С кем бы познакомиться поближе

Итак, в общих чертах мы уже познакомились с радиолокацией. Рассмотрели целый ряд различных станций, каждая из которых добросовестно выполняет порученные ей обязанности. Но наши знания пока несколько односторонни, не правда ли? Мы знаем, что может каждая станция, но не знаем пока, как она это делает. Постараемся восполнить этот пробел.

Какую бы станцию рассмотреть? Может быть, все станции, о которых мы рассказали в первой части книжки? Но, как говорят авторитеты, «нельзя объять необъятное». В научно-технической книге в таких случаях пишут: «К сожалению, небольшой объем не позволяет нам подробнее остановиться на этой интересной проблеме».

Так что не будем ставить перед собой непосильных задач и выберем путь попроще. Посмотрим, как работает одна станция. При этом мы познакомимся и с общими принципами работы радиолокационных систем и с особенностями работы именно этой, избранной нами станции. Да, но как выбрать образцовый объект?

Для решения этой важной проблемы можно предложить несколько методов.

Метод первый: теоретико-вероятностный. Выписываем названия всех станций на маленьких билетиках, свертываем их в трубочку и складываем в шапку. Потом просим незаинтересованное лицо, например милую толстушку соседку-второклассницу Олю, вытащить какой-нибудь билетик. Так и определится станция, о которой нужно рассказать. Преимущество этого метода — полная объективность выбора. Но слепой жребий может выбрать нетипичную или устаревшую станцию. О некоторых специфических типах станций автор, к сожалению, не сможет рассказать так подробно, как это сделают специалисты в данной области. При этом, конечно, проиграет и читатель, и сам автор.

Метод второй: социологический. Предполагаемым читателям рассылается анкета, где перечислены станции, о которых автор может рассказать нечто вразумительное. По большинству поданных голосов и выбирается героиня рассказа. Сам по себе метод неплох. Но здесь автора испугал объем предстоящей работы, связанной с размножением и рассылкой анкет, сбором ответов и обработкой результатов на вычислительной машине (какой же уважающий себя социолог теперь обрабатывает результаты вручную?). Кроме того, просто жаль времени, которое нужно потратить на все эти операции.

Метод третий: волевой. Читатель полностью лишен возможности влиять на выбор станции. Делает это автор, руководствуясь своими привязанностями и имеющимся у него объемом информации о различных типах станций. При этом он торжественно обязуется в меру сил принимать во внимание и интересы читателей. Тем, кого все же не устраивает выбор автора, мы, видимо, ничем помочь не сможем. Правда, в сносках указано довольно много книг и статей по радиолокации, в которых можно найти описания станций других типов, и любознательным читателям мы рекомендуем покопаться в этой литературе самостоятельно.

Итак, выбор сделан. Мы выбрали современную, мощную радиолокационную станцию обнаружения и сопровождения космических объектов: спутников, пилотируемых и автоматических космических кораблей, баллистических ракет. Сначала несколько слов о том, как выглядит наша знакомая. Представьте себе одну из трибун стадиона, например, трибуну плавательного бассейна в Лужниках. Примерно такую же форму имеет здание, в котором размещается наша станция. Правда, это здание все-таки поменьше трибуны. Та плоскость, где на трибуне расставлены скамьи для зрителей, в радиолокационной станции занята приемной и передающей антеннами. Само помещение разделено на залы и лаборатории, в которых и размещается оборудование радиолокационной станции.

Предположим, что мы сдали весьма строгие экзамены по технике безопасности и получили разрешение провести экскурсию по всем этажам здания. Да, еще нужно выбрать время, когда станция не работает, так как во время работы даже специалистам, обслуживающим станцию, в некоторые помещения заходить запрещается. Обычно это залы, где работают мощные энергетические установки, от близкого знакомства с которыми удерживает известный всем плакат с молнией и некоторыми экспонатами анатомических музеев. Нельзя мешать и операторам центрального пульта, где собраны контрольные приборы и индикаторы. Работа операторов требует максимальной собранности и сосредоточенности, так что не стоит их отвлекать.

Но вот экскурсия началась. Проходим зал за залом и в каждом видим примерно одно и то же: вдоль стен длинные ряды железных шкафов (специалисты называют их стойками). Кое-где шкафы открыты — пока станция не работает, инженеры и техники проводят профилактику, заменяют сомнительные узлы и детали. Если заглянуть внутрь стойки, то можно увидеть переплетение разноцветных проводов, толстые кабели в пластиковой или металлической оболочке, тысячи ламп, транзисторов и много других приборов, вобравших в себя последние достижения электроники, оптики, механики, в общем, всех отраслей современной науки.

А вот и центральный пульт. Сейчас здесь пусто. Тускло отсвечивают равнодушные и пустые экраны индикаторов, неподвижны стрелки сотен контрольных приборов, зачехлен микрофон внутренней связи.

Но как только станция включится в работу, за пульт сядут люди, управляющие станцией, засветятся синеватые или зеленоватые экраны индикаторов, размеренно заскользит по ним яркий луч развертки, отмечая цели всплеском светового пятна. Включаются кинокамеры и магнитофоны, записывающие весь ход работы. Потом в спокойной обстановке специалисты оценят по данным, зафиксированным на магнитных лентах и кинопленке, как работала станция. Выполнить такую оценку в ходе работы и обработать сигнал от цели может только быстродействующая вычислительная машина. Она и размещается в тех залах, куда мы попадаем, выйдя из помещения центрального пульта. Ни одна современная радиолокационная станция уже не может обойтись без вычислительной машины и зачастую качество работы станции в значительной мере определяется объемом памяти машины и скоростью, с которой она выполняет вычисления.

Идем дальше, приоткрываем дверь в большой зал, где стоят внушительные на вид устройства. Специалист-электротехник без труда узнает трансформаторы, выпрямители и другие приборы, снабжающие нашу станцию электроэнергией. Еще бы им не быть внушительными! Ведь радиолокационная станция потребляет во время работы столько электроэнергии, сколько ее нужно небольшому городу. И хотя сейчас приборы не работают на полную мощность, негромкий, басовитый их гул и вся обстановка невольно внушают почтение и мы осторожно закрываем дверь.

Закон природы гласит, что скорость движения экскурсантов всегда возрастает по мере продвижения к концу экспозиции. Поэтому мы ускоренным шагом (бегом неприлично) проходим по залу, где стоят системы, охлаждающие радиоэлектронную аппаратуру во время работы, и другие вспомогательные устройства.

Ну вот, кажется, и все. Разобрались в своих впечатлениях? Как вам понравилась выбранная автором станция? Если понравилась, то читайте дальше, будем разбираться, как она работает. Но прежде всего ответим на вопрос…

 

Как оценивают знакомую?

Скажем сразу, что автор считает читателя серьезным молодым человеком, склонным к анализу своих действий. Будем считать априори, что это не идеалист, который может влюбиться, что называется по уши, но не может объяснить заинтересованной публике, за что же он любит свою избранницу. Интересно, как этот серьезный молодой человек выбирает из круга знакомых девушек ту, общению с которой он намерен посвятить все свое свободное от работы время. Мне кажется, что ответ может выглядеть примерно так.

Во время знакомства я оцениваю в девушке некоторый небольшой набор качеств, или, выражаясь техническим языком, параметров. Ну, скажем, цвет волос и глаз, изящество манер, размер обуви, свойства характера самой девушки и будущей тещи, степень взаимности, проявляемая девушкой, время, затрачиваемое на проводы после очередного свидания, число пересадок… Кажется, все. Некоторые из перечисленных параметров, такие как свойства характера или рост, для меня существенны (не всем юношам нравятся девушки выше их ростом), другие могут и не играть важной роли, например размер обуви.

Некоторые параметры невозможно полностью оценить за время знакомства (характер девушки и тещи), другие можно. Если воспользоваться методом, предложенным Я. И. Хургиным в книге «Ну и что?», то надо составить табличку, где каждая кандидатура оценивается по всем качествам, скажем, по пятибалльной системе, подсчитать сумму баллов и выбрать ту, чья суммарная оценка выше.

Итак, серьезный молодой человек умеет (или думает, что умеет) оценивать качества своей знакомой и по ним судить, насколько она близка к его идеалу. Мы находимся в худшем положении. Ведь пока нам неизвестно, как оценивать радиолокационную станцию. По числу этажей здания, где она размещается, или по общему весу ее оборудования? Даже не посвященному в таинства радиолокации ясно, что такие оценки ни к чему хорошему не приведут. Пока что более сложная и более мощная станция, конечно, крупнее, но с развитием методов миниатюризации и разработкой новых элементов схем станции следующих поколений, становясь совершеннее, будут иметь меньшие габариты. Значит, надо разобраться детальнее.

Вводим новое действующее лицо — заказчика. Хотя с точки зрения всеобщего прогресса он персонаж положительный, так как, тормоша специалистов, он вынуждает их развивать и совершенствовать станции, все же общение с ним не всегда приятно. Ведь он все время чего-то требует, а это не самое приятное свойство человека, не правда ли?

Заказчик нашей станции требует, чтобы ему построили станцию с большой дальностью действия, с высокой точностью определения местоположения целей, с хорошей разрешающей способностью и высоким темпом обзора. Ничего себе списочек для одной станции! Но постойте-ка, тут сразу четыре абсолютно непонятных термина! Поясним.

Первое требование означает, что нам необходимо обнаруживать достаточно маленькие цели на возможно больших расстояниях.

Но чем больше расстояние, тем больше сил затрачивает сигнал на преодоление пути и тем слабее возвратившийся отраженный сигнал. Здесь мы имеем полную аналогию с ситуацией, изображенной на рисунке. Со старта марафонского забега отправляется в путь группа полных сил бегунов, а достигают финиша (в нашем случае приемника радиолокационной станции) лишь немногие изнуренные спортсмены (для нас сигналы).

Поэтому для каждой станции существует такое расстояние, что от целей, находящихся на большем удалении, отраженный сигнал заметить, а тем более измерить, не удается. Это расстояние и называют дальностью действия.

Увеличить дальность действия можно за счет повышения энергии сигнала.

Выбранная нами станция излучает сигналы в виде отдельных импульсов того или иного вида. В этом случае дальность действия определяется энергией отдельного импульса А эта энергия зависит от длительности импульса и его средней мощности. Не вдаваясь в детали, скажем, что беспредельно увеличивать мощность нельзя, — это очевидно из простых физических соображений. Если мы используем предельно возможную мощность, а заданная дальность действия еще не достигнута, то энергию сигнала придется увеличить, уменьшив его длительность.

Так поступают не только в радиолокации. Например, одно время строили только пятиэтажные дома, длинные-длинные, порой занимающие целый квартал. Естественно, что число квартир в одном доме при этом могло быть как угодно большим. Итак, казалось бы, за счет использования максимально доступной мощности и большой длительности можно получить сколь угодно большую дальность действия станции. Но… В технике всегда есть место для «но». В этот раз «но» связано со вторым и третьим требованиями заказчика (высокая точность определения местоположения цели и хорошая разрешающая способность). Чтобы понять, в чем заключается противоречие между этими требованиями, рассмотрим в самом простом виде, как в радиолокационной станции определяют местоположение цели.

 

Где же она?

Точка, в которой находится в данный момент цель, в нашей станции определяется дальностью до цели и двумя углами — углом места и азимутом. Азимут — угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от направления на север (термин заимствован, вероятно, у путешественников и туристов). Угол места — угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от горизонтальной плоскости (термин, по-видимому, придумали специально для радиолокации). Угол места и азимут (точнее, пересечение плоскостей, которые они определяют) дают нам прямую линию, на которой расположена цель, а дальность указывает, где именно на этой прямой находится цель. Значит, точно измерить угловые координаты и дальность.

Начнем с измерения дальности.

Станция включилась в работу. Сигнал срывается с передающей антенны и со скоростью света устремляется к цели. Одновременно на экране индикатора световой луч развертки начинает свой путь из точки, которая обозначает место расположения станции. Система развертки устроена таким образом, что при отсутствии цели луч будет все время прочерчивать на экране светящуюся горизонтальную линию (но будем все-таки считать, что цель есть). Вот сигнал достиг цели, отразился от нее и, вернувшись к станции, попал на огромное полотнище приемной антенны. И в этот момент луч сделает на экране засечку — цель обнаружена. То же происходит и со всеми последующими сигналами. Если цель приблизится к станции, то сигнал совершит свое путешествие к ней и обратно быстрее, а значит и луч развертки раньше засветит отметку от цели. Так как скорость, с которой путешествует сигнал, постоянна, то время, прошедшее с момента излучения сигнала до его приема, пропорционально удвоенному расстоянию до цели. Поэтому, выбрав подходящий коэффициент пропорциональности, мы можем измерить расстояние на индикаторе, которое успел пробежать луч развертки за это время, непосредственно в километрах или милях. Так мы получаем шкалу дальности на экране индикатора. Теперь нам достаточно заметить цифру, у которой возникает отметка от цели, чтобы сказать, на какой дальности она находится. Но как точно мы можем измерить это расстояние? Чем больше делений на нашей шкале дальности, тем точнее можно произвести отсчет.

Попробуйте измерить длину подмосковного окунишки рулеткой, на которой деления расположены через 25 сантиметров. По-моему, довольно трудно. Значительно легче сделать это, имея под рукой линейку с миллиметровыми делениями. Шкала индикатора в нашем распоряжении, и казалось бы, что точность может быть как угодно высокой. Не тут-то было. Представим себе обычную жизненную ситуацию. Вы приходите на стадион минут за двадцать до начала футбольного матча. Кое-где уже сидят зрители. Вы подходите к своему ряду и не можете найти своего законного места, скажем № 216. Вы видите место № 214, далее восседает мужчина, несколько похожий на Тартарена из Тараскона, а за ним на скамейке виден № 218. Учитывая стремление дирекции стадиона разместить на трибунах как можно больше зрителей и внушительные габариты ранее пришедшего болельщика, Вы с грустью вынуждены констатировать, что сидеть вам придется на ступеньках лестницы. По-моему, сейчас самое подходящее время решить задачу, на каком же месте сидит болельщик.

Теперь Вам должно быть понятно состояние оператора, определяющего дальность до цели, отметка от которой перекрывает сразу несколько делений шкалы.

Поскольку ширина отметки прямо пропорциональна длительности сигнала, то нетрудно понять, что для повышения точности отсчета и станции необходимо использовать более короткие сигналы и тогда отметка от цели станет уже и не перекроет соседних делений. Применение коротких сигналов позволит нам выполнить и третье требование заказчика— обеспечить высокую разрешающую способность станции по дальности. Если две цели расположены таким образом, что отметки от них перекрываются и образуют одну суммарную отметку, то специалисты говорят, что цели не разрешены. Если это не совсем понятно, то посмотрите на рисунок. Представьте себе, что Вы смотрите на футболистов сверху. В ситуации, показанной слева на рисунке, Вы увидите отдельно каждого из футболистов и мяч. Это и означает, что вы «разрешаете» данные цели. А в ситуации, изображенной справа, задача потруднее. Тут не всегда даже можно сказать, сколько Вы видите футболистов, а где находится мяч и вовсе не понятно (не забывайте, что Вы смотрите сверху!). Вы видите лишь группу футболистов.

В этом случае Вы цели «не разрешаете» — они слились для Вас в одну. Теперь понятно, что такое разрешение?

Будем укорачивать сигналы, то есть сужать отметки от них на экране индикатора. Когда ширина отметок станет меньше расстояния между ними, произойдет разрешение целей и каждая из них будет наблюдаться отдельно. Естественно, что заказчик заинтересован в получении станции, которая бы правильно определяла бы и положение, и число целей. Значит, да здравствуют короткие сигналы? Но ведь раньше мы убедились, что нам нужны длинные сигналы. Опять конфликт. Обещаем справиться и с ним. А пока поверьте на слово, что специалисты сумели сделать это. Объяснение запишем себе в долг.

А как определить угол места и азимут цели? Эту миссию выполняет антенна станции, которая обладает направленностью. Что это значит? Антенна принимает только сигналы, приходящие из узкого пространственного конуса. Функция, с помощью которой математики сумели описать это свойство — возможность селектировать цели по угловым координатам, — называется диаграммой направленности антенны. На сигналы от целей, находящихся вне диаграммы направленности, антенна по существу не реагирует. Зная угловые координаты этого конуса, мы тем самым определяем и угловые координаты цели. Если в конус попадают две или три цели, то все они будут иметь одни и те же угловые координаты, то есть, как говорят специалисты, они не разрешены по углам. Значит, нужно уменьшить угловые размеры конуса, иначе говоря, сужать диаграмму направленности. Когда она сузится настолько, что при любом положении в нее будет попадать единственная цель, мы сможем торжественно сообщить заказчику, что добились полного разрешения целей по угловым координатам. Но такая ситуация принципиально невозможна. Во-первых, диаграмма направленности не может быть бесконечно узкой (как будет показано ниже, для этого потребуется бесконечно большая антенна). Ну и кроме того, несколько целей могут оказаться на одном и том же направлении, но на разных дальностях. Тогда мы, может быть, сумеем разрешить их по дальности, но никогда не сможем разрешить их по угловым координатам.

В реальной жизни, однако, никогда не требуют «бесконечно хороших» показателей. Требуют просто хороших. Это значит, что нужно разрешать цели, которые достаточно близко расположены. Что значит «достаточно близко»? А это уже зависит от конкретной задачи. Иногда специалистов удовлетворяют станции, которые разрешают цели с угловыми координатами, отличающимися на минуты или даже градусы, а в некоторых случаях требования к угловой разрешающей способности будут определяться секундами.

При узкой диаграмме направленности угловые координаты каждой цели можно определить точнее. Ведь число возможных неперекрывающихся положений в пространстве у узкого конуса больше, чем у широкого. А это равносильно выбору шкалы отсчета с большим количеством делений. Значит, нужно сужать диаграмму. Как это сделать?

Специалистам хорошо известно, что ширина диаграммы направленности определяется в основном размерами антенны. Чем больше антенна, тем уже ее диаграмма направленности, тем лучше она измеряет угловые координаты целей и разрешает цели по углам. Конечно, длина волны станции при увеличении антенны должна оставаться постоянной. Следовательно, нашему заказчику нужна станция с очень большой антенной. В общем-то, если не считать чисто технических ограничений, ничто не мешает построить радиолокационную станцию с антенной любой величины. Правда, если длина антенны будет измеряться несколькими километрами или десятками километров, то придется учитывать такие факторы, как кривизна Земли, различие температур воздуха на краях антенны и т. д. Но до этого, кажется, дело еще не дошло.

Если бы наша станция была живым человеком, то можно было бы предложить и другой способ. Ширина диаграммы направленности для человека, то есть угол, в котором он может видеть окружающие объекты, не поворачивая головы, в нормальном состоянии равна 140–150 градусам. Если же человек (мужчина, конечно) выпьет сто граммов водки или эквивалентное количество алкогольного напитка любого сорта, то его диаграмма направленности, по официальным данным ГАИ, сузится до 40 градусов. Вот и готовый рецепт сужения диаграммы направленности.

Но мы, кажется, несколько отвлеклись от темы. Извините. Вспомним — речь шла о наблюдении цели только в узком пространственном конусе. А где гарантия, что цели когда-нибудь попадут в него? Нет такой гарантии. Поэтому станция не ждет, пока цели попадут в ее диаграмму направленности, а сама активно ищет их.

Первые образцы радиолокационных станций были смонтированы в автофургонах, причем антенна неподвижно крепилась к крыше фургона. Для поиска целей в пространстве поворачивался весь фургон вместе с антенной и оператором относительно вертикальной оси. Шасси все-таки оставалось неподвижным. При этом пространство просматривалось на все 360 градусов и цели обнаруживались на любом направлении. Чем быстрее вращался фургон, тем чаще пробегал луч по каждому участку неба и тем труднее было цели проскользнуть незамеченной.

Число оборотов станции в минуту или в секунду называют темпом обзора пространства.

Пока самолеты летали со сравнительно малыми скоростями, их надежно обнаруживали и при небольшом темпе обзора. Но самолеты стали летать быстрее. Пока станция разворачивается, они могли пролететь огромное расстояние и незаметно приблизиться к охраняемому объекту. Нужно увеличить темп обзора. Но если вращать фургон быстрее, то ощущение сидящего в нем оператора можно, по-видимому, сравнить только с ощущениями космонавтов, проходящих проверку на центрифуге. Какая уж тут работа, хотя бы сознания не потерять. Поэтому в последующих вариантах станций кабина операторов и все оборудование остается неподвижным, а вращается лишь антенна.

Скорость самолетов увеличилась, появились спутники и ракеты — небольшие цели, двигающиеся с огромными скоростями.

Входят в строй радиолокационные станции с антеннами в несколько десятков метров длиной. Такую антенну не повернешь. И поэтому вместо механического перемещения антенны стали использовать электронное управление диаграммой направленности неподвижной антенны.

Для пояснения принципа такого электронного управления придется снова обратиться к примеру из спортивной жизни. Иначе понять его будет довольно трудно.

Приглашаю Вас в плавательный бассейн. Восемь пловцов, абсолютно равных по силам, должны доплыть до финишной стенки, вылезти из воды и собраться вместе. Встанем у финишной стенки и понаблюдаем. Пловцы, поскольку их силы равны, плывут прямо на нас ровной линией. Направление их движения перпендикулярно финишной стенке. Они одновременно достигнут бортика, вылезут из воды, и в этот момент мы сразу увидим группу из восьми человек. А теперь усложним ситуацию. Предположим (хотя в жизни так и не бывает), что бассейн имеет несколько необычную форму. Стартовая стенка его перпендикулярна боковым, а финишная сильно скошена, так что бассейн имеет не прямоугольную, а трапециевидную форму. Снова пригласим пловцов на старт, а сами снова встанем у финишной стенки. Теперь пловцы двигаются на нас как бы сбоку и линия их движения не перпендикулярна финишной стенке. Вот пловец на самой короткой дорожке уже вылез из бассейна, а остальные еще плывут. Если бассейн таков, что разница во времени между пловцами на соседних дорожках составляет одну секунду, то первый пловец будет ждать на бортике последнего пловца семь секунд, второй — шесть и так далее. И только когда последний пловец появится на бортике, мы сможем собрать их всех вместе.

А теперь снова вернемся к антеннам. Разобьем большую антенну на отдельные элементы, которые, по существу, представляют собой небольшие самостоятельные антенны. Если радиосигналы приходят с направления, перпендикулярного антенне, то они поступают на все элементы одновременно (бассейн правильной формы). Такие сигналы можно складывать и подавать на последующие каскады приемника. Если же сигналы приходят с других направлений, то они достигают элементов антенны неодновременно. Для того чтобы их можно было сложить, надо задержать ранее пришедшие сигналы до момента поступления сигнала с последнего элемента антенны (трапециевидный бассейн). Эту задержку выполняют специальные электронные устройства, называемые линиями задержки. Таким образом, для каждого элемента антенны необходима своя линия задержки. Чем сильнее отличается направление, откуда приходит радиоволна, от перпендикуляра к антенне, тем больше задержка сигналов, поступающих на соседние элементы антенны. Изменяя значение времени задержки, мы изменяем направление, в котором «смотрит» антенна. Сигналы, приходящие с этого направления, после антенны будут суммироваться, а сигналы с других направлений суммироваться не будут, так как для них значения задержек не соответствуют разности времени появления сигналов на отдельных элементах.

Наконец, последний вопрос, который может возникнут Зачем нужно складывать сигналы от отдельных элементов антенны? Во-первых, именно сложение сигналов с разными задержками и обеспечивает направленность и возможность изменять направление наблюдения. А во-вторых, суммарный сигнал становится мощнее и его легче принимать и обрабатывать.

Пока что мы говорили о приемной антенне, но точно по такому же принципу работает и передающая антенна с электронным управлением диаграммой направленности. Установив то или иное значение задержки для отдельных излучающих элементов, мы тем самым посылаем суммарный сигнал всей сложной системы в заданном направлении. Сложная электронная система по заранее выбранному закону изменяет задержки во всех элементах системы, и луч радиолокатора обшаривает пространство в поисках цели. Вот как работает неподвижная антенна с электронным управлением диаграммой направленности.

Хотя с помощью одной антенны нельзя осуществить круговой обзор, все же большой сектор пространства находится под непрерывным наблюдением. Если нужен круговой обзор, то придется строить несколько станций, направленных в разные стороны. Темп обзора в этом случае зависит от того, сколько раз в секунду станция может просмотреть свой сектор. Заказчик хочет, чтобы темп обзора был высоким? Ну что же, если выделены соответствующие средства и приложены соответствующие усилия, то в большинстве случаев это требование удовлетворить удается.

Подведем некоторые итоги. Мы знаем, как можно выполнить примерно половину требований заказчика. Но за нами остался долг — неразрешенный конфликт между остальными требованиями. Для выхода из любой конфликтной ситуации всегда можно найти компромиссное решение. Об этом и пойдет речь в следующей главе, в которой мы узнаем…

 

Как это у нее получается? I

Чтобы не испытывать терпения читателя, ответим сразу, хотя, может быть, и не совсем понятно. За счет выбора подходящего сигнала и его обработки на приеме с помощью согласованного фильтра. А теперь попробуем разобраться.

Задолго до того, как радиоинженеры превратят бумажные схемы в сложные электронные блоки, а строители возведут конструкции из стали и бетона, специалисты из теоретических отделов начинают ломать головы и копья (то бишь авторучки марки «Союз») в спорах о том, каков должен быть сигнал будущей станции. И действительно, задача не из легких. Напомним требования к сигналу.

Сигнал должен иметь большую энергию. При ограниченной мгновенной мощности это означает, что у него должна быть большая длительность. А для высокой точности определения координат и разрешающей способности хотелось бы иметь как можно более короткий сигнал. И это еще не все. Заказчику нужно, чтобы слабый отраженный сигнал можно было принять и обработать на фоне достаточно сильных помех. Задача осложняется еще и многообразием различного вида помех. Тут и естественные помехи от грозовых разрядов, и собственный шум приемника, и помехи от работающих рядом электроустройств, и целый ряд других шумов. А если станция будет работать в боевой обстановке, то возможно появление преднамеренно создаваемых противником искусственных помех. И вот среди этого разноголосого хора помех нужно услышать тоненький и слабенький голосок отраженного сигнала.

Скажем по секрету, что и это еще не последнее требование заказчика. Но для нас хватит и уже перечисленных. И так задача, стоящая перед теоретиками, достаточно сложная.

К тому же радиоинженеры, которым предстоит разрабатывать и создавать аппаратуру, требуют, чтобы теоретики не отрывались от грешной земли. Их блестящие идеи должны быть осуществимы при сегодняшнем уровне техники. Кроме того, реализация предложений теоретиков не должна обходиться слишком дорого. Больше всего разработчиков устроил бы такой проект новой станции, в котором все новые устройства и схемы можно было бы собрать из уже имеющихся, отработанных в производстве элементов. Это и удобно и выгодно, так как станция будет готова раньше и работать она будет надежнее. Но иногда старыми схемами и элементами не обойдешься. Поэтому для реализации какого-нибудь оригинального решения приходится разрабатывать принципиально новые схемы. И снова встречаемся с противоречием на этот раз между интересами теоретиков и производственников. Как всегда, находится компромиссное решение. В чем-то уступают теоретики, на что-то скрепя сердце соглашаются разработчики и производственники.

Надо сказать, что в последнее время в таких спорах чаще побеждают теоретики. Можно понять почему. В первые годы развитие радиолокации шло в основном за счет улучшения технических характеристик радиолокационных станций. Повышалась мощность передатчиков, увеличивались антенны, осваивались новые диапазоны волн. Все это, конечно, улучшало качество радиолокационных станций. Но в какой-то момент стало ясно, что разработчики выжали из техники все, что можно, точнее, почти все, что можно. А требования непрерывно растут. И вот тут-то на первый план вышли теоретики. Их исследования показали, что только за счет использования сигналов подходящего вида и новых методов их обработки можно существенно улучшить характеристики радиолокационных станций. Это был крупный качественный скачок в теории и практике радиолокации. Он произошел в годы второй мировой войны практически одновременно в нашей стране, США, Англии и Германии.

Сигналы, которые спасли радиолокацию от застоя, как гуси спасли Рим от гибели (оба утверждения оспариваются), имеют много названий. Их называют сложными, широкополосными, шумоподобными, псевдослучайными, составными и, кажется, еще как-то. Но не будем углубляться в вопросы терминологии, а попробуем разобраться в существе дела.

Умные люди, которых немало среди теоретиков, заметили лазейку в противоречивых требованиях к сигналу. Обратите внимание: длинный сигнал нужен нам при передаче (требование большой энергии), а короткий— при приеме, когда определяем координаты и производим разрешение целей. Так нельзя ли создать такие сигналы, которые при передаче имели бы большую длительность, а при приеме становились бы короче. Оказывается можно, и как только сформулировали требования, так сразу же был предложен целый ряд сигналов, которые можно «сжимать» в приемнике.

Представляя ход дела таким образом, мы кое в чем грешим против истории. На самом деле было так.

Лет 30–35 назад, когда создавались первые радиолокационные станции, еще никто не выдвигал требований точного измерения дальности и хорошего разрешения. Не до этого было. Нужна была просто работоспособная станция, которая могла хотя бы обнаруживать цель как угодно. Но уже тогда наряду с другими вопросами специалисты занимались изучением входных устройств приемников радиолокационных станций, которые обычно называют фильтрами. Они, как и обычные химические фильтры, должны разделять попадающую в них смесь на отдельные составляющие. В нашем случае из смеси полезного сигнала, шумов и помех нужно было выделить один полезный сигнал. В радиотехнике, а значит и в радиолокации, это можно сделать, настраивая приемник на ту полосу частот, в которой ожидается сигнал. Кто настраивал приемник к поисках веселой танцевальной музыки или захватывающего футбольного репортажа, тот выполнял именно эту задачу. В радиолокации полоса частот ожидаемого сигнала известна, так как мы сами его излучаем. А значит фильтр в приемнике нужно настроить именно на эти частоты, и тогда все нежелательные сигналы и помехи не будут нам мешать, конечно, за исключением помех, которые имеют частоты, попадающие в нашу полосу. С ними обычно частотному фильтру бороться трудно.

Специалисты очень любят оптимизировать все, что попадает им в руки. Так и в этом случае им захотелось создать оптимальный фильтр. Он должен был как можно лучше пропускать сигнал и как можно сильнее задерживать или подавлять помехи и шумы. Тут математики сделали свое дело: решили проблему оптимизации и постановили, что за исключением некоторых, не столь уж важных деталей, частотные свойства оптимального фильтра должны по существу совпадать с частотными свойствами сигнала.

Значит, для каждого сигнала надо подобрать оптимальный фильтр, который соответствовал бы только этому строго определенному сигналу. Фильтр настроен не только на ту или иную полосу частот, но и на характер поведения частоты сигнала в этой полосе. Если на какой-то частоте энергия сигнала велика, то эту частоту фильтр пропускает лучше, где энергия сигнала меньше, там фильтр хуже пропускает сигнал и сопутствующий ему шум. Фильтр согласован с сигналом. Поэтому его и назвали согласованным фильтром. Пройти через такой фильтр сигналам другого вида, даже занимающим ту же полосу частот, довольно трудно. Иначе на выходе от них могут остаться «рожки да ножки», и мы не заметим такой сигнал на фоне помех, пропускаемых фильтром. Что поделаешь: с ними фильтр не согласован.

Если обычный частотный фильтр можно сравнить с калиткой, через которую может пройти любой прохожий, идущий по этой дороге, то согласованный фильтр — лазейка в заборе, в которую может пролезть лишь тот, у кого фигура соответствующим образом «согласована» с этой лазейкой.

Итак, цель достигнута, создали схему фильтра, который оптимально выделяет сигнал на фоне помех. Назвали его согласованным фильтром и понесли проект к разработчикам. И тут-то оказалось, что разработчики не могут реализовать этот проект в «железе». Не было еще ламп, линий задержки и других устройств, без которых создать генераторы сложных сигналов и согласованные фильтры попросту невозможно. И гениальные идеи теоретиков остались лежать в папках патентных бюро, как изящные безделушки, демонстрирующие силу человеческого разума и представляющие чисто академический интерес.

Однако по мере развития техники необходимые устройства были в конце концов разработаны и у специалистов возродился интерес к согласованным фильтрам. К началу 50-х годов почти во всех ведущих научно-исследовательских лабораториях технически развитых стран уже проводились исследования по возможности внедрения согласованной фильтрации в практику.

Постепенно появлялись макеты, а затем и рабочие образцы станций, в которых использовались согласованные фильтры. Они, как говорится, пошли в жизнь. Тут выяснилось еще одно интересное свойство таких фильтров. В некоторых случаях форма сигналов на выходе согласованного фильтра изменялась по сравнению с формой входного сигнала. Амплитуда сигнала возрастала, зато сам сигнал укорачивался. Правда, это происходило лишь в тех случаях, когда используемые сигналы имели достаточно большую базу (базой сигнала называют число, равное произведению длительности на занимаемую им полосу частот). Так вот, чем больше была база сигнала, тем сильнее он укорачивался и тем выше поднимался пик амплитуды над уровнем шума. Если бы нас интересовало сохранение формы принятого сигнала, то мы сочли бы этот эффект чрезвычайно вредным и постарались бы от него избавиться. Но поскольку для нас важно лишь обнаружение сигнала, то есть установление самого факта его существования, то поднятие пика сигнала над уровнем шума мы всемерно приветствуем.

Вы уже, вероятно, заметили, что в тексте то и дело встречаются слова «шум» и «помеха»? Эти слова, конечно, известны каждому читателю. Но их точное значение в применении к радиолокации нуждается в разъяснении. Поэтому мы на некоторое время прервем плавный ход изложения и познакомимся с этими понятиями поближе.

 

Кто шумит? Зачем шумит? Почему это вредно?

Итак, поговорим о шумах. Понятие о шуме есть у каждого читателя, правда, у каждого свое. Один под шумом понимает визг и скрежет трамвая, проходящего ночью под его окнами, другой — равномерный гул голосов, мешающий читать лекцию, и так далее. Во всех этих примерах есть одна общая черта. Здесь в качестве шума выступает звуковой процесс, воздействующий на наши слуховые органы. Но наблюдение и обработка сигналов производится в радиолокационной станции в абсолютной тишине. Что же здесь является шумом, мешающим наблюдению сигнала?

Началось все, по-видимому, с радистов, которые вылавливали морзянку из свиста, завываний, тресков, шорохов, щелчков и других звуков, раздававшихся в наушниках и мешавших приему. Для них это был шум в привычном для нас смысле слова. В радиолокации, которая развивалась на базе радиотехники и заимствовала используемые в ней понятия, этот термин сохранился. Его стали использовать для обозначения любого случайного процесса, мешающего приему сигнала. Если обнаружение сигнала выполняет оператор, наблюдающий за экраном индикатора, то для него шумом будут случайные выбросы луча развертки, образующие бахрому. Когда она невелика по амплитуде, то ее ласково называют «травкой» (посмотрите на рисунок на стр. 84.

Похоже, не правда ли?). Если случайные выбросы достаточно высоки, а отраженный сигнал слаб, то могут произойти два неприятных события. Во-первых, мы можем не заметить слабый полезный сигнал среди шумовых выбросов. Это пропуск цели со всеми вытекающими отсюда последствиями. Какими? Пусть каждый читатель представит себе в меру своей фантазии.

Во-вторых, один из сильных шумовых выбросов мы можем принять за полезный отраженный сигнал и доложить об этом по команде. В этом случае произойдет ложная тревога. Событие тоже не из приятных. Правда, опытнее операторы иногда могут обнаруживать сигналы, уровень которых ниже уровня шума. Дело в том, что шумовые импульсы случайны, они то появляются, то исчезают, а сигнал, даже слабый, в некотором роде стабилен и появляется в одном и том же месте (если не учитывать перемещения цели). Вот по этому признаку его и обнаруживает опытный оператор. В этом смысле операторы с большим стажем как бы представляют собой весьма неплохие фильтрующие системы. Однако надежность такого обнаружения все-таки мала.

Откуда же берется эта травка и что заставляет луч развертки метаться вверх и вниз вместо того, чтобы спокойно двигаться по горизонтали? В наше время эфир в любой точке земного шара насыщен электромагнитными излучениями. Радиоволны, возникающие при грозовых разрядах в атмосфере или во время полярных сияний, при работе различных электрических систем от мощных энергоустановок до систем зажигания автомобилей (именно этот случай и показан на рисунке), передачи мощных вещательных станций и сигналы коротковолновых передатчиков радиолюбителей — вот далеко не полный перечень виновников возникновения шумов и помех. Складываясь, все эти сигналы создают на антенне шумовое напряжение, величина которого случайно меняется во времени. В какой-то момент интенсивность посторонних сигналов на антенне будет мала и луч развертки практически не отклонится от горизонтальной линии; в следующий момент интенсивность шума возрастет и луч резко отклонится от горизонтали. Так мы и получаем «травку» на экране индикатора.

Существует и другой вид шума — тепловой шум в элементах схемы. Особенно заметную роль он играет во входных каскадах приемника, так как полезный сигнал слаб и тепловой шум может быть сравним с ним по величине. В последующих каскадах и сигнал, и тепловой шум будут одинаково усиливаться. Поэтому чем ближе источник теплового шума ко входу приемника, тем больше каскадов усиления проходит шум и тем более вредное действие он оказывает на работу станции. Специалисты применяют все возможные способы уменьшения теплового шума, вплоть до охлаждения первых каскадов приемника. Снижение температуры уменьшает уровень теплового шума, однако полностью избавиться от него невозможно, и тепловой шум всегда вносит свой вклад в травку на экране индикатора.

Уж если мы хотим составить полный список виновников возникновения шумов, то надо упомянуть и космические шумы. Это случайные электромагнитные излучения, приходящие к нам из просторов Вселенной. Работе обычных радиоприемников они чаще всего помех не создают, так как интенсивность их невелика. Но чувствительные антенны радиолокаторов улавливают и эти слабые сигналы, мешающие приему отраженных сигналов радиолокатора.

Интенсивность шума непрерывно изменяется. Поэтому для характеристики шума обычно используют величины, полученные в результате той или иной операции усреднения амплитуд отдельных шумовых выбросов. Чаще всего используют среднее значение шума (то есть величину, полученную усреднением амплитуды шумовых выбросов за длительный период) и дисперсию шума. Последняя величина характеризует отклонение амплитуды шума от среднего значения и позволяет оценить вероятность появления очень больших и очень малых шумовых выбросов.

Возьмем запись какого-нибудь шумового процесса и проведем линию, соответствующую его среднему значению, потом еще две линии: одну выше среднего значения, другую ниже. Расстояние между этими линиями и средним значением примем равным утроенному корню квадратному из дисперсии (то есть утроенному среднеквадратичному отклонению). При этом окажется, что амплитуды практически всех шумовых выбросов окажутся внутри этой полосы. В среднем только пять выбросов из тысячи могут превысить заданные нами границы. Значит, если полезный сигнал настолько велик, что значительно превышает верхнюю границу шумовой полосы, то мы практически всегда отличим его от шумового выброса. Если полезный сигнал мал и его уровня достигает большое число случайных выбросов, а некоторые даже превосходят его, то обнаружить полезный сигнал очень трудно, а иногда и невозможно.

У полезного сигнала кроме шума есть и еще один враг — помехи. Чем отличается помеха от шума? Обратимся к примеру. Вы сидите в зрительном зале перед началом спектакля. Занавес еще не поднят, и в зале стоит равномерный шум. Он складывается из негромких разговоров сидящих в зале, шума шагов зрителей, которые спешат занять свои места, поскрипывания кресел и так далее. Это шум. Он не мешает Вам вести приятную беседу с соседкой. Но вот начался спектакль и в зале установилась тишина. Вы напряженно следите за действием пьесы, и вдруг рядом с Вами кто-то вполголоса начинает оценивать прическу или костюм главной героини. Говорит всего один человек и, казалось бы, негромко, но слушать уже, что происходит на сцене, невозможно. Разговор соседей не только мешает, но и раздражает. Так вот, шум зала — это случайные шумы в приемнике, а разговор соседей — это помеха. Точно таким же примером помехи может служить назойливый знакомый, вмешивающийся в мирную беседу двух друзей, чтобы рассказать бородатый анекдот.

Итак, на техническом языке помехой называют достаточно сильный и не случайный сигнал какой-либо посторонней станции, который мешает работе приемного устройства. Хорошо еще, если нам будет мешать только одна станция, чаще же источников помех оказывается довольно много.

Иногда шумы и помехи различают и по их частотным свойствам. Если интенсивность шума равномерно распределена в большой области частот, то есть его мощность одинакова для любого участка диапазона частот, то специалисты говорят о «белом» шуме. Если мощность шума в одних участках полосы частот больше, а в других меньше, то тогда мы имеем дело с «цветным» шумом. При выборе таких названий важную роль сыграла аналогия с электромагнитными волнами светового диапазона. Если в излучении равномерно представлены все частоты видимого диапазона, то мы видим белый свет. Если преобладает какая-то одна частота или группа частот, то световой пучок представляется нам окрашенным в какой-либо цвет.

Радиотехники любят «белый» шум и очень не любят цветных шумов. Тут ни при чем расовые предрассудки радистов. Просто и методы расчета характеристик приемника, и способы уменьшения влияния шума лучше разработаны для случая белого шума, поскольку расчеты в этом случае проще, а при цветных шумах все значительно сложнее.

Тепловой шум обычно можно считать «белым», а вот суммарный шум от посторонних источников радиоизлучения может быть и цветным. Так бывает, когда в каком-то одном участке диапазона частот источников шумов больше или они интенсивнее, чем в других.

Помехи тоже можно различать по их частотным свойствам и по длительности. Может встретиться узкополосная (занимающая узкий участок диапазона частот) непрерывная помеха. На звуковых частотах примером такой помехи является монотонный вой сирены, для радиочастот — синусоидальное колебание, которое непрерывно излучает какой-нибудь посторонний генератор. Если этот сигнал будет достаточно сильным и попадет в полосу частот радиолокатора, то он может вызвать засветку горизонтальной полосы, перекрывающей всю ширину экрана индикатора. Высота такой полосы зависит от характеристики помехи. В этом случае оператор часто не может обнаружить цель.

Нередко в радиолокации сталкиваются и с другим видом помех — импульсными помехами. Уже из названия ясно, что в этом случае сигналы мешающей станции имеют вид коротких импульсов. Спектр короткого импульса занимает большую область частот, и чем короче импульс, тем шире эта область. Поэтому такие сигналы могут мешать станциям, работающим на разных частотах. На экране индикатора в момент прихода к антенне сигнала импульсной помехи возникает всплеск луча развертки, который вполне можно принять за полезный сигнал от цели. Чем больше таких импульсов и чем они мощнее, тем труднее оператору опознать полезный сигнал.

Как ни странно, но работающая радиолокационная станция иногда создает помехи для самой себя. Это так называемые «отражения сигнала от местных предметов». Если их много, то и на экране радиолокатора появится много отметок от неподвижных объектов (таких как крупные здания, холмы, трубы заводов и так далее). На фоне этих отметок очень трудно вести наблюдение за истинными целями. Можно, конечно, не опускать антенну радиолокатора так, чтобы местные предметы не попадали в поле зрения. Но тогда выпадает из поля зрения очень большой сектор пространства. Американские специалисты выбрали, например, другое решение. На полигоне Уайт-Сэнде они возвели вокруг радиолокационной станции металлический забор высотой 32 метра, окружность его равна 670 метрам. Укрепленная на стальном каркасе стальная сетка с ячейками размером 1,27Х1,27 сантиметров надежно защищает станцию от радиосигналов, отраженных от окружающих гор и крупных зданий.

Есть, конечно, и другие виды помех и все они так или иначе затрудняют работу радиолокационной станции. Помеха может возникнуть и случайно. Ну, например, какой-нибудь радиолюбитель заберется в чужую область частот и начнет передавать в эфир джазовую музыку или халатный шофер поставит около станции свою машину с неисправной системой зажигания. Это чисто случайные явления, которые заранее не предусмотришь. А вот в чем можно быть уверенным заранее, так это в том, что при возникновении какого-нибудь конфликта противник непременно постарается создать искусственные помехи, да еще такие, которые оказались бы наиболее вредными для радиолокационных станций. Ну об этом мы еще поговорим.

В первые годы существования радиоприемников радисты просто слушали или смотрели, есть сигнал или нет. Не было шума — хорошо, появляется шум — морщились, но терпели как неизбежное зло. Шла эра непротивления шумам и помехам. Потом начали думать, как избавиться от помех. Создали селективный (избирательный) частотный фильтр, а затем и оптимальный согласованный фильтр — убрали часть помех и шумов, частоты которых отличались от частот полезного сигнала. Но и такой фильтр пропускал все-таки много помех. Тогда решили накапливать сигнал. Идея накопления такова. Можно взять два последовательно пришедших сигнала, первый задержать, а потом сложить с только что пришедшим вторым сигналом. При этом суммарный полезный сигнал будет иметь удвоенную величину, так как оба сигнала одинаковы. Но шумы, мешающие нам в различные моменты времени, различны. И там, где у шума, пришедшего с первым сигналом, был положительный выброс, у шума, сопровождающего второй сигнал, может быть отрицательный выброс. В сумме они скорее всего дадут небольшую величину. Поэтому суммарный шум в большинстве случаев будет меньше искажать суммарный сигнал. И чем больше сигналов мы складываем, тем сильнее подавляются шумы и тем выше поднимается уровень суммарного сигнала над уровнем суммарного шума. Однако такой метод не всегда можно применять. Поэтому мы пока что займемся одиночным сигналом. Вот мы и вернулись на магистральный путь нашего изложения и будем снова, используя наши знания о шумах, разбираться в том…

 

Как это у нее получается? II

Чем больше амплитуда сигнала, тем труднее его спутать со случайными шумовыми выбросами и тем надежнее мы устанавливаем факт наличия отраженного сигнала, а следовательно, и цели. Значит, для нас увеличение амплитуды даже за счет искажения сигнала полезно и надо постараться усилить этот эффект. Мы уже говорили, что для этого надо применять сигналы с большой базой и фильтры, согласованные с ними. Постараемся подобрать нужный нам сигнал. В станциях, похожих на ту, с которой мы решили познакомиться, традиционно использовались импульсные сигналы — отрезки синусоидальных колебаний. У них ширина спектра и длительность связаны довольно жесткой зависимостью. Произведение этих величин равно постоянному числу, обычно не превышающему двух.

Удлиним такой сигнал — его полоса частот уменьшится, укоротим — возрастет. Типичная ситуация, которая называется: «Хвост вытащишь — нос увязнет». Так как база при этом сохраняется неизменной и небольшой по величине, то такие сигналы нас не устраивают. Почему? А вспомните, ведь выше мы говорили, что чем больше база сигнала, тем сильнее его можно укоротить, то есть сжать в приемнике. А это позволяет увеличить амплитуду полезного сигнала и точнее определить момент его появления.

Попробуем другой метод. Возьмем длинный сигнал и заставим его частоту изменяться во время передачи. При этом сигнал захватит всю область частот и обеспечит большую ширину полосы сигнала. Строго говоря, мы получаем уже не отрезок синусоидального колебания, который принято называть элементарным сигналом, а другой, более сложный, сигнал. За счет такого усложнения мы сумеем вырваться из круга сигналов с маленькой базой и получить хотя бы один сигнал с большой базой. Чем сильнее мы будем изменять частоту сигнала за время передачи, тем шире будет полоса частот. Умножив ее на большую длительность, мы получим базу, равную 100, 1000 и даже больше. Теоретики назвали такие сигналы сложными, потому что их внутренняя структура не так проста, как у элементарных, да и математическая запись их более громоздка. Для производственников эти сигналы также сложны, но по другой причине. Схемы формирования и согласованные фильтры в этих случаях становятся действительно сложными. Никого из специалистов уже не удивляет, что в современных станциях согласованный фильтр — один из самых важных и дорогостоящих блоков. Качество его работы определяет и характеристики всей станции.

Итак, мы сформировали длинный сигнал с достаточно большой базой и излучили его в направлении цели. Сигнал, отразившись от нее, попадает на приемную антенну и далее в согласованный фильтр. Посмотрим, как происходит укорочение, или сжатие сигнала.

Идея этого сжатия довольно проста. Обратимся сначала к примеру. Представьте себе: к длинной лестнице института один за другим подходят три человека. Сначала пожилой и солидный профессор, слегка страдающий одышкой и берегущей свое сердце. Конечно, он не будет сломя голову бежать по лестнице, а пойдет степенно и неторопливо. Через пару минут приближается полный сил доцент, в последнем приступе молодости с портфелем, надежно удостоверяющим его прочное служебное положение. Ему вполне по силам быстро одолеть эту лестницу, но, оберегая свой авторитет, он сдерживает себя и поднимается не спеша, хотя и несколько быстрее профессора. Еще через две-три минуты к лестнице подбегает студент и, перепрыгивая через ступеньки, устремляется наверх. Если лестница достаточно длинная, то на какой-то ступеньке доцент догонит профессора, а их обоих догонит студент. Поскольку автор волен распоряжаться судьбами героев и всеми предметами в своей книге, то тут-то мы и срежем лестницу. Итак, до лестницы профессора и студента разделяло 400–500 метров, а пришли они одновременно. Длина процессии профессор — доцент — студент явно уменьшилась, так наши герои поднимались по лестнице с разной скоростью.

Теперь вернемся к сигналу, частота которого изменяется во время передачи. Мысленно разобьем его на три части и будем приближенно считать, что каждый из трех получившихся отрезков имеет свою собственную частоту. Теперь надо найти устройства, в которых скорость распространения сигналов с различными частотами была бы разной. Радиотехникам такие устройства известны. Это дисперсионные линии задержки. Линиями задержки их называют потому, что на прохождение таких схем сигналу требуется больше времени, чем на прохождение обычных проводников или участка безвоздушного пространства. Сигналы как бы задерживаются в этих элементах. А дисперсионными их называют потому, что сигналы с различными частотами задерживаются в них по-разному: одни побольше, другие поменьше. Именно это свойство мы и используем.

Подберем такие характеристики линии задержки, чтобы отрезки сигнала с разными частотами, поступающие на вход линии один за другим, на выходе появлялись бы одновременно. Для этого надо первым поставить отрезок сигнала, у которого скорость распространения в линии задержки минимальна, а последним — отрезок с максимальной скоростью. Тогда за время прохождения линии задержки отрезки подтянутся друг к другу и сигнал существенно укоротится. Величина сжатия определяется значением базы сигнала: если она равна ста, то сигнал на выходе линии задержки будет приблизительно в сто раз короче. Еще эффективнее предположить, что база сигнала равна ста тысячам, тогда сигнал на выходе укоротится в сто тысяч раз. Вот это уже впечатляет!

Итак, сигнал укоротился. Но энергия сигнала за исключением небольшие потерь в линии задержки, осталась той же. Следовательно, его амплитуда должна резко возрасти. Попробуйте перелить воду из широкой, но мелкой тарелки в высокий узкий стакан. Видите, насколько уровень воды в стакане выше уровня воды в тарелке? То же самое происходит и с нашим сигналом после его сжатия. Сигнал существенно поднимется над уровнем помех, и надежность его обнаружения значительно повысится.

Мы рассмотрели сигнал с изменяющейся частотой, который специалисты называют частотно-модулированным сигналом (всеобщее стремление к сокращениям привело к сжатию этого термина до ЧМ сигнала). Но, конечно, это не единственный вид сложного сигнала, который можно сжать в согласованном фильтре. Можно, оказывается, и не изменять частоту сигнала во время-передачи, а достаточно время от времени изменять фазу одной и той же несущей частоты. Правда, изменять фазу надо не как попало, а по определенному закону.

Посмотрите на шеренгу зеленых новобранцев, которыми командует бравый офицер. На верхнем рисунке все новобранцы стоят лицом к офицеру.

Будем считать, что они находятся по отношению к нему «в фазе». Если какая-то неведомая сила повернет их на 180 градусов и они окажутся к нему спиной, то в этом случае будем считать, что новобранцы по отношению к нам в противофазе. Историки утверждают, что для придворных некоторых монархов «попадание в противофазу» по отношению к владыке влекло за собой смертную казнь. Ну не будем так непримиримы. Вот офицер подает команду: «Кругом!» Для старослужащих выполнение этой команды не представляет никакого труда. Но ведь перед нами зеленые новобранцы. Как видите, мы получили довольно беспорядочный строй (не будем по некоторым соображениям приводить оценку такого построения офицером. Тем более, что нас оно вполне устраивает).

А теперь на место каждого новобранца поставьте отрезок синусоидального колебания.

Если взять отдельный короткий импульс (один солдат), то его спектр будет довольно широким, по база такого сигнала будет невелика. Если все импульсы находятся в фазе (стройная шеренга на верхнем рисунке), то получается непрерывная синусоида большой длительности с узкой полосой частот и опять-таки небольшой базой. А теперь рассмотрим хаотическое расположение отдельных импульсов в общем сигнале (нижний рисунок).

В этом случае из-за отсутствия согласования фаз соседних импульсов спектр сигнала будет широким, а длительность (равная сумме длительностей всех импульсов) довольно большой. Поэтому база всего сложного сигнала резко возрастет. Так, например, база сигнала, состоящего из ста отдельных импульсов, будет в сто раз больше базы каждого из них.

Отсутствие видимой симметрии в распределении фаз импульсов необходимо для лучшего качества сжатия. Чтобы осуществить укорочение такого сигнала, нужно задержать отрезки сигнала, пришедшие первыми, затем изменить фазы всех отрезков так, чтобы они совпали, и сложить эти отрезки. Задержку ранее пришедших отрезков, как и в первом случае, выполняет линия задержки, изменение фазы — фазовращатели, а сложение сфазированных отрезков — схема сложения (сумматор). Но если линия задержки для ЧМ сигналов должна иметь всего один вход и один выход, то линия задержки, применяемая для обработки сигналов с изменяющейся фазой (фазоманипулированных, сокращенно ФМ сигналов), имеет много выходов.

Длина линии задержки должна быть такой, чтобы сигнал полностью размещался в ней. Для каждого отрезка сделан собственный выход. Отрезок сигнала, поступивший первым, медленно проходит всю линию задержки. Отрезок, расположенный в середине сигнала, пройдет только половину линии. А последний отрезок совсем не задерживается. Каждый из них дойдет до своего выхода, они одновременно выйдут из линии задержки и поступят на схему сложения. Если фаза отрезка нас устраивает (скажем 0 градусов), то на этом выходе фазовращатель не нужен. Если фаза противоположная, то ставим фазовращатель, который изменит ее до нужного значения. Вот мы и получили: все отрезки находятся в фазе и появляются одновременно. Значит, на выходе схемы сложения сигнал укоротится, а амплитуда его возрастет. Эффект тот же, что и для ЧМ сигнала.

Если отрезки попытаются выйти через другие выходы, то несимметрично расположенные фазовращатели будут поворачивать фазы отрезков как попало и на схему сложения поступит примерно одинаковое число отрезков с противоположными фазами, а сумма двух отрезков с противоположными фазами практически равна нулю. Поэтому и суммарный сигнал будет невелик. Именно для этого и нужна кажущаяся хаотичность взаимного расположения отрезков с разными фазами. Лишь в том случае, когда отрезки сигнала попадают в предназначенные для них выходы, мы получаем мощный сжатый сигнал. Все сигналы, у которых закон расположения отрезков с разными фазами не совпадает с выбранным нами законом, не будут сжаты в линии задержки, и выходной сигнал будет невелик. Согласование фильтра, построенного на основе такой линии задержки, с ФМ сигналом достигается расположением фазовращателей, в точном соответствии с размещением противофазных отрезков в сигнале.

Вот в общих чертах объяснение того, как сжимают длинный сигнал в согласованных фильтрах радиолокационных приемников. Этим мы достигаем сразу несколько целей. Во-первых, сигнал стал заметнее среди шумов, во-вторых, он значительно укоротился, а это, как мы уже знаем, повышает разрешающую способность радиолокационной станции.

Теоретически степень улучшения характеристик станции пропорциональна величине базы сигнала. Но чем больше база сигнала, тем сложнее его внутренняя структура. Например, фазоманипулированный сигнал с базой 1000 должен состоять из 1000 отдельных отрезков, фазы которых распределены по заданному закону. Но трудно создать фильтр, согласованный с таким сигналом. В настоящее время самый распространенный метод построения таких фильтров основан на использовании линий задержки с отводами, на каждом из которых должен стоять фазовращатель. Значит, нужно сделать 1000 отводов с линией задержки, разместить на них примерно 500 фазовращателей (около половины отрезков будет иметь фазу, которую не нужно изменять) и разработать довольно сложную схему сложения 1000 отдельных отрезков сигналов.

Но и это еще не все. Сигнал по мере прохождения линии задержки в значительной мере ослабляется — затухает. Это связано с большим поглощением колебаний в материалах, используемых для задержки сигнала.

Так что изображенная на рисунке (стр. 94) ситуация не совсем точна. Если бы удалось нарисовать длинную линию задержки, у которой было бы 1000 выходов, то высота фигурок, изображающих сигналы, была бы разной. Для правильной обработки всего длинного суммарного сигнала необходимо, чтобы все отрезки (сигналы с отдельных отводов) имели одинаковую амплитуду. Следовательно, на многих отводах, особенно в конце линии задержки, нам придется ставить усилители, которые будут выравнивать амплитуды сигналов. Значит, фильтр станет еще сложнее. Для предохранения этого сложного фильтра от колебаний температуры, сотрясений, воздействия соседних блоков приемника нужно предусмотреть еще целый набор устройств, так что задача создания согласованного фильтра для сложного сигнала с большой базой действительно очень трудна. Естественно, что теоретикам задали вопрос, нельзя ли как-то обойти эти трудности и сжимать сигнал, не используя сложные в изготовлении согласованные фильтры.

 

Можно сделать иначе

Сжатия сигнала можно добиться и с помощью более простого устройства — коррелятора. У коррелятора два входа. На один поступает принятый сигнал, а на второй — подают так называемый опорный сигнал. Для этого в момент излучения передатчиком зондирующего сигнала небольшую часть этого сигнала отводят с помощью линии задержки. Коррелятор как бы сравнивает поступающие сигналы, и если они одинаковы, то на выходе формируется узкий и мощный сигнал. Этот пик в точности совпадает с пиком на выходе согласованного фильтра. Если сигналы на входе коррелятора будут разными, то на выходе получается незначительный сигнал, почти не заметный на фоне шума.

Правда, мы пока что предполагали, что нам известно, когда нужно подать опорный сигнал на коррелятор. На самом деле, конечно же, так не бывает. Чтобы узнать момент подачи опорного сигнала на коррелятор, нужно знать дальность до отражающего объекта, а это именно и является конечной целью работы радиолокатора. Такой порочный круг нужно разорвать. Делается это так.

Будем с очень небольшими перерывами подавать на коррелятор опорный сигнал. Если в какой-то момент на антенну сигнал не поступает, то на коррелятор одновременно с опорным сигналом придет лишь шум, который всегда принимается антенной. И только когда опорный сигнал поступает на коррелятор одновременно с принятым отраженным сигналом, на выходе коррелятора появится мощный сжатый импульс. В этот момент мы и заметим на экране индикатора отметку от цели. Но для непрерывной подачи опорного сигнала нужны иногда довольно сложные схемы задержки и устройства циркуляции. Часто сложность таких схем становится сравнимой со сложностью согласованного фильтра, и это сводит на нет преимущества простой структуры коррелятора (обычный перемножитель и интегратор). У радиолокаторов, использующих для сжатия сигналов коррелятор, есть довольно важное преимущество. В них можно менять форму используемых сигналов. Для этого нужно изменить только генератор зондирующих сигналов в передатчике. Работу коррелятора такая замена не нарушит, так как опорный сигнал отводится от генератора и он изменится автоматически при смене излучаемого сигнала. В приемнике с согласованным фильтром это сделать нельзя, так как быстро перестроить сложную структуру устройства обработки практически невозможно.

Почему это свойство является преимуществом? Представьте себе действующий в боевой обстановке радиолокатор, который использует только один вид сигнала. Системы радиотехнической разведки противника, оснащенные чувствительными приемниками, непрерывно ведут наблюдение на всевозможных частотах за появляющимися в эфире РЛС. Если им удается принять большое число сигналов радиолокационной станции, то тогда можно установить такие важнейшие характеристики РЛС, как частота сигналов, их длительность и даже форма отдельных импульсов. Зная эти параметры, противник может с помощью мощных передатчиков излучить сигнал, не отличающийся от зондирующих. При этом на индикаторе появится одна или несколько ложных отметок от целей, которых просто не существует. Противник может использовать и другие методы для срыва работы радиолокационной станции, например, излучать мощные шумовые сигналы в диапазоне частот РЛС. В этом случае наблюдение и реальных и ложных целей становится попросту невозможным. Вот в таких случаях и проявляются все преимущества станций с корреляционной обработкой. Она может изменить форму сигналов и тем самым избежать вредного воздействия помех противника.

У коррелятора по сравнению с согласованными фильтрами значительно шире круг используемых сигналов. Кроме уже знакомых нам ЧМ и ФМ сигналов в приемнике с корреляционной обработкой можно применять, например, сигналы в виде отрезков случайных шумовых процессов. Создать согласованный фильтр для этого сигнала невозможно, а использовать его очень соблазнительно. Обнаружение такого радиолокатора — дело весьма трудное, так как его сигналы легко спутать с обычными шумами. Но даже если сигнал обнаружен, измерить его параметры почти невозможно.

В конечном итоге получается, что и у корреляторов, и у согласованных фильтров есть и свои достоинства, и свои недостатки. Решать, какую из схем радиолокационного приемника надо использовать, приходится в каждом конкретном случае отдельно, тщательно взвесив цели, поставленные перед будущей станцией, и возможности производства. В любом случае — используем ли мы коррелятор или согласованный фильтр — физический смысл обработки сигнала один и тот же. Мы просто сжимаем приходящий отраженный сигнал, чтобы повысить надежность его обнаружения и улучшить разрешающую способность станции.

Но у всякого реального полезного процесса есть и неприятные теневые стороны. И в нашем случае приходится учитывать побочные эффекты сжатия импульсных сигналов. Вот к ним-то мы и переходим.

 

О тех, кто рядом

Ну что же, казалось бы, все в порядке. Над уровнем шума сигнал мы подняли, сделали его коротким, так что местоположение цели теперь можно определить достаточно точно. В пору подписывать проект станции у начальства и передавать его разработчикам. Они превратят проект в рабочие чертежи и схемы, строители возведут станцию, монтажники соберут оборудование. Станцию опробуют и сдадут эксплуатационникам, которым предстоит обнаруживать и сопровождать цели. И все-таки остается еще масса нерешенных проблем, и одна из самых важных — проблема боковых лепестков.

Дело в том, что при сжатии в согласованном фильтре и в корреляторе мы никогда не получаем одиночного сжатого сигнала. Где бы он ни появился, его всегда спереди и сзади сопровождают младшие братья — боковые лепестки. Иногда их еще называют остатками сжатого сигнала. Хотя они по величине меньше основного, но учитывать их влияние необходимо. Никакой пользы они не приносят, а вредны по двум причинам.

Во-первых, боковые лепестки увеличивают уровень шума вблизи сжатого сигнала. Если один из них случайно совпадает с шумовым выбросом, то их сумма может стать большой и такой лжесигнал можем принять за полезный — произойдет ложная тревога.

Во-вторых, даже если шум настолько слаб, что его влиянием можно пренебречь, то и тогда боковые лепестки могут исказить истинную картину расположения целей.

Уровень боковых лепестков пропорционален уровню полезного сжатого сигнала.

Увеличим полезный сигнал втрое — и боковой лепесток возрастет втрое. При уменьшении сигнала происходит то же самое. Предположим, что самый большой боковой лепесток в десять раз слабее сжатого сигнала и на антенну попадает два полезных сигнала от двух разных целей. Один из них, скажем второй, слабее другого тоже в десять раз. Тогда наибольший боковой лепесток первого сигнала и второй основной сжатый сигнал имеют одну и ту же величину. Попробуйте разобраться, кто есть кто! Вряд ли Вам это удастся. А если второй полезный сигнал еще слабее или шум не очень мал, то на экране появится такая неразборчивая картина, что второй полезный сигнал мы наверняка пропустим. Если мы знаем, что вторая цель наверняка должна быть, и поэтому пристально ищем отметку от нее, то тогда мы можем принять боковой лепесток первого сигнала за отметку от второй цели. Тем более, что боковой лепесток так же стабилен, как и полезный сигнал. Опять ошибка, так как вторая цель будет обнаружена не там, где она находится на самом деле.

Вот почему вредны боковые лепестки. Совершенно устранить их невозможно. Правда, придуманы методы частичного уменьшения величины боковых лепестков, но они весьма сложны и не всегда надежны. Приходится учитывать и то, что, пытаясь уменьшить боковые лепестки, мы можем исказить или уменьшить и основной, сжатый, полезный сигнал. Поэтому специалисты вынуждены мириться с присутствием этих вредных сигналов и следить лишь за тем, чтобы они не становились слишком большими.

Для каждого радиолокационного сигнала картина расположения боковых лепестков различна. Обычно боковые лепестки занимают интервал, равный удвоенной длительности несжатого сигнала. Сам основной сжатый сигнал расположен в центре этого интервала. У одних сигналов боковые лепестки равномерно покрывают весь интервал и величина их примерно одинакова. У других боковые лепестки имеют разную величину, причем наибольшие лепестки могут располагаться и вблизи сжатого сигнала, и по краям интервала. Существует несколько приближенный закон сохранения «объема» лепестков. Если за счет каких-то мер мы добились уменьшения лепестков на одном участке интервала, то обязательно должны возрасти лепестки на других участках. Подбирая сигнал и несколько видоизменяя его, мы можем получить практически любое нужное нам расположение боковых лепестков.

Причем иногда на каком-либо небольшом участке интервала удается совершенно избавиться от них. Этим обстоятельством пытаются воспользоваться специалисты.

Пусть, например, известно, в какой момент следует ожидать появление отметки от второй, меньшей цели. Тогда можно выбрать сигнал, у которого именно в этот момент бокового лепестка нет или он очень мал. Уж теперь-то мы сможем заметить и маленькую цель. А то, что боковые лепестки, появляющиеся в другие моменты времени, возрастут, это уже не так важно. Если известно, что цели идут рядом, то мы постараемся очистить от боковых лепестков участок около сжатого сигнала. Ведь освободил же художник место в трамвае для девушки.

При этом мы сознательно идем на то, что слабые отметки от целей, расположенных дальше, почти наверняка не будут обнаружены. Нужно заметить маленькую цель в другом участке интервала. Уберем боковые лепестки и из этого участка. При этом мы предполагаем, что нам точно известно, где может появиться цель (на практике так бывает очень редко). Если же у нас нет никаких сведений о второй цели, то приходится выбирать сигнал, у которого боковые лепестки средней величины равномерно заполняют весь интервал. Без априорных сведений о второй цели ничего лучше не придумаешь.

Вот и получается, что для каждой конкретной ситуации нужно было бы иметь свой сигнал, лучше всего подходящий для этого частного случая. Теоретикам не удалось найти сигнал, подходящий ко всем случаям. Да это, видимо, и невозможно. Пессимизм автора в этом случае разделяет и видный американский специалист Вудворд, который после многолетних исследований с грустью констатировал: «Основной вопрос, какой сигнал лучше всего использовать в радиолокации, остается по существу без ответа».

 

Как найти цель, послать сигнал и получить ответ

Раньше при оценке характеристик радиолокационной станции мы уже немного рассказали о том, как станция ищет цель в секторе обзора. Но до сих пор мы говорили лишь о приемнике радиолокационной станции. Пришла пора поговорить и о передатчике. Как обычно, начнем с примера.

Представьте себе, что Вас попросили найти какой-нибудь предмет в совершенно темной комнате. В зависимости от обстоятельств поиска может возникнуть несколько различных ситуаций. Разберем их по порядку

Ситуация № 0. Цель поисков — маленький предмет, например карандаш. Света в комнате нет, карманный фонарик Вы не захватили. Ищете вслепую, не зная, где лежит карандаш. Можно смело утверждать: Вы его не найдете.

Ситуация № 1. Цель поисков — часы со светящимся циферблатом или просто наша старая помощница — кошка. Света нет, да он и не нужен. Вам лучше всего войти в комнату и внимательно осмотреться. Цель сама подскажет, где она находится, и наверняка будет обнаружена.

Ситуация № 2. Цель поисков — по-прежнему кошка. Зато теперь у Вас есть карманный фонарик. Включайте его и осмотрите поочередно все места, где может она находиться.

Уверен, что Вам удастся отыскать ее, даже если в данный момент кошка находится под кроватью или в шкафу (в детективных фильмах все шпионы действуют именно в таких ситуациях).

Ситуация № 3. Самая простая. Вы можете включить верхний свет и обнаружить любой предмет, который находится в комнате. Правда, Вам, может быть, придется несколько раз повернуться и даже нагнуться или встать на цыпочки, чтобы заглянуть во все углы (но это уже не столь важно).

Изучив эти ситуации, читатель без труда разберется и в методах поиска целей радиолокационной станцией. Достаточно для каждой из ситуаций привести радиолокационную аналогию.

Ситуация № 0. С радиолокационной точки зрения интереса не представляет. Станция просто-напросто не включена. Конечно же, цель не будет обнаружена.

Ситуация № 1. В этом случае сама цель должна излучать сигналы, согласованные с приемником станции. Передатчик радиолокатора выключен. Поэтому «молчащие» цели или цели, излучающие сигналы, не согласованные с приемником, не будут обнаружены. Просматривая сектор обзора, мы сможем обнаружить «светящиеся» цели и измерить их угловые координаты. Вот только с определением дальности будет трудновато, так как мы не знаем момента излучения принятого сигнала. Это так называемая пассивная радиолокация. У нее есть то преимущество, что наблюдающая за целью станция себя не обнаруживает, так как не излучает собственных сигналов, а лишь улавливает своей антенной излучение цели. Недостатки очевидны. Трудно надеяться на то, что все цели будут излучать сигналы, да еще и согласовывать их с приемным устройством станции.

Ситуация № 2. Передатчик радиолокационной станции по определенному закону поочередно посылает свои собственные (зондирующие) сигналы в каждую точку сектора обзора. Приемная антенна поворачивается или настраивается (при электронном управлении) таким образом, чтобы улавливать отраженные сигналы из узкого «освещенного» участка сектора. При этом в станции можно использовать всего одну антенну. Сначала ее подключают к передатчику и посылают зондирующий сигнал. Затем антенну подключают к приемнику и ожидают отраженный сигнал в течение времени, за которое может прийти сигнал от цели, находящейся на максимально возможной дальности. Затем антенну перемещают и цикл передача — прием повторяется. Здесь мы встречаемся с активной радиолокацией. Обнаружение цели производится независимо от того, хочет она этого или нет. Наиболее трудной операцией в этом случае является переключение антенны. Техническая реализация переключателя часто представляет собой очень сложную задачу.

Ситуация № 3. В станции используют две различные антенны. Небольшая передающая антенна с широкой диаграммой направленности освещает сразу значительную часть сектора обзора, а иногда и целиком весь сектор. Огромная приемная антенна с узкой диаграммой направленности (которая нужна для точного определения угловых координат) осматривает сектор обзора, обнаруживая цели в любой его точке. Закон обзора сектора для приемной антенны в этом случае никак не связан с режимом работы передатчика. Приемная антенна обрела полную самостоятельность. Закон перемещения диаграммы направленности приемной антенны по сектору обзора может быть различным. Можно просматривать сектор по строкам, как при чтении страницы книги, можно по спирали, начиная с границ сектора обзора и приближаясь к его центру. Если какой-либо участок сектора обзора интересует нас в большей степени, мы задержим в нем диаграмму направленности приемной антенны на необходимое время.

В последние годы управление диаграммой направленности все чаще доверяют вычислительной машине. Лишь она в состоянии быстро оценить важность того или иного участка сектора, установить, есть там цель или нет, и выдать команду на перемещение диаграммы в другую точку.

Когда цель обнаружена, нам надо решить, что же делать дальше. Мы можем либо следить за уже обнаруженной целью, то есть взять ее на сопровождение, либо, помня о том, что одна цель уже обнаружена, искать другие, пока еще не обнаруженные цели. Ну а, кроме того, в современной станции иногда можно одновременно и искать новые цели и сопровождать уже обнаруженные. При этом часто возникает вопрос, нужно ли сопровождать данную цель или она не представляет для нас интереса. Решающую роль при этом играет, конечно, характер цели. Если это мирный метеорологический спутник, так пусть себе летает. А если боевая ракета? В общем машине или оператору, которые распознают цели по виду отраженных сигналов, есть над чем поломать голову.

При современном развитии радиолокации станция практически никогда не работает в одиночку. Обычно в группе радиолокационных станций производится координация действий и четкое распределение обязанностей между станциями. Те станции, у которых дальность действия больше, работают в режиме обнаружения. Когда цели приближаются, их передают на сопровождение младшим станциям с меньшей дальностью действия, а сами опять переходят в режим поиска. Станции сопровождения, получив целеуказание или координаты обнаруженной цели, уже не тратят времени на обзор пространства, а сразу захватывают цель и начинают следить за ее перемещениями. При этом получают траекторию, пространственную кривую, описывающую движение цели. Математики разработали методы продления отрезка траектории и вперед, и назад. Поэтому, наблюдая цель в течение нескольких секунд, в принципе можно приближенно определить всю ее траекторию. Если мы наблюдаем за спутником, то можем найти форму орбиты, если за баллистической ракетой, то можно более или менее точно назвать точку старта и место ее падения. Соответствующие заинтересованные лица определят, что нужно делать дальше, но это тема уже совсем другой книжки (помните гриф «Перед прочтением сжечь!»).

Заканчивая главу, еще раз покаемся, что рассказали не о всех возможных режимах работы радиолокационной станции. Например, при наблюдении цели на очень больших расстояниях можно использовать полуактивный или полупассивный режим. При этом на самой цели устанавливается и приемник, и передатчик. Слабый зондирующий сигнал усиливается в приемнике и переизлучается передатчиком в направлении радиолокационной станции вместо слабого отраженного сигнала. В таком случае дальность действия станции резко возрастает. Правда, надо еще договориться с самой целью, согласится ли она таскать на себе приемник и передатчик. С чужими целями мы об этом, пожалуй, не договоримся.

Существует, естественно, еще много режимов работы станций. К тому же, каждый уважающий себя специалист стремится придумать какой-нибудь новый режим, более всего подходящий к решаемой им задаче, так что рассказать о всех физически невозможно. Сдаемся и переходим к следующей главе.

 

Кажется разобрались, что к чему

Мы теперь представляем, каким должен быть сигнал, чтобы станция могла выполнить все поставленные перед ней задачи. Заказчик может быть доволен, ведь мы честно старались выполнить все его требования. Дело теперь за производством.

Скажем сразу: новорожденная, только что построенная станция сначала будет работать несколько хуже, чем ожидали разработчики. Лишь после доводки и отработки сначала отдельных устройств, а потом и всей станции она станет такой, какой представлялась создателям при подписании проекта, а может быть, и несколько лучше. Ведь наука и техника не стоят на месте. К моменту сдачи станции потребителям в научно-исследовательских лабораториях уже рождается замысел следующей станции, которая должна быть совершеннее, компактнее и так далее, и тому подобное. Словом, она должна быть лучше. Чтобы показать, насколько же можно улучшить радиолокационные станции, приведем один, на наш взгляд, весьма любопытный пример.

Американский специалист Катрона сравнил возможности звуколокационного аппарата летучих мышей с параметрами лучших из существующих радиолокационных станций. Такое странное, на первый взгляд, сравнение представляет большой интерес для радиоинженеров, так как летучая мышь, звуколокационный аппарат которой весит доли грамма и занимает объем порядка одного кубического сантиметра, способна выполнять те же функции, что и радиолокационное устройство весом в сотни килограммов и объемом в несколько сотен кубических дециметров.

В результате сравнения Катрона пришел к следующим выводам:

1. Летучая мышь может принимать сигналы, величина которых сравнима с уровнем шумов, в то время как радиолокатор уверенно принимает только те сигналы, которые значительно сильнее шума.

2. Точность определения дальности до объекта и его угловых координат у летучей мыши выше, чем у действующих радиолокаторов.

3. Летучая мышь может поймать, по крайней мере, 175 москитов за 15 минут, то есть одного москита менее чем за 6 секунд. Завидная пропускная способность для системы обнаружения целей и наведения истребителей! Даже лучшие радиолокационные системы вместе с самыми быстродействующими вычислительными машинами, по-видимому, не смогут повторить такой результат. При охоте за москитами летучая мышь движется по оптимальному пути, который специалисты называют «кривой погони». Именно по такой траектории наводят истребители и ракеты вычислительные машины, входящие в состав комплексов противовоздушной обороны. Оказывается, что и «встроенная вычислительная машина» летучей мыши работает на уровне самых современных требований. Отметим здесь, что в опытах, которые провели американские специалисты Д. Гриффитс, Ф. Вебстер и С. Майкл, были зарегистрированы случаи, когда летучая мышь ловила двух насекомых в секунду одно за одним! Поразительный результат!

4. Летучие мыши обычно живут в пещерах и, вылетая из них, пользуются своим природным радаром. Масса летучих мышей одновременно издает крики, но эти крики, вероятно, не заглушают друг друга. Летучая мышь, по-видимому, обладает способностью не реагировать на сигналы, испускаемые другими летучими мышами, и на посторонние помехи. Радиолокаторы пока что похвастаться этим не могут. Сигналы расположенных рядом радиосистем сильно мешают нормальной работе радиолокационной станции, и борьба с помехами все еще остается серьезной проблемой для радиоспециалистов. При использовании радаров для военных целей противник часто старается нарушить работу чужих установок, излучая в направлении приемников радиолокаторов мощные шумовые сигналы. Проведенные с отдельными летучими мышами лабораторные эксперименты показали, что ультразвуковой шум значительной силы почти не влияет на их поведение и не мешает им использовать свой локационный аппарат. Такой устойчивостью к воздействию помех радиолокаторы пока не обладают.

5. Произведенные оценочные расчеты показывают, что мощность сигналов летучей мыши достигает 0,11 ватт на килограмм веса и около 0,03 ватта на кубический дециметр объема. Аналогичные значения для радиолокационной станции равны 0,2–1,0 ватт на килограмм веса и 0,2–0,5 ватта на кубический дециметр. Это единственный параметр, по которому созданные человеком радиолокаторы превосходят звуколокационный аппарат летучей мыши. Но это весьма слабое утешение.

Ведь «энергетическая установка» летучей мыши обеспечивает прежде всего ее перемещение и функционирование внутренних органов, и только часть энергии, по-видимому, очень небольшая, может «подаваться в локационный аппарат». В то же время энергоустановка радиолокационной станции практически целиком предназначена для осуществления локации. Так что сравнение не совсем правомерное. По-видимому, и по этому показателю создание природы существенно опережает творение человеческих рук.

6. Объем данных, которые обрабатывает летучая мышь при обнаружении и преследовании большого числа насекомых, можно сравнить с объемом информации, перерабатываемой аэродромным обзорным радиолокатором. Но летучая мышь ухитряется принимать и обрабатывать сигналы с помощью «устройства» весом в доли грамма и объемом в доли кубического сантиметра, а аэродромный радиолокатор весит сотни килограммов и занимает объем в несколько кубических метров.

Д. Каландер (Массачусетский технологический институт) провел детальное исследование сигналов, издаваемых летучей мышью на разных фазах полета: начальная фаза — поиск добычи, промежуточная — обнаружение и последняя фаза — преследование и поимка. Он доказал, что частота ультразвуковых сигналов сильно изменяется при переходе от одной фазы к другой. Оказывается, что очень важная качественная характеристика — длина волны, измеряемая расстоянием, которое пройдено в воздухе за время одного колебания, — в обоих случаях почти одинакова: 3,4 миллиметра для локационного аппарата мыши и 30 миллиметров для радиолокатора, с которым проводилось сравнение. Здесь летучая мышь имеет даже некоторое преимущество. Кроме того, у нее длина волны варьируется в пределах одного сигнала от 3,4 до 7 миллиметров. Ни один созданный человеком радар не обладает этой особенностью, а вполне возможно, что именно здесь и таится причина удивительной эффективности локационного аппарата летучей мыши.

Ухо летучей мыши из породы ночниц представляет собой избирательный отражатель, который может отражать сигналы в различных направлениях в зависимости от их частоты. И действительно, животное посылает сигнал, в пределах которого частота сильно изменяется. Недавно предложено создать радары, использующие этот принцип (сигнал с переменной частотой и антенну, сделанную по диаграмме избирательного излучения), чтобы определять направление на объекты.

Интересны и другие случаи прямого копирования локационного аппарата летучей мыши. Так, например, англичанин Л. Кэй создал миниатюрные акустические радары для слепых. Эхо отражается от предметов по-разному в зависимости от их удаленности от источника сигнала и формы поверхности. После небольшой тренировки с радаром Кэя можно отличить гладкие поверхности от поверхностей, имеющих какую-то фактуру. Этот портативный радар сконструирован на основе использования принципа действия природного локатора летучей мыши.

Один и тот же радар позволяет летучей мыши не только избегать крупных препятствий, но и ловко хватать мелких насекомых. Этот аппарат дает достаточно подробную информацию, которая позволяет различать эхо от неподвижных препятствий и эхо от движущихся объектов. При этом надо иметь в виду, что и те и другие перемещаются по отношению к летучей мыши, находящейся в постоянном движении.

Один из видов летучих мышей питается не насекомыми, а мелкими рыбками. Животные замечают рыбок, когда те поднимаются почти к самой поверхности, точнее, когда их плавники слегка показываются над водой. Р. Сазерс, проводивший эксперименты с этими животными, заметил, что они способны отличать одну мишень от другой и узнают мишень, напоминающую плавник рыбы. Как видите, летучие мыши уже решили проблему распознавания цели по отраженному сигналу, которая сейчас представляет огромный интерес для специалистов радиолокации.

Вот и получается, что разработчикам радиолокаторов нужно еще много поработать, чтобы хотя бы приблизиться к эффективности систем, созданных природой.

 

Как цели маскируются

Мы уже говорили о том, как велика роль радиолокации в современном военном деле. Она помогает обнаруживать и опознавать цели в воздухе, на воде и на суше. На основании этих сведений военные принимают решение о том, насколько опасен тот или иной объект и в случае необходимости принимают меры к его уничтожению. При этом наведение оружия на цель также осуществляется с помощью радиолокации.

Естественно, что противник использует все возможные способы для того, чтобы затруднить или сделать полностью невозможным обнаружение и опознание его военных объектов. Для этого чаще всего применяется радиолокационная маскировка целей.

Маскировку человечество знает с незапамятных времен. Вспомните, как маскируется охотник, подкрадывающийся к дичи в лесу по снежному насту. Он старается слиться с окружающим фоном, так чтобы глаз животного не смог заметить опасности. Да и сами животные с их защитной окраской служат отличным примером маскировки. Некоторые из них способны даже изменять свою окраску в зависимости от окружающей обстановки.

Применяется маскировка и в армии. Защитный цвет обмундирования, маскировочные халаты, маскировочные сетки, которыми покрывают военную технику и сооружения, — все это широко использовалось и используется сейчас вооруженными силами всех стран. Но такая маскировка достигает цели только в том случае, если противник ведет разведку с помощью оптических средств: либо невооруженным глазом, либо с помощью биноклей, стереотруб и так далее.

При радиолокационной разведке ни раскраска по всем правилам маскировочной науки, ни маскировочная сетка с воткнутыми в нее ветвями не скроют танк или машину от оператора радиолокационной станции. Тем более невозможно замаскировать обычными средствами истинно радиолокационные цели — самолеты или баллистические ракеты во время их полета. В этих случаях используются специальные методы радиолокационной маскировки целей.

Мы познакомимся с этими методами на примере радиолокационной маскировки головных частей баллистических ракет. При этом первым шагом обычно является выбор такой формы головной части ракеты, чтобы сигнал, отраженный от нее, был как можно слабее. Для этого, как показали исследования, необходимо, чтобы конструкция объекта не имела резких углов, изгибов, плоских или цилиндрических поверхностей, расположенных перпендикулярно к направлению наблюдения. Лучше всего этим требованиям удовлетворяет узкий конус, направленный к наблюдателю вершиной. Основанию головной части ракеты при этом придается форма сферы. Поэтому в настоящее время специалисты-ракетчики зарубежных стран ставят вопрос о замене устаревших боеголовок, которые имели форму цилиндра с закругленной вершиной, на боевые головки в виде острого конуса. Но даже такая конструкция еще не гарантирует малости отраженного сигнала. Если головная часть не стабилизирована, то есть кувыркается во время полета, то наблюдатель видит ее с разных направлений, причем для некоторых из них отраженный сигнал будет велик. Чтобы избежать этого, головные части баллистических ракет стали стабилизировать и ориентировать на траектории в направлении вероятного расположения радиолокационной станции. Так удается в сотни раз уменьшить сигнал, отраженный от объекта, что, в свою очередь, в несколько раз уменьшает расстояние, на котором можно уверенно фиксировать наличие цели с помощью радиолокатора. За счет этого резко сокращается резерв времени, который имеет обороняющаяся сторона для отражения нападения, что ставит ее в весьма невыгодное положение.

Уменьшить величину сигнала, отраженного от цели, можно, покрывая ее поверхность специальными материалами, которые поглощают радиоволны. Их называют радиопоглощающими покрытиями. Работы по созданию таких материалов ведутся сейчас во многих лабораториях США, ФРГ, Франции и других стран. Уже созданы материалы, которые при толщине покрытия 6—12 миллиметров ослабляют отраженный сигнал в 20—1000 раз. Цель, покрытая таким материалом, как бы надевает маскировочный халат, и обнаружить ее становится весьма сложно. Правда, маскировочный халат пока что довольно тяжелый — один квадратный метр покрытия весит 5–6 килограммов, а это существенно уменьшает боевой вес ракеты. Кроме того, такие покрытия обычно маскируют цели от радиолокационных станций, работающих в каком-либо одном, заранее выбранном, интервале частот; для станций, работающих на других частотах, они не эффективны. Но исследования в этой области, по-видимому, будут продолжены.

Но обороняющаяся сторона улучшению средств маскировки целей противопоставляет улучшение радиолокационных станций. Как и в любой области военного дела, здесь идет непрерывное соревнование между броней и снарядом, между нападением и защитой. Цели уменьшают свои отражающие свойства, и сигнал от них становится очень слабым. Значит надо увеличивать мощность станций, облучать цели более сильными сигналами, развивать методы обработки слабых сигналов.

Но существуют и такие методы радиолокационной маскировки, при которых увеличение мощности сигнала не помогает обнаружить цель. Например, использование пассивных помех и ложных целей. В непосредственной близости от истинной цели разбрасываются отражатели, создающие на экранах радиолокаторов большое число отметок.

Определить, какая из них относится к истинной цели, часто бывает очень трудно. И уж во всяком случае, время, необходимое для обнаружения цели, резко увеличивается, а именно этого и добивается нападающая сторона.

Почему же в этих случаях не помогает увеличение мощности сигнала? Дело в том, что если мы увеличим мощность передатчика, то возрастают отраженные сигналы и от истинной, и от ложных целей. А значит относительная мощность помехи остается той же самой.

На разных участках траектории в качестве ложных целей применяют различные отражатели. Так, в средней части траектории, когда ракета движется на неатмосферном участке, где практически отсутствует сопротивление воздуха, применяют легкие металлические отражатели или надувные металлизированные баллоны. Выбор подходящей формы и размеров таких отражателей позволяет хорошо имитировать отражательные свойства головной части. А так как в безвоздушном пространстве характер движения легких и тяжелых тел одинаков, то оператор видит несколько целей, похожих и по характеру движения, и по величине отраженного сигнала.

На конечном участке траектории, когда цели входят в плотные слои атмосферы, легкие отражатели начинают отставать от тяжелых целей и уже не могут замаскировать истинную цель. В этом случае используют тяжелые ложные цели, которые движутся в атмосфере с той же скоростью, что и истинная цель. Но затраты на вывод килограмма массы на траекторию не зависят от того, что выводится — боевая головка или ложная цель.

По-видимому, именно такие соображения привели зарубежных специалистов к выводу, что тяжелую ложную цель не всегда целесообразно использовать, иногда вместо нее можно применить просто разделяющуюся головную часть, которая в определенный момент делится на несколько самостоятельных боевых головок, движущихся по различным траекториям. Наблюдатель при этом оказывается в положении охотника, преследующего даже не двух, а сразу несколько зайцев.

Применяя головные части специальной формы и покрывая их радиопоглощающими материалами, нападающая сторона стремится затруднить обнаружение целей и оттянуть время установления самого факта нападения. При использовании ложных целей ситуация оказывается в некотором смысле противоположной. Здесь нападающая сторона не скрывает своих агрессивных намерений. Ведь обнаружить сложную цель, состоящую из целой группы объектов, обычно значительно проще, чем обнаружить одиночную цель. Так что обороняющиеся узнают о нападении значительно раньше. Но теперь перед ними возникает новая, не менее сложная задача: из множества целей, которые одновременно появляются перед ними, надо выбрать только те, которые представляют наибольшую опасность и именно их уничтожить.

Зарубежные эксперты высказывают мнение, что при приближении большого числа целей не приходится рассчитывать на то, что удастся уничтожить их все сразу. Значит надо стараться выделить лишь истинные боевые головки и сделать это необходимо в те считанные минуты, что остаются для принятия решения. Хорошо еще, если целей (и истинных и ложных) только 5 или 10. А если их значительно больше? Тут не то что оператор, наблюдающий за этим множеством мерцающих целей, а и современная быстродействующая вычислительная машина может не справиться. Обычно радиолокационная станция рассчитана на одновременное наблюдение какого-то определенного числа целей. Если целей больше, то происходит перегрузка станции и часть целей может быть потеряна. Именно к этому и стремится нападающая сторона, создавая большое число ложных целей. Ведь среди целей, потерянных станцией, может оказаться и боевая головка, которая незамеченной проскользнет оборонительный рубеж.

Эффективность современных радиолокационных станций в значительной мере определяется быстродействием и объемом памяти вычислительных машин, которые обрабатывают принимаемые станцией сигналы и анализируют их, отделяя истинные цели от ложных. Видимо, поэтому иностранные эксперты считают, что дальнейший прогресс противоракетной обороны зависит от совершенствования как радиоэлектронной аппаратуры РЛС, так и сопряженных с ними вычислительных машин.

Считают, что нападающая сторона может применять и другие средства для затруднения работы станции. Наряду с боевыми головками и ложными целями запускают, например, объекты, оборудованные станциями глушения, которые излучают шумовые сигналы в диапазоне частот, на которых по предположению должна работать РЛС противника. В этом случае принимать отраженные сигналы становится значительно труднее, а иногда и просто невозможно. Вот почему частоты, на которых работают РЛС, сохраняются в строгой тайне, а разведка нападающей стороны стремится всеми способами определить их хотя бы приблизительно.

Таковы лишь некоторые методы радиолокационной маскировки современных средств ракетного нападения. Разработаны, конечно, и другие методы, но познакомиться со всеми в одной книжке невозможно. В источниках, указанных в сносках, при желании можно найти значительно больше сведений о самых современных способах радиолокационной маскировки всевозможных объектов, от огромного авианосца или промышленного здания до винтовки.

 

И как их все-таки узнают?

Только что мы познакомились с иностранными данными о методах радиолокационной маскировки. Если рассказ был убедительным (автор во всяком случае к этому стремился), то читатель может подумать, что наблюдать за целями с помощью радиолокатора — задача бесперспективная. Ведь среди помех, шумов и ложных целей заметить полезный сигнал, отраженный от истинной цели, очень трудно, а узнать по этому сигналу, с какой именно целью мы имеем дело, по-видимому, просто невозможно.

Но превратив читателя в пессимиста, автор все-таки берется доказать, что дело обстоит не так уж плохо. И действительно, станции-то работают и обнаруживают цели. Сейчас мы и расскажем, используя и здесь данные зарубежной печати, о методах опознавания целей.

Как вы можете узнать при встрече человека, которого никогда раньше не видели? Лучше всего, если у Вас есть его портрет, фотокарточка или хотя бы словесный портрет, который умеют составлять криминалисты. В таком словесном портрете перечисляются основные черты разыскиваемого человека, например форма носа, разрез и цвет глаз, овал лица и т. д.

Вот и цели можно узнавать по их портретам. Правда, это не живописней портрет и даже не фотокарточка. Для опознания цели нам нужен специфический «радиолокационный портрет». Создают его следующим образом. Берут какую-нибудь цель и везут на специальный полигон. Там ее закрепляют на подставке и поворачивают в разные стороны. В каждом положении цели включают радиолокационную станцию и записывают отраженный сигнал. А его величина сильно зависит от угла, под которым мы облучаем цель. Для некоторых углов отраженный сигнал велик, для других мал. Самый слабый отраженный сигнал получается при наблюдении «с носа», когда цель повернута к нам своим заостренным концом. А если цель развернуть так, что ее боковая поверхность будет перпендикулярна направлению наблюдения, то отраженный сигнал будет максимальным.

Нарисуем теперь прямоугольную систему координат и будем откладывать по горизонтальной оси угол поворота цели, а по вертикальной — величину отраженного сигнала. Получим волнообразную кривую, у которой будут и широкие плавные подъемы, и узкие выбросы, и глубокие провалы. Это диаграмма обратного отражения цели, или ее радиолокационный портрет. Можно использовать и другую систему координат — круговую или полярную. Тогда угол поворота нужно откладывать по дуге окружности, а величину отраженного сигнала по радиусу, соответствующему этому углу. при этом мы получим круговую диаграмму обратного отражения, которая будет иметь вид замкнутой кривой. Однако чередование максимумов и минимумов на ней, характерное именно для этой цели, сохранится. Такая круговая диаграмма напоминает цветок. Если цель гладкая, как например головная часть ракеты, то диаграмма имеет 3–4 больших лепестка и похожа на цветок мака. У сложных целей, таких как самолет или спутник, которые имеют много выступающих элементов, антенн, острых граней и углов, радиолокационный портрет скорее всего напоминает ромашку.

Итак, портрет готов. Точно так же можно снять портреты и других радиолокационных целей. Если цель очень велика или ее нельзя привезти на полигон, то портрет можно снять и по модели. Делают точную уменьшенную копию цели и исследуют ее на полигоне. Правда, при этом и длина волны радиолокатора должна быть уменьшена во столько же раз, во сколько мы уменьшили цель. Тогда портрет получается точно таким же, как если бы мы наблюдали саму цель.

Теперь собираем все портреты в альбом и пишем на обложке: «Каталог наблюдаемых объектов для N-ской радиолокационной станции, работающей на частоте F0». А нельзя ли использовать этот каталог для станций, работающих на других частотах? К сожалению, нет. Попробуем изменить частоту зондирующего сигнала и посмотрим, что получится. Для гладкой цели характер радиолокационного портрета при небольшом изменении частоты практически не меняется. Число максимумов остается тем же, разве что их амплитуда и расположение слегка изменяется. А вот для целей сложной конфигурации даже незначительное изменение частоты радиолокационного сигнала может резко изменить портрет. И число максимумов, и их взаимное расположение, и их величина— все станет другим. Так что для каждой частоты приходится составлять свои каталоги.

А как представляют себе специалисты использование такого каталога, когда им нужно опознать цель? Иностранные специалисты различают два случая.

Пусть цель не стабилизирована, то есть кувыркается со скоростью, скажем, 10 оборотов в минуту. Тогда, фиксируя величину отраженного сигнала, за минуту можно записать 10 полных радиолокационных портретов. На ленте с устройства для записи сигнала получается цепочка последовательно записанных портретов. Эксперты рекомендуют выбрать тот портрет, который получился лучше всего, и затем обратиться к каталогу.

Если один из имеющихся в каталоге портретов точно совпадает с сигналом, то значит именно эта цель попала в поле зрения радиолокационной станции. Но так бывает не всегда. Точнее говоря, почти всегда бывает не так. Реально снятый портрет чаще всего не совпадает в точности ни с одним из эталонных. По общему характеру он очень похож вот на этот, но на нем три лишних пичка. Эти пички имеются на другом эталонном портрете, но зато его главный максимум уполз влево. В печати описывается несколько критериев идентификации эталонных реальных портретов, но все они допускают наличие неопределенности. Выбирая самый похожий портрет, можно допустить ошибку. В наихудшем случае реально снятый портрет одинаково похож на два эталона сразу. Тут остается сказать, что цель больше всего похожа на эталонный № 14 и № 27, а какой именно объект наблюдается неизвестно. Специалисты по теории вероятности предлагают в таких случаях бросать монетку или игральную кость. Эти беспристрастные судьи и определяют, какая цель наблюдается. А если будет ошибка? Ничего не поделаешь, приходится смириться.

Почему же это происходит? Если не учитывать неполадки самой станции, то остаются две главные причины. Первая — уже знакомый нам шум. Это он может приписать к портрету лишние пички или срезать закономерный максимум. Методы борьбы с ним уже известны. Вторая причина такова. Траектория объекта относительно радиолокационной станции может быть расположена так, что реальный портрет снимается под другим ракурсом, чем эталонный. Это похоже на попытку узнать человека в профиль, имея только его фотографию в фас. Как считают зарубежные специалисты, с этой весьма сложной задачей может справиться только вычислительная машина, да и то только в том случае, если известны характер кувыркания и его форма. Тогда в ряде случаев можно получить портрет цели в нужной нам плоскости и произвести опознавание цели.

Значительно труднее опознать цель, если она стабилизирована. Представьте себе, что Вы попали в автомобильный салон или в павильон машиностроения на ВДНХ. Перед Вами на круглых подставках вращаются сверкающие свежим лаком новенькие автомобили. За один оборот подставки можно, не сходя с места, осмотреть интересующую Вас машину со всех сторон. Это аналог кувыркающейся цели. Ну а теперь встаньте на обочине шоссе и понаблюдайте за проходящими машинами. Приближающийся автомобиль Вы видите только спереди, удаляющийся — только сзади. Когда автомобиль проносится мимо, можно успеть увидеть одну боковую сторону. Вот это аналог стабилизированной цели.

Чтобы получить портрет такой цели, станция должна наблюдать за ней очень долгое время, да и в этом случае не всегда получается полный портрет. Проводить опознавание цели становится очень трудно. Полученный отрезок портрета может быть похож на различные участки разных эталонных портретов. Больше неопределенность, больше вероятность ошибки. Для исправления положения можно использовать данные, полученные со стороны. В одном из специальных иностранных журналов предлагается изучать траекторию цели, тогда можно отбросить эталонные портреты целей, имеющих другие траектории. Есть и другие вспомогательные методы. Но и при таких ухищрениях опознавание стабилизированных целей, по мнению зарубежных специалистов, менее надежно, чем опознавание кувыркающихся объектов. Это обстоятельство — еще один аргумент в пользу применения стабилизированных целей (головных частей ракеты и спутников).

Рассматривали иностранные специалисты и такую задачу. Полученный портрет абсолютно не похож ни на один из эталонных. Значит появилась новая цель, которая еще не попала в каталог. Занесем ее пока условно. Встретив эту цель в следующий раз, мы уже «узнаем» нашу знакомую «незнакомку». И правда, незнакомка, так как по существу мы о ней ничего не знаем, но даже простая регистрация пролета цели по той или иной траектории иногда может иметь большое значение. В космическое пространство несущественных объектов не запускают — дорогое удовольствие. Так что и такое опознавание приносит пользу.

Вот, в общих чертах мы и познакомились, как специалисты пытаются опознавать цели по отраженным от них радиолокационным сигналам. Конечно, рассказ получился не очень полный и подробный. Но в популярной книжке и не обязательно разбирать подробности, а основные идеи, подсказывающие пути решения этой сложной задачи, здесь приведены.

 

Вы знаете еще не все

Ну вот и последняя глава. Пора прощаться. Остается утешаться тем, что рано или поздно всем предстоит встреча с героиней книги. Это, по-видимому, уже не надо доказывать. Да и книг по радиолокации, серьезных и популярных, выпускается сейчас очень много. Какая-нибудь обязательно попадет в руки любознательного читателя.

Есть и еще одна причина для грусти. Любая научно-популярная книга, в которой приводятся конкретные примеры самых последних достижений науки и техники, в наше время очень быстро устаревает. Выражения «уникальная станция», «удивительный радиолокатор» и так далее по отношению к приведенным здесь станциям через несколько лет будут звучать по меньшей мере странно. Бурный прогресс радиолокационной техники не оставляет в этом никаких сомнений.

Есть, правда, надежда, что и в будущих значительно более совершенных радиолокаторах в той или иной степени будут использоваться те же принципы работы основных устройств, методы обработки данных и алгоритмы функционирования. В таком случае эта книжка может принести некоторую пользу и будущему читателю.

Хочется сказать несколько слов тем, кого эта книга впервые познакомила с радиолокацией. Не надо обольщаться! Не считайте, что Вы уже знаете о ней все. Вспомните сколько раз рассказ прерывался на полуслове, сколько раз встречались фразы: «существуют и другие методы…», «известны другие пути решения этих проблем…» и т. д. Если подчеркнуть такие места красным карандашом, то книжка станет похожа на диктант вечного двоечника или на учебник, над которым поработал трудяга-студент. Это лишь элементарное введение в радиолокацию, первое знакомство с кругом вопросов, которыми она занимается. Каждый из них служит темой глубоких научных исследований и ожесточенной полемики на страницах научно-технических журналов и на конференциях.

Насколько мне помнится, никаких ограничений на использование таблиц в книге не накладывалось. Воспользуемся этим и приведем небольшую табличку.

Таблица первая и последняя.

В левой ее части перечислены некоторые разделы теории радиолокации, в правой — некоторые основные научные дисциплины, без знания которых невозможно не только развитие, но даже и усвоение данного раздела. Кроме того, любому современному специалисту просто необходимо умение программировать и вести расчеты на вычислительной машине, трудолюбие и, далеко не в последнюю очередь, чувство юмора.

Так что не спешите в отделы кадров тех институтов и предприятий, которые занимаются радиолокацией, если Ваш багаж состоит только из сведений, почерпнутых на страницах этой книжки. Без серьезной подготовки за современную радиолокацию браться не стоит. А дело очень интересное и нужное. И не пугайтесь таблицы! Ведь в конце концов сейчас для работы в любой области науки и техники нужно знать не меньше.

Да, и еще вот что. Мне почти никогда не приходилось встречать разочаровавшихся в своем деле специалистов по радиолокации. Поэтому, до свидания, читатель!