Tutka

Tutka  on tieteen ja teknologian ala , joka yhdistää menetelmiä ja keinoja paikantamiseen (koordinaattien havaitsemiseen ja mittaamiseen) ja eri kohteiden ominaisuuksien määrittämiseen radioaaltojen avulla . Läheinen ja hieman päällekkäinen termi on radionavigointi , mutta radionavigaatiossa kohde, jonka koordinaatteja mitataan, on aktiivisempi rooli, useimmiten tämä on omien koordinaattien määrittäminen. Tutkan tärkein tekninen laite on tutka-asema (tutka, eng.  radar ).

Erota aktiivinen, puoliaktiivinen, aktiivinen passiivisella vasteella ja passiivinen tutka. Tutkat eroavat toisistaan ​​käytettyjen radioaaltojen kantaman, luotaussignaalin tyypin, käytettyjen kanavien lukumäärän, mitattujen koordinaattien lukumäärän ja tyypin sekä tutkan sijainnin osalta.

Luokitus

Tutkatyyppejä on kahdenlaisia:

Aktiivista tutkaa on kahta tyyppiä:

Ympäröivän tilan katseluun tutka käyttää erilaisia ​​katselumenetelmiä liikuttamalla tutka- antennin suuntasädettä :

Säteilytyypin mukaan tutkat jaetaan:

Radiotermolokaatio käyttää esineiden sisäistä säteilyä, joka aiheutuu elektronien lämpöliikkeestä. [yksi]

Kuinka se toimii

Tutka perustuu seuraaviin fysikaalisiin ilmiöihin:

Tutkan perustekniikat

Jatkuvan aallon tutka

Niitä käytetään pääasiassa määrittämään liikkuvan kohteen säteittäinen nopeus (käyttää Doppler-efektiä ). Tämän tyyppisen tutkan etuna on, että se on halpa ja helppokäyttöinen, mutta tällaisissa tutkaissa on erittäin vaikea mitata etäisyyttä kohteeseen. Yleisimmin käytetty vaihemittausalueen mittausmenetelmä [2] .

Esimerkki: yksinkertaisin tutka auton nopeuden määrittämiseen.

Tutkan pulssimenetelmä

Pulssitutkassa lähettimet synnyttävät värähtelyjä lyhyiden pulssien muodossa, joita seuraa suhteellisen pitkiä taukoja. Lisäksi tauon kesto valitaan tutkan kantaman D max perusteella .

Menetelmän olemus on seuraava:

Tutkan lähettävä laite ei lähetä energiaa jatkuvasti, vaan lyhyen ajan, tiukasti määräajoin toistuvia pulsseja, joiden välisissä tauoissa saman tutkan vastaanottava laite vastaanottaa heijastuneet pulssit. Siten tutkan pulssitoiminta mahdollistaa lähettimen lähettämän voimakkaan mittauspulssin ja paljon vähemmän voimakkaan kaikusignaalin erottamisen ajoissa. Etäisyyden mittaaminen kohteeseen rajoittuu pulssin lähetyshetken ja sen vastaanottohetken välisen ajanjakson mittaamiseen, eli aika, jolloin pulssi kulkee kohteeseen ja takaisin.

Tutkan kantama

Tutkan maksimikantama riippuu useista sekä aseman antennijärjestelmän parametreista ja ominaisuuksista, lähetetyn signaalin tehosta että järjestelmän vastaanottimen herkkyydestä. Yleisessä tapauksessa, ottamatta huomioon ilmakehän tehohäviöitä, häiriöitä ja melua, järjestelmän kantama voidaan määrittää seuraavasti:

,

missä:

 — generaattorin teho;  on antennin suuntaus;  on antennin tehollinen alue ;  — tehokas kohdehajoamisalue ;  on vastaanottimen pienin herkkyys.

Kohinan ja häiriön esiintyessä tutkan kantama pienenee.

