Подполковник В. Петров
В результате совершенствования и распространения в мире средств воздушно-ракетного нападения увеличивается вероятность внезапного нанесения ударов средствами воздушного базирования как по территории самого государства, так и по войскам, размещенным за границей. Кроме того, по мнению руководства зарубежных стран, серьезную опасность в мирное время представляют такие транснациональные угрозы, как наркобизнес, нелегальная иммиграция и терроризм, а также вторжение судов в исключительно экономические зоны.
В качестве средств контроля за воздушным и надводным пространством, позволяющих исключить внезапность нанесения удара с воздуха и обеспечить контроль за исключительными экономическими зонами, зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции (ЗГ РЛС) пространственной и поверхностной волн.
К настоящему времени приняты на вооружение и действуют в интересах ПВО следующие средства: американская за-горизонтная система КОНУС (CONUS ОТН - Continental US Over-the-Horizon Radar) и модернизированная транспортабельная ЗГ РЛС типа AN/TPS-71; биста-тические ЗГ РЛС в Китае; австралийская ДЖОРН (JORN - Jindalee Operational Radar Network); французская «Нострадамус», работы над которой уже завершены.
В американской стационарной системе КОНУС сейчас имеется два радиолокационных поста - восточный и западный. С середины 1991 года восточный пост переведен в режим ограниченного использования. В рамках расширения сети КОНУС в Японии развертывается ЗГ РЛС пространственной волны: на о. Хахадзима (Бэйли) - передающая система и на о. Иводзима (Иото) - приемник и центр управления станцией. Целью создания этой РЛС является усиление контроля за Алеутскими о-вами.
| Возможности надгоризонтных и загоризонтных радиолокационных средств по обнаружению воздушных и надводных объектов: Л - ДНА обычной РЛС; Б - диаграмма направленности загоризонтных радиолокационных средств; 1 - низколетящие воздушные объекты; 2- воздушные объекты на больших и средних высотах; 3 - шлюпка; 4 - патрульный катер; 5 - корабль морской зоны |
|
| Передающая антенна и контейнеры с аппаратурой передатчика станции AN/TPS-71 |
|
| Центр управления и приемная антенна станции AN/TPS-71 |
|
| Приемная антенна ЗГ РЛС «Нострадамус» |
|
| Возможности ЗГ РЛС с поверхностной волной SWR-503 по контролю за 200-мильной прибрежной зоной: 1 - военные корабли; 2 - воздушные объекты, летящие на малых высотах с большими скоростями; 3 - морские нефтяные платформы; 5 - рыболовецкие суда; 6 - воздушные объекты на больших и средних высотах |
|
| Схематичное построение мобильной ЗГ РЛС поверхностной волны: 1 - канал связи с потребителем информации; 2 - пункт управления и связи; 3 - приемная антенна; 4 - передающая антенна |
Кроме радиолокационных станций системы КОНУС для обнаружения низколетящих целей в США разработана и проходит непрерывную модернизацию транспортабельная ЗГ РЛС AN/TPS-71, отличительная особенность которой заключается в возможности ее переброски в любой район земного шара и относительно быстрое (до 10-14 сут) развертывание на заранее подготовленных позициях. Для этого аппаратура станции смонтирована в контейнерах. Информация от ЗГ РЛС поступает в систему целеуказания ВМС, а также других видов ВС. Для обнаружения носителей крылатых ракет в районах, прилегающих к США, кроме станций, размещенных в штатах Виргиния, Аляска и Техас, планируется установить модернизированную ЗГ РЛС в штате Северная Дакота (или Монтана) для контроля за воздушным пространством над Мексикой и прилегающими районами Тихого океана. Помимо того, принято решение о развертывании новых станций для обнаружения носителей крылатых ракет в акватории Карибского бассейна, а также над Центральной и Южной Америкой. Первая такая станция устанавливается в Пуэрто-Рико. Передающий пункт разворачивается на о. Вьекес, приемный - в юго-западной части о. Пуэрто-Рико.
В 2003 году в Австралии принята на вооружение загоризонтная система ДЖОРН, способная обнаруживать воздушные и надводные цели на дальностях, недоступных для наземных станций СВЧ-диапазона. Система ДЖОРН включает: бистатическую ЗГ РЛС «Джиндали»; систему контроля состояния ионосферы, известную как система управления частотой ФМС (FMS - Frequency Management System); центр управления, расположенный на авиабазе Эдинбург (штат Южная Австралия). Бистатическая ЗГ РЛС «Джиндали» включает: центр управления ДЖИФАС (JFAS - Jindalee Facility at Alice Spring) в Алис-Спринг, две отдельные станции: первая с зоной обзора 90° размещена в штате Квинсленд (передающий пункт - в Лонгрич, приемный - около Стоунхендж), вторая с зоной обзора 180° по азимуту размещена в штате Западная Австралия (передающий пункт находится северо-восточнее г. Лавертон, приемный - северо-западней этого города).
В Китае имеются две бистатические ЗГ РЛС: одна расположена в провинции Синьцзян (зона ее обнаружения ориентирована на Западную Сибирь), другая - вблизи побережья Южно-Китайского моря. Китайские бистатические станции во многом используют технические решения, применяемые на австралийской ЗГ РЛС.
Во Франции по проекту «Нострадамус» завершена разработка ЗГ РЛС возвратно-наклонного зондирования, которая обнаруживает малоразмерные цели на дальностях 800-3 000 км. Важное отличие этой станции -возможность одновременного обнаружения воздушных целей в пределах 360° по азимуту. Другой характерной ее особенностью является применение моностатического способа построения вместо традиционного бистатического. Станция размещена в 100 км западнее Парижа.
Проведенные за рубежом исследования в области ЗГ РЛС показали, что повышение точности определения местоположения цели может быть достигнуто за счет использования эталонных источников сигнала, установленных в зоне обзора станции. Калибровка таких станций по точности и разрешающей способности может осуществляться также по сигналам с самолетов, оборудованных специальной аппаратурой.
Зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны в качестве одних из наиболее перспективных и относительно недорогих средств эффективного контроля за воздушным и надводным пространством. Получаемая от ЗГ РЛС поверхностной волны информация позволяет увеличить время, необходимое для принятия соответствующих решений.
Сравнительный анализ возможностей надгоризонтных и загоризонтных радиолокационных средств поверхностной волны по обнаружению воздушных и надводных объектов показывает, что ЗГ РЛС поверхностной волны значительно превосходят обычные радиолокационные средства наземного базирования по дальности обнаружения и способности сопровождения как малозаметных и низколетящих целей, так и надводных кораблей различного водоизмещения. При этом способность обнаружения воздушных объектов на больших и средних высотах чуть ниже, что не влияет на эффективность загоризонтных радиолокационных средств. Кроме того, затраты на приобретение и эксплуатацию ЗГ РЛС поверхностной волны относительно невысоки и соизмеримы с их эффективностью.
Представительными образцами ЗГ РЛС поверхностной волны, которые приняты на вооружение зарубежных стран, являются станции SWR-503 и «Overseer». SWR-503 разработана канадским отделением фирмы «Рейтеон» в соответствии с требованиями министерства обороны Канады. Она предназначена для наблюдения за воздушным и надводным пространством над океанскими территориями, прилегающими к восточному побережью страны, а также для обнаружения и сопровождения надводных и воздушных целей в пределах границ исключительной экономической зоны.
ЗГ РЛС поверхностной волны SWR-503 по контролю за 200-мильной прибрежной зоной может использоваться также для обнаружения айсбергов, мониторинга окружающей среды, поиска потерпевших бедствие судов и самолетов. Для наблюдения за воздушным и морским пространством в районе о. Ньюфаундленд, в прибрежных зонах которого имеются значительные рыбные и нефтяные запасы, уже эксплуатируются две необслуживаемые станции такого типа и оперативный центр управления. Предполагается, что SWR-503 будет применяться для управления воздушным движением самолетов во всем диапазоне высот и наблюдения за целями, находящимися ниже радиолокационного горизонта.
В ходе испытаний РЛС обеспечивала обнаружение и сопровождение всех целей, которые наблюдались другими средствами ПВО и береговой обороны. Проводились также эксперименты, направленные на обеспечение возможности обнаружения крылатых ракет, летящих над морской поверхностью, однако для эффективного решения данной проблемы в полном объеме, согласно оценкам западных специалистов, необходимо расширить рабочий диапазон РЛС до 15-20 МГц. По их расчетам, государства, имеющие протяженную береговую линию, могут устанавливать сеть таких РЛС с интервалом до 370 км для обеспечения полного перекрытия зоны наблюдения за воздушным и морским пространством в пределах своих границ.
Стоимость одного находящегося на вооружении образца ЗГ РЛС поверхностной волны типа SWR-503 составляет 8-10 млн долларов США. Эксплуатация и комплексное обслуживание станции оцениваются примерно в 400 тыс. в год.
ЗГ РЛС Overseer, представляющая новое семейство станций с поверхностной волной, разработана фирмой «Маркони» и предназначена как для гражданского, так и военного применения. Используя эффект распространения волн по поверхности, станция способна обнаруживать на больших дальностях и различных высотах воздушные и морские объекты всех классов, которые невозможно обнаружить обычными РЛС.
При создании станции зарубежные специалисты использовали технические решения, которые позволят получать более качественную информацию о целях на больших площадях морского и воздушного пространства с быстрым обновлением данных.
Стоимость одного образца ЗГ РЛС поверхностной волны Overseer в однопозиционном варианте составляет 6-8 млн долларов. Эксплуатация и комплексное обслуживание станции в зависимости от решаемых задач оценивается в 300—400 тыс. в год.
Продолжается разработка ЗГ РЛС поверхностной волны в Японии, однако ее тактико-технические характеристики ориентированы в основном на проведение контроля гидрометеорологических условий и поверхностных течений в пределах 200-мильной зоны. После усовершенствования программного обеспечения такие станции смогут решать задачи разведки воздушного и надводного пространства.
ЗГ РЛС поверхностной волны, разработанная в КНР, предназначена для контроля прибрежной акватории на дальности около 400 км. В качестве передающей антенной решетки используется логопериодическая антенна. Приемная антенна представляет собой цепь вертикальных заземленных вибраторов.
Дальнейшим развитием ЗГ РЛС поверхностной волны может стать внедрение разностно-гиперболического метода определения координат воздушных объектов. На основе данного метода исследовалась корабельная многопозиционная ЗГ РЛС поверхностной волны по программе SWOTHR (Surface Wave Over-The-Horizon Radar). Новизна и особенность многопозиционной ЗГ РЛС заключаются в смещении акцента при решении задач определения местоположения воздушных и надводных целей на программные, а не аппаратные средства, как это делается в современных ЗГ РЛС. Применение многопозиционного варианта построения станции позволит
заменить сложные антенные поля с линейными размерами в сотни и тысячи метров ненаправленными вертикальными вибраторами для обнаружения цели по азимуту в пределах 360°. Для реализации предусмотренной планами программы по развертыванию РЛС в составе корабельной группы необходимо наличие нескольких оснащенных специальным оборудованием надводных кораблей, а также разработать новое программное обеспечение на основе использования высокопроизводительных ЭВМ.
После оценки результатов исследований зарубежные специалисты сосредоточили свои усилия на создании ЗГ РЛС в однопозиционном варианте по проекту, получившему наименование HFSWR (High Frequency Surface Wave Radar). В рамках этого проекта на базе уже имеющихся ЗГ РЛС поверхностной волны типов SWR-503 и SWR-610 разрабатывается мобильная станция поверхностной волны.
