Загоризонтный радар - Over-the-horizon radar
Загоризонтный радиолокатор ( OTH ), которую иногда называют за горизонтом ( BTH ), представляет собой тип радиолокационной системы с возможностью обнаруживать цели на очень больших расстояниях, как правило , от сотен до тысяч километров, за пределами радиолокационного горизонта , который является предел дальности для обычного радара . Несколько радиолокационных систем OTH были развернуты, начиная с 1950-х и 1960-х годов как часть радиолокационных систем раннего предупреждения , но они, как правило, были заменены бортовыми системами раннего предупреждения . Радары OTH недавно вернулись, поскольку потребность в точном слежении на большом расстоянии становится менее важной с окончанием холодной войны , а менее дорогие наземные радары снова рассматриваются для таких ролей, как морская разведка и наркотики. исполнение.
Технология
Частота радиоволн, используемых большинством радаров в виде микроволн , распространяется по прямым линиям. Это обычно ограничивает дальность обнаружения радиолокационных систем объектами на их горизонте (обычно называемыми «линией видимости», поскольку самолет должен быть хотя бы теоретически видимым для человека в месте расположения и возвышении радиолокационного передатчика) из-за кривизны земли. Например, радар, установленный на мачте высотой 10 м (33 фута), имеет дальность действия до горизонта около 13 километров (8,1 мили) с учетом атмосферной рефракции. Если цель находится над поверхностью, эта дальность будет соответственно увеличена, так что цель высотой 10 м (33 фута) может быть обнаружена тем же радаром на расстоянии 26 км (16 миль). Размещение антенны на высокой горе может несколько увеличить радиус действия; но, как правило, нецелесообразно создавать радиолокационные системы с дальностью прямой видимости, превышающей несколько сотен километров.
Радиолокаторы OTH используют различные методы, чтобы видеть за пределами этого предела. Чаще всего используются два метода; коротковолновые системы, которые преломляют свои сигналы от ионосферы для обнаружения на очень большом расстоянии, и системы поверхностных волн , которые используют низкочастотные радиоволны, которые из-за дифракции следуют за кривизной Земли и выходят за горизонт. Эти системы достигают дальности обнаружения порядка сотни километров от небольших обычных радиолокационных установок. Они могут сканировать ряд высоких частот с помощью передатчика щебета .
Системы Skywave
Наиболее распространенный тип радара OTH использует небесную волну или "пропускающее" распространение, при котором коротковолновые радиоволны преломляются ионизированным слоем в атмосфере, ионосфере . При определенных условиях в атмосфере радиосигналы, передаваемые в небо под углом, будут преломляться ионосферой к земле , позволяя им вернуться на Землю за горизонт. Небольшая часть этого сигнала будет рассеиваться от желаемых целей обратно к небу, снова преломляться от ионосферы и возвращаться к приемной антенне по тому же пути. Только один диапазон частот регулярно демонстрирует такое поведение: высокочастотная (HF) или коротковолновая часть спектра от 3 до 30 МГц. Лучшая частота для использования зависит от текущих условий атмосферы и цикла солнечных пятен . По этим причинам системы, использующие небесные волны, обычно используют мониторинг приема обратно рассеянных сигналов в реальном времени, чтобы непрерывно регулировать частоту передаваемого сигнала.
Разрешение любого радара зависит от ширины луча и дальности до цели. Например; радар с шириной луча 1 градус и целью на расстоянии 120 км (75 миль) покажет цель шириной 2 км (1,2 мили). Для получения луча в 1 градус на наиболее распространенных частотах требуется антенна шириной 1,5 км (0,93 мили). Из-за физики процесса рефракции фактическая точность еще ниже: предлагается разрешение по дальности порядка от 20 до 40 километров (12-25 миль) и точность пеленга от 2 до 4 километров (1,2-2,5 мили). Даже точность 2 км полезна только для раннего предупреждения, а не для стрельбы из оружия.
