Estación de radar

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La estación de radar (radar), radar ( radar en inglés  de radio d etection and r anging - detección de radio y alcance) es un  sistema de ingeniería de radio para detectar objetos aéreos, marítimos y terrestres, así como para determinar su alcance, velocidad y geometría. parámetros Utiliza el método radar , basado en la emisión de ondas de radio y el registro de sus reflejos de los objetos. El término inglés apareció en 1941 como una abreviatura de sonido ( ing. RADAR) , pasando posteriormente a la categoría de palabra independiente [1] [2] [3] .

Historia

En 1887, el físico alemán Heinrich Hertz inició experimentos en los que descubrió la existencia de ondas electromagnéticas predichas por la teoría del campo electromagnético de James Maxwell . Hertz mostró experimentalmente la posibilidad de generar y recibir ondas de radio electromagnéticas y descubrió que son absorbidas y reflejadas de manera diferente por diferentes materiales.

En 1897, el físico ruso A. S. Popov , durante los experimentos sobre la comunicación por radio entre barcos, descubrió el fenómeno de la reflexión de las ondas de radio en el casco del barco. El transmisor de radio en los experimentos de Popov se instaló en el puente superior del transporte Europa, que estaba anclado, y el receptor de radio se instaló en el crucero África. En el informe de la comisión designada para realizar estos experimentos, A. S. Popov escribió:

La influencia de la situación del barco es la siguiente: todos los objetos metálicos (mástiles, tuberías, aparejos) deben interferir con el funcionamiento de los instrumentos tanto en la estación de salida como en la estación receptora, ya que, al obstaculizar una onda electromagnética, violan su corrección, algo similar a como actúa el rompeolas sobre una ola ordinaria que se propaga por la superficie del agua, en parte debido a la interferencia de las olas excitadas en ellos con las olas de la fuente, es decir, afectan desfavorablemente.
... También se observó la influencia del vaso intermedio. Entonces, durante los experimentos, el crucero Teniente Ilyin se interpuso entre Europa y África, y si esto sucedió a grandes distancias, la interacción de los instrumentos se detuvo hasta que los barcos abandonaron la misma línea recta.

En 1905, a Christian Hülsmeyer se le concedió una patente alemana para una solicitud de la idea de un radar fechada el 30 de abril de 1904 [4] . En los EE. UU., el descubrimiento de la reflexión de ondas de radio se atribuye a Taylor y Young en 1922.

El conocimiento de la idea básica por sí solo no fue suficiente para la creación práctica del radar más simple. Además del principio básico de funcionamiento, los ingenieros tuvieron que inventar muchos dispositivos y dispositivos técnicos inusualmente importantes e ingeniosos: magnetrones , klistrones , tubos de ondas viajeras , guías de ondas , lámparas amplificadoras y generadoras de diseño complejo. Al mismo tiempo, los ingenieros confiaban únicamente en sus propias fuerzas: muchas de las tareas técnicas a las que debían enfrentarse mientras trabajaban en el radar eran secretas, lo que dificultaba el intercambio de información entre científicos de diferentes países. La ingeniería de radio de onda larga , con la que históricamente comenzó el desarrollo de las bandas de radio, no era aplicable a las altas frecuencias requeridas para fines de radar.

Uno de los primeros dispositivos diseñados para el radar de objetos aéreos fue demostrado el 26 de febrero de 1935 por el físico escocés Robert Watson-Watt , quien recibió la primera patente para la invención de dicho sistema aproximadamente un año antes.

En la segunda mitad de la década de 1930, aparecieron los primeros diseños industriales de radares en el Reino Unido. Eran voluminosos y solo podían colocarse en tierra o en naves capitales. En 1937, se probó un prototipo de radar compacto apto para colocar en un avión [5] . Los primeros radares aerotransportados de aviación estaban destinados a detectar aviones y barcos enemigos en ausencia de visibilidad óptica, o para detectar un ataque desde el hemisferio trasero (por ejemplo, el radar Monica ). La lucha por ahorrar espacio, peso y energía no terminó ahí, se crearon fusibles de radio simples y en miniatura que podían colocarse en las cabezas de los proyectiles antiaéreos. Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, el sistema de radar Chain Home se implementó en el Reino Unido . La historia de la creación de las estaciones de radar se muestra en el documental británico "Secret War: Seeing cien millas" .

En los Estados Unidos, el primer contrato entre el ejército y la industria para crear una estación de radar se concluyó en 1939.[ especificar ] .

El estallido de la Segunda Guerra Mundial requirió que los ingenieros británicos crearan medidas efectivas para combatir los ataques aéreos alemanes, y en el verano de 1940, bajo el liderazgo de Henry Tizard , se desarrolló un magnetrón multicavidad , que se convirtió en la base de un nuevo y eficaz sistema de radar aerotransportado en el rango de centímetros, que fue equipado a principios de 1941 en aviones estadounidenses y británicos [6] .

