История развития пеленгационной техники

В предыдущих сериях:
Введение и анализ литературных источников
История развития радиопеленгования

Уже в 1889 году А.С. Попов высказал предположение о возможности использования «лучей электрической силы», или «лучей Герца», для передачи сигналов на расстоянии без проводов. Он собственноручно изготовил приборы для научных исследований и лекционных демонстраций. В ряде музеев сохранились собранные им лично или под его наблюдением вибраторы Герца, трансформаторы Томсона, Теслы, радиометр. Он изучал работы английского физика О. Лоджа. Создав чувствительный приемник, усовершенствовал герцевский источник электромагнитных волн. При проведении опытов Попов заметил, что дальность и качество приема сигнала значительно возрастают, если к приемнику присоединить длинный провод.
Наконец, 25 апреля (7 мая) 1895 года А. С. Попов на заседании Русского физико-химического общества демонстрирует передачу сигналов без помощи проводов. Этот день признан сегодня как День рождения радио. В принципе грозоотметчик Попова явился первым в мире радиоприемником. Затем был создан радиопередатчик. Таким образом, появилась система связи без проводов. В 1897 г. была проведена серия опытов по радиосвязи между двумя крейсерами, находившимися на расстоянии до 5 км. Всего через несколько лет дальность связи удалось довести до 150 км.
В 1899 году во время проверки аппаратуры случайно выясняется возможность приема сигналов на слух. А. С. Попов подает заявку на изобретение «Телефонного приемника депеш» и 14 июля 1899 года получает патент № 6066. На этот первый в мире детекторный приемник были получены также английский и французский патенты.
Во время опытов А.С. Попов обнаружил, что металлические корабли, находящиеся между передатчиком и приемником, влияют на распространение электромагнитных волн, чем предвосхитил идею радиолокации. Продолжая исследования, А.С. Попов предложил способ определения направления на работающую радиостанцию, легший позже в основу радиопеленгования. Но эти идеи не были оформлены документально.
В январе 1902 г. в докладе российского Морского технического комитета указывалось: «…Телеграфирование без проводов обладает тем недостатком, что телеграмма может быть уловлена на всякую иностранную станцию и, следовательно, прочтена, перебита и перепутана посторонними источниками электричества». А два года спустя, 15 апреля 1904-го, во время артиллерийского обстрела, который японская эскадра вела по внутреннему рейду города Порт-Артура, радиостанции российского броненосца «Победа» и берегового поста «Золотая гора» серьезно затруднили передачу телеграмм вражеских кораблей-корректировщиков.
Таким образом, начало использования радиосредств для разведки и создания помех в ходе русско-японской войны считается моментом зарождения радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
30 апреля 1904 года, Кристиан Хюльсмайер из Дюссельдорфа получил от Императорского бюро по патентам удостоверение на свое изобретение, названное телемобильскопом. Это был прототип радиолокатора. В школьные годы, экспериментируя в кабинете физики с аппаратом Герца, Хюльсмайер заметил, что металлические зеркала отражают электрические волны. «Значит, посредством этих волн можно будет обнаруживать и корабли в тумане, и другие металлические объекты», — записал Кристиан в дневнике. Хюльсмайер предложил двухантенное устройство для обнаружения кораблей на большом расстоянии. Излученный прибором сигнал отражался от объекта, принимался обратно и соответствующим образом обрабатывался. В состав аппарата входили радиопередатчик, вращающиеся антенны направленного действия, радиоприемник со световым или звуковым индикатором, воспринимавший отраженные предметами волны. При всем своем несовершенстве устройство Хюльсмайера содержало в себе основные элементы современного радиолокатора.
18 мая 1904 года аппарат был впервые испытан на кельнском железнодорожном мосту (Hohenzollernbruecke), а 10 июня — в роттердамской гавани. Но ожидаемого резонанса не последовало, хотя голландская газета De Telegraaf поместила подробное описание опытов, заканчивавшееся словами: «Изобретение, улавливающее волны, отраженные от металла, будет, вероятно, иметь большое значение в развитии военной техники». Однако в Германии новый прибор не нашел себе применения. Гросс-адмирал Тирпиц отозвался о нем так: «Не представляет никакого интереса. Мои люди имеют гораздо лучшие идеи!» По мнению «специалистов», пароходные гудки для предотвращения столкновений в тумане были не менее эффективны и обходились значительно дешевле.
Но прогресс невозможно остановить, поэтому в 1906 году немецкий ученый Шейллер впервые использовал направленность антенны для определения направления пришедшей волны в своем патенте No. 201.496. Шейллеру удалось с помощью неизлучающей системы определить направление на источник излучения, этот факт можно считать зарождением радиопеленгования. 8 Основное преимущество радиопеленгаторов над радиолокаторами заключается в отсутствии излучающей системы, а, следовательно, в большей скрытности.
Первые радиопеленгаторы функционировали на поляризационном методе пеленгования в диапазоне средних волн (300…3000 кГц). Они представляли собой вращающийся магнитный или электрический диполь, ось которого совпадала с направлением электрической или магнитной напряженности поля. Имея информацию о расположении векторов напряженностей поля и ДН антенны, легко находили направление на источник излучения по минимуму слышимости принимаемого сигнала. Наиболее распространенный радиопеленгатор такого типа представляет собой вращающуюся рамочную антенну. В 1907 году Беллини и Тоси открыли принцип радиопеленгования с помощью комбинации двух скрещенных направленных антенн (примером могут служить две скрещенные рамочные антенны) и вращающейся катушки гониометра для определения направления приходящей волны. Главное преимущество такой системы заключалось в отсутствии механического вращения антенной системы (АС). Несмотря на это открытие, наиболее востребованы во времена Первой Мировой Войны были радиопеленгаторы с вращающейся рамочной антенной (рис. 2).
Рамочная антенна резонансных размеров имеет слабую поляризационную развязку, т.е. принимает волны, имеющие как вертикальную, так и горизонтальную поляризацию. Поэтому прием волны заведомо неизвестной поляризации может привести к поляризационным ошибкам пеленга. Это особенно важно для коротковолнового диапазона частот (3…30 МГц), где помимо прямого луча имеется луч, отраженный от ионосферы с измененной поляризацией.