Предполагается, что развертывание ЗГ РЛС и подготовка ее к выполнению боевых задач займут несколько часов. Станция будет способна обнаруживать и сопровождать как малозаметные и низколетящие цели, так и надводные корабли различного водоизмещения, используя в полном объеме доступный спектр оптимальных частот.
Таким образом, зарубежные эксперты прогнозируют дальнейшее повышение возможностей по обнаружению воздушных целей и расширение частотного диапазона ЗГ РЛС пространственной волны главным образом за счет применения средств «радиоподогрева» ионосферы и калибровки. Загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны останутся эффективным средством наблюдения за воздушным и морским пространством. Продолжатся работы по созданию ЗГ РЛС поверхностной волны в мобильном и многопозиционном вариантах.
Советская радиолокационная станция для раннего обнаружения запусков межконтинентальных баллистических ракет. Задача этой станции - обнаруживать пуски ракет в США по изменениям состава ионосферы, вызываемого ракетными двигателями. В СССР было создано всего три таких радара - рядом с городами Николаевым, Комсомольском-на-Амуре и Чернобылем.
Решение о создании загоризонтной радиолокационной системы Дуга № 1 (возле г. Чернобыля) было принято на основании постановлений Правительства от 18 января 1972 и 14 апреля 1975 года. Уже в 1976 году был смонтирован главный радиолокационный узел ЗГРЛС Чернобыль-2. Генеральным проектировщиком ЗГРЛС был Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи (НИИДАР), а главным конструктором и вдохновителем идеи ЗГРЛС - Франц Кузьминский. Возле радара, сооружённого недалеко от города Чернобыля, был создан гарнизон, где жили военные и их семьи.
В гарнизоне была расквартирована воинская часть космической связи № 74939, которой командовал полковник Владимир Мусиец.
Ныне этот объект сильно заражён и, разумеется, не эксплуатируется.
С помощью мощных излучателей военные смогли заглянуть за горизонт. Очевидно, что благодаря таким способностям этот комплекс получил название - загоризонтные радиолокационные станции (ЗГРЛС) или «Дуга-1» (Радиоцентр дальней связи «Чернобыль-2»). Уникальные способности радара кроются в новаторских идеях конструкторов воплотившихся в исполинских размерах конструкций мачт и принимающих антеннах. Трудно говорить о точных геометрических размерах ЗГЛРС. Данные общедоступных источников противоречивы и, вероятно, неточны. Так высота мачт большой антенны составляет от 135 до 150 м, а длина - от 300 до 500 м. Второй радар несколько скромнее. Порядка 250 м в длину и до 100 м в высоту. При таких поражающих воображение,размерах объект виден почти с любого места Чернобыльской зоны отчуждения.
По данным некоторых источников, стоимость капиталовложений составляла семь миллиардов советских рублей (есть информация о 600–700 млн рублей). Для сравнения - это вдвое дороже, чем строительство Чернобыльской АЭС. Очевидно, что строительство ЗГРЛС возле атомной электростанции объясняется в потребности большого энергопотребления. Важно отметить, ЗГРЛС в Чернобыле-2 предназначалась для приёма и обработки сигнала. По имеющейся информации ЗГРЛС потребляла около 10 МВт. Передатчик комплекса располагался возле города Любеча Черниговской области, на расстоянии 60 км от Чернобыльской станции. Антенна в Любече была меньше и ниже, её высота составляла 85 м. На данный момент передатчик уничтожен.
Конструкторы и разработчики ЗГРЛС - Е. Штырен, В. Шамшин, Франц Кузьминский, Э. Шустов
Дата и место строительства первой ЗГРЛС: 1975 год. Город Комсомольск-на-Амуре
Первое опытное включение ЗГРЛС «Чернобыль-2»: 1980 год.
Проектный институт: НИИДАР (Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи
Трагизм ситуации с «Дугой-1» усугубляется тем, что станция была принята на боевое дежурство ПВО СССР в 1985 году, а в 1986 году система была полностью модернизирована и начала проходить Государственную приёмку. И тут взорвался 4-й блок ЧАЭС. До модернизации, использование ЗГРЛС было затруднительным, поскольку часть диапазона рабочих частот совпадала с частотой работы авиационных систем. Некоторые источники утверждают, что после начала работы чернобыльского радара ряд правительств западных стран заявили о недопустимости работы этой системы, которая препятствует безопасной работе гражданской авиации в Европе. Хотя разработчики ЗГРЛС отвергали обвинения и говорили, что возмущение правительств европейских стран заключается в том, что СССР накрыл «колпаком» все воздушное пространство над Европой и страны НАТО не могли ничего этому противопоставить. После модернизации эта проблема совпадения рабочих частот ЗГРЛС с частотами гражданской авиации была решена.
Полное закрытие инфраструктуры города Чернобыль-2 было проведено не сразу - до 1987 года она была законсервирована. Но со временем стало понятно, что эксплуатировать ее в условиях зоны отчуждения невозможно. Основные узлы системы ЗГРЛС были демонтированы и вывезены в г. Комсомольск.
За характерный звук в эфире, издаваемый при работе (стук) получила название Russian Woodpecker (Русский дятел).
Эта станция наделала много шума - когда при её запуске многие западные державы обнаружили её стук на частотах гражданской авиасвязи. Последовал официальный протест от США, Великобритании и других стран. После пришлось было сменить полосу частот для зондирования. Были даже курьёзы, когда радиолюбители многих стран пытались вести противодействие дятлу путём передачи записанного стука в противофазе. Само собой, толку от этого не было.
Попасть в город и подойти к ЗГРЛС сегодня достаточно трудно. Объект режимный и находится под постоянной охраной одного из предприятий в Чернобыльской зоне. Много можно говорить о царящей разрухе и опустошении построек Чернобыля-2, а также о глубине навеваемой тоски, которую испытываешь от созерцания этих мест. Можно много говорить о поглощении природой этого техногенного монстра, которое заключается в «затягивании» бетонных покрытий дорог и тротуаров наносным почвенным субстратом и разложившимися останками растительности. Некоторые кирпичные строения разрушаются из-за деревьев, выросших на крышах, кирпичных стенах строений.