El arquitecto austriaco Rudolf Kompfner inventó el tubo amplificador de onda viajera , que amplifica la señal un millón de veces en una amplia gama de frecuencias de microondas. Por el desarrollo de este dispositivo, Kompfner recibió el título de Doctor en Física.

Para proteger sus ciudades de los bombardeos, Alemania creó baterías antiaéreas controladas por radares tipo Würzburg con una frecuencia de radiación de 560 megahercios. El encargado de organizar la defensa aérea fue el general Kammhuber , quien creó la llamada Línea Kammhuber .

Durante la Operación Bruneval , llevada a cabo por comandos británicos en febrero de 1942 en la costa de Francia en la provincia de Seine-Maritime ( Alta Normandía ), se reveló el secreto de los radares alemanes. Para bloquear los radares alemanes, los aliados utilizaron transmisores que emitían interferencias en una determinada banda de frecuencia a una frecuencia media de 560 megahercios. Al principio, los bombarderos estaban equipados con tales transmisores .

Cuando los pilotos alemanes aprendieron a guiar a los cazas hacia señales de interferencia, como si fueran radiobalizas, enormes transmisores estadounidenses "Tuba" ( Proyecto Tuba ), desarrollados en el laboratorio de radio de la Universidad de Harvard [7] , se ubicaron a lo largo de la costa sur de Inglaterra A partir de sus poderosas señales, los equipos de radio de los combatientes alemanes "a ciegas" en Europa y los bombarderos aliados, después de deshacerse de sus perseguidores, volaron tranquilamente a sus aeródromos a través del Canal de la Mancha.

En la URSS

Primeras estaciones de radar

En la Unión Soviética, la búsqueda de nuevas formas de detectar aeronaves comenzó a principios de la década de 1930, cuando quedó claro que con un mayor aumento en las velocidades de la aviación, los reflectores antiaéreos y los captadores de sonido , debido a su corto alcance, no podrían. para proporcionar una alerta temprana de ataques aéreos, y el reconocimiento aéreo se convertiría en el cuello de botella en el sistema de defensa aérea . El desarrollo de la investigación en el campo del radar estuvo precedido por experimentos para detectar un avión por su radiación térmica (1932-34 VEI ) y la emisión de radio del sistema de encendido del motor (1930 M.A. Fedorov, NIIIS KA), que no dieron una respuesta satisfactoria. Como resultado, el alcance no se superó varios kilómetros. En junio de 1933, K.E. discutió los problemas de financiación y el comienzo de la investigación sobre detección de radio (el término radar apareció más tarde). Voroshilov y M.N. Tujachevski .

En octubre de 1933, por sugerencia de la GAU (representante M. M. Lobanov ), el jefe de 26 años del grupo de ondas decimétricas del Laboratorio Central de Radio Yu.K. Korovin. Como estación de radar se adaptó un equipo de radiocomunicaciones de ondas decimétricas , creado y probado por el grupo Korovin en el verano de 1933. El radar experimental constaba de dos antenas parabólicas de 2 metros de diámetro y operaba a una longitud de onda de 50 cm (600 MHz), la potencia del transmisor operando en modo continuo era de solo 0,2 W, la señal reflejada se controlaba de oído mediante un super- receptor de radio regenerativo . El 3 de enero de 1934, se llevó a cabo con éxito en la instalación de Korovin el primer experimento en la URSS para detectar un avión por radar. El rango máximo a una altitud de vuelo de 150 m era de 600-700 m En el informe "Direccionamiento de aeronaves en el DTSV" , enviado a la GAU el 14 de febrero de 1934, Korovin expresó su confianza en la posibilidad de aumentar el rango a 8-10 km con mayor mejora del equipo.

El 16 de enero de 1934, en el Instituto de Física y Tecnología de Leningrado, el académico A.F. Ioffe realizó un encuentro sobre el tema de radares con la participación de Académicos A.A. Chernysheva , S.I. Vavilov , profesores N.N. Andreeva , N. D. Papaleksi , A.A. Lebedeva , D. A. Rozhansky , V.P. Linnik , empleados de LFTI , LEFI y representantes de la Dirección de Defensa Aérea. En el mismo año, el mariscal Tukhachevsky escribió en una carta al gobierno de la URSS: "Los experimentos en la detección de aviones que utilizan un haz electromagnético confirmaron la exactitud del principio subyacente". Pronto, el trabajo en el radar se desarrolló en un frente amplio, los clientes eran la Dirección General de Artillería y la Dirección de Defensa Aérea del Ejército Rojo. En total, hay cinco áreas científicas principales, en las que se desarrollaron más de una docena de radares experimentales de varios tipos y propósitos en el período anterior a la guerra, pero la mayoría de ellos, por diversas razones, no se llevaron a la producción en masa. [ocho]

La primera dirección fue la continuación del trabajo de Yu.K. Korovin por orden de la GAU, que tuvo lugar en la ciudad de Gorky ( Nizhny Novgorod ) sobre la base de TsVIRL bajo el código "Mapache". En mayo de 1935 la instalación alcanzaba un alcance de detección de 3 km, la posterior mejora de los parámetros dio lugar a dificultades asociadas a la supresión del efecto micrófono, ausencia de lámparas de bajo ruido, etc. En septiembre de 1937 se paralizaron las obras debido a que la dirección paralela a NII-9 resultó ser más exitosa.

