Что такое радиолокация в биологии определение

РАДИОЛОКАЦИЯ

— обнаружение и определение местоположения разл. объектов с помощью радиотехн. устройств. Первые радиолокац. станции (РЛС), называемые также радиолокаторами или радарами, появились в Великобритании, СССР и США в кон. 1930-х гг.

Основные методы радиолокации. Наибольшее распространение получила активная импульсная Р. Вследствие того, что излучение зондирующего импульса заканчивается раньше прихода отражённого сигнала, для передачи и приёма в импульсных РЛС служит одна и та же антенна. Укрупнённая блок-схема РЛС изображена на рис. 1. Широкое применение в передающих устройствах РЛС нашли магнетроны, однако в большинстве современных РЛС передатчик построен по схеме усилителя электрических колебаний (с выходным каскадом на клистроне или лампе бегущей волны )и имеет задающий ВЧ-генератор, служащий также источником гетеродинного напряжения приёмника (см. также Радиоприёмные устройства), а процессор сигнала представляет собой цифровое устройство, на к-рое принятые сигналы поступают после аналогово-цифрового преобразователя. Устройство отображения выполняется обычно на приёмных электронно-лучевых трубках и даёт наглядную координатную и дополнит. информацию о наблюдаемых объектах, контролируемых зонах пространства и имеющихся помехах (напр., гидрометеорах). Направление на объект Р. в РЛС с механически управляемой антенной определяют по угловому её положению, при к-ром величина принимаемого сигнала достигает максимума; в РЛС с электронно управляемым лучом вместо угл. положения антенны измеряют угл. положение луча относительно нормали к раскрыву антенны.

Требуемая энергия зондирования может быть сосредоточена в одном импульсе или в группе из n когерентных импульсов (т. е. импульсных «вырезок» из единого синусоидального колебания; при этом напряжение сигнала на выходе возрастает в n раз в сравнении с одним импульсом). Возможно также увеличить энергию сигнала за счёт некогерентного интегрирования импульсов на видеочастоте; в этом случае не потребуется поддержания определённых фазовых соотношений между импульсами на высокой и промежуточной частотах, но напряжение на интеграторе будет возрастать только как В теории Р. доказывается, что существует. оптимальный приём, при к-ром достигается наибольшее возможное при данной энергетике превышение сигнала над шумом на выходе «согласованного фильтра» ( фильтра электрического, импульсная характеристика к-рого является «зеркальным отражением» на оси времени). Когерентный приём позволяет приблизить энергетику РЛС к теоретич. пределу.

Основные параметры РЛС. Разрешающая способность и точность определения координат являются кор-релиров. характеристиками РЛС. Разрешающая способность по угл. координате приближённо равна ширине q антенного луча, а среднеквадратичное значение случайной шумовой ошибки сопровождения

Для увеличения дальности действия РЛС необходимо повышать энергию зондирования, что достигается либо увеличением мощности в импульсе, либо увеличением его длительности. Второй путь предпочтительнее, т. к. устраняет ряд инженерных проблем, связанных с более высокими электрич. напряжениями. Но для сохранения при более длит. импульсах заданного разрешения по дальности требуется внутриимпульсная частотная модуляция (ЧМ) или фазо-кодовая модуляция (ФКМ), обеспечивающая ширину спектра Df _с зондирующих сигналов, равную с/2DR, где с— скорость света. От длительности зондирующего импульса разрешение не зависит, но при обоих видах модуляции от неё зависит уровень мешающих боковых лепестков и ширина области их существования.

В случае внутриимпульсной линейной ЧМ принимаемый отражённый сигнал после преобразования на промежуточную частоту (см. Преобразование частоты )поступает на частотно-дисперсионную линию задержки (рис. 4, а), на выходе к-рой появляется сжатый импульс длительности 1/Df _с. При внутриимпульсной ФКМ принимаемый отражённый сигнал после преобразования на промежуточную частоту поступает на линию задержки с отводами (рис. 4, б), отображающими кодовую последовательность ФКМ зондирующего импульса и снабжённую такими фазосдвигающими элементами в отводах, к-рые обеспечивают синфазное суммирование всех парциальных сигналов при достижении импульсом конца линии задержки; при этом на сумматоре появляется сжатый импульс длительностью 1/Df _с.