Гигантских размеров антенна комплекса - высотой с небоскрёб (150 м) и шириной в семь футбольных полей (750 м) породила много легенд: например, что она способна воздействовать на психику людей на расстоянии в тысячи километров, или то, что радар являлся геофизическим (климатическим) оружием (эту версию реально рассматривал Конгресс США) и т.д.
Следует рассказать о тех системах, с помощью которых в ближайшем будущем будет создано сплошное поле радиолокационного контроля воздушно-космического пространства страны. А также будет осуществляться контроль воздушного пространства сопредельных стран. Причём на всех высотах - от самой поверхности до ближнего космоса.
Задача эта нетривиальная, учитывая огромные пространства нашей страны. Решить её можно с помощью нетривиальных же технических средств. И такие средства у нас есть. 2 декабря этого года в Мордовии на опытно-боевое дежурство заступила РЛС загоризонтного обнаружения нового поколения 29Б6 «Контейнер» .
Это первый узел создаваемой сети станций разведки и предупреждения о воздушно-космическом нападении. Система будет построена на основе новых радиолокационных станций (РЛС), в том числе и загоризонтных (ЗГРЛС) 29Б6. В чём их принципиальное отличие от других РЛС?
Прежде всего - в дальности действия. ЗГРЛС «Контейнер» способна обнаруживать цели на дальности около 3000 км . Причём как цели на высотах до100 км, так и низколетящие цели у самой земли или поверхности моря! Станция, заступившая на дежурство близ города Ковылкино (в 100 км от столицы Мордовии Саранска), в западном направлении способна просматривать всю территорию Польши и Германии. А поскольку станция имеет гигантский сектор обзора - 180 градусов, - в зону контроля попадает вся Турция, Сирия и Израиль на юге; всё Балтийское море и Финляндия на северо-западе. Как такое возможно? Чтобы в этом разобраться, придётся немного остановиться на технических подробностях.
Станции 29Б6 относятся к так называемым загоризонтным станциям поверхностной волны . Её принцип действия отличается от надгоризонтных станций. Как известно, Земля имеет форму шара. По этой причине обычная РЛС - не «видит» то, что происходит у поверхности земли, за пределами радиогоризонта (зоны прямой радиовидимости). Мощные РЛС способны отслеживать цели на огромных дальностях и высотах, в том числе и в космосе. Но не на низких высотах - зона прямой радиовидимости ограничивается всего лишь десятками километров. Размещение РЛС на возвышенностях и мачтовых устройствах, конечно, позволяет расширить радиогоризонт. Но всё равно лишь на дальность до100 км.
Приподнять РЛС выше над горизонтом могут только самолёты дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО). Но у них тоже есть существенные недостатки. Мощность сигнала «воздушных радаров», качество приёма и обработки отражённых сигналов - ограничены весом аппаратуры, которую способен поднять в воздух самолёт. Кроме того, самолёт ДРЛО достаточно уязвим для наземных средств радиоэлектронной борьбы и различных средств поражения.
ЗГРЛС поверхностной волны способна заглядывать далеко за горизонт, при этом не поднимаясь в воздух . Такая станция излучает радиосигнал вверх. Отражаясь от ионосферы Земли как от зеркала, сигнал снова уходит к земной (или водной) поверхности, но уже далеко за горизонтом. Достигнув земли, радиосигнал рассеивается, но небольшая часть сигнала возвращается назад (также отражаясь от ионосферы) к приёмным устройствам РЛС.
Приёмная часть ЗГРЛС может находиться довольно далеко от излучающей . Так, в Мордовии находится приёмная часть новой ЗГРЛС и аппаратная часть выделения и обработки полезного сигнала. А излучающая часть - в Нижегородской области. В целом это достаточно крупные сооружения. Они состоят из десятков антенно-фидерных мачт, имеющих высоту более30 метров. В Ковылкино линия таких мачт растянулась почти на полтора километра. Несмотря на это, ЗГРЛС вполне мобильна.
Антенно-мачтовые системы могут достаточно быстро собираться на оборудованных площадках. А вся аппаратура, включая мощный вычислительный комплекс, размещается в транспортируемых контейнерах. Благодаря тому, что ЗГРЛС «Контейнер» не требует строительства специальных капитальных сооружений, ввод в строй новых станций может происходить достаточно быстро.
ЗГРЛС 29Б6 «Контейнер» работает на коротких радиоволнах (декаметровых, от 3 до 30 МГц) . Именно они отражаются от ионосферы с малыми потерями. Для волн такой длины не существует так называемой «технологии стелс» (технологии пассивного снижения радиозаметности). Любой «малозаметный» летательный аппарат, крылатая ракета или корабль будут давать отличный отражённый сигнал, к тому же усиленный вторичным излучением (переотражениями внутри конструкции).
Сама идея загоризонтной локации не нова. Её предложил ещё в 1946 году советский учёный и конструктор Николай Кабанов. Но реализация идеи оказалась связанной с большим объёмом научной и технической работы. И к станции «Контейнер» мы шли долгим и непростым путём. Позволим себе небольшой исторический экскурс.
Первая экспериментальная ЗГРЛС появилась у нас в начале 60-х годов в районе города Николаев . В 1964 г. она впервые обнаружила ракету, стартовавшую с Байконура, на дальности 3000 км. А затем были построены и две боевые ЗГРЛС «Дуга» - одна близ Чернобыля (в начале 70-х), другая в районе Комсомольска-на-Амуре (в начале 80-х). Они должны были входить в систему предупреждения о ракетном нападении и были направлены на Северную Америку (только с разных сторон земного шара).
Две «Дуги», дублируя друг друга, контролировали всю территорию США и обширные прилегающие пространства. Они должны были обнаруживать пуски баллистических ракет у самой поверхности Земли, чтобы ответный ядерный удар был нанесён раньше. Дальность их действия достигала фантастических10.000 км. Она достигалась благодаря многократному отражению сигнала от ионосферы и поверхности Земли.