La segunda dirección se organizó el 11 de enero de 1934 en el Instituto Electrofísico de Leningrado (LEFI), también por orden de la GAU. El trabajo fue realizado por el laboratorio de B.K. Shembel bajo la dirección general de A. A. Chernyshev . El cliente consideró que la dirección era paralela y competidora con el grupo Korovin. En el verano de 1935, una instalación experimental con radiación continua en una longitud de onda de 21-29 cm mostró un alcance de 5-6 km en el avión U-2. En otoño de 1935, LEFI se fusionó con el Instituto Experimental de Radio (M.I. Kugushev), y más tarde con el Instituto de Investigación de Televisión, y pasó a formar parte del nuevo secreto NII-9, cuyo director científico era M. A. Bonch-Bruevich . En septiembre de 1936, el laboratorio de Shembel creó un detector de radio móvil de dos coordenadas "Storm" [9] , capaz de detectar aeronaves a distancias de 10-11 km. En el mismo mes, se llevó a cabo en el instituto una conferencia científica y técnica sobre detección por radio bajo la presidencia de A.V. Shuleikin y con la participación de destacados científicos e ingenieros de radar del país, lo que permitió evaluar los resultados y coordinar el curso de la investigación. Paralelamente, NII-9 llevó a cabo una extensa investigación teórica sobre sistemas de antenas e ingeniería de radio de microondas, cuyos resultados ya se utilizaron en el período de posguerra. A fines de 1939, los detectores de radio experimentales B-2 ("Mimas"), B-3 y el telémetro de radio de impulso "Sagittarius" NII-9 funcionaron en rangos de hasta 20 km. El modelo industrial del radar para artillería antiaérea, realizado en base al radiodetector Mimas y el telémetro Sagittarius bajo el código Luna, fue ordenado por el Comité de Defensa en junio de 1940, pero la orden no se cumplió, ya que durante la La evacuación del laboratorio del Leningrado NII-9 se dispersó por diferentes ciudades de la URSS, y la base de pruebas de Ostrovki a orillas del Neva fue destruida y el instituto dejó de existir.

La tercera dirección surgió el 19 de febrero de 1934, cuando la Dirección de Defensa Aérea del Ejército Rojo firmó un acuerdo con LEFI para el desarrollo de una estación de reconocimiento aéreo. Como resultado, en septiembre de 1934, el laboratorio Shembel creó y probó una estación de radar experimental "Rapid", que opera a una frecuencia de 63 MHz "en transmisión" con radiación continua con una longitud de la sección controlada de hasta 50 km. La primera instalación experimental "Rapid" fue probada por P. Oshchepkov en el mismo año [10] : el transmisor se instaló en Moscú en el techo de la casa número 14 en la calle Krasnokazarmennaya , el receptor, cerca del pueblo de Novogireevo ; Estuvieron presentes M. N. Tukhachevsky, N. N. Nagorny , M. V. Shuleikin . En octubre, la UPVO rescindió inesperadamente el contrato y, por orden de M.N. Tukhachevsky crea su propia oficina departamental de diseño de la UPVO bajo el liderazgo de P.K. Oshchepkov , que comienza el desarrollo del complejo de radar Elektrovisor, que consta del sistema Vega y dos sistemas Cone (cercano y lejano). A principios de 1935, Oshchepkov decidió complementar el Elektrovisor con el sistema de impulso Model-2. El desarrollo de tal escala estaba más allá del poder de la joven oficina de diseño, y para el verano de 1936, cuando se planeó ponerlo en servicio, ninguno de los sistemas del complejo pudo mostrar resultados significativos en las pruebas debido a numerosas deficiencias. Un año después, Oshchepkov fue reprimido en el caso Tukhachevsky, y la Oficina de Diseño UPVO se transformó en el sector científico del NIIIS KA, en el que, sobre la base de la instalación Rápida, se creó el radar Rhubarb, que se puso en servicio. en septiembre de 1939 bajo el nombre de RUS-1 .