Häiriön vaikutukset

Useiden tutkien toiminta samalla taajuuskaistalla

Vilkkailla alueilla, joilla käytetään useita tutkia samanaikaisesti (esimerkiksi merisatamissa), päällekkäiset taajuuskaistat ovat todennäköisiä. Tämä saa tutkan vastaanottamaan signaalin toiselta tutalta. Tämän seurauksena näytölle ilmestyy lisäpisteitä, jotka ovat silmiinpistäviä niiden geometrisen oikeellisuuden vuoksi. Vaikutus voidaan poistaa vaihtamalla toiselle toimintataajuudelle. [3]

Kuvitteellinen kuva

Kun radiosignaali heijastuu massiivisesta kohteesta, eteneminen pienempiin esineisiin on mahdollista, mitä seuraa heijastus ja osuminen tutkaan. Näin ollen signaalin kulkema polku pitenee ja näytölle ilmestyy virtuaalinen kuva esineestä, joka on itse asiassa eri paikassa. Tämä vaikutus on otettava huomioon, kun olet lähellä suuria heijastavia kohteita, kuten siltoja, vesilaitoksia ja suuria laivoja.

Useita heijastuksia

Kun tutka sijoitetaan suurelle laivalle, signaalin useiden heijastusten vaikutus on mahdollista. Tutkasignaali heijastuu läheisestä kohteesta, palaa osittain takaisin tutkalle ja osittain heijastuu aluksen rungosta. Tällaisia ​​heijastuksia voi olla monia, amplitudi pienenee jokaisen heijastuksen myötä ja signaali havaitaan, kunnes vastaanottimen kynnysherkkyys saavutetaan. Tutkanäytöllä näet useita kohteita pienenevän joka kerta. Niiden välinen etäisyys on verrannollinen etäisyyteen tutkasta kohteeseen.

Melun vaikutus

Ilmakehän vaikutus

Ilmakehän häviöt ovat erityisen suuria senttimetri- ja millimetrialueella ja niitä aiheuttavat sade, lumi ja sumu sekä millimetrialueella myös happi ja vesihöyry. Ilmakehän läsnäolo johtaa radioaaltojen etenemisradan kaareutumiseen (taittumisilmiö). Taittumisen luonne riippuu ilmakehän taitekertoimen muutoksesta korkeuden muuttuessa. Tästä johtuen radioaaltojen etenemisreitti on kaareva kohti maan pintaa.

Historia

Kiinteistä kappaleista radioaaltojen heijastumisen vaikutuksen havaitsi ensimmäisen kerran saksalainen fyysikko Heinrich Hertz vuonna 1886 [noin. 1] . Vaikutuksen käyttöä käytännössä haittasi radioaaltojen sironta: alle miljardisosa niistä putosi paikannusobjektiin. Vasta 1930-luvulla ilmailun kehityksen yhteydessä maailman johtavat maat alkoivat tutkia mahdollisuutta käyttää tutkaa ilmapuolustustarkoituksiin . Ajatus tutkasta tunnettiin kauan ennen toista maailmansotaa, ja on vaikea nimetä sitä, joka sen ensimmäisenä ehdotti. Saksalaisten historioitsijoiden mukaan ensimmäinen henkilö, joka (vuonna 1902 ) loi ja onnistui testaamaan Reinillä purjehtivia aluksia , käytännössä toimivan mallin, jota nykyään kutsutaan "tutka-asemaksi" (keksijä kutsui sitä "telemobiloskooppiksi"), eli ja työskentelee Kölnissä saksalainen insinööri Christian Hülsmeyer (Hülsm a yer :n oikeinkirjoitus ja ääntäminen löytyy myös ). Vuonna 1904 hän sai patentin "Menetelmälle signaloida kaukaisia ​​kohteita sähköaaltojen avulla" [4] . Mutta eri maat kunnioittavat perinteisesti erilaisia ​​tutkan keksijiä. Yleensä hänen ideansa pitkään aikaan (vaikutuksen havaitsemisesta) ei löytänyt toteutusta käytännössä. Tutkan ensimmäinen käytännön sovellus otettiin käyttöön vuonna 1932 Neuvostoliitossa Rapid-asennuksessa. Maailman ensimmäiset käyttöön otetut ja massatuotetut tutka-asemat ovat olleet Neuvostoliitossa vuodesta 1939.