В наземных и корабельных РЛС используются гл. обр. дециметровые и сантиметровые волны. В самолётных РЛС, где габариты антенн строго ограничены, применяются только короткие сантиметровые волны. Имеются также РЛС на волнах 8 мм и даже 3 мм. Ограничение длины волны снизу определяется резко возрастающими с уменьшением l потерями в атмосфере.

Кроме активных радиолокаторов, работающих по отражённому сигналу, существуют пассивные радиолокаторы, использующие естеств. излучение объектов (радиометры). Такие устройства могут непосредственно измерять только угл. координаты.

Лит.: Современная радиолокация, пер. с англ., М., 1969; Справочник по радиолокации, под ред. М. Сколника, пер, с англ., т. 1-4, М., 1976-79; Кук Ч., Бернфельд М., Радиолокационные сигналы, пер. с англ., М., 1971; Теоретические основы радиолокации, под ред. Я. Д. Ширмана, М., 1970; Леонов А. И., Фомичев К. И., Моноимпульсная радиолокация, 2 изд., М., 1984. Т. Р. Брахман,

Источник

Радиолокация

Полезное

Смотреть что такое «Радиолокация» в других словарях:

радиолокация — радиолокация … Орфографический словарь-справочник

РАДИОЛОКАЦИЯ — обнаружение и определение местоположения разл. объектов с помощью радиотехн. устройств. Первые радиолокац. станции (РЛС), называемые также радиолокаторами или радарами, появились в Великобритании, СССР и США в кон. 1930 х гг. Принцип действия… … Физическая энциклопедия

РАДИОЛОКАЦИЯ — (от радио. и лат. locatio расположение) область науки и техники, предмет которой наблюдение различных объектов (целей) радиотехническими методами: их обнаружение, распознавание, определение их местонахождения и скорости и др.; сам процесс… … Большой Энциклопедический словарь

радиолокация — сущ.) Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012. радиолокация сущ., кол во синонимов: 1 • локализация (7) … Словарь синонимов

РАДИОЛОКАЦИЯ — РАДИОЛОКАЦИЯ, и, жен. Обнаружение, распознавание, определение местонахождения различных объектов с помощью радиоволн. | прил. радиолокационный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Радиолокация — область науки и техники, предметом которой является наблюдение различных объектов (целей) радиотехническими методами их обнаружение, распознавание, определение их местоположения (координат) и получение о них других сведений (например, параметров… … Морской словарь

радиолокация — определение местонахождения внешнего объекта с помощью радиоволн. радиолокационный. радиолокатор. радар. радиопрожектор. радиопеленгатор. радиокомпаратор … Идеографический словарь русского языка

Радиолокация — Содержание 1 Классификация 2 Принцип действия … Википедия

РАДИОЛОКАЦИЯ — метод обнаружения и определения местонахождения объектов посредством радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где находится… … Энциклопедия Кольера

радиолокация — и; ж. [от слова радио и лат. locatio размещение, расположение] Обнаружение, распознавание и определение местоположения различных объектов с помощью радиоволн; область науки и техники, изучающая методы такого обнаружения. ◁ Радиолокационный, ая,… … Энциклопедический словарь

Источник

Радиолокация

Содержание

Радиолока́ция — область науки и техники, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат, а также определение свойств и характеристик различных объектов, основанных на использовании радиоволн. Близким и отчасти перекрывающимся термином является радионавигация, однако в радионавигации более активную роль играет объект, координаты которого измеряются, чаще всего это определение собственных координат. Основное техническое приспособление радиолокации — радиолокационная станция (англ. Radar).

Различают активную, полуактивную, активную с пассивным ответом и пассивную РЛ. Подразделяются по используемому диапазону радиоволн, по виду зондирующего сигнала, числу применяемых каналов, числу и виду измеряемых координат, месту установки РЛС.

Классификация

Выделяют два вида радиолокации:

Активная радиолокация бывает двух видов:

Для просмотра окружающего пространства РЛС использует различные способы обзора за счёт перемещения направленного луча антенны РЛС:

В соответствии с видом излучения РЛС делятся на

Принцип действия

Радиолокация основана на следующих физических явлениях:

Импульсный метод радиолокации

При импульсном методе радиолокации передатчики генерируют колебания в виде кратковременных импульсов, за которыми следуют сравнительно длительные паузы. Причём длительность паузы выбирается исходя из дальности действия РЛС D_max.