La cuarta dirección surgió en LPTI en septiembre de 1934, cuando el laboratorio de D.A. Rozhansky (desde septiembre de 1936 Yu.B. Kobzarev ) comenzó la investigación sobre radares por orden de la UPVO del Ejército Rojo. En marzo de 1935, el LPTI se unió al desarrollo de un radar pulsado para el sistema Model-2 de la Oficina de Diseño de la UPVO, y luego continuó este tema con NIIIS KA. En abril de 1937, se obtuvo un alcance de 5 km en una instalación experimental, en agosto de 1938: 50 km. En base a esto, un año después, el Instituto y NIIIS KA fabricaron y probaron una instalación móvil experimental "Redut" sobre una base de automóvil, que mostró un alcance máximo para aeronaves de hasta 95 km, este fue un indicador brillante para su tiempo. Desde abril de 1939, por decisión del Comité de Defensa, el Instituto de Investigación Científica de la Industria de la Radio (NII-20 Ostekhbyuro) se ha sumado a la fabricación de prototipos, en el invierno de 1939-40. "Reducto" probado en combate real durante el conflicto soviético-finlandés . El 26 de julio de 1940, la estación, llamada RUS-2 , fue adoptada por las fuerzas de defensa aérea, sin embargo, durante el proceso de producción, NII-20 (ingeniero D.S. Mikhalevich) propuso mejorar significativamente la estación, convirtiéndola de un dos- antena en una sola antena. El nuevo proyecto se denominó "Redoubt-41", y luego "Pegmatit", se fabricaron dos estaciones experimentales del nuevo tipo en mayo de 1941 y se pusieron en servicio con el nombre RUS-2s. En 1940, sobre la base de Redut, NII-20 comenzó a desarrollar el radar de pulso aerotransportado Gneiss (A.B. Slepushkin, A.A. Fin , V.V. Tikhomirov ), que se utilizó por primera vez en aviones Pe-2 en las batallas cerca de Moscú y Stalingrado .

La quinta dirección surgió en el Instituto Ucraniano de Física y Tecnología (UFTI) en Kharkov , donde el departamento de oscilaciones electromagnéticas funcionó desde 1932 bajo la dirección de A.A. Slutskin , quien, por iniciativa propia, llevó a cabo la investigación y el desarrollo de magnetrones [11] . En marzo de 1937, la UPTI recibió una orden de la Dirección de Comunicaciones del Ejército Rojo para crear una estación de impulsos para el guiado de armas en una longitud de onda de 60-65 cm con un alcance de 30 km. Fue el primer radar soviético capaz de determinar tres coordenadas de objetivo, sin embargo, una gran zona muerta (6 km) y una larga determinación de coordenadas (decenas de segundos) no eran adecuadas para la artillería antiaérea, la estación fue enviada para revisión. En 1941, la UPTI inició la creación de una nueva estación de radar bajo el código "Rubin", pero el trabajo fue interrumpido por la guerra y continuó ya en evacuación junto con NIIIS KA. [12] .

Estación de radar durante la Gran Guerra Patria

Al comienzo de la guerra, la URSS disponía de 45 radares RUS-1, cuya producción ya había cesado por obsoleta, unos 10 radares RUS-2 y dos juegos de nuevos radares de antena única Pegmatit (RUS-2s) que estaban siendo probado Además, en los primeros meses de la guerra, varios institutos de investigación pusieron en funcionamiento varios radares experimentales, los más potentes funcionaron cerca de Leningrado en la región de Toksovo (LFTI) y cerca de Moscú, en la región de Mozhaisk , donde el radar Porfir estación (una versión mejorada del RUS-2 con un alcance de más de 200 km), gracias a la cual fue posible repeler el primer ataque aéreo masivo en Moscú.

Durante la guerra, se estudió minuciosamente la tecnología de radar, que llegó a la URSS en régimen de Préstamo y Arriendo desde Inglaterra , EE . UU. y Canadá , y más tarde, al final de la guerra, la tecnología de radar alemana . A partir de 1942, ya en evacuación , se reanudó la producción y desarrollo de nuevos radares soviéticos. Al final de la guerra, se produjeron alrededor de 500 juegos de estaciones RUS-2 (la mayoría de ellos eran contenedores plegables, del tipo Pegmatit), 124 juegos de estaciones guiadas por armas SON-2ot, más de 250 radares aerotransportados Gneiss de diversas modificaciones, etc. [13]

El 4 de julio de 1943, de conformidad con el Decreto del Comité de Defensa del Estado No. 3686ss “Sobre Radar”, se formó el Consejo de Radar bajo el Comité de Defensa del Estado [14] . Sus iniciadores fueron el ingeniero militar M. M. Lobanov y el científico A. I. Berg . El Consejo desempeñó un papel importante en el desarrollo del radar soviético, contribuyendo a una coordinación y planificación del trabajo más razonables. También inició la recopilación y difusión de información científica nacional y extranjera.

En 1946, los especialistas estadounidenses Raymond y Hucherton escribieron: "Los científicos soviéticos desarrollaron con éxito la teoría del radar varios años antes de que se inventara el radar en Inglaterra" [15] .

Se presta mucha atención en el sistema de defensa aérea a resolver el problema de la detección oportuna de objetivos aéreos que baja altura

Clasificación

Según el ámbito de aplicación, existen:

  • radar militar;
  • radares civiles.

Con cita:

  • radar de detección;
  • radar de control y seguimiento;
  • radares panorámicos;
  • radar lateral;
  • radar de seguimiento del terreno ;
  • radares meteorológicos;
  • radar de orientación;
  • radar de contrabatería ;
  • radar de navegación, radar de navegación:
  • Radar de seguimiento de la situación.

