Летающие радары в прошлом и настоящем

Первые самолеты с бортовыми РЛС не отличались большими возможностями – максимум, что могли их радары, это помочь обнаружить в плохую погоду или темное время суток неприятельский самолет на дистанции несколько километров и обеспечить сближение с целью до дистанции эффективного огня бортового вооружения. С тех пор положение дел изменилось кардинальным образом. Сегодня крылатые машины дальнего радиолокационного обнаружения и управления (ДРЛОиУ) – важнейший элемент воздушной мощи развитых стран.

Идея установить на самолет радиолокационную станцию появилась практически сразу после создания первых работоспособных РЛС к концу 30-х годов, и вспыхнувшая вскоре Вторая мировая война лишь подстегнула работы в этой сфере.

 

На базе торпедоносцев, бомбардировщиков и охотников за субмаринами

Вслед за истребителями бортовыми радарами практически одновременно начали оснащать патрульные самолеты морской авиации, облегчая им поиск кораблей и подлодок противника. Но ни одна из этих машин не могла претендовать на роль самолета дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО), оно оставалось уделом крупногабаритных наземных и корабельных РЛС, а об управлении воздушными операциями с летающего командного пункта и вовсе еще никто не задумывался.

Наиболее остро потребность в машинах ДРЛО проявилась в боях на Тихом океане, где редкие островки, разбросанные на огромном удалении друг от друга, не давали возможности создать работоспособную сеть наземных РЛС, а бортовые радары боевых кораблей не позволяли заглянуть за горизонт на расстояние, достаточное для того, чтобы своевременно засечь приближающиеся неприятельские самолеты.

«В 10 часов 55 минут радиолокационная установка обнаружила большую группу вражеских самолетов, подходившую с северо-востока. В 11 часов 13 минут наблюдатели «Лексингтона» заметили первый японский самолет, – так американский адмирал Фредерик Шерман вспоминает начало японской атаки с воздуха авианосца «Лексингтон» в ходе сражения в Коралловом море в мае 1942 года. – Единственная радиолокационная установка одного из первых образцов, которая находилась у нас на борту, обнаруживала самолеты противника на расстоянии 68 миль, но не давала никаких данных о высоте их полета… Было трудно также отличать свои самолеты от вражеских».

Отсутствие информации о высоте полета машин противника не позволяло заблаговременно выслать им навстречу истребители. Был велик риск: летчики просто не смогут обнаружить врага, особенно с учетом того, что война только начиналась и ВМС США еще не располагали сведениями о стандартных высотах подхода к цели японских ударных самолетов. В результате пилоты, взлетевшие с «Лексингтона», перехватили японцев лишь в двадцати милях от авианосца и на таком расстоянии от цели остановить или хотя бы проредить волну из 60 (по другим данным – 69) торпедоносцев, пикировщиков и истребителей уже не представлялось возможным.

Радиолокационная станция Днепр

С середины 1960-х годов проводились работы по модификации РЛС «Днестр», в результате которых стало возможным появление радиолокационной станции нового типа – РЛС Днепр. Новая станция обладала усовершенствованными антеннами: сектор обзора каждой из двух антенн был увеличен до 60 градусов, рупор укоротили с 20 метров до 14 и установили поляризационные фильтры, благодаря которым точность измерения по углу места значительно возросла. Новые мощные передатчики и фазирование их в антеннах увеличили дальность действия станции, также улучшилась работа на нижних углах.

Одним из новшеств на станциях такого типа стало применение режима межтактового когерентного накопления сигналов. Установка более мощной ЭВМ увеличила пропускную способность РЛС в два раза. В результате дальность обнаружения станции «Днепр» составила 2 500 км.

После успешных испытаний в 1974 году было принято постановление про доведение существующих станций до нового уровня. Спустя восемь лет, с августа 1970 года по февраль 1973 года, на вооружение были поставлены несколько станций типа «Днепр», которые были установлены на узлах раннего обнаружения ракет, а также на узлах обнаружения космических спутников. Но работы по улучшению оборудования продолжались, что дало возможность создать новую модификацию - РЛС «Днепр-М».

Радиолокационная станция Днестр

По поручению правительства СССР в 1954 году Конструкторское Бюро №1 в рамках программы обеспечения безопасности воздушного пространства страны, приступило к разработке радиолокационной станции РЛС Днестр. В задачу РЛС входило обнаружение головных частей баллистических ракет при прохождении активного участка территории.

Параллельно с этим в Радиотехнической лаборатории Академии Наук СССР проводились работы по созданию альтернативных вариантов технической составляющей системы противоракетной обороны. По результатам проведения совместных испытаний было принято решение в качестве основы для создания РЛС нового типа использовать станцию «ЦСО-П», которая работала в метровом диапазоне.