<2 D_\over c>» border=»0″ />

Сущность метода состоит в следующем:

Передающее устройство РЛС излучает энергию не непрерывно, а кратковременно, строго периодически повторяющимися импульсами, в паузах между которыми происходит приём отражённых импульсов приёмным устройством той же РЛС. Таким образом, импульсная работа РЛС даёт возможность разделить во времени мощный зондирующий импульс, излучаемый передатчиком и значительно менее мощный эхо-сигнал. Измерение дальности до цели сводится к измерению отрезка времени между моментом излучения импульса и моментом приёма, то есть временем движения импульса до цели и обратно.

Дальность действия РЛС

Максимальная дальность действия РЛС зависит от ряда параметров и характеристик как антенной системы станции, так и генератора, и приёмника системы. В общем случае без учёта потерь мощности в атмосфере, помех и шумов дальность действия системы можно определить следующим образом:

,

— мощность генератора; — коэффициент направленного действия антенны; — эффективная площадь антенны — эффективная площадь рассеяния цели — минимальная чувствительность приёмника.

При наличии шумов и помех дальность действия РЛС уменьшается.

Влияние помех

Влияние шумов

Влияние атмосферы

Атмосферные потери особенно велики в сантиметровом и миллиметровом диапазонах и вызываются дождем, снегом и туманом, а в миллиметровом диапазоне также кислородом и парами воды. Наличие атмосферы приводит к искривлению траектории распространения радиоволн (явление рефракции). Характер рефракции зависит от изменения коэффициента преломления атмосферы при изменении высоты. Из-за этого траектория распространения радиоволн искривляется в сторону поверхности земли.

РЛС непрерывного излучения

Используются в основном для определения радиальной скорости движущегося объекта (использует эффект Допплера). Достоинством РЛС такого типа является дешевизна и простота использования, однако в таких РЛС сильно затруднено измерение расстояния до объекта.

Пример: простейший радар для определения скорости автомобиля.

Основные идеи и этапы развития

Как известно, эффект отражения радиоволн открыл А.С. Попов в 1897 году. Но технически использовать удивительный эффект для «дальнего видения» никому не удавалось: волны рассеивались, и на объект локации их попадало меньше одной миллиардной части. Практические работы в области радиолокации начались в 30-х годах. Работы велись практически параллельно в СССР, Германии, Англии и Франции. Естественно, что разработки держались в секрете. Основной целью было обнаружение атак авиации.

В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привела к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом Павлом Ощепковым получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя — М. Н. Тухачевского.

В 1946 году американские специалисты — Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии». [4]

Основным фактором, ограничивающим технические характеристики локаторов, является малая мощность принимаемого сигнала. При этом мощность принимаемого сигнала убывает как четвёртая степень дальности, то есть, чтобы увеличить дальность действия локатора в 10 раз нужно увеличить мощность передатчика в 10000 раз! Естественно на этом пути быстро пришли к пределам, преодолеть которые было далеко не просто. Уже в самом начале развития был осознан тот факт, что имеет значение не сама мощность принимаемого сигнала, а его заметность на фоне шумов приемника. Снижение шумов приемника также было ограничено естественными шумами элементов приемника, например тепловыми. Данный тупик был преодолен на пути усложнения методов обработки принятого сигнала и связанного с этим усложнения формы применяемых сигналов. Развитие радиолокации как научной отрасли знаний шло одновременно с развитием кибернетики и сейчас потребуются специальные исследования, чтобы решить, где именно были получены первые результаты. Следует отметить появление понятия сигнала, который позволил отвлечься от конкретных физических процессов в приемнике, таких как напряжение и ток, и позволил решать стоящие проблемы как математическую задачу о поиске наилучших функциональных преобразованиях функций времени.