Por la naturaleza del transportista:

  • radar costero;
  • radares marítimos;
  • radar aerotransportado;
  • radares móviles.

Por la naturaleza de la señal recibida:

  • radar primario o de respuesta pasiva [16] ;
  • secundario, o radar con respuesta activa [16] ;
  • conjunto.

Por método de acción:

Por banda de frecuencias:

  • metro;
  • decímetro;
  • centímetro;
  • milímetro.

Radar primario

El radar primario (respuesta pasiva) sirve principalmente para detectar objetivos irradiándolos con una onda electromagnética y luego recibiendo reflejos (ecos) del objetivo. Debido a que la velocidad de las ondas electromagnéticas es constante ( la velocidad de la luz ), es posible determinar la distancia a un objetivo en función de la medición de varios parámetros a medida que se propaga la señal.

En el corazón del dispositivo de la estación de radar hay tres componentes: transmisor , antena y receptor .

El transmisor (transmisor) es la fuente de la señal electromagnética. Puede ser un potente generador de impulsos . En el caso de los radares de pulsos de rango centimétrico  , suele ser un magnetrón o un generador de pulsos que funciona según el esquema: un oscilador maestro es un potente amplificador que suele utilizar una lámpara de ondas viajeras (TWT) como generador, y una lámpara de triodo suele utilizarse como generador. Se utiliza para radares de rango de metros . Los radares que utilizan magnetrones son incoherentes o pseudocoherentes, a diferencia de los radares basados ​​en TWT. Según el método de medición del rango, el transmisor funciona en modo pulsado, generando pulsos electromagnéticos cortos y potentes repetitivos, o emite una señal electromagnética continua.

La antena emite la señal del transmisor en una dirección determinada y recibe la señal reflejada desde el objetivo. Dependiendo de la implementación, la recepción de la señal reflejada puede realizarse por la misma antena, o por otra, que en ocasiones puede estar situada a una distancia considerable de la emisora. Si la transmisión y la recepción se combinan en una antena, estas dos acciones se realizan alternativamente, y para que una señal potente del transmisor no se filtre al receptor, se coloca un dispositivo especial frente al receptor que cierra la entrada del receptor en el momento en que la se emite una señal de sondeo.

El receptor (receptor) realiza la amplificación y el procesamiento de la señal recibida. En el caso más simple, la señal resultante se aplica a un tubo de rayos (pantalla), que muestra una imagen sincronizada con el movimiento de la antena.

Los diferentes radares se basan en diferentes métodos para medir los parámetros de la señal reflejada.

Método de frecuencia

El método de frecuencia de medición de distancia se basa en el uso de modulación de frecuencia de señales continuas emitidas. En la implementación clásica de este método (LFM), la frecuencia cambia linealmente de f1 a f2 durante medio ciclo. Debido al retraso en la propagación de la señal, la diferencia de frecuencia entre las señales emitida y recibida es directamente proporcional al tiempo de propagación. Al medirlo y conocer los parámetros de la señal emitida, es posible determinar el alcance al objetivo.

ventajas:

  • le permite medir rangos muy cortos;
  • Se utiliza un transmisor de baja potencia.

Defectos:

  • se requieren dos antenas;
  • deterioro de la sensibilidad del receptor debido a fugas a través de la antena en la ruta de recepción de la radiación del transmisor, sujeto a cambios aleatorios;
  • Altos requisitos de linealidad del cambio de frecuencia.

Método de fase

El método de radar de fase (coherente) se basa en la selección y análisis de la diferencia de fase entre las señales enviadas y reflejadas, que se produce debido al efecto Doppler , cuando la señal se refleja desde un objeto en movimiento. En este caso, el dispositivo de transmisión puede funcionar tanto de forma continua como pulsada. En el modo de radiación de frecuencia única, la principal ventaja de este método es que "le permite observar solo objetos en movimiento, y esto elimina la interferencia de objetos estacionarios ubicados entre el equipo receptor y el objetivo o detrás de él" [17] .

El rango inequívoco de medición de distancia para sondeos de una sola frecuencia está determinado por la expresión:

dónde  está la velocidad de la luz;  es la frecuencia de radiación.

Para expandir el rango de rango inequívoco, en la práctica se utilizan esquemas más complejos en los que están presentes dos o más frecuencias. En este caso, el rango inequívoco está determinado por la separación de frecuencia máxima de las señales emitidas:

ventajas:

  • radiación de baja potencia, ya que se generan oscilaciones no amortiguadas;
  • la precisión no depende del desplazamiento Doppler de la frecuencia de reflexión;
  • un dispositivo bastante simple.

Defectos:

  • falta de resolución de rango (eliminada mediante el uso de señales multifrecuencia [18] );
  • deterioro de la sensibilidad del receptor debido a la penetración a través de la antena en la ruta de recepción de la radiación del transmisor, sujeto a cambios aleatorios.