Iso-Britannia

Toisen maailmansodan Ison-Britannian tutkat .  AI Mk. IV tutka [5] , Engl.  H2S , eng.  Monica .

Pääministeri Churchillin tieteellinen neuvonantaja, professori F. A. Lindemann ( varakreivi Lord Cherwell ) kommentoi H2S-tutkan pommitähtäimen kehitystä ytimekkäästi: "Se on halpaa." Sillä välin H2S antoi brittiläisille pommikonejoukoille paitsi tähtäimen huonon näkyvyyden pommituksiin, myös navigointiapuvälineen [6] . Tutkasulakkeiden asentaminen kuoriin vähensi yhden V-1- ammuksen ampumiseen tarvittavien kuorien kulutusta suuruusluokkaa , ja tällaisten hyökkäysten intensiteetti laski merkittävästi. Toisen maailmansodan alkuun mennessä Chain Home -tutkajärjestelmä otettiin käyttöön Isossa-Britanniassa . Tutka-asemien luomisen historia esitetään brittiläisessä dokumentissa The Secret War: "To See A Hundred Miles" .

Katso myös toisen maailmansodan tutkat

Saksa

Kaupunkien suojelemiseksi pommi-iskuilta saksalaiset käyttivät ilmatorjunta-akkuja, joita ohjasivat Würzburg-tyyppiset aseohjatut asemat (SON). Liittoutuneiden tiedustelupalvelun mukaan näiden asemien kantoaaltotaajuus oli 560 megahertsiä. Kesällä 1943 Yhdysvaltain 8. ilmavoimien pommikoneet varustettiin Carpet-tyyppisillä lähettimillä [7] . Lähettimet lähettivät häiriöitä - taajuuksien spektrin keskitaajuudella 560 megahertsiä. Lokakuussa 1943 ensimmäinen tulos summattiin: Matolla varustettuja lentokoneita ammuttiin alas kaksi kertaa vähemmän kuin ilman sitä.

Toisen maailmansodan kolmesta suuresta uudesta aseesta – raketeista, tutkista ja atomipommeista – vain tutkatekniikalla oli suuri vaikutus sodan kulkuun.

- Eläkkeellä oleva kenraaliluutnantti, insinööri Erich Schneider. "Toisen maailmansodan tulokset" Pietari: Polygon; M.: AST, 1998

Toisen maailmansodan aikana Saksassa otettiin käyttöön Kammhuber Line -tutkajärjestelmä .


Neuvostoliitto

Neuvostoliitossa ilma-alusten havaitsemiskeinojen tarpeen ymmärtäminen ilman äänen ja optisen havainnoinnin puutteita johti tutkimuksen kehittämiseen tutka-alalla. Nuoren tykistömiehen P.K. Oshchepkovin ehdottaman idean hyväksyi korkea komento: Neuvostoliiton kansanpuolustuskomissaari K.E. Voroshilov ja hänen sijaisensa - M.N. Tukhachevsky . [kahdeksan]

Vuonna 1932 Leningradin fysiikan ja tekniikan instituutin pohjalta perustettiin A. A. Chernyshevin johdolla Leningradin sähköfysikaalinen instituutti (LEFI) , jossa tehtiin tutkan tutkimus- ja kehitystyötä. Vuonna 1935 LEFI hajotettiin, ja sen pohjalta järjestettiin "suljettu" instituutti NII-9, jonka teemana oli tutka. M. A. Bonch-Bruevichista tuli sen tieteellinen johtaja . Tutkatyöt aloitettiin myös Harkovin UFTI :ssä. Sodan alkuun mennessä LEFI:n, NII-9:n ja muiden organisaatioiden tutkijoiden ja insinöörien ponnistelut olivat luoneet kokeellisia maanpäällisiä tutka-asemia [9] .