На то время создание станций дальнего обнаружения было делом совершенно новым. По праву его можно назвать прорывом в развитии систем радиолокации: если ранее РЛС занимались обнаружением самолетов на расстояниях, исчисляемых сотнями километров, то теперь они должны были научиться "видеть" головные части ракет, находящиеся за тысячу километров и по своим размерам намного уступающие самолетам. К тому же скорость перемещения ракет в сотни разы превышает скорость самолетов, что намного усложняло задачу.

В ходе испытаний выяснилось, что метровый диапазон, выбранный для обеспечения дальности действия РЛС, оказался удачным. В 1967 году первая станция была успешно опробована в работе и принята на вооружение.

Станция представляла собой двухэтажное здание, на котором располагались две антенны, каждая с сектором сканирования в 30 градусов. Ориентация секторов обзора производилась в одном направлении, а углы места создавали вертикальный веерный барьер. Управление станцией осуществлялось при помощи ЭВМ М-2, работающей на полупроводниковой элементной базе, что в те времена было новинкой.

В 1967-1968 годах был развернут комплекс, состоявший из двух командно-вычислительных центров, под чьим управлением находились 8 сдвоенных станций «Днестр». Комплекс создал радиолокационный барьер в 5 000 км и мог обнаруживать космические аппараты на высоте до 3 000 км. Но работы по усовершенствованию станции не прекращались, в частности была увеличена длительность зондирующего сигнала, что увеличило дальность действия; повышена разрешающая способность и точность в измерении дальности; был применен новый метод пеленгации по азимуту; также была усовершенствована программа управления ЭВМ. Впоследствии эти и другие усовершенствования легли в основу новой модификации РЛС «Днестр» - станции РЛС «Днепр».

Источник

A signal processing view of strip-mapping synthetic aperture radar

Munson, D.C., Jr.; Visentin, R.L., "A signal processing view of strip-mapping synthetic aperture radar," Acoustics, Speech and Signal Processing, IEEE Transactions on , vol.37, no.12, pp.2131,2147, Dec 1989. doi: 10.1109/29.45556

Abstract: The authors derive the fundamental strip-mapping SAR (synthetic aperture radar) imaging equations from first principles. They show that the resolution mechanism relies on the geometry of the imaging situation rather than on the Doppler effect. Both the airborne and spaceborne cases are considered. Range processing is discussed by presenting an analysis of pulse compression and formulating a mathematical model of he radar return signal. This formulation is used to obtain the airborne SAR model. The authors study the resolution mechanism and derive the signal processing relations needed to produce a high-resolution image. They introduce spotlight-mode SAR and briefly indicate how polar-format spotlight processing can be used in strip-mapping SAR. They discuss a number of current and future research directions in SAR imaging

Reference

Wide-angle radar imaging using time-frequency distributions

Lanterman, A.D.; Munson, D.C., Jr.; Wu, Y., "Wide-angle radar imaging using time-frequency distributions," Radar, Sonar and Navigation, IEE Proceedings - , vol.150, no.4, pp.203-11,, 1 Aug. 2003. doi: 10.1049/ip-rsn:20030712

Abstract: Low-frequency radar systems provide some attractive advantages in a few niche applications, such as foliage penetration and covert operation. In low-frequency imaging systems, data must be collected over a wide range of angles to obtain cross-range resolution comparable to that obtainable from a competing small-angle high-frequency system. The reflectivity of a target varies with aspect angle; although this variation is usually ignored by traditional radar imaging algorithms, it sometimes cannot be neglected in wide-angle scenarios. To account for aspect dependence of reflectivity, time-frequency transforms have been invoked to generate a series of images corresponding to different look angles; these images may be considered individually or synthesised into a single image. A simple theoretical analysis with a point scatterer illustrates why the angular dependence needs explicit consideration. The potential of time-frequency methods is illustrated via simulations

Reference

The Macqueripe Missile Tracking Station - Project Trinidad

During the height of the Cold War, tensions were high between the USA and Russia. The threat of catastrophic Inter-Continental Ballistic Missiles was very real, and the USA’s main strategy for defense was Mutually Assured Destruction. The rationale was that if the Russians hit the US, that they’d be hit in exchange, and that essentially it would be suicidal for Russia to attack first.

Enter the need for the Ballistic Missile Early Warning System. Major major technological advancement for the time. To test the technology, the US used land that they had leased from the Trinidad and Tobago government (displacing my family, and many others, but that’s another chapter in local history). The tests were successful and the radar network became operational in the 1960s.

 

On August 8th, 1960, another first.

The first intercontinental voice message relayed via satellite was transmitted from the Missile Tracking Station at Macqueripe, Trinidad and received at Floyd Air Force base, New York. The very first. The pre-cursor technology that led to cell phones, the internet, satellite radio, GPS. It all started right here, in Trinidad.

Source