Método de impulso

Los radares de seguimiento modernos generalmente se construyen como radares de pulso. El radar de pulso transmite una señal de emisión solo por un tiempo muy corto, en un pulso corto (duración del orden de microsegundos), después de lo cual cambia al modo de recepción y escucha el eco reflejado por el objetivo, mientras el pulso emitido se propaga en el espacio. .

Dado que el pulso se aleja del radar a una velocidad constante, existe una relación directa entre el tiempo transcurrido desde el momento en que se envió el pulso hasta el momento en que se recibió el eco y la distancia al objetivo. Tiene sentido enviar el siguiente pulso solo después de un tiempo, es decir, después de que regrese el pulso anterior (esto depende del rango de detección del radar, la potencia del transmisor, la ganancia de la antena, la sensibilidad del receptor). Si el pulso se envía antes, el eco del pulso anterior de un objetivo distante puede confundirse con un eco del segundo pulso de un objetivo cercano.

El intervalo de tiempo entre pulsos se denomina período de repetición de pulso ( Eng.  Pulse Repetition Interval, PRI ), su recíproco es un parámetro importante, que se denomina frecuencia de repetición de pulso (PRF, Eng.  Pulse Repetition Frequency, PRF ). Los radares de baja frecuencia y largo alcance suelen tener un intervalo de repetición de varios cientos de pulsos por segundo. La frecuencia de repetición de pulsos es una de las características por las que es posible determinar de forma remota el modelo de radar.

Ventajas del método de rango pulsado:

  • la posibilidad de construir un radar con una antena;
  • simplicidad del dispositivo indicador;
  • la conveniencia de medir el rango de múltiples objetivos.

Defectos:

  • la necesidad de utilizar grandes potencias de pulso del transmisor;
  • la imposibilidad de medir distancias cortas al objetivo debido a la zona muerta.

Eliminación de la interferencia pasiva

Uno de los principales problemas de los radares de pulso es la supresión de las señales reflejadas por objetos estacionarios: la superficie de la tierra, colinas altas, crestas de olas, etc. Si, por ejemplo, el objetivo está contra el fondo de una colina alta, la señal reflejada de esta colina bloqueará completamente la señal del objetivo. Para los radares terrestres, este problema se manifiesta cuando se trabaja con objetos que vuelan a baja altura. Para los radares de pulso aerotransportados, se expresa en el hecho de que el reflejo de la superficie de la tierra oscurece todos los objetos que se encuentran debajo de la aeronave con el radar.

Los métodos de eliminación de interferencias utilizan, de una forma u otra, el efecto Doppler (la frecuencia de una onda reflejada por un objeto que se acerca aumenta, y por un objeto que se aleja, disminuye).

El radar más simple que puede detectar un objetivo en desorden es el radar de selección de objetivo móvil (MTS), un radar pulsado que compara los reflejos de más de dos o más intervalos de repetición de pulso. Cualquier objetivo que se mueva en relación con el radar produce un cambio en el parámetro de la señal (etapa en el MDC en serie), mientras que los ecos parásitos de los objetos estacionarios permanecen sin cambios. La interferencia se elimina restando la señal reflejada recibida en dos intervalos consecutivos. En la práctica, la eliminación de la interferencia se puede llevar a cabo en dispositivos especiales: compensadores entre períodos o procesamiento de software por un sistema digital.

Una desventaja inevitable de los TDC que funcionan a una PRF constante es la incapacidad de detectar objetivos con velocidades circulares específicas (objetivos que producen cambios de fase de exactamente 360 ​​grados). La velocidad a la que un objetivo se vuelve invisible para el radar depende de la frecuencia operativa de la estación y de la PRF. Para eliminar la desventaja, los SDC modernos emiten varios pulsos con diferentes PRF. Los PRF se seleccionan de tal manera que el número de velocidades "invisibles" es mínimo.

Los radares Pulse Doppler , a diferencia de los radares SDC, utilizan una forma diferente y más compleja de eliminar las interferencias. La señal recibida, que contiene información sobre objetivos e interferencias, se transmite a la entrada de la unidad de filtro Doppler. Cada filtro pasa una señal de una determinada frecuencia. A la salida de los filtros se calculan las derivadas de las señales. El método ayuda a encontrar objetivos a velocidades dadas, puede implementarse en hardware o software, no permite (sin modificaciones) determinar la distancia a los objetivos. Para determinar las distancias a los objetivos, puede dividir el intervalo de repetición del pulso en segmentos (llamados segmentos de rango) y aplicar una señal a la entrada del bloque de filtro Doppler durante este segmento de rango. Es posible calcular la distancia solo con múltiples repeticiones de pulsos a diferentes frecuencias (el objetivo aparece en diferentes segmentos de distancia en diferentes PRF).

Una propiedad importante de los radares de pulso Doppler es la coherencia de la señal, la dependencia de fase de las señales enviadas y recibidas (reflejadas).