Рис. 2. Радиопеленгатор с вращающейся рамочной антенной (1918 г)

Рис. 2. Радиопеленгатор с вращающейся рамочной антенной (1918 г)


Изобретение Эдкока способствовало большому шагу в увеличении точности пеленгования радиоволн в коротковолновом диапазоне. Фармацевт по профессии Эдкок в 1917 году предположил, что с помощью вертикальных линейных антенн (диполей) можно получить ДН в виде “восьмерки”, как у рамочной антенны, и при этом избежать влияния компонент горизонтально поляризованного поля. В 1931 году антенны Эдкока были впервые опробованы на практике в Великобритании и Германии.
В 1925-1926 годах сэр Роберт Александр Ватсон-Ватт перешел от радиопеленгаторов с механическим вращением гониометрической системы к радиопеленгаторам с электронной визуализацией пеленга.Начиная с 1943 года, весь флот Великобритании был оснащен антенной системой коротковолнового диапазона из скрещенных рамок и трехканальным радиопеленгатором Ватсон-Ватта для обнаружения немецких подводных лодок. Отличие антенной системы радиопеленгатора Ватсон-Ватта от системы, предложенной Беллини и Тоси заключалось в устранении неоднозначности пеленга за счет использования дополнительной антенны с всенаправленной диаграммой направленности.
А, начиная с 1931 года, стали доступны мобильные радиопеленгаторы, устанавливаемые на транспортные средства.
Что касается России, то буквально в самом начале Первой Мировой Войны командованием Балтийского флота было принято решение об установке в Кильконде на о. Эзель первого разведывательного радиопеленгатора (РРП). Идею этого РРП предложил И. И. Ренгартен, им же была разработана и его конструкция. Береговой РРП системы Ренгартена имел антенну зонтичного типа, состоящую из 16 или 32 лучей-радиусов, ориентированных на местности согласно компасным румбам, почему иногда именовался «компасной радиостанцией» или «радиостанцией компасного типа» (позднее был разработан также вариант на 64 луча).
Радиопеленгатор в Кильконде (на 16 лучей) начал решать радиоразведывательные задачи 8 сентября 1914 года. Уже 12 октября приступил к работе второй РРП — в Гангэ, на северном побережье Финского залива, а 12 ноября — третий — у маяка Верхний Дагерорт, на о. Даго (оба РРП — на 32 луча). Позднее были установлены РРП в районе Виндавы, в Гапсале и в других местах Балтийского побережья.
В конце 1915 года на вооружение флота был принят корабельный РРП (известный специалистам по истории радиотехники как «радиопеленгатор системы Киреенко»). Проект этого РРП был предложен офицером Е. Стоговым, взявшим за основу созданный на заводе РОБТиТ (Российского Общества Беспроволочных Телеграфов и Телефонов) перевозной РРП, смонтированный на легковой автомашине. Антенна корабельного РРП представляла собой рамку из трех витков антенного провода, натянутых между мачтами в диаметральной плоскости корабля. Определение пеленга осуществлялось при циркуляции корабля по минимуму принимаемого сигнала. Испытания РРП прошли осенью 1915 года в районе Севастополя под руководством лейтенанта Н. Е. Киреенко и дали положительный результат.
Как было изложено ранее, все первые радиопеленгаторы функционировали на поляризационном методе пеленгования, но прогресс не стоит на месте, в 1941 году был разработан первый радиопеленгатор коротковолнового диапазона, базирующийся на принципе Доплера. Передвигая антенну и измеряя сдвиг частоты принимаемого сигнала, вызванный этим движением, можно определить направление приходящего сигнала. Если антенна движется по направлению к источнику излучения, частота увеличивается, а если от источника – уменьшается. Следует отметить, что радиолокатор, использующий эффект Доплера был известен еще в 30-ых годах и использовался научной группой под руководством Ю.К. Коровина при создании установки для наблюдения отраженных самолетом радиоволн дециметрового диапазона (500…600 МГц). 14
Стремительный прогресс в развитии радаров в Великобритании сделал возможным использование более высокого частотного диапазона: так в 1943 году были разработаны первые радиопеленгаторы для “радиолокационного наблюдения”, функционирующие на частоте около 3000 МГц.
Начиная с 1943 года, стали использоваться радиопеленгаторы на основе широкобазисной кольцевой антенной решетки Вулленвебера.

