, ei salli (ilman muutoksia) määrittää etäisyyttä kohteisiin. Voit määrittää etäisyyksien kohteisiin jakamalla pulssin toistovälin segmenteiksi (kutsutaan aluesegmenteiksi) ja syöttää signaalin Doppler-suodatinlohkon tuloon tämän etäisyyssegmentin aikana. On mahdollista laskea etäisyys vain useilla pulssien toistoilla eri taajuuksilla (kohde näkyy eri etäisyyssegmenteillä eri PRF:illä).
Pulssi-Doppler-tutkien tärkeä ominaisuus on signaalin koherenssi, lähetettyjen ja vastaanotettujen (heijastuneiden) signaalien vaiheriippuvuus.
Pulssi-Doppler-tutkat, toisin kuin tutkat, joissa on SDC, onnistuvat paremmin havaitsemaan matalalla lentäviä kohteita. Nykyaikaisissa hävittäjissä näitä tutkia käytetään ilmasieppaamiseen ja palonhallintaan (AN / APG-63, 65, 66, 67 ja 70 tutkat). Nykyaikaiset toteutukset ovat pääosin ohjelmistoja: signaali digitoidaan ja annetaan erilliselle prosessorille käsittelyä varten . Usein digitaalinen signaali muunnetaan muotoon, joka sopii muille algoritmeille nopean Fourier-muunnoksen avulla . Ohjelmistototeutuksen käytöllä laitteistototeutukseen verrattuna on useita etuja:
Luetellut edut sekä mahdollisuus tallentaa tietoja ROM -muistiin ) mahdollistavat tarvittaessa nopean sopeutumisen vihollisen häirintätekniikkaan.
Tehokkain tapa taistella aktiivisia häiriöitä vastaan on digitaalisen antenniryhmän käyttö tutkassa , mikä mahdollistaa säteilykuvion kaatumien muodostamisen häirintälaitteiden suuntiin [19] [20] [21] .
Toissijaista tutkaa käytetään ilmailussa tunnistamiseen. Pääominaisuus on aktiivisen transponderin käyttö lentokoneessa.
Toissijaisen tutkan toimintaperiaate eroaa jonkin verran primääritutkan periaatteesta. Toissijaisen tutka-aseman laite perustuu komponentteihin: lähetin , antenni , atsimuuttimerkkigeneraattorit , vastaanotin , signaaliprosessori , ilmaisin ja lentokoneen transponderi antennilla .
Lähettimen avulla generoidaan pyyntöpulsseja antennissa taajuudella 1030 MHz.
Antennia käytetään kyselypulssien lähettämiseen ja heijastuneen signaalin vastaanottamiseen. ICAO:n toisiotutkastandardien mukaan antenni lähettää taajuudella 1030 MHz ja vastaanottaa taajuudella 1090 MHz.
Atsimuuttimerkkigeneraattoreita käytetään luomaan atsimuuttimarkkereita ( eng. Azimuth Change Pulse, ACP ) ja pohjoisen merkkejä ( eng. Azimuth Reference Pulse, ARP ). Yhdelle tutka-antennin kierrokselle luodaan 4096 asteikon atsimuuttimerkkiä (vanhoille järjestelmille) tai 16 384 parannettua skaalaustasimuuttimerkkiä ( englanniksi Improved Azimuth Change pulse, IACP - uusille järjestelmille) sekä yksi pohjoisen merkki. Pohjoinen merkki tulee atsimuuttimerkkigeneraattorista antennin ollessa sellaisessa asennossa, kun se suunnataan pohjoiseen, ja asteikon atsimuuttimerkit lukevat antennin kääntökulmaa.
Vastaanotinta käytetään pulssien vastaanottamiseen taajuudella 1090 MHz.
Signaaliprosessori käsittelee vastaanotettuja signaaleja.
Ilmaisin näyttää käsitellyt tiedot.
Antennilla varustettua lentokoneen transponderia käytetään lisätietoa sisältävän pulssiradiosignaalin lähettämiseen takaisin tutkalle pyynnöstä.
Toissijaisen tutkan toimintaperiaate on käyttää lentokoneen transponderin energiaa ilma-aluksen sijainnin määrittämiseen. Tutka säteilyttää ympäröivää aluetta kyselypulsseilla P1 ja P3 sekä vaimennuspulssilla P2 taajuudella 1030 MHz. Transponderilla varustetut lentokoneet kyselysäteen alueella vastaanottaessaan kyselypulsseja, jos ehto P1,P3>P2 on voimassa, vastaavat pyytävälle tutkalle sarjalla koodattuja pulsseja taajuudella 1090 MHz, jotka sisältävät lisätietoja sivunumerosta, korkeudesta ja niin edelleen. Lentokoneen transponderin vastaus riippuu tutkan pyyntötilasta ja pyyntömoodin määrää pyyntöpulssien P1 ja P3 välinen aika, esimerkiksi pyyntötilassa A (moodi A) pyyntöpulssien välinen aikaväli. Asemien P1 ja P3 pituus on 8 mikrosekuntia ja vastaanotettuaan pyynnön transponderilentokone koodaa lentokonenumeronsa vastauspulsseihin.
Kyselytilassa C (moodi C) aseman kyselypulssien välinen aikaväli on 21 mikrosekuntia, ja tällaisen pyynnön saatuaan lentokoneen transponderi koodaa sen korkeuden vastauspulsseihin. Tutka voi lähettää pyynnön myös sekatilassa, esimerkiksi Mode A, Mode C, Mode A, Mode C. Lentokoneen atsimuutti määräytyy antennin kiertokulman mukaan, joka puolestaan määräytyy asteikon atsimuuttimerkkien laskeminen .