Одной из первых работ в этой области была работа Котельникова В. А. об оптимальном приёме сигнала, то есть наилучшем в условии шумов методе обработки сигнала. В результате было доказано, что качество приёма зависит не от мощности сигнала, а от его энергии, то есть произведения мощности на время, таким образом, появилась доказанная возможность увеличения дальности действия за счёт увеличения длительности сигналов, в пределе до непрерывного излучения. Значительным шагом вперед стало отчетливое применение в технике методов статистической теории решений (критерий Неймана-Пирсона) и принятие того факта, что исправное устройство может работать с определённой долей вероятности. Для того, чтобы радиолокационный сигнал при большой длительности позволял измерять дальность и скорость с высокой точностью, потребовались сложные сигналы, в отличие от простых радиолокационных импульсов, изменяющие какие-либо характеристики в процессе генерации. Так. сигналы с линейной частотной модуляцией изменяют частоту колебаний в течение одного импульса, сигналы с фазовой манипуляцией скачкообразно изменяют фазу сигнала, обычно на 180 градусов. При создании сложных сигналов было сформулировано понятие функции неопределённости сигнала, показывающей связь точности измерений дальности и скорости. Необходимость повышения точности измерения параметров стимулировало развитие различных методов фильтрации результатов измерений, например, методов оптимальной нелинейной фильтрации, которые явились обобщением фильтра Калмана на нелинейные задачи. В итоге всех этих разработок теоретическая радиолокация оформилась как самостоятельная сильно математизированная отрасль знаний, в которой значительную роль имеют формализованные методы синтеза, то есть проектирование ведется в известной мере «на кончике пера».

Основными моментами в противостоянии с авиацией были:

Источник

Общие сведения о радиолокации и биорадиолокации

Понятие о радиолокации биологических объектов

Нашей задачей является изучение методов и устройств биорадиолокации. Приступая к освоению новой предметной области, необходимо, прежде всего, ознакомиться с основными понятиями, составить представление об изучаемом предмете в общих чертах. Необходимо усвоить терминологию, понять взаимосвязь разных отдельных составных частей общего знания, разобраться в переплетении и взаимосвязи основных проблем. Безусловно, нам придется рассмотреть основы теории классической радиолокации, поскольку раньше при обучении вы эти вопросы не изучали.

Радиолокацией называют область техники, охватывающую методы и средства обнаружения, определения координат и параметров движения различных объектов с помощью отражения, переизлучения или излучения ими радиоволн [1,2]. Традиционными объектами локации до недавнего времени являлись в основном неживые объекты (цели), что определялось спецификой использования радиолокационных устройств. К областям применения традиционной радиолокации можно отнести обнаружение и определение координат, а также параметров перемещения:

— аэродинамических целей (самолеты, крылатые ракеты и т.д.);

— баллистических и космических объектов (боеголовки и спутники);

— наземных и надводных объектов (наземные транспортные средства и боевые машины, корабли).

Другим направлением радиолокации, бурно развивающимся в последние десятилетия, является подповерхностная радиолокация. Ее назначением является зондирование конденсированных сред, характеризующихся высоким поглощением и дисперсией электромагнитных волн [3]. Термин «конденсированная» означает твердую или жидкую фазу как противоположность случаю газовой фазы. Подповерхностная радиолокация характеризуется разнообразными применениями, перечислим некоторые их них:

— зондирование грунтов с целью выявления их глубинной структуры и неоднородностей (уровня грунтовых вод, различного рода природных включений, расположения и состояния технических конструкций и коммуникаций);

— обследование местности с целью обнаружения взрывоопасных предметов, например, мин;

— зондирование строительных конструкций для выявления их внутренней структуры, например, мест залегания деталей арматуры, строительных дефектов;

— неразрушающий контроль промышленных изделий.

Интенсивно развивающимся направлением радиоэлектроники является радиолокация биологических объектов. Использование радиолокаторов для обнаружения живых людей, находящихся за преградами, и дистанционное определение параметров их дыхания и сердцебиения находит применение в различных областях: спасательных операциях, антитеррористической борьбе, медицине и других.

Метод дистанционного обнаружения и диагностики людей, в том числе за оптически непрозрачными препятствиями, основанный на модуляции радиолокационного сигнала колебательными движениями и перемещениями частей тела и органов человека, будем называть биорадиолокацией [4]. Исследования в области биорадиолокации в нашей стране и за рубежом направлены на решение ряда теоретических задач радиолокации биологических объектов, а также на создание новых типов аппаратуры.

Общие сведения о радиолокации и биорадиолокации

Радиоэлектронной системой называют совокупность средств и приборов, среди которых радиотехнические выполняют основные или одну из основных функций преобразования информации. Такими функциями могут быть:

— разрушение информации, т. е. создание помех для передачи и извлечения информации – это системы радиопротиводействия;

— получение информации о собственных координатах в пространстве – это радионавигационные системы;

— извлечение информации о координатах удаленного объекта – радиолокационные системы;

— управление движущимися объектами по радиоканалу – радиосистемы управления.

1.1.1.Физические основы радиолокации

Радиолокация как наука основана на использовании ряда физических законов, связанных с распространением и рассеянием электромагнитных волн.

1. Радиоволны распространяются в свободном пространстве со скоростью света с=3·10 6 м/с.

В современной радиолокации используются ультракороткие волны (УКВ): метровые, дециметровые, сантиметровые, реже миллиметровые радиоволны. Использование в РЛС сверхвысоких частот (ультракоротких волн) объясняется в основном требованием создания остронаправленного излучения, а кроме того, интенсивность отражения ЭМВ получается достаточной лишь в том случае, если длина волны зондирующего сигнала меньше геометрических размеров облучаемого объекта.

Технические особенности той или иной радиолокационной станции (РЛС) обусловлены диапазоном волн, способами получения зондирующего радиосигнала, методами обработки отраженного радиосигнала и особенностями работы оконечного устройства.

Диапазоны радиоволн

При распространении в тропосфере[1] радиоволны сантиметрового и более коротковолновых диапазонов испытывает затухание, связанное с частичным преобразованием электромагнитной энергии в другие виды энергии и с рассеянием. Миллиметровые волны испытывают добавочное поглощение в молекулах водяного пара и кислорода. Поэтому радиоволны этих диапазонов не применяют для радиолокаторов дальнего действия. Затухание резко уменьшается с увеличением длины волны и становится ничтожно малым для волн длиннее 10 см.

2. Важнейшим для радиолокации свойством электромагнитных волн является их рассеяние (отражение) при падении на объекты. Это позволяет, принимая отраженные объектом волны и измеряя их параметры, судить о наличии и свойствах объекта. В общем случае объект рассеивает волны во все стороны, в том числе и в сторону, обратную направлению прихода падающей волны. Таким образом, облучая объект, можно принимать отраженную волну в том же месте, откуда она излучалась. Такой тип радиолокации называется первичной или радиолокацией с пассивным ответом.

3.Закон о прямолинейности распространения электромагнитных волн в однородной среде используется для определения угловых координатобъекта. Для создания остронаправленного излучения или приема необходимо, чтобы длина волны была меньше геометрических размеров антенны. Чем меньше длина волны по сравнению с размерами антенны, тем уже может быть радиолуч, тем точнее можно определить направление на объект и тем выше будет разрешающая способность РЛС по угловым координатам (минимальное угловое расстояние, когда два объекта различаются отдельно). Отсюда тенденция к использованию все более коротких волн.

4. Постоянство скорости распространения электромагнитных волн позволяет определять дальность до объекта D путем измерения задержки t_з волны при ее распространении от радиолокатора до объекта и от объекта до радиолокатора при отражении. В этом примере радиоволна проходит свой путь дважды, отсюда в формуле деление на два.

. (1.1)

5. Электромагнитные волны, рассеянные движущимся объектом, имеют другую длину волны по сравнению с волной облучения (доплеровское смещение частоты). Этот эффект позволяет выделять движущиеся объекты и определять их скорость путем измерения величины смещения частоты. Несущая частота сигнала f₀ изменится на величину доплеровского смещения F_Д = (2V_r/c)f_0, следовательно, радиальная скорость

(1.2)

6. Одной из наиболее важных проблем радиообнаружения объектов локации является отыскание оптимальных способов выделения сигналов при наличии помех. Помехи, искажающие полезный сигнал от объекта, подразделяются на аддитивные и мультипликативные (модулирующие).