Другая проблема заключается в том, что процесс рефракции сильно зависит от угла между сигналом и ионосферой и обычно ограничивается примерно 2–4 градусами от местного горизонта. Создание луча под этим углом обычно требует огромных антенных решеток и земли с высокой отражающей способностью на пути передачи сигнала, что часто усиливается установкой матов из проволочной сетки, простирающейся на 3 километра (1,9 мили) перед антенной. Таким образом, системы OTH очень дороги в строительстве и по сути неподвижны.
Учитывая потери при каждом преломлении, этот сигнал "обратного рассеяния" чрезвычайно мал, что является одной из причин, по которой радары OTH не применялись до 1960-х годов, когда впервые были разработаны усилители с чрезвычайно низким уровнем шума. Поскольку сигнал, преломленный от земли или моря, будет очень большим по сравнению с сигналом, преломленным от «цели», необходимо использовать некоторую систему, чтобы отличить цели от фонового шума. Самый простой способ сделать это - использовать эффект Доплера , который использует сдвиг частоты, создаваемый движущимися объектами, для измерения их скорости. За счет фильтрации всего сигнала обратного рассеяния, близкого к исходной передаваемой частоте, движущиеся цели становятся видимыми. С помощью этого процесса можно увидеть даже небольшое движение, скорость которого составляет всего 1,5 узла (2,8 км / ч).
Эта основная концепция используется почти во всех современных радарах, но в случае систем OTH она становится значительно более сложной из-за аналогичных эффектов, вносимых движением ионосферы. Большинство систем использовали второй передатчик, транслирующий прямо в ионосферу, для измерения его движения и корректировки отраженных сигналов основного радара в режиме реального времени. Это потребовало использования компьютеров - еще одной причины, по которой системы OTH не стали по-настоящему практичными до 1960-х годов, когда появились твердотельные высокопроизводительные системы.
Системы наземных волн
Второй тип радаров OTH использует гораздо более низкие частоты в длинноволновых диапазонах. Радиоволны на этих частотах могут рассеиваться вокруг препятствий и следовать изогнутому контуру земли, выходя за горизонт. Эхо, отраженное от цели, возвращается к месту нахождения передатчика по тому же пути. Эти наземные волны имеют самый большой радиус действия над морем. Подобно ионосферным высокочастотным системам, принимаемый сигнал от этих систем наземных волн очень слаб и требует чрезвычайно чувствительной электроники. Поскольку эти сигналы распространяются близко к поверхности, а более низкие частоты дают более низкое разрешение, низкочастотные системы обычно используются для слежения за кораблями, а не за самолетами. Однако использование бистатических методов и компьютерной обработки позволяет получить более высокое разрешение, и они начали применяться с 1990-х годов.
История
Известно, что в 1949 году инженеры в Советском Союзе разработали первую работающую систему OTH под названием «Вейер». Однако в западных источниках информации об этой системе мало, а подробности ее работы неизвестны. Известно, что никаких дальнейших исследований советские группы не проводили до 1960-70-х годов.
Большая часть ранних исследований эффективных систем OTH проводилась под руководством доктора Уильяма Дж. Талера в Лаборатории военно-морских исследований . Работа получила название «Проект Типи» (от «Проект Талера»). Их первая экспериментальная система, MUSIC ( Multiple Storage, Integration and Correlation ), была введена в действие в 1955 году и была способна обнаруживать запуски ракет на расстоянии 600 миль (970 км) от мыса Канаверал и ядерные взрывы в Неваде на расстоянии 1700 миль (2700 км). . В 1961 году в Чесапикском заливе была построена значительно улучшенная система - испытательный стенд для действующего радара - под названием MADRE ( магнитно-барабанное радарное оборудование ) . Он обнаружил самолеты на расстояние до 3000 километров (1900 миль), используя всего 50 кВт энергии вещания.
Как следует из названия, обе системы NRL основывались на сравнении возвращенных сигналов, хранящихся на магнитных барабанах . В попытке убрать помехи с дисплеев радаров многие поздние и послевоенные радарные системы добавили акустическую линию задержки, которая сохраняла принятый сигнал точно на время, необходимое для прихода следующего сигнального импульса. Путем добавления вновь поступившего сигнала к инвертированной версии сигналов, хранящихся в линии задержки, выходной сигнал включал только изменения от одного импульса к другому. Это удалило любые статические отражения, такие как близлежащие холмы или другие объекты, оставив только движущиеся объекты, такие как самолет. Эта базовая концепция будет работать и для радара дальнего действия, но возникла проблема, заключающаяся в том, что линия задержки должна быть механически настроена на частоту повторения импульсов радара, или PRF. Для дальнего использования PRF был очень долгим для запуска и намеренно изменен, чтобы сделать видимыми разные диапазоны. Для этой роли линия задержки не использовалась, а недавно представленный магнитный барабан обеспечивал удобную и легко управляемую систему с переменной задержкой.