Рис. 3. Радиопеленгатор на основе широкобазисной кольцевой антенной решетки Вулленвебера

Рис. 3. Радиопеленгатор на основе широкобазисной кольцевой антенной решетки Вулленвебера

Эта решетка состояла из большого количества вертикальных монополей (более сотни), расположенных по кругу на эквидистантном расстоянии. Путем подключения нескольких десятков последовательно расположенных монополей кольцевой антенной решетки к приемнику, получали узкий луч ДН. Последовательно подключая различные монополи решетки, проводили сканирование луча по всему азимуту, пеленг определяли по максимуму принимаемого сигнала. Так от простейших антенных систем произошел переход к кольцевым антенным решеткам, не нуждающимся в механическом вращении и обеспечивающим более высокую точность пеленгования.
Уже в 50-тых годах аэропорты по всему миру были оборудованы радиопеленгационными системами, основанными на эффекте Доплера и функционирующими в СВЧ диапазоне (3…30 ГГц) для контроля воздушного трафика. Таким образом, радиопеленгование стало широко использоваться и в гражданских нуждах. В начале 70-ых цифровая техника внесла свой вклад в развитие радиопеленгации и радиолокации. Наиболее значимыми внедрениями стали цифровое определение координат и дистанционное управление. Это позволило от простых систем, пеленг в которых определялся простейшими выражениями, перейти к сложным системам, требующим достаточно сложных вычислительных затрат.
А, начиная с 1980 года, в радиопеленгации стала широко использоваться цифровая обработка сигналов. Это позволило реализовать радиопеленгатор на основе интерферометра и сделать первый шаг в реализации радиопеленгаторов с “высокой разрешающей способностью”, осуществляющих пеленгование при многолучевом распространении волн. А первые теоретические предположения построения таких радиопеленгаторов появились гораздо раньше. В частности, этими вопросами еще в конце 70-ых годов занимался А.А. Пистолькорс. Но развитие техники того времени не позволяло реализовать эти идеи на практике.
Другой важный толчок в развитии радиопеленгования был продиктован требованиями к характеристикам радиопеленгаторов, возникшими при появлении излучений с перестраиваемой частотой (сигналы с перескоком частоты и сигналы с расширенным спектром). Основным результатом этого развития послужила разработка широкополосного радиопеленгатора, который выполняет одновременно поиск сигнала и определение направления на источник радиоволн, с помощью набора цифровых фильтров (обычно с помощью быстрого преобразования Фурье).
Так возникла моноимпульсная радиопеленгация, позволяющая определять пеленг за очень короткий промежуток времени по единичному набору данных.

В следующих сериях:
Основные характеристики электромагнитных волн
Обзор основных принципов радиопеленгования
Устройство радиопеленгаторов
Классические методы радиопеленгования
Принцип Ватсон-Ватта
Радиопеленгаторы на эффекте Доплера
Интерферометр
Радиопеленгование с помощью обработки массива сенсоров
Методы радиопеленгации с высокой разрешающей способностью

Похожий бред:

История развития пеленгационной техники: 1 комментарий

  1. Лично мне приходилось работать на основе широкобазисной кольцевой КВ антенной решетки в начале 70-х годов в бывшем СССР. Это была аппаратура ДАР-47 позже ДАР-57 (3-25МГц), с ошибкой в пеленге 0,2 градуса. Чувствительность двухканальных приёмниеков не более 0,1-0,15 мкВ, а чуть позже УКВ на пеленгаторе «Орлёнок» (20-450МГц). Радиопеленгаторы ВВС располагались тогда по городам Москва, Алма-аты, Чита, Хабаровск и составляли структуру древнего ГЛОНАС с запросом радиста лететельного аппарата своего места нахождения. Паралельную структуру поддерживала и государственная безопасность. Надёжная была техника.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Protected by WP Anti Spam