Los radares Pulse-Doppler, a diferencia de los radares con SDC, tienen más éxito en la detección de objetivos que vuelan a baja altura. En los cazas modernos, estos radares se utilizan para interceptación aérea y control de tiro (radares AN / APG-63, 65, 66, 67 y 70). Las implementaciones modernas son en su mayoría software: la señal se digitaliza y se entrega a un procesador separado para su procesamiento . A menudo, una señal digital se convierte en una forma adecuada para otros algoritmos utilizando una transformada rápida de Fourier . El uso de la implementación de software en comparación con la implementación de hardware tiene una serie de ventajas:

  • la capacidad de seleccionar el algoritmo de procesamiento de señal óptimo entre varios disponibles;
  • la posibilidad de cambiar los parámetros numéricos de los algoritmos;
  • la capacidad de agregar / cambiar algoritmos (cambiando el firmware ).

Las ventajas enumeradas, junto con la capacidad de almacenar datos en ROM ) permiten, si es necesario, adaptarse rápidamente a la técnica de bloquear al enemigo.

Eliminación de interferencias activas

El método más efectivo para combatir la interferencia activa es el uso de un conjunto de antenas digitales en el radar , lo que hace posible que se formen huecos en el patrón de radiación en dirección a los bloqueadores [19] [20] [21] .

Radar secundario

El radar secundario se utiliza en la aviación para la identificación. La característica principal es el uso de un transpondedor activo en los aviones.

El principio de funcionamiento del radar secundario es algo diferente del principio del radar primario. El dispositivo de la Estación Radar Secundaria se basa en los componentes: transmisor , antena , generadores de marcas de acimut , receptor , procesador de señal , indicador y transpondedor de aeronave con antena .

El transmisor se utiliza para generar pulsos de solicitud en la antena a una frecuencia de 1030 MHz.

La antena se utiliza para emitir pulsos de interrogación y recibir la señal reflejada. De acuerdo con los estándares de la OACI para radar secundario, la antena transmite a una frecuencia de 1030 MHz y recibe a una frecuencia de 1090 MHz.

Los generadores de marcadores de acimut se utilizan para generar marcadores de acimut ( ing.  Azimuth Change Pulse, ACP ) y marcas del norte ( ing.  Azimuth Reference Pulse, ARP ). Para una revolución de la antena del radar, se generan 4096 marcas de azimut de escala (para sistemas antiguos) o 16 384 marcas de azimut de escala mejorada ( pulso de cambio de azimut mejorado en inglés  , IACP  - para sistemas nuevos), así como una marca del norte. La marca del norte proviene del generador de marcas de azimut con la antena en tal posición cuando se dirige hacia el norte, y las marcas de azimut de la escala sirven para leer el ángulo de giro de la antena.

El receptor se utiliza para recibir pulsos a una frecuencia de 1090 MHz.

El procesador de señales sirve para procesar las señales recibidas.

El indicador sirve para mostrar la información procesada.

Se utiliza un transpondedor de aeronave con una antena para transmitir una señal de radio pulsada que contiene información adicional al radar a pedido.

El principio de funcionamiento del radar secundario es utilizar la energía del transpondedor de la aeronave para determinar la posición de la aeronave. El radar irradia el área circundante con pulsos de interrogación P1 y P3, así como un pulso de supresión P2 a una frecuencia de 1030 MHz. Las aeronaves equipadas con transpondedor en el área del haz de interrogación, al recibir pulsos de interrogación, si la condición P1,P3>P2 es válida, responder al radar solicitante con una serie de pulsos codificados a una frecuencia de 1090 MHz, que contienen información adicional sobre el número de lado, la altitud, etc. La respuesta del transpondedor de la aeronave depende del modo de solicitud del radar, y el modo de solicitud está determinado por el intervalo de tiempo entre los pulsos de solicitud P1 y P3, por ejemplo, en el modo de solicitud A (modo A), el intervalo de tiempo entre los pulsos de solicitud de la estación P1 y P3 es de 8 microsegundos y al recibir tal solicitud, la aeronave transpondedora codifica su número de aeronave en los pulsos de respuesta.

En el modo de interrogación C (modo C), el intervalo de tiempo entre los pulsos de interrogación de la estación es de 21 microsegundos, y al recibir tal solicitud, el transpondedor de la aeronave codifica su altura en los pulsos de respuesta. El radar también puede enviar una solicitud en modo mixto, por ejemplo, Modo A, Modo C, Modo A, Modo C. El azimut de la aeronave está determinado por el ángulo de rotación de la antena, que a su vez está determinado por contando las marcas de azimut de la escala .

El rango está determinado por el retraso de la respuesta entrante. Si la aeronave está en el área de cobertura de los lóbulos laterales, y no del haz principal, o está detrás de la antena, entonces el transpondedor de la aeronave, al recibir una solicitud del radar, recibirá en su entrada la condición de que los pulsos P1, P3 < P2, es decir, el pulso de supresión es mayor que los pulsos de solicitud. En este caso, el respondedor se bloquea y no responde a la solicitud.