Еще одна ранняя коротковолновая система OTH была построена в Австралии в начале 1960-х годов. Он состоял из нескольких антенн, расположенных на расстоянии четырех длин волн друг от друга, что позволяло системе использовать формирование луча с фазовым сдвигом, чтобы управлять направлением чувствительности и регулировать ее для покрытия Сингапура, Калькутты и Великобритании. Эта система потребляла 25 миль (40 км) электрического кабеля в антенной решетке.
Системы
Великобритания / США Cobra Mist
Первой по-настоящему оперативной разработкой была англо-американская система, известная как Cobra Mist , строительство которой началось в конце 1960-х годов. Cobra Mist использовала огромный передатчик мощностью 10 МВт и могла обнаруживать самолеты над западным Советским Союзом из своего местоположения в Саффолке . Однако, когда в 1972 году началось тестирование системы, неожиданный источник шума сделал ее практически непригодной для использования. Источник шума так и не был идентифицирован, и в 1973 году это место было заброшено.
Другие ранние британские / американские системы той же эпохи включают:
- инсталляция в RAF Akrotiri на Кипре и Окинаве . Cobra Shoe - это радар Over The Horizon (Backscatter) (OTH-B), разработанный RCA Corporation , предназначенный для наблюдения за испытаниями баллистических ракет внутри Советского Союза, установленный в Западной Суверенной Базовой зоне (Акротири), Кипр . Источник - «Рассекреченные документы США». Установлен примерно с 1964 г .; нет подробностей о том, когда / покинул ли он службу.
- радар Sugar Tree система.
ВВС США
ВВС США Рим Laboratory был первый полный успех с их AN / FPS-118 OTH-B . Прототип с передатчиком мощностью 1 МВт и отдельным приемником был установлен в штате Мэн , обеспечивая покрытие по дуге 60 градусов на расстоянии от 900 до 3300 км. Затем был построен постоянный передающий объект в московском AFS , приемный пункт на базе ВВС Колумбия-Фолс и оперативный центр между ними в Бангоре, штат Мэн . Зона покрытия может быть расширена за счет дополнительных приемников, обеспечивая полное покрытие по дуге под углом 180 градусов (каждая 60-градусная часть, известная как «сектор»).
GE Aerospace получила контракт на разработку, расширив существующую систему на восточном побережье за счет двух дополнительных секторов, построив еще одну трехсекторную систему на западном побережье, двухсекторную систему на Аляске и односекторную систему, обращенную на юг. В 1992 году ВВС заключили контракт на расширение зоны действия на 15 градусов по часовой стрелке на южном из трех секторов восточного побережья, чтобы иметь возможность прикрыть юго-восточную границу США. Кроме того, дальность полета была увеличена до 3 000 миль (4800 км) при пересечении экватора. Это работало 40 часов в неделю в случайное время. Данные с радара поступали в Центр C3I таможни / береговой охраны США, Майами; Оперативный центр Объединенной оперативной группы 4 , Ки-Уэст; Южный командный центр США, Ки-Уэст; и Южный командный центр США в Панаме.
С окончанием холодной войны влияние двух сенаторов от штата Мэн было недостаточным для спасения операции, и участки, ориентированные на Аляску и юг, были отменены, два до сих пор завершенных западных сектора и восточный были отключены и помещены в «теплое хранилище», что позволяет использовать их снова при необходимости. К 2002 году объекты на западном побережье были переведены в статус «холодного хранения», что означало, что смотритель выполнял лишь минимальное обслуживание.
