Разработка радиоприемника
Термин локация (и его всевозможные производные) произошел от латынского слова locatio тАУ размещение, распределение и означает определение местоположения объекта по сигналам (звуковым, тепловым, оптическим, электромагнитным волнам и др.), излучаемым самим объектом (пассивная локация) иои отраженным от него сигналом, излучаемым самим устройством (активная локация).
Следует отметить, что свойствами локации (способностью определять положение количественного объекта по отношению к себе или свое положение в пространстве) обладают многие животные и человек тАУ бинауральный эффект или т.н. биолокация.
В зависимости от применяемых методов и технических средств различают звуковую локацию (гидро, звуко, эхо), радиолокацию (электромагнитную) и, позднее появившиеся: оптическая (лазерная) локация, планетная (радиолокационная астрономия) и загоризонтная (ионосферная) радиолокации.
Первоначально, в годы 1‑й мировой войны появились гидролокаторы (приборы, которые могут обнаруживать самолет по звуку двигателей) тАУ т.н. звукоулавливатели.
Над созданием звукоулавливателей, которые вошли в состав приборов управления артилллерийским зенитным огнем (ПУАЗО), в СССР работали: Центральная радиолаборатория (ЦРЛ), Всесоюзный электротехнический институт (ВЭИ), Военная артиллерийская академия (ВАУ) им. Ф.Э. Дзержинского и Научно-исследовательская лаборатория артиллерийского приборостроения Главного артиллерийского управления (НИЛАП ГАУ). Образцы первых звукоулавливателей испытывались на подмосковном полигоне в 1929тАУ1930 годах. В 1931 г. были созданы опытные образцы системы ВлПрожзвукВ» (крупногабаритный звукоулавливатель и полутораметровй электрический прожектор).
Предпосылками работ по созданию и дальнейшему развитию радиолокации послужили несколько исторических фактов:
тАУ явление отражения радиоволн наблюдал еще Г. Герц в 1886тАУ1889 годах, а в 1897 г. А.С. Попов (во время опытов по радиосвязи на Балтийском море) зарегистрировал влияние корабля, пересекающего трассу радиоволн, на силу сигнала (передатчик был установлен на верхнем мостике транспорта ВлЕвропаВ», а приемник тАУ на крейсере ВлАфрикаВ»);
тАУ в 1904 г. немецкий ученый-изобретатель Кристиан Хюльсмэйер (Christian Hulsmeyer) [1881тАУ1957] в своей авторской заявке (патент N165546 от 30 апреля 1904 г.) четко сформулировал идею обнаружения корабля по отраженным от него радиоволнам и содержащей также подробное описание устройства для ее реализации. Позднее, в том же 1904 г., им был получен и второй патент (N169154) на усовершенствование своего устройства для радиолокации.
тАУ в 1914 г. росиянин И.И. Ренгартен проводил работы по макетированию радиопеленгатора;
тАУ в 1916 г. французами П. Ланжевеном и К. Шиловским был создан ультразвуковой гидролокатор;
тАУ в сентябре 1922 г. два экспериментатора, служившие в ВМФ США, тАУ Хойт Э. Тейлор и Лео К. Янг проводили опыты по радиосвязи на декаметровых волнах (3тАУ30 МГц) через реку Потомак. В это время по реке прошел корабль, и связь прервалась тАУ что натолкнуло их на мысль о применении радиоволн (метод интерференции незатухающих колебаний) для обнаружения движущихся объектов;
тАУ в 1921 г. америкаец А.У. Хэлл изобрел магнетрон (промышленный его вариант был готов к 1928 г.) тАУ что дало возможность последующего развития радиолокационных станций (РЛС) на СВЧ.
тАУ в 1924 г. английский ученый Э. Эплтон провел на декаметровых волнах измерения высоты слоя Кеннелли-Хевисайда (слой ВлЕВ» ионосферы, от которого отражаются радиосигналы);
тАУ в 1925 г. английские ученые Г. Брейт и М. Тьюков опубликовали результаты работ по определению высоты слоя Кеннелли-Хевисайда измерением времени запаздывания импульсного сигнала, отраженного от слоя, относительно сигнала, пришедшего вдоль поверхности Земли;
тАУ в июне 1930 г. моряк ВМФ США Лоренс Э. Хайленд, проводя эксперименты по определению направления с помощью декаметровых волн, обнаружил, что когда над передающей антенной пролетает самолет, поле радиосигнала сильно искажается, и в результате чего, Хайленд предложил использовать декаметровые волны для предупреждения о приближении вражеских самолетов;
тАУ в январе 1931 г. Авиационная радиолаборатория ВМС в Вашингтоне приступила к выполнению проекта, имевшего целью Влобнаружение вражеских судов и самолетов с помощью радиоВ»;
тАУ в начале 1931 г. проводились (к сожалению неудачные) опыты по установлению связи между городами тАУ английским Дувром и французским Кале при помощи волн длиною 18 см;
тАУ в 1932тАУ1933 годах английское морское ведомство стало применять приборы АСДИК, регистрирующие ультразвуки высокой частоты, создаваемые шумом винтов подводных лодок;
тАУ в 1932 г. большой объем работ по изучению интерференции при отражении радиоволн от самолета выполнили американские инженеры Б. Тревор и П. Картер;
тАУ в 1934 г. сотрудник Морской исследовательской лаборатории США Роберт Пейдж первым зарегистрировал (сфотографировал) отраженный от самолета сигнал на частоте 60 МГц.
тАУ в 1935 г., независимо друг от друга, работы по импульсной радиолокации проводили: П.К. Ощепков (СССР) и Р. Ватсон-Ватт (Великобритания. Изготовленная им аппаратура получила отраженный сигнал от самолета на расстоянии 15 км).