Tammikuun 3. päivänä 1934 Neuvostoliitossa suoritettiin onnistuneesti koe lentokoneen havaitsemiseksi tutkamenetelmällä. 150 metrin korkeudessa lentävä lentokone havaittiin 600 metrin etäisyydeltä tutkalaitteistosta. Kokeen järjestivät Leningradin sähkötekniikan instituutin ja keskusradiolaboratorion edustajat . Vuonna 1934 marsalkka Tukhachevsky kirjoitti kirjeessä Neuvostoliiton hallitukselle: "Kokeet ilma-alusten havaitsemiseksi sähkömagneettisen säteen avulla vahvistivat taustalla olevan periaatteen oikeellisuuden." Ensimmäinen kokeellinen asennus "Rapid" testattiin samana vuonna [10] . Lähetin asennettiin talon nro 14 katolle Krasnokazarmennaja-kadulle Moskovaan, vastaanotin - Novogireevon kylän alueelle ; M. N. Tukhachevsky, N. N. Nagorny , M. V. Shuleikin olivat paikalla . Laitteen esitteli P.K. Oshchepkov. Vuonna 1936 Neuvostoliiton senttimetrinen tutka-asema Burya havaitsi lentokoneen 10 kilometrin etäisyydeltä [10] [11] . Ensimmäiset Puna -armeijan hyväksymät ja massatuotetut tutkat Neuvostoliitossa olivat: RUS-1  - vuodesta 1939 ja RUS-2  - vuodesta 1940.

GKO:n tutkaneuvosto perustettiin 4. heinäkuuta 1943 GKO :n asetuksen nro 3686ss "On Radar" mukaisesti . Sen alullepanijat olivat sotainsinööri M. M. Lobanov ja tiedemies A. I. Berg .

Yhdysvallat

Yhdysvalloissa tutkan pioneereista oli Marchetti

Katso myös Pioneers

Radioastronomian historia

Suhteet muihin tieteenaloihin

Pääasiallinen paikantimien teknisiä ominaisuuksia rajoittava tekijä on vastaanotetun signaalin pieni teho. Tässä tapauksessa vastaanotetun signaalin teho pienenee alueen neljäntenä tehona (eli paikantimen kantaman lisäämiseksi 10-kertaiseksi on tarpeen lisätä lähettimen tehoa 10 000 kertaa). Luonnollisesti tällä tiellä saavutimme nopeasti rajat, jotka eivät olleet helposti ylitettävissä. Jo kehityksen alussa huomattiin, että väliä ei ole vastaanotetun signaalin teholla, vaan sen näkyvyydellä vastaanottimen kohinan taustalla. Vastaanottimen kohinan vähentämistä rajoitti myös vastaanottimen elementtien luonnollinen kohina, kuten lämpökohina. Tämä umpikuja voitettiin monimutkaistaessa vastaanotetun signaalin käsittelymenetelmiä ja sen seurauksena monimutkaistaessa käytettyjen signaalien muotoa. Tutkan kehittyminen tieteellisenä tiedonhaarana kulki käsi kädessä kybernetiikan ja informaatioteorian kehityksen kanssa , ja tarvittaisiin erityisiä tutkimuksia sen päättämiseksi, mistä ensimmäiset tulokset on saatu. On huomattava signaalin käsitteen syntyminen , jonka ansiosta pystyimme irrottautumaan tietyistä vastaanottimen fyysisistä prosesseista, kuten jännitteestä ja virrasta, ja mahdollisti ongelmien ratkaisemisen matemaattisena ongelmana löytää parhaat toiminnalliset muunnokset aikatoiminnot.