Было начато исследование возможности демонтажа сооружений. После периода участия общественности и экологических исследований в июле 2005 года боевое командование ВВС США опубликовало «Окончательную экологическую оценку для удаления оборудования с радара обратного рассеяния за горизонтом - объекты западного побережья». Было принято окончательное решение об удалении всего радиолокационного оборудования на участке передатчика западного побережья на станции ВВС Кристмас-Вэлли за пределами Кристмас-Вэлли, штат Орегон, и на месте его приема недалеко от Туллейка, штат Калифорния . Эти работы были завершены к июлю 2007 года, когда были сняты и удалены антенные решетки, в результате чего здания, заборы и инженерная инфраструктура на каждом участке остались нетронутыми.
ВМС США создали свою собственную систему, тем AN / TPS-71 ROTHR ( перемещаемый загоризонтный Radar ), который охватывает 64-градусный клинообразный участок , расположенный в диапазоне от 500 до 1600 морских миль (925 до 3000 км) . Первоначально ROTHR был предназначен для наблюдения за движением кораблей и самолетов над Тихим океаном и, таким образом, позволял скоординировать движения флота задолго до начала боя. В 1991 году прототип системы ROTHR был установлен на изолированном Алеутском острове Амчитка , Аляска, для мониторинга восточного побережья России. Он оставался в эксплуатации до 1993 года, а позже оборудование было вывезено на склад. Были установлены первые производственные системы в испытательном полигоне в штате Вирджиния для приемочного тестирования, но затем перешли к борьбе с незаконным оборотом наркотиков , охватывающих Центральную Америку и Карибский бассейн . Второй производственный ROTHR был позже создан в Техасе, охватывая многие из тех же районов Карибского моря, но также обеспечивая покрытие Тихого океана на юге, вплоть до Колумбии . Он также выполняет функции по борьбе с незаконным оборотом наркотиков. Третья и последняя производственная система была установлена в Пуэрто-Рико, что расширило антинаркотический надзор за пределами экватора вглубь Южной Америки.
Советский Союз / Россия
Начиная с 1950-х годов, Советский Союз также изучал системы OTH. Первой экспериментальной моделью является Veyer (Hand Fan), построенный в 1949 году. Следующим серьезным советским проектом была « Дуга» , построенная под Николаевым на берегу Черного моря недалеко от Одессы . Направленный на восток, «Дуга» впервые совершил полет 7 ноября 1971 года и успешно использовался для отслеживания пусков ракет с Дальнего Востока и Тихого океана на испытательный полигон на Новой Земле .
За этим последовала первая операционная система « Дуга-1» , известная на западе как « Стальной двор» , которая впервые транслировалась в 1976 году. Построенная за пределами Гомеля, недалеко от Чернобыля , она была нацелена на север и покрывала континентальную часть Соединенных Штатов. Его громкие и повторяющиеся импульсы в середине коротковолновых радиодиапазонов привели к тому, что радиолюбители (радиолюбители) стали называть его «русским дятлом» . Советский Союз в конечном итоге изменил используемые частоты, не признавая, что они даже были источником, в основном из-за его вмешательства в некоторые системы связи "воздух-земля" на большие расстояния, используемые коммерческими авиалайнерами. Вторая система была создана недалеко от Комсомольска-на-Амуре на Дальнем Востоке России, также охватывая континентальную часть США и Аляску.
В начале 2014 года Россия анонсировала новую систему под названием « Контейнер» , пропускная способность которой составляет более 3000 км.
Подсолнух - Береговая коротковолновая радиолокационная станция ближнего действия. Предназначен для обнаружения надводных и воздушных целей на дальности до 450 км. Предназначен для использования в прибрежных наземных системах и системах контроля воздуха в пределах 200-мильной экономической зоны. «Подсолнух» позволяет операторам автоматически и одновременно обнаруживать, отслеживать и классифицировать до 300 морских и 100 воздушных объектов за радиогоризонтом, а также передавать их координаты системам наведения и вооружению кораблей и систем ПВО. В 2008 году радар прошел государственные испытания. В настоящее время дежурят три станции - в Охотском, Японском и Каспийском морях.