РЛС загоризонтного обнаружения 29Б6 «Контейнер»
Впрочем, такие «многоскачковые» ЗГРЛС имели существенный недостаток. Они не обладали точностью. «Дуги» не позволяли точно определять координаты целей из-за того, что луч несколько раз «бился» об ионосферу. Дополнительные искажения в работу «Дуг» вносили хаотические возмущения ионосферы, которые тогда были слабо изучены, а компенсация этих искажений ещё не была отработана.
Строительство боевых «Дуг» было начато до завершения экспериментов на опытной станции в Николаеве, когда ещё не был накоплен достаточный опыт загоризонтной локации. К тому же уже в конце 80-х американцы построили в Норвегии, а затем и в Японии и на Аляске мощные излучающие системы. Они должны были создавать нелинейные эффекты в ионосфере, мешающие нормальному функционированию ЗГРЛС. С этими эффектами научились бороться, правда, не сразу.
Но, тем не менее, «Дуги» так и не были приняты на вооружение . А система раннего предупреждения обходилась надгоризонтными станциями, которые могли обнаруживать не взлетающие баллистические ракеты, а только их атакующие боевые блоки. Сейчас обнаружение пусков баллистических ракет в системе предупреждения о ракетном нападении выполняет космический эшелон в составе спутниковой группировки.
Стоит сказать, что ЗГРЛС «Дуга» всё же оставила свой след в истории. Она породила массу сказок о «психотронном излучении» и «климатическом оружии». Дело в том, что начало работы «странной советской радиостанции» (в 1976 году) невозможно было не заметить. Мощность сигнала была такова, что он принимался обычными радиоприёмниками по всему миру. Он был слышен как пульсирующий стук, благодаря которому станция быстро получила прозвище «Русский дятел». Вдобавок «Дуга» нарушала радиосвязь, поскольку работала на частотах, которые активно использовались по всему миру.
США, Великобритания и Канада даже выражали Советскому Союзу протест, правда, без какого-либо результата. При этом назначение столь странного радиосигнала долго оставалось загадкой. Естественно, заголовки западной прессы быстро заполнились предположениями, что «русские хотят воздействовать на сознание людей во всём мире ». А известие, что сигнал направлен на ионосферу, быстро привёл к предположениям о воздействии «коварных русских» на климат Земли. Отголоски этих небылиц и сегодня будоражат умы, в том числе и у нас.
Второй загоризонтной системой, уже гораздо более совершенной, стали станции «Волна» . Их появление было бы невозможно без участия выдающегося советского государственного деятеля - главкома ВМФ Сергея Георгиевича Горшкова. Сложности с первыми ЗГРЛС привели к скептическому отношению к ним у советского руководства. Тогда как Сергей Георгиевич был настоящим подвижником прорывных военных технологий. Его стараниями на флоте были испытаны первые боевые лазерные системы и системы, использующие электромагнитные импульсы как поражающий фактор. Хотя действительно эффективные образцы такого оружия появляются только сегодня, к заслуге советского главкома ВМФ следует отнести то, что он не боялся взять на себя ответственность, давая ход разработкам, которые казались тогда фантастическими.
Станции «Волна» конструировалась в интересах флота. Она предназначалась для контроля надводной и воздушной обстановки в ближней 200-мильной зоне и радиолокационной разведки в дальней зоне до 3000 км . «Волна» не должна была «освещать» территорию США, поэтому работала в пределах одного отражения сигнала от ионосферы. Это позволило добиться большой точности получаемых данных о целях, недостижимой для станций предыдущего поколения.
Загоризонтный радиолокатор дальней зоны «Волна» (ГП-120)
В 1986 году станция «Волна» начала работать в экспериментальном режиме на Дальнем Востоке (недалеко от Находки) . Она постоянно совершенствовалась, модернизировался её программно-алгоритмический комплекс, повышался энергетический потенциал. К 1990 году станция устойчиво обнаруживала и сопровождала авианесущие группировки США в Тихом океане на дальностях гораздо выше3000 км, а отдельные воздушные цели ― на дальностях до2800 км.
В 1999 году на Камчатке, также в интересах флота, была построена новая ЗГРЛС «Телец» . Она использует сигнал меньшей мощности и служит для обнаружения кораблей и воздушных целей на дальности до250 км. Развитием «Тельца» стали береговые ЗГРЛС «Подсолнух», которые строятся сейчас в различных частях нашей страны и даже предлагаются на экспорт. Дальность их действия составляет около450 км.
Ну и наконец, вслед за флотом новые загоризонтные станции появляются и в войсках ПВО/ВКО . Станция 29Б6 «Контейнер» является развитием флотской «Волны». Она начала функционировать в экспериментальном режиме ещё в 2002 году. С этого времени был накоплен огромный опыт загоризонтной радиолокации, а технические средства самой станции неоднократно модернизировались.
В настоящий момент все основные режимы её использования отработаны, а на Дальнем Востоке начата подготовка к возведению уже серийной станции «Контейнер». Всего будет построено более десяти подобных станций, что позволит в короткие сроки покрыть сплошным радиолокационным полем всю территорию страны и обширное прилегающее воздушно-космическое пространство.
ЗГ РЛС являются доплеровскими, т. е. используют для выделения полезных сигналов из помех доплеровское смещение частоты сигналов, отраженных движущимися целями. Станции, использующие принцип обратного рассеяния, вследствие значительных трудностей, связанных с обеспечением развязки между мощной передающей и высокочувствительной приемной системами, в большинстве случаев строят с разнесением на некоторое расстояние передающей и приемной систем (от десятков до одной-двух сотен километров). Рассмотрим принцип построения основных составных частей ЗГ РЛС.
Антенно-фидерные устройства. Специфические условия работы ЗГ РЛС, определяют основные требования, предъявляемые к АФУ.