Yksi ensimmäisistä töistä tällä alalla oli V. A. Kotelnikovin työ optimaalisesta signaalin vastaanotosta , toisin sanoen parhaasta signaalinkäsittelymenetelmästä kohinan suhteen. Tuloksena todistettiin, että vastaanoton laatu ei riipu signaalin tehosta , vaan sen energiasta , eli tehon ja ajan tulosta, joten oli mahdollista kasvattaa kantamaa pidentämällä signaalien kestoa , jatkuvan säteilyn rajalla. Merkittävä edistysaskel oli tilastollisen päätösteorian menetelmien ( Neumann-Pearson-kriteeri ) selkeä soveltaminen tekniikassa ja sen tosiasian hyväksyminen, että huollettava laite voi toimia tietyllä todennäköisyydellä. Jotta pitkäkestoinen tutkasignaali mittaisi kantaman ja nopeuden suurella tarkkuudella, vaadittiin monimutkaisia ​​signaaleja , toisin kuin yksinkertaiset tutkapulssit, jotka muuttavat ominaisuuksia generointiprosessin aikana. Niin. chirp - signaalit muuttavat värähtelytaajuutta yhden pulssin aikana, vaihesiirtoavainnussignaalit muuttavat signaalin vaihetta vaiheittain, yleensä 180 astetta. Monimutkaisia ​​signaaleja luotaessa muotoiltiin signaalin epävarmuusfunktion käsite , joka osoittaa etäisyyden ja nopeuden mittausten tarkkuuden välisen suhteen. Tarve parantaa mittausparametrien tarkkuutta vauhditti erilaisten mittaustulosten suodatusmenetelmien kehittämistä, esimerkiksi optimaalisia epälineaarisia suodatusmenetelmiä, jotka olivat Kalman-suodattimen yleistys epälineaarisiin ongelmiin. Kaiken tämän kehityksen seurauksena teoreettinen tutka muotoutui itsenäiseksi, erittäin matemaattiseksi tietämyksen haaraksi, jossa formalisoiduilla synteesimenetelmillä on merkittävä rooli , eli suunnittelua toteutetaan jossain määrin "kynän kärjessä". ."

Keskeiset tekijät

Pääkohdat ilmailun vastakkainasettelussa olivat:

  • Passiivisen peittohäiriön käyttö lentokoneiden ja helikopterien piilottamiseen ilmaan ruiskutettujen kalvopalojen muodossa, jotka heijastavat radioaaltoja. Vastaus tähän oli liikkuvan kohteen valintajärjestelmien käyttöönotto tutkissa , mikä Doppler-ilmiön perusteella erottaa liikkuvan lentokoneen suhteellisen paikallaan olevasta kalvosta.
  • Sellaisten lentokoneiden ja laivojen rakentamiseen tarkoitettujen teknologioiden kehittäminen, jotka vähentävät tutkaan takaisin heijastuvien signaalien tehoa, nimeltään Stealth . Tätä varten käytetään erityisiä absorboivia pinnoitteita ja erityistä muotoa, joka heijastaa tulevaa radioaaltoa ei takaisin, vaan toiseen suuntaan.

Arviot

Neuvostoliiton tieteen ja tekniikan menestystä tutka-alalla ihaillen Neuvostoliiton hallituksen johtaja N. S. Hruštšov sanoi:

"Tästä lähtien me, neuvostoihmiset, pystymme lyömään hyttysen avaruudessa."

Katso myös

Muistiinpanot

Kommentit
  1. ↑ Neuvostoliiton propaganda katsoi tutkan periaatteen löytämisen ja radion keksimisen syyksi A. S. Popoville  , fysiikan opettajalle upseerikurssilla Kronstadtissa . Popov todella suoritti kokeita radioaaltojen leviämisen alalla ja Hertzistä riippumatta (mutta 11 vuotta myöhemmin kuin hän - vasta vuonna 1897 ) hän havaitsi kolmannen laivan vaikutuksen radioviestintään , joka kulki radioyhteyttä ylläpitävien alusten välillä. Raportissaan Popov viittasi teoreettiseen mahdollisuuteen käyttää vaikutusta kaukaisten kohteiden havaitsemiseen. Myöhemmin hän ei tehnyt työtä tähän suuntaan (Kostenko, AA, AI Nosich ja IA Tishchenko, "Radar Prehistory, Soviet Side", Proc. of IEEE APS International Symposium 2001, vol. 4. s. 44, 2003) . Katso myös Venäjä – norsujen syntymäpaikka .
Lähteet
  1. ↑ Korostelev A. A., Klyuev N. F., Melnik Yu. A. Tutkan teoreettiset perusteet. - M., Neuvostoliiton radio, 1978. - s. 529-566
  2. ↑ Soloshchev O. N., Slyusar V. I., Tverdokhlebov V. V. Vaiheen mittausetäisyysmenetelmä, joka perustuu monikanava-analyysin teoriaan.// Tykistö ja pienaseet. - 2007. - nro 2 (23). - C. 29 - 32. [1] Arkistokopio , päivätty 25. tammikuuta 2020 Wayback Machinessa
  3. ↑ Tutka | Tutka-asema . seacomm.ru. Haettu 3. lokakuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 3. lokakuuta 2018.
  4. ↑ Hanke H. IHMISET, laivat, valtameret (käännetty saksasta). - Leningrad: Laivanrakennus, 1976. - S. 227-228.
  5. ↑ UK Radars Arkistoitu 5. marraskuuta 2015 Wayback Machinessa .
  6. ↑ The Surprises and Disappointments of the Great War Arkistoitu 13. huhtikuuta 2016 Wayback Machinessa .
  7. ↑ Allied Scientists Won Radar War Arkistoitu 23. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa .
  8. ↑ Lobanov M. M. Kotimaan tutkan syntymisestä ja kehittämisestä. // Sotahistorialehti . - 1962. - Nro 8. - P.13-29.
  9. ↑ Leningradin sähköfysiikan instituutti . Haettu 11. toukokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 13. helmikuuta 2013.
  10. ↑ 1 2 Polyakov V. T. "Aloitus radioelektroniikkaan", M., RiS, ISBN 5-256-00077-2
  11. ↑ Testit Evpatoriassa, B.K. Shembelin ryhmä