Австралия
Более недавнее дополнение является Operational Radar Jindalee сеть , разработанная австралийской Министерством обороны в 1998 году и завершено в 2000 году эксплуатируется № 1 радиолокационного наблюдения группы , в ВВС Австралии . Jindalee - это мультистатическая радиолокационная система (с несколькими приемниками), использующая OTH-B, что позволяет ей иметь как дальнобойность, так и возможности защиты от незаметности . Официальная дальность его действия составляет 3000 километров (1900 миль), но в 1997 году прототип смог обнаружить запуски ракет Китаем на расстояние более 5500 километров (3400 миль).
Jindalee использует 560 кВт по сравнению с 1 МВт OTH-B в Соединенных Штатах, но предлагает гораздо лучший диапазон, чем система 1980-х годов в США, благодаря значительно улучшенной электронике и обработке сигналов.
Канада
Канада уже более 30 лет изучает возможность использования высокочастотного радара на поверхностных волнах (HFSWR) для наблюдения за 200-мильной исключительной экономической зоной (ИЭЗ). Исследования были начаты в 1984 году с перепрофилирования выведенного из эксплуатации навигационного маяка LORAN-A для проведения экспериментов по отслеживанию самолетов, судов и айсбергов. Исследования продолжались в течение следующего десятилетия, и в 1999 году Канада установила две системы SWR503 HFSWR на мысе Рэйс и мысе Бонависта, Ньюфаундленд. В 2000 г. эти объекты прошли технологическую оценку, а в 2002 г. были модернизированы и оценены эксплуатационные характеристики. Ниже приводится цитата из результатов Оперативной оценки (OPEVAL), проведенной в октябре 2002 г., проведенной Министерством национальной обороны Канады: «HFSWR является полезным дополнением к Признанной морской Изображение (RMP). Из всех оцениваемых источников данных это был единственный датчик, предлагавший обновление информации почти в реальном времени. Он предоставлял частые отчеты и в целом демонстрировал надежное отслеживание надводных целей в своей зоне действия. Когда система HFSWR была объединена с из других источников данных наблюдался синергетический эффект, который улучшил общее качество RMP. Кроме того, из анализа потенциального вклада в сценарии планирования сил, связанных с наблюдением, было очевидно, что RMP выиграет от добавления HFSWR как новый источник данных ". Затем последовали международные продажи радара SWR503 с установкой операционных систем в Азии (2008 г.) и Европе (2009 г.). В 2007 году работа канадских систем была остановлена из-за опасений по поводу возможности вредных помех пользователям первичного спектра. В 2010 году уникальная способность HFSWR обеспечивать низкозатратное наблюдение за ИЭЗ привела к переоценке технологии и последующей разработке системы HFSWR 3-го поколения (3-го поколения), основанной на принципе технологии распознавания и адаптации, которая возможность работы на нераспределенной основе, без помех за счет использования динамического управления спектром. Дополнительные разработки включали улучшенные характеристики дальности, лучшую точность позиционирования и сокращение ложных треков и более раннее инициирование трека. В июне 2019 года MAEROSPACE получила глобальную лицензию на разработку, производство и международный маркетинг канадской системы HFSWR и ее производных.
Франция
Французский разработал OTH радар под названием NOSTRADAMUS в течение 1990 - х годов (NOSTRADAMUS выступает за новые загоризонтных декаметро- системы Применение Студийные методы ( на французском языке: нуво système загоризонтных décamétrique appliquant ле méthodes utilisées ан студии .)) В марте 1999 года OTH РЛС Нострадамус сказал , чтобы иметь обнаружил два самолета Northrop B2 Spirit, летевшие в Косово. Он поступил на вооружение французской армии в 2005 году и все еще находится в разработке. Он основан на звездообразном антенном поле, используемом для излучения и приема (моностатический), и может обнаруживать летательные аппараты на расстоянии более 2000 километров по дуге 360 градусов. Используемый частотный диапазон составляет от 6 до 30 МГц.
В рамках французского исследовательского проекта STRADIVARIUS, официально запущенного в 2009 году, был разработан новый загоризонтный радар (высокочастотный радар на поверхностных волнах - HFSWR), способный отслеживать морское движение на расстоянии до 200 морских миль от берега. Демонстрационный сайт работает с января 2015 года на французском побережье Средиземного моря, чтобы продемонстрировать круглосуточные возможности системы, которая теперь предлагается для продажи DIGINEXT.
