О радиотеплолокации
В научных публикациях и даже на конкурсах на размещение государственных закупок много раз упоминаются радиотеплолокаторы. Их назначение — прием сигналов радиотеплоизлучения в миллиметровом диапазоне. Главным отличием радиотеплолокаторов от активных радиолокаторов является отсутствие передатчика: радиотеплолокатор принимает естественное радиотепловое излучение объектов наблюдения. Это обстоятельство оказывает значительное влияние на достижимые эксплуатационные характеристики в случае применения радиотеплолокатора в составе судового радионавигационного комплекса.При этом радиотеплолокатор надо отличать от инфракрасных приборов, например, теплоплопеленгаторов — оптических приборов, работающих в инфракрасном диапазоне. Рабочий инструмент радиотеплолокатора — радиометр или радиоинтерфометр. В принципе радиотеплолокатор может дать картинку, аналогичную телевизионной. Работают радиотеплолокаторы в миллиметровом или сантиметровом диапазоне. Для усиления получаемого сигнала сейчас используют генератор шумов — это не направляемый луч классического радиолокатора, а просто возбудитель теплового излучения объектов.
Публикаций по ним — масса. Пример применения радиотеплолокации — радиометрический комплекс «Икар-Дельта», предназначенный для измерения амплитудного и пространственного распределения собственного радиотеплового излучения земной поверхности в микроволновом диапазоне с целью определения следующих характеристик атмосферы, океана и суши: положения и изменчивости основных фронтальных зон Северной Атлантики: зоны течения системы Гольфстрим, Северо-Атлантического течения, струйных течений тропической зоны Атлантического океана; положения, интенсивности и направления перемещений крупномасштабных температурных аномалий, локализованных в верхних слоях океана; параметров снежного и ледового покрова; водозапасов облаков и интегральных параметров атмосферы; границ зон осадков; приводной скорости ветра; распределения температуры воздуха.
Состав комплекса: один радиометр «Дельта-2П», один радиометр «Икар-ИП», три поляризационных радиометра РП-225, одна сканирующая двухполяризационная радиометрическая система Р-400, шесть радиометров РП-600.
Технические характеристики: рабочие длины волн, см: 0,3/0,8/1,35/2,25/4/6; мощность — 600ВА; время непрерывной работы — 7 часов, ресурс — 1500 часов, масса — 400 кг.
Возможность создания систем, аналогичных технологии PCL, существует на основе использования сверхдлительного когерентного накопления сигналов, методов спектрального анализа и прикладной теории фракталов и детерминистского хаоса.
Такими возможностями обладает новое поколение бортовых сканирующих радиометрических систем космического базирования, примером которых является созданный в ОКБ МЭИ многоканальный сканирующий радиометрический комплекс «Дельта-2Д» для исследований поверхности Земли и атмосферы.
Радиометрический комплекс «Дельта-2Д» предназначен для установки на ИСЗ «Океан». Он работает на четырех частотных каналах: 36; 22,3; 13,0; 8,2 ГГц. В каждом частотном канале прием ведется в двух ортогональных поляризациях. Радиометрические приемники диапазонов 13,0 и 8,2ГГц выполнены по схеме приемников прямого усиления, а остальные — супергетеродинные.
В аппаратуре «Дельта-2Д» использованы многие технические решения, которые имели место в аппаратуре «Дельта-2П» и хорошо себя зарекомендовали в условиях реального полета. Добавлен облучатель диапазона 8,2ГГц с дополнительным шумовым сигналом от внутреннего эталонного генератора.
В результате принятых мер удалось обеспечить максимальные точностные характеристики радиометрической системы, добиться высокой стабильности работы радиометрического комплекса, повысив при этом абсолютную точность определения шумовой температуры до значений <0,4K во всем диапазоне измеряемых температур. В заключение следует отметить, что характерной особенностью разработанных бортовых радиометрических комплексов является бортовая система калибровки. В отличие от большинства существующих сканирующих радиометров в системах «Дельта» калибровка по сигналу «холодного космоса» производится с использованием всех элементов антенной системы, включая зеркало основного рефлектора, что существенно повышает точность измерений.
В настоящее время завершается разработка нового поколения радиометрических систем космического базирования, отличающихся от приведенных выше повышенной чувствительностью и расширенным до 150ГГц частотным диапазоном.
В исследованиях ИРЭ РАН была произведена оценка энергетических соотношений при формировании контрастов от слабо отражающих объектов, изготовленных с применением технологии «STEALTH», было показано, что оптимальные возможности обнаружения существуют в окнах прозрачности миллиметрового диапазона волн, а именно на длинах волн 8,6; 3,3; 2,2 мм. Дальность обнаружения зависит от погодных условий и геометрии наблюдения. При наблюдении высоколетящих объектов и применение трехмиллиметровой апертуры (λ = 3,3 мм) их обнаружение возможно в чистой атмосфере на дистанции 10…15 км при отношении сигнал/шум 14 дБ. На основании численных расчетов показана реальная возможность обнаружения малозаметных воздушных объектов в приземном слое атмосферы на фоне неба, земной и морской поверхности на расстоянии 20…25 км и на частотах 94 и 136 ГГц. В условиях космического пространства эта дальность может составлять 200…300 км.