Kirjallisuus

  • Erickson, John; "Radiolokaatio ja ilmapuolustusongelma: Neuvostoliiton tutkan suunnittelu ja kehittäminen 1934-40", Social Studies of Science , voi. 2, s. 241-263, 1972
  • Shirman Ya. D., Golikov V. N., Busygin I. N., Kostin G. A. Tutkan teoreettiset perusteet / Shirman Ya. D. - M. : Neuvostoliiton radio, 1970. - 559 s.
  • Tutkan käsikirja / Skolnik M.I. - M. , 2014. - 1352 s. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
  • Tutkan käsikirja / Skolnik M.I. - M. , 2014. - 1352 s. — ISBN 978-5-94836-381-3 .
  • Bakut P. A., Bolshakov I. A., Gerasimov B. M., Kuriksha A. A., Repin V. G., Tartakovskiy G. P., Shirokov V. V. Tutkan tilastollisen teorian kysymyksiä. - M . : Neuvostoliiton radio, 1963. - 423 s.
  • Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja // Toim. A. M. Prokhorova. 30 nidettä, 3. painos. — M.: Sov. tietosanakirja, 1969-78. T. 21, 1975. 640 sivua [www.bse.sci-lib.com/article094941.html Artikkeli "Radar"]
  • Keskusradiolaboratorio Leningradissa // Toim. I. V. Breneva. - M.: Neuvostoliiton radio, 1973.
  • Sotahistoriallinen tykistö-, insinööri- ja signaalijoukkojen museo . Kenraaliluutnantti M. M. Lobanovin asiakirjojen kokoelma tutkatekniikan kehityksen historiasta. F. 52R op. Nro 13
  • Lobanov M. M. Tutkan menneisyydestä: lyhyt essee. - M .: Military Publishing House , 1969. - 212 s. - 6500 kappaletta.
  • Neuvostoliiton tutkan alku.  - M .: Neuvostoliiton radio, 1975. 288 s.
  • Lobanov M. M. Olemme sotilasinsinöörejä. - M .: Military Publishing House , 1977. - 223 s.
  • Lobanov MM Neuvostoliiton tutkatekniikan kehittäminen . - M .: Military Publishing House , 1982. - 240 s. - 22 000 kappaletta.
  • Sivers A.P., Suslov N.A., Metelsky V.I. Tutkan perusteet. - L .: SudpromGiz, 1959. - 350 s. - (Oppikirja korkeakoulujen radiotekniikan erikoisuuksille). — 25 500 kappaletta.
  • Korostelev A. A., Klyuev N. F., Melnik Yu. A. Tutkan teoreettiset perusteet. - 2. painos, tarkistettu. ja muita .. - M . : Neuvostoliiton radio, 1978. - 608 s. - (Oppikirja korkeakoulujen radiotekniikan erikoisalojen opiskelijoille). - 18 000 kappaletta.

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa