Радиолокационное наблюдение как средство решения навигационных задач

Радиолокационное наблюдение является широко используемым средством для решения задач радионавигации, связанных с определением местоположения летательных аппаратов, кораблей и других движущихся объектов.

На рис. 1.7, а показано местоположение цели Ц. в пространстве, которое может быть отображено в сферической системе координат (D, b, e) либо в цилиндрической системе координат (Д_г, b, H). На рисунке обозначено: D – Наклонная дальность (или просто дальность); D_г – горизонтальная дальность; b – азимут (угол между северным направлением и проекцией направления на цель в горизонтальной плоскости, отсчитываемой по часовой стрелке); e – угол места (угол между проекцией направления на цель в горизонтальной плоскости и направлением на цель); Н — высота цели.

Для радиолокации характерно, что весь процесс определения координат производится из одной точки (точка О на рис.1.7, а). Исключение составляют разнесенные радиолокационные системы с удаленными на определенное расстояние передающей и приемной антеннами. Непосредственно определяемыми координатами являются наклонная дальность D, а также углы b и e. При этом можно считать, что цель Ц. расположена в точке пересечения трех поверхностей: сферы радиусом D и двух плоскостей (вертикальной, проходящей через точку Ц. и наклонной, расположенной под углом e к горизонту). Эти поверхности являются геометрическим местом точек пространства, в которых данный измеряемый параметр постоянен, и называются поверхностями положения. На плоскости достаточно знать линии положения. В данном случае это окружность радиуса D и прямая под углом b (рис. 1.7, б).

Рассмотренный метод определения положения цели можно именовать дальномерно-угломерным. В навигации используются и другие методы: дальномерный, основанный на измерении дальностей от двух различных точек (линии положения – окружности); угломерный (пеленгационный), когда пеленгаторы, расположенные в разных точках, определяют направления (линии положения – прямые); разностно-дальномерный, когда измеряется разность расстояний от двух точек (линии положения – гиперболы) и др.

Заметным достоинством радиолокационного метода решения навигационных задач, связанным с определением координат самолета с Земли, является возможность автономного контроля траектории полета. Известны следующие виды систем наблюдения за объектами:

- визуальные, т.е. основанные на использовании органов зрения, как без применения, так и с применением оптических приборов;

- акустические, т.е. связанные с приемом других акустических (звуковых) колебаний;

- радиолокационные;

- системы инфракрасной техники (ИК техники);

- лазерные оптиколокационные.

Заметим сразу, что использование акустических систем наблюдения ограничено сравнительно малой скоростью распространения акустических волн в атмосфере (330 м/с, т.е. порядка скорости движения самолетов). Поэтому в настоящее время чаще применяются гидроакустические системы, использующие звуковые волны в воде, скорость которых составляет 1500 м/с.

Радиолокационные системы имеют следующие преимущества перед визуальными:

- работа РЛС не зависит от наличия оптической видимости и эффективна не только в дневные, но и в ночные часы, в тумане, при дожде и снегопаде; они обеспечивают большую дальность действия;

- активные РЛС непосредственно и с высокой точностью измеряют дальность до объектов, чего не могут визуальные системы из-за пассивного характера своей работы;

- устройства отображения информации РЛС сравнительно просты.

Основные недостатки РЛС по сравнению с визуальными системами таковы:

- слабая интенсивность отражений от большинства объектов; малая мощность принимаемых отраженных сигналов при большой мощности зондирующих сигналов;

- меньшая возможность различения характера объекта наблюдения;

- меньшая точность определения угловых координат вследствие меньшей направленности антенных устройств;

- низкая помехоустойчивость по отношению к естественным и особенно искусственным помехам, что объясняется активным характером работы подавляющего числа РЛС.

Прежде чем сравнить между собой системы радиолокации и инфракрасной техники (ИК техники), сделаем несколько замечаний об ИК волнах и системах ИК техники.

Под ИК волнами понимают электромагнитные излучения, занимающие спектральную область между красным концом видимого спектра (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (λ » 1—2 мм).

Системы ИК техники основаны на приеме ИК волн, которые вместе с другими видами электромагнитных волн излучаются всеми телами, абсолютная температура которых больше нуля. Значительная часть энергии этого излучения сосредоточена в области ИК волн. Согласно закону Стефана–Больцмана энергия излучения тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. Вследствие этого пространственное распределение энергии излучения различных тел значительно более контрастно, чем соответствующее распределение их температур.

Принимая ИК волны, можно судить о распределении нагретых тел в окружающем пространстве. Особенно интенсивными источниками излучения ИК волн являются выхлопные газы двигателей ракет и реактивных самолетов.

Системы ИК техники применяются для наведения ракет, предупреждения столкновения самолетов и съемки местности в картографии.