Антенна должна иметь большой коэффициент усиления (20...30 дБ) перекрывать широкий диапазон частот (коэффициент перекрытия по частоте РЛС в целом составляет 5..6, обеспечивать быстрое сканирование в широком азимутальном секторе. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать излучение сигналов с большой мощностью (средняя мощность -несколько сотен киловатт).
Указанные требования определяют построение АФУ в виде фазированных решеток.
Для излучения сигналов значительной мощности в декаметровом диапазоне в зарубежных ЗГ РЛС используется несколько передающих устройств, работающих на элементарные излучатели, образующие передающую антенную решетку. Для обеспечения широкоугольного сканирования луча относительные фазы сигналов передатчиков должны изменяться во времени, для чего используется специальная система фазирования, связанная с датчиками, устанавливаемыми на входах элементарных излучателей.
Широкоугольный обзор пространства в азимутальной плоскости в приемных АФУ достигается путем использования специальных диаграммоформирующих схем (ДФС), подключаемых к элементарным излучателям приемной антенной решетки. При этом путем коммутации линий задержки различной длины, входящих в ДФС, можно обеспечивать сканирование луча, либо при введении в ДФС разветвленных схем фазирования формировать многолучевую (веерную) ДН. К выходам ДФС подключают приемные устройства.
К ДН, формируемым АФУ в угломестнойплоскости, предъявляют требования максимального прижатия их к горизонту, что определяется условиями распространения сигналов декаметрового диапазона. При использовании антенн горизонтальной поляризации требования прижатия к горизонту луча приводят к необходимости создания антенных сооружений значительной высоты. При использовании антенн с вертикальной поляризацией для прижатия луча к горизонту и уменьшения потерь в Земле осуществляют металлизацию предполья антенны. Металлизация представляет собой сетчатый (проволочный) экран, уложенный на Земле,или, во избежание дополнительных потерь в снежном покрове, размещенный на расстоянии 1,5...2 м над поверхностью Земли.
Основным требованием к излучающим элементам, составляющим передающую антенную решетку, является постоянство входного сопротивления излучателя в диапазоне рабочих частот и в заданном секторе сканирования. Обеспечение этого требования с учетом взаимных связей излучателей в решетке представляет собой сложную инженерную задачу. В качестве элементарного излучателя в антенных решетках декаметрового диапазона часто используются шунтовые широкодиапазонные вибраторы.
В ряде зарубежных РЛС применяются также логопериодические антенны. При этом широко используются различные модификации логопериодических антенн: леерной и самонесущей конструкции, горизонтальной и вертикальной поляризации, с симметричным и несимметричным входом.
Передающая система . Она состоит из двух основных частей: комплекса передающей аппаратуры и антенной системы.
Основными требованиями к комплексу передающей аппаратуры ЗГ РЛС, работающих в декаметровом диапазоне, в соответствии со сказанным выше являются: большая ширина перекрываемого диапазона рабочих частот; высокий уровень мощности зондирующего сигнала; максимальная чистота спектрального состава при заданных видах модуляции формируемого в передающей аппаратуре зондирующего сигнала.
Если требуется одновременный обзор зоны 1000...4000 км на всю ее глубину, то необходимо, чтобы рабочая частота РЛС могла выбираться приблизительно в пределах ±25% от номинала рабочей частоты.
Сочетание разброса величин МПЧ относительно медианных значений с требованием глубины контролируемой зоны по дальности приводит к необходимости иметь полный диапазон частот перестройки станции с коэффициентом перекрытия по частоте, равным 2-3. Для РЛС с большой азимутальной шириной зоны контроля может потребоваться диапазон 4...32 МГц.
При распространении радиоволн в направлении объекта, подлежащего обнаружению, и при обратном распространении сигнала, рассеиваемого объектом в направлении приемной антенны, затухание радиоволн достигает весьма больших значений. Чтобы обеспечить достаточный для обработки уровень сигнала на входе приемной аппаратуры, уровень средней мощности излучаемого сигнала должен составлять от сотен киловатт до единиц мегаватт.
Требование излучения сигнала с такой высокой мощностью приводит к построению передающего комплекса, состоящего из многоканального усилителя и антенной системы в виде ФАР. При использовании такой схемы суммирование сигналов отдельных излучателей, соединенных с соответствующими каналами усилителя мощности, происходит в пространстве в дальней зоне относительно местоположения антенны. Благодаря этому эквивалентная мощность зондирующего сигнала дополнительно увеличивается пропорционально коэффициенту усиления антенны. Необходимость управления направленностью излучения для перекрытия заданного сектора обзора по азимуту привела к дополнительному требованию по созданию необходимого фазового распределения сигналов на излучателях в раскрыве антенного полотна и по обеспечению быстродействующего управления фазовым распределением для перекрытия заданного сектора обзора.
В качестве зондирующих сигналов используют непрерывные и импульсные сигналы, а также сигналы с ЧМ. или с различным видом кодирования. Длительности импульсов ЗГ РЛС находятся в пределах от сотни микросекунд до единиц миллисекунд, частоты повторения - единицы и десятки герц. Для когерентной, обработки принимаемого сигнала и выделения доплеровских составляющих спектра в этих РЛС формируются зондирующие сигналы, имеющие высокую точность и стабильность рабочей (несущей) частоты.
Передающий комплекс. Комплекс передающей аппаратуры должен состоять из элементов, обеспечивающих выполнение указанных выше функциональных задач. В передающем комплексе информация о параметрах модуляции сигнала, о выбранной рабочей частоте и о требуемом фазовом распределении сигналов в каналах усиления мощности, поступающая от приемной системы, преобразуется в аппаратуре управления и передается в виде команд на соответствующие исполнительные элементы комплекса. От приемной системы поступают также сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы аппаратуры передающей и приемной систем. В исполнительных элементах комплекса производится формирование сигнала с заданной структурой и передача в соответствующие каналы усилителя мощности. В аппаратуре каждого канала усиления мощности производятся фазирование и усиление сигнала до необходимого уровня и передача его на вход фидерного тракта, соединяющего выход каждого канала с соответствующим излучателем антенного полотна.
В аппаратуре функционального контроля производятся оценка работоспособности элементов комплекса передающей аппаратуры и проверка соответствия параметров зондирующего сигнала заданным параметрам.
Система формирования зондирующего сигнала. В одной из возможных систем построения аппаратуры формирования сигнала все сигналы формируются из одного и того же основного опорного сигнала, получаемого от специального высокостабильного генератора. Требуемая структура зондирующего сигнала формируется на относительно низком уровне мощности.
Канал усиления мощности. Функциональными задачами аппаратуры каждого канала усиления мощности являются: задание сигналу необходимой фазы в соответствии с требуемым фазовым распределением в раскрыве ФАР; усиление сигнала до необходимого уровня при минимальных искажениях амплитудной и фазовой структур.
Каждый канал усиления мощности может быть охвачен цепью обратной связи, обеспечивающей автоматическое регулирование амплитуды и фазы. Система автоматического регулирования предназначена для компенсации фазовых и амплитудных флуктуации и обеспечения необходимой чистоты спектрального состава зондирующего сигнала.
Аппаратура управления и синхронизации. Эта аппаратура обеспечивает связь комплекса передающей аппаратуры с остальной аппаратурой станции и формирует необходимые управляющие сигналы в соответствии с установленной программой работы и информацией, поступающей от вычислительного комплекса. Управляющие сигналы формируются с учетом данных о работоспособности элементов комплекса, поступающих в аппаратуру управления от аппаратуры функционального контроля.
Аппаратура формирует также сигналы управления техническим состоянием элементов комплекса.
Аппаратура функционального контроля. Эта аппаратура обеспечивает получение информации о работоспособности элементов комплекса передающей аппаратуры и об основных параметрах излучения.
Приемная система . В одном из возможных вариантов построения приемной системы ЗГ РЛС в ее состав входят:
АФУ; приемные устройства трактов обнаружения, трактов определения оптимального поддиапазона рабочих частот и приемные устройства тракта выбора рабочего канала;
вычислительный комплекс, состоящий из спецвычислителей и универсальных ЭВМ и обеспечивающий решение задач первичной обработки сигналов, обнаружения, определения оптимального поддиапазона и выбора рабочего канала на основе использования информации, поступающей от приемных устройств соответствующих трактов;
аппаратура синхронизации, содержащая высокостабильный генератор сигнала опорной частоты и узел формирования сетки частот, необходимой для синхронизации и управления работой всей аппаратуры приемной позиции;
аппаратура управления работой РЛС и индикации, обеспечивающая отображениенеобходимой информации об обнаруживаемыхобъектах и о техническом состоянии всей аппаратуры станции;
аппаратура межпозиционной связи для обмена сигналами синхронизации и управления, а также информацией о техническом состоянии аппаратуры.
В последние годы благодаря значительным достижениям электронной техники стало возможным практическое внедрение техники цифровой обработки сигналов, обладающей рядом важных преимуществ по сравнению с аналоговой. Это позволяет достаточно широко вводить адаптивные системы обработки информации, что улучшает основные характеристики РЛС.
Тракт обнаружения . Этот тракт является основным в РЛС и обеспечивает обнаружение объекта, глубоко скрытого за линией горизонта. Структура тракта, алгоритмы обработки и аппаратурное построение определяются назначением и характеристиками станции. Однако в любом варианте можно выделить некоторые основные особенности, присущие трактам обнаружения ЗГ РЛС:
работа тракта обнаружения одновременно на нескольких рабочих частотах, что обеспечивает уменьшение потерь информации, связанных с довольно резкой в декаметровом диапазоне зависимостью затухания электромагнитной энергии в процессе распространения от частоты;
одновременный или квазиодновременный обзор зоны ответственности несколькими парциальными ДН, что приводит к многоканальности построения тракта обнаружения;
введение в каждый из каналов тракта обнаружения для подавления пассивных помех специальной аппаратуры пространственной и спектрально-временной компенсации.
Загоризонтные РЛС работают, как правило, со сложными зондирующими сигналами с линейно-частотной (ЛЧМ) или фазоквой модуляцией. Частота повторения при импульсном режиме работы определяется границей зоны ответственности по дальности. Ширина спектра зондирующего сигнала ограничена возможностями декаметрового диапазона, а также необходимостью снижения мешающего действия радиосредствам, работающим в соседних каналах, и имеет величину от сотен герц до десятков килогерц. В соответствии с такой шириной спектра разрешающая способность по дальности имеет величину не лучше нескольких километров.
В ЗГ РЛС обнаружение полезных сигналов ведется на фоне интенсивных резко нестационарных активных и пассивных помех. Для решения задачи обнаружения в таких условиях целесообразно применять адаптацию характеристик тракта к помеховой обстановке. В частности, необходимы пространственная адаптация, позволяющая минимизировать влияние радиосигналов, приходящих не с главного направления и принимаемых по боковым лепесткам ДН АФУ, и частотная адаптация, позволяющая путем отслеживания изменения спектральных характеристик пассивной помехи (доплеровского смещения спектральных линии и величины их уширения в процессе распространения) обеспечивать максимально возможное ее подавление.
Обычно теоретически оптимальные структуры оказываются чрезвычайно сложными и не могут быть реализованы из-за большого объема требуемой вычислительной аппаратуры. На практике, как правило, применяются квазиоптимальные схемы, в которых обработка разбивается на ряд последовательно выполняемых этапов. Это позволяет значительно упростить ее. Однако в результате упрощения неизбежно возникают потери в эффективности обработки и соответственно в возможностях обнаружения целей. Поэтому вопрос о разбиении обработки на этапы требует соблюдения необходимых предосторожностей и нахождения разумных компромиссов. Правильное решение вопроса зависит от условий работы станции и может быть различным для различных конкретных случаев.