Перспективным с точки зрения обнаружения самолетов-невидимок являются работы по созданию и совершенствованию пассивных радиометрических обнаружения летающих объектов, обладающих высокой степенью противорадиолокационной защиты. Согласно закону Кирхгофа, повышение степени их противорадиолокационной защиты увеличивает интенсивность собственного радиотеплового излучения в окружающее пространство.
Именно поэтому в 1998…1999 гг. в США была разработана принципиально новая система пассивной локации, созданная на основе технологии Passive Coherent Location — PCL, официально система получила название Silent Sentry System. Технология PCL позволяет получать трехмерные координаты траекторий движения воздушных целей (малозаметных — «STEALTH» и низколетящих) на основе оценки изменений в сигнальной обстановке, сформированной в результате функционирования обычных средств радио- и телевещания. Предварительные оценки результатов испытаний показали, что она может быть эффективно использована даже в системах предупреждения о ракетном нападении. На аналогичных принципах основана новая РЛС в Китае. Эта РЛС позволяет достоверно обнаруживать и сопровождать такие малозаметные самолеты, как F-117, F-22.
Весьма важная «фишка» радиотеплолокатора — это возможность обнаружения подводных лодок по их кильватерному следу: теплая вода, нагретая винтами субмарины, поднимается на поверхность. Чувствительность радиотеплолокаторов доходит до 0,05 градуса по Кельвину. Поэтому этот след можно обнаружить через 5-6 часов после прохода подводной лодки. Если эти приборы нашли широкое применение, тогда подводным лодкам пришел бы конец: экранопланы, корабли на статической воздушной подушке, патрульные дирижабли, самолеты и вертолеты выслеживали бы субмарины по кильватерному следу. А остальное дело техники: гидробуи, опускаемые антенны, торпеды и глубинные бомбы. Бороться с этой техникой субмарины уж никак не могут: при всплытии радиотеплолокатор сразу зафиксирует подлодку, которую можно потопить даже из гранатомета.
Исходя из приемлемых массы и габаритов, этот комплекс, установленный на орбитальной космической станции «Мир», вполне можно конвертировать для поиска подводных лодок и их кильватерного следа с дирижаблей, самолетов и экранопланов.
И здесь напрашивается вопрос: почему эта техника не находит ни широкого применения, ни масштабных инвестиций? Ведь именно радиотеплолокация вкупе с успешным возрождением дирижаблей и экранопланов (успешные испытания 24-местного экранолета «Буревестника-24» в Республике Саха — Якутии, масштабные работы ЗАО НПК «ТРЭК» по проектированию и строительству экранопланов серии «Иволга»: ЭК-12 ЭК-17, ЭК-40, выполняемые при организационной и финансовой поддержке китайских фирм; создание пригодного к коммерческой эксплуатации 50-местного немецко-южнокорейского экраноплана WSH-500, принятие на вооружении ВМС Ирана двух эскадрилий экранопланов «Бавар-2» и т.д.) делают вполне реальным создание малобюджетного всепогодного, не зависящего от состояния поверхности моря, летной погоды противолодочного комплекса, абсолютно неуязвимого от средств обнаружения и уничтожения, имеющихся у подводных лодок.
Библиографический список:
1. Радиолокационные методы исследования Земли / Под ред. профессора Ю.А. Мельника. — М.: Сов. радио, 1980, 264 с.
2. Башаринов А.Е. Устройства пассивного зондирования в СВЧ и ИК диапазонах. — М.: МЭИ, 1985.
3. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. — М.: Наука, 1974.
4. Михайлов В.Ф., Брагин И.В., Брагин С.И. Микроволновая спутниковая аппаратура дистанционного зондирования Земли. — СПб.: СПбГУАП, 2003.
5. Измерение радиотепловых и плазменных излучений / Под ред. А.Е. Башаринова, А.М. Колосова. — М.: Сов. радио, 1968.
6. Драгун В.Л., Филатов С.А. Вычислительная термография: применение в медицине. — Минск.: Наука и техника, 1992.
7. Поляков В.М., Шмаленюк А.С. СВЧ-термография и перспективы ее развития. Электроника СВЧ. Вып. 8. — М., 1991.
8. Суслов А.Н., Пятси, А. Х. , Калитёнков Н . В. Перспективы использования на судах радиотеплолокаторов в современных условиях судоходства // Судоводительский факультет МА МГТУ, кафедра радиотехники и радиотелекоммуникационных систем.
9. Патент Российской Федерации U (11) 2368918 «Способ формирования трехмерного изображения поверхности на базе бортового радиотеплолокатора».
Информация