La señal recibida del transpondedor es procesada por el receptor de radar, luego pasa al procesador de señales, que procesa las señales y envía información al usuario final y/o al indicador de control.

Ventajas de un radar secundario:

  • mayor precisión;
  • información adicional sobre la aeronave (número de tabla, altura);
  • baja potencia de radiación en comparación con los radares primarios;
  • largo alcance de detección.

Rangos de radar

Designación
IEEE / ITU		 Etimología frecuencias Longitud de onda notas
AF inglés  alta frecuencia 3-30 MHz 10-100 m Radares de la Guardia Costera, radares "sobre el horizonte"
PAGS inglés  anterior < 300 MHz > 1 metro Utilizado en los primeros radares
ondas métricas inglés  muy alta frecuencia 50-330 MHz 0,9—6 metros Detección de largo alcance, exploración de la Tierra
frecuencia ultraelevada inglés  Frecuencia ultra alta 300-1000 MHz 0,3—1 metro Detección a largas distancias (por ejemplo, bombardeos de artillería), estudios forestales, la superficie de la Tierra
L inglés  Largo 1-2 GHz 15-30cm vigilancia y control del trafico aereo
S inglés  Corto 2-4 GHz 7,5-15 cm control de tráfico aéreo, meteorología, radar marítimo
C inglés  Compromiso 4-8 GHz 3,75-7,5 cm meteorología, transmisión por satélite, rango intermedio entre X y S
X 8-12 GHz 2,5-3,75 cm control de armas, guía de misiles, radar marítimo, clima, mapeo de resolución media; en EE. UU., la banda de 10,525 GHz ± 25 MHz se utiliza en los radares de los aeropuertos
k tu inglés  bajo K 12-18 GHz 1,67-2,5 cm cartografía de alta resolución, altimetría por satélite
k Alemán  kurz  - "corto" 18-27 GHz 1,11-1,67 cm el uso es limitado debido a la fuerte absorción por parte del vapor de agua, por lo que se utilizan los rangos K u y K a . La banda K se utiliza para detección de nubes, en radares de tráfico policial (24,150 ± 0,100 GHz).
Ka _ inglés  por encima de K 27-40 GHz 0,75-1,11 cm Mapeo, control de tráfico aéreo de corto alcance, radares especiales que controlan cámaras de tráfico (34.300 ± 0.100 GHz)
milímetro 40-300 GHz 1-7,5mm las ondas milimétricas se dividen en dos rangos siguientes
V 40-75 GHz 4,0-7,5mm Dispositivos médicos EHF utilizados para fisioterapia
W 75-110 GHz 2,7-4,0 mm sensores en vehículos automáticos experimentales, investigación meteorológica de alta precisión

Designaciones de banda de frecuencia adoptadas por las Fuerzas Armadas de EE . UU. y la OTAN desde 1982 [22]

Designacion Frecuencias, MHz Longitud de onda, cm Ejemplos
A < 100-250 120->300 Radares de control de tráfico aéreo y de detección temprana, p. Radar 1L13 "NEBO-SV"
B 250 - 500 60 - 120
C 500 −1 000 30 - 60
D 1000 - 2000 15 - 30
mi 2000 - 3000 10 - 15
F 3.000 - 4.000 7.5 - 10
GRAMO 4000 - 6000 5 - 7,5
H 6.000 - 8.000 3.75 - 5.00
yo 8,000 - 10,000 3.00 – 3.75 Radares aerotransportados multifuncionales (BRLS)
j 10,000 - 20,000 1.50 – 3.00 Radar de guía e iluminación de objetivos (RPN), por ejemplo. 30N6, 9S32
k 20.000 - 40.000 0,75 - 1,50
L 40.000 - 60.000 0,50 - 0,75
METRO 60.000—100.000 0,30 - 0,50

Véase también

Notas

  1. ↑ Detección y distancia por radio . TheFreeDictionary.com. Fecha de acceso: 30 de diciembre de 2015. Archivado desde el original el 16 de diciembre de 2015.
  2. ↑ Oficina de traducción. Definición de radar . Obras Públicas y Servicios Gubernamentales de Canadá. Fecha de acceso: 8 de noviembre de 2013. Archivado desde el original el 4 de enero de 2014.
  3. ↑ Diccionario McGraw-Hill de términos científicos y técnicos / Daniel N. Lapedes, editor en jefe. Lapedes, Daniel N. Nueva York; Montreal: McGraw-Hill, 1976. [xv], 1634, A26 p.
  4. ↑ Vodopyanov, 1946 , pág. 13
  5. ↑ Bowen, 1998 .
  6. ↑ Ángela Hind. "El maletín 'que cambió el mundo'" . Noticias de la BBC (5 de febrero de 2007). Fecha de acceso: 9 de marzo de 2015. Archivado desde el original el 6 de febrero de 2015.
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  10. ↑ Poliakov, 1988 .
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