Китай
Сообщается, что в Китае работает ряд радаров OTH-B и OTH-SW. Однако передача от этих радаров создает большие помехи другим пользователям, имеющим международные лицензии.
Один комплект китайских радаров OTH-B для передатчика и приемника можно найти на Google Maps .
Иран
Иран работает над РЛС OTH под названием Sepehr с дальностью действия 3000 километров. В настоящее время он работает.
Бразилия
Радар OTH 0100 способен контролировать суда на расстоянии более 200 МН (370 км) от берега, что превышает прямую видимость обычных радаров.
Индия
Индия разработала множество радаров дальнего и ближнего действия. Индийский радар дальнего действия Swordfish , входящий в систему противоракетной обороны Индии, в настоящее время не имеет работающего загоризонтного радара, имеет максимальную дальность действия 800 километров и в настоящее время модернизируется до 1500 километров.
DRDO «s LRDE работает над прототипом OTH радара. Работа по проектированию системы уже завершена, и ожидается, что прототип OTH будет реализован к концу 2021 года. Прототип будет иметь два разных типа массивов и сам определит наилучшую частоту использования для отслеживания объектов. Ожидается, что после успешных испытаний существующей системы Индия разработает большой РЛС OTH на основе такой же конструкции.
Альтернативные подходы OTH
Другое распространенное применение загоризонтного радара - использование поверхностных волн, также известных как земные волны. Земные волны обеспечивают способ распространения средневолнового AM-радиовещания на частотах ниже 1,6 МГц и других передач на более низких частотах. Распространение земной волны дает быстро затухающий сигнал на увеличивающихся расстояниях над землей, и многие такие радиовещательные станции имеют ограниченный диапазон. Однако морская вода с ее высокой проводимостью поддерживает земные волны на расстояниях до 100 километров (62 миль) и более. Этот тип радара, OTH на поверхностных волнах, используется для наблюдения и обычно работает в диапазоне от 4 до 20 МГц. Более низкие частоты обеспечивают лучшее распространение, но более плохое отражение радара от небольших целей, поэтому обычно существует оптимальная частота, которая зависит от типа цели.
Другой подход к загоризонтному радару заключается в использовании бегущих волн или электромагнитных поверхностных волн на гораздо более низких частотах. Ползучие волны - это рассеяние в задней части объекта из-за дифракции , которая является причиной того, что оба уха могут слышать звук, например, с одной стороны головы, и именно так возникла ранняя связь и радиовещание. В роли радара рассматриваемые бегущие волны дифрагируют вокруг Земли, хотя обработка возвращенного сигнала затруднена. Разработка таких систем стала практичной в конце 1980-х годов из-за быстрого увеличения доступной вычислительной мощности. Такие системы известны как OTH-SW , что означает « Поверхностная волна» .
Первая развернутая система OTH-SW представляет собой советскую систему, предназначенную для наблюдения за движением в Японском море . Новейшая система недавно использовалась для прибрежного наблюдения в Канаде и теперь предлагается для продажи Maerospace, Австралия также развернула высокочастотный радар на поверхностных волнах.
Примечания
использованная литература
- Цитаты
- Библиография
- Питер Лори, «Взгляд на врага за горизонтом» , New Scientist , 7 ноября 1974 г., стр. 420–423.
- Натаниэль Фриссел и Линделл Хокерсмит, "Видение за гранью: радиолокационные системы за горизонтом и распространение ВЧ" , Технологический институт Вирджинии, 2 декабря 2008 г.
внешние ссылки
- Radar Systems on Shortwave , обширный список OTH и подобных радиолокационных систем, составленный Вольфом Хаделем, август 2013 г.
- Взгляд Канады на высокочастотный загоризонтный радар - доклад Р.Дж. Риддоллса, Defense R&D Canada, Оттава
- Разработка радара для наблюдения за горизонтом в Австралии - статья Д.Х. Синнотта на веб-сайте Министерства обороны Австралии
- Ссылка на карты Google - российский радар "Стальной двор" под Чернобылем .