тАУ в 1935 г. радиолокация получила первое коммерческое применение: во Франции фирма ВлSociete Francaise RadioelectriqueВ» установила на лайнере ВлНормандияВ» т.н. ВлДетектор препятствийВ», а в 1936 г. в порту Гавра был установлен т.н. ВлРадиопрожекторВ» для обнаружения судов, входящих в гавань и покидающих ее;
тАУ в 1936 г. американцами тАУ Р. Колвеллом и А. Френдом были зафиксированы отражения радиоимпульсов от турбулентных и инверсионных слоев в тропосфере.
В 1936 г. макет американской РЛС, работавшиц на частоте 80 МГц, обнаружил самолет на расстоянии 65 км (в 1937 г. у немцев была достигнута дальность 35 км).
2 июля 1936 г. в США была изготовлена первая небольшая РЛС, работавшая на частоте 200 МГц, которая в апреле следующего года была установлена на борту эсминца ВлЛириВ». РЛС получили название РАДАР (сокращенное обозначение от ВлRadio Detection And RangingВ», т.е. ВлПрибор для радиопеленгации и измеренияВ»). Hа базе данной РЛС в 1938 г. была разработана модель XAF, прошедшая широкие бортовые испытания в 1939 г. (прототип модели 1940 г. тАУ CXAM, которая была установлена на 19 военных кораблях).
Первые пять импульсных РЛС (работали на метровых волнах) для обнаружения самолетов были установлены на юго-западном побережье Великобритании в 1936 г.
Первые работы по радиолокационному обнаружению самолетов в СССР были начаты в 1933 г. по инициативе М.М. Лобанова. С 1934 г. данные работы возглавили Ю.К. Коровин, П.К. Ощепков (Ленинградский электрофизический институт) и Б.К. Шембель. Первая серийная РЛС (РУС-1) появилась в 1938 г. в КБ, которым руководил Д.С. Стогов. РУС-1 были применены во время финской военной кампании 1939тАУ1940 гг.
В 1937 г. в Лениградском ФТИ под руководством Ю.Б. Кобзарева был разработан импульсный метод радиолокации.
В 1940 г. было начато серийное производство первой импульсной радиолокационной станции дальнего обнаружения самолетов РУС-2 (ВлРедутВ»), разработкой которой с 1935 г. занимались П.А. Погорелко и Н.Я. Чернецов. Во время ВОВ было развернуто производство портативных РЛС ВлПегматитВ».
4 июля 1943 г. вышло Постановление Государственного Комитета Обороны (ГКО) об учреждении при нем Совета по радиолокации. Практическое
руководство повседневной деятельностью Совета осуществлял Аксель Иванович Берг (впоследствии тАУ академик), а отвественным секретарем Совета был Александр Александрович Турчанин.
В 1943 г. по инициативе Совета по радиолокации был создан Институт локационной техники, который возглавил П.З. Стась. Главным инженером стал профессор А.М. Кугушев.
В июне 1947 г. Совет по радиолокации был преобразован в Комитет по радиолокации при СHК СССР и его председателем стал М.З. Сабуров.
Загоризонтная радиолокация базируется на открытии в 1947 г. советским ученым H.И. Кабановым явления дальнего рассеянного отражения от Земли декаметровых волн (с их возвратом после отражения от ионосферы к источнику излучения).
Hеоценимый вклад в создание и разработку советской радиолокационной техники также внесли: В.Д. Калмыков, А.И. Шокин (в течении ряда лет был министром электронной промышленности СССР), А.Н. Щукин и мн. др.
После окончания Второй мировой войны начался этап активной разработки планетной радиолокации и первыми ее объектами стали Луна и метеоры. Первые эхо-сигналы от солнечной короны были получены в 1959 г. (США), а от Венеры тАУ в 1961 г. (Великобритания, СССР и США). В СССР радиолокацию Венеры, Меркурия, Марса и Юпитера выполнил в 1961тАУ1963 гг. коллектив ученых во главе с В.А. Котельниковым.
Большой вклад в развитие отечественной оптической локации внесли ученые: Н.Г. Басов, Ф.М. Прохоров, А.Л. Микаэлян и др.
1. Принцип действия детектора АМС
Амплитудным детектором (АД) называется устройство, предназначенное для получения на выходе напряжения, изменяющегося в соответствии с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Процесс детектирования амплитудно-модулированных (АМ) сигналов вида
uc (t) = ua(t) cos(ωct)
Схема амплитудного диодного детектора изображена на рис. 1. На вход детектора поступает высокочастотный сигнал uc(t). Детектор представляет собой последовательное соединение диода VD и нагрузочной цепи (фильтра): конденсатора СнВаи резистора Rн, включенных параллельно. С нагрузочной цепи снимается выходное колебание uвых
(t).
Значение тока через диод ig для режима покоя (uc(t)=0) может быть найдено из уравнений:
ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (5)
где Ug тАУ напряжение на диоде VD (рис. 1).
Первое уравнение является уравнением вольтамперной характеристики (ВАХ) диода как безынерционного нелинейного элемента. Из-за нелинейного характера ВАХ, форма тока через диод ig при синусоидальной форме сигнала uc(t) не является синусоидальной.
В составе тока появляется постоянная составляющая, которая, протекая по резистору Rн, создает падение напряжения U=, смещающая положение рабочей точки. При увеличении амплитуды входного напряжения смещение рабочей точки увеличивается, и ток через диод будет приближаться по форме к однополярным импульсам, открывающим диод при положительных значениях входного напряжения.