Устройство пространственной обработки. Адаптивное формирование ДН приемной антенны в условиях наличия пространственно сосредоточенных источников помех является одним из важнейших средств увеличения отношения сигнал-помеха в тракте обнаружения. Суть пространственной обработки состоит в весовом суммировании сигналов, синхронно снимаемых, с приемных каналов различных элементов антенной системы. При этом сигнал y i на выходе устройства пространственной обработки, соответствующий приему с j-го азимутального направления, определяется скалярнымпроизведением векторов X иW j:
где п - номерприемного канала; X - вектор-столбец выборок, снимаемых с выходов приемных каналов в текущий момент времени; W - вектор-столбец межканальных весов; T-индекстранспонирования.
Вектор весовых коэффициентов Wj opt , максимизирующих отношение сигнал-помеха для сигналов, приходящих с j-го азимутального направления приема, в случае использования винеровского фильтра определяется соотношением
где r - межканальная ковариационная матрица выборок помехи, снимаемых с выходов приемных каналов в произвольный момент времени; - вектор, комплексно сопряженный с вектором коэффициентов усиления ДН приемных каналов в j-м азимутальном направлении приема.
Отметим, что при формировании адаптивной антенной решетки с числом элементов N операция обращения ковариационной матрицы R требует примерно N 3 арифметических действий. Поэтому для работы вреальном масштабе времени при больших N требуютсявычислительные средства высокой производительности.
Эффективным способом упрощения обработки является предварительное разбиение антенны на субрешетки, объединяющие некоторое число L элементов решетки, с неадаптивным формированием ДН на каждой из них. Для формирования адаптивнойДН в этом случае в качестве элементов антенны используются субрешетки, что приводит к сокращению числа каналов адаптациии соответственно размерности матрицы R b L раз.
Устройство спектрально-временной обработки. Сигнал, поступающий на вход устройства спектрально-временной обработки, представляет собой аддитивную смесь полезного сигнала, пассивной помехи и активной помехи. Характеристики полезного сигнала определяются типом лоцируемого объекта.
При обнаружении сигнала с неизвестными параметрами должна производиться многоканальная обработка по частоте и времени путем реализации алгоритма для каждого элемента разрешения в заданной области.
В случае обнаружения объектов (например, самолетов), у которых отраженный сигнал имеет узкий (существенно уже частоты повторения) спектр флуктуации, практическая реализация устройства обработки значительно упрощается. Вследствие узкополосности сигнала его спектр сосредоточен (при построении узла межпериодной обработки в виде анализатора спектра) в пределах одного канала обнаружения. Однако ввиду неизвестности доплеровской частоты полезного сигнала должно быть реализовано несколько каналов, перекрывающих интервал частот от нуля до частоты, равной частоте повторения.
При узкополосном спектре флуктуации полезного сигнала имеет место проблема так называемых «слепых скоростей», проявляющихся при кратности доплеровской частоты сигнала частоте повторения. Известны традиционные методы решения этой проблемы, например, путем вобуляции частоты повторения РЛС.
Тракт определения оптимального поддиапазона рабочих частот. Для эффективной работы ЗГ РЛС важно иметь полученные в реальном масштабе времени характеристики трассы распространения, а также данные о занятости частотного диапазона. Важно также, чтобы параметры внешней среды оптимальным образом согласовались с параметрами РЛС.
Одно из возможных решений задачи согласования параметров РЛС (таких, как рабочая частота) с характеристиками трассы распространения (амплитудно-частотными и дальностно-частотными) заключается во введении в состав РЛС специального тракта определения оптимального поддиапазона рабочих частот. Назначение этого тракта должно заключаться в выборе поддиапазона частот, в котором затухание на трассе распространения минимально, с целью оптимизации работы тракта обнаружения полезного сигнала.
Основная информация, которая используется в рассматриваемом тракте, основывается на зависимостях амплитуд сигналов и величины их задержек от рабочей частоты. Эти зависимости определяются амплитудно-частотными и дальностно-частотными характеристиками. Для получения указанных характеристик в тракте оптимальных рабочих частот должно осуществляться непрерывное частотное сканирование в широком диапазоне частот. Конструктивно данный тракт может представлять собой самостоятельную РЛС, входящую в состав основной РЛС, со своим возбудителем и отдельными приемными устройствами. Усилители мощности передающего комплекса и передающая и приемные антенны могут быть совмещены с соответствующими устройствами тракта обнаружения. Излучение для рассматриваемого тракта должно осуществляться на частотах, отличных от частот тракта обнаружения, в паузах между посылками импульсов, излучаемых по основному тракту.
Задача оптимизации частоты решается путем анализа амплитудно-частотных и далыюстно-частотных характеристик сигналов.
Тракт выбора рабочего канала. Наряду с выбором оптимального поддиапазона рабочих частот необходим контроль за всем этим поддиапазоном для установления его загрузки работой различных радиотехнических средств. Контроль занятости выбранного поддиапазона может помочь при выборе точного значения рабочей частоты РЛС и ширины полосы излучения, имея в виду выбор канала и режима работы с минимальным уровнем помех и с наименьшим воздействием на работу других радиотехнических средств. Задача тракта выбора рабочего канала заключается в определении конкретных номиналов рабочих частот для тракта обнаружения в пределах области оптимальных рабочих частот. Рабочие каналы выбираются из условий минимального уровня помех с учетом полосы частот тракта обнаружения. Аппаратура тракта выбора рабочего канала представляет собой приемное устройство, которое анализирует уровень помех в зависимости от частоты.
Вычислительный комплекс. Этот комплекс должен обладать высокой производительностью и большим объемом оперативной и командной памяти, поскольку в нем осуществляется вторичная обработка информации, поступающей со всех основных трактов станции, а также решаются задачи контроля их работы, управления и документирования.
Похожая информация.