Alue määräytyy saapuvan vastauksen viiveen mukaan. Jos lentokone on sivukeilojen eikä kaukokeilan peittoalueella tai on antennin takana, niin lentokoneen transponderi vastaanottaessaan pyynnön tutalta sisääntulossaan ehdon, että pulssit P1, P3 < P2, eli vaimennuspulssi on suurempi kuin pyyntöpulssit. Tässä tapauksessa vastaaja lukittuu eikä vastaa pyyntöön.
Tutkavastaanotin käsittelee transponderilta vastaanotetun signaalin, jonka jälkeen se siirtyy signaaliprosessorille, joka käsittelee signaalit ja lähettää tiedot loppukäyttäjälle ja (tai) merkkivalolle.
Toissijaisen tutkan edut:
IEEE / ITU- nimitys |
Etymologia | Taajuudet | Aallonpituus | Huomautuksia |
---|---|---|---|---|
HF | Englanti korkeataajuus | 3-30 MHz | 10-100 m | Rannikkovartiostotutkat, "horisontin yläpuolella olevat" tutkat |
P | Englanti Edellinen | < 300 MHz | > 1 m | Käytettiin varhaisissa tutkaissa |
VHF | Englanti erittäin korkea taajuus | 50-330 MHz | 0,9-6 m | Pitkän kantaman tunnistus, Maan tutkimus |
UHF | Englanti ultrakorkea taajuus | 300-1000 MHz | 0,3-1 m | Havaitseminen pitkiltä etäisyyksiltä (esim. tykistön pommitukset), metsätutkimukset, maan pinta |
L | Englanti Pitkä | 1-2 GHz | 15-30 cm | lentoliikenteen valvonta ja valvonta |
S | Englanti Lyhyt | 2-4 GHz | 7,5-15 cm | lennonjohto, meteorologia, meritutka |
C | Englanti Vaarantaa | 4-8 GHz | 3,75-7,5 cm | meteorologia, satelliittilähetys, keskialue X:n ja S:n välillä |
X | 8-12 GHz | 2,5-3,75 cm | aseiden ohjaus, ohjusohjaus, meritutka, sää, keskiresoluutiokartoitus; Yhdysvalloissa lentokentän tutkassa käytetään 10,525 GHz ± 25 MHz kaistaa | |
K u | Englanti K:n alla | 12-18 GHz | 1,67-2,5 cm | korkearesoluutioinen kartoitus, satelliittikorkeusmittaus |
K | Saksan kieli kurz - "lyhyt" | 18-27 GHz | 1,11-1,67 cm | käyttö on rajoitettua vesihöyryn voimakkaan imeytymisen vuoksi, joten käytetään K u- ja K a -alueita . K-kaistaa käytetään pilven havaitsemiseen, poliisin liikennetutkissa (24.150 ± 0.100 GHz). |
K a | Englanti K:n yläpuolella | 27-40 GHz | 0,75-1,11 cm | Kartoitus, lyhyen kantaman lennonjohto, liikennekameroita ohjaavat erikoistutkat (34.300 ± 0.100 GHz) |
mm | 40-300 GHz | 1-7,5 mm | millimetriaallot on jaettu kahteen seuraavaan alueeseen | |
V | 40-75 GHz | 4,0-7,5 mm | Fysioterapiassa käytettävät EHF-lääketieteelliset laitteet | |
W | 75-110 GHz | 2,7-4,0 mm | anturit kokeellisissa automaattisissa ajoneuvoissa, korkean tarkkuuden säätutkimus |
Nimitys | Taajuudet, MHz | Aallonpituus, cm | Esimerkkejä |
---|---|---|---|
A | < 100-250 | 120->300 | Varhaisen havainnoinnin ja lennonjohtotutkat, mm. Tutka 1L13 "NEBO-SV" |
B | 250-500 | 60-120 | |
C | 500–1 000 | 30-60 | |
D | 1000-2000 | 15-30 | |
E | 2000-3000 | 10-15 | |
F | 3 000 - 4 000 | 7,5-10 | |
G | 4000-6000 | 5-7.5 | |
H | 6 000 - 8 000 | 3,75 - 5,00 | |
minä | 8 000 - 10 000 | 3.00 – 3.75 | Ilmassa toimivat monitoimitutkat (BRLS) |
J | 10 000 - 20 000 | 1.50 - 3.00 | Esimerkiksi opastus- ja kohdevalaistustutka (RPN). 30N6, 9S32 |
K | 20 000 - 40 000 | 0,75 - 1,50 | |
L | 40 000 - 60 000 | 0,50 - 0,75 | |
M | 60 000–100 000 | 0,30 - 0,50 |
Neuvostoliiton ja Venäjän tutka-asemat | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Mobiilitutkat |
| ||||||||||||
Pitkän kantaman tutka-asemat |
| ||||||||||||
Lentotutkat |
| ||||||||||||
Laivatutkat |
| ||||||||||||
Vasta-akku ja muut tutkat |
| ||||||||||||
Rannikkotutkat |
| ||||||||||||
Säätutka |
| ||||||||||||
ACS | |||||||||||||
1 - horisontin yläpuolella olevat tunnistusasemat |