Аддитивной помехой n(t) называется такая помеха, которая входит в смесь x(t)сигнала u(t) с помехой в качестве слагаемого

Активные и пассивные источники помех являются объектами, которые излучают или переизлучают сигналы, мешающие обнаружению сигналов цели. Помехи обычно используются в процессе радиоэлектронной борьбы (тогда их называют активными), однако они могут быть и непреднамеренными (естественными), например, в виде излучения других радиопередающих устройств. Искусственно созданные пассивные помехи возникают из-за отражения от специальных отражателей (облака диполей, аэрозолей и других образований), отражения от которых маскируют сигналы целей.

Рис.1.1. Гармонический сигнал (а) и «белый шум» (б)

Обобщенная схема РЛС

На рис. 1.2 показана обобщенная схема радиолокационной станции. Она включает в себя собственно РЛС (3), носитель РЛС (6), среду распространения радиоволн (2), группу лоцируемых объектов (1), систему навигации (4) и систему индикации и управления каналом (5). Все эти элементы структуры участвуют в процессе обнаружения и определения характеристик заданных объектов. Рассмотрим рисунок, поясняя содержимое каждого из квадратов, обозначенных цифрами на схеме.

1. Радиолокационные объекты. Радиолокационными объектами являются цели, фон, различные ориентиры, источники помех.

2. Среда распространения радиоволн – пространство между РЛС и объектом. Обычно считается, что электромагнитная волна от объекта до РЛС распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью. Наличие неоднородности среды (коэффициента преломления) вносит ошибки в процесс измерения характеристик цели, а потери энергии вследствие поглощения в среде приводят к уменьшению дальности обнаружения целей. Поэтому при решении радиолокационных задач требуется учитывать характеристики среды распространения.

Рис.1.1. Структура радиолокационного канала

3. РЛС – включает в себя собственно аппаратуру РЛС («железо») и программное обеспечение (ПО) работы РЛС. Аппаратура РЛС включает в себя следующие основные блоки:

— антенные и приемо-передающие модули. Антенно-фидерные устройства модулей обеспечивают направленное излучение и прием радиоволн с учетом их поляризации. Передающие модули обеспечивают усиление, амплитудную и фазовую модуляцию радиочастотных колебаний. Приемные модули обеспечивают малошумящее усиление и преобразование частоты принимаемых радиочастотных колебаний;

— синтезатор сигналов, который генерирует колебания заданной радиочастоты, частот модуляции и преобразования для приемопередающих модулей;

— процессор обработки сигналов, выполняющий с помощью аналоговых и цифровых устройств заданный алгоритм обработки принимаемых колебаний (синтезирования апертуры);

— БЦВМ управления и обработки данных обеспечивает согласование работы и режимов всех устройств РЛС и носителя РЛС в соответствии с решаемой задачей, а также обработку данных с выхода сигнального процессора.

Кроме перечисленных составных частей, в РЛС также входят устройства технической диагностики, источники питания, сеть распределения сигналов и коммутационные устройства (на рисунке не показаны).

4. Система навигации снабжает необходимой информацией системы обработки сигналов управления.

5. Система индикации и управления обеспечивает связь между оператором и РЛС с использованием устройств отображения информации интеллектуальных систем управления, реализуемых с помощью ЭВМ.

6. Носитель РЛС выполняет не только транспортные функции, но и обеспечивает заданное пространственное положение РЛС (траекторию), исходя из задачи формирования требуемого пространственно-временного траекторного сигнала.

Функционирование радиолокационного канала начинается с задания оператором тактической задачи, исходя из которой, система управления через БЦВМ управления формирует структуру канала и его режимы работы. Коммутационные устройства обеспечивают реконфигурацию (изменение структуры) РЛС путем переключения приемопередающих модулей и вычислительных модулей процессоров и изменения способов объединения сигналов и данных с помощью сети распределения (шины), соединяющей все модули. Кроме того, система управления изменяет состав модулей программного обеспечения процессоров и БЦВМ для выполнения заданных алгоритмов управления, обработки сигналов и индикации. Сложные задачи реконфигурации аппаратуры РЛС и программного обеспечения требуют большой интеллектуальной поддержки оператора РЛС соответствующим программным обеспечением ЭВМ системы управления, которое высвобождает мышление оператора (летчика) для решения тактических задач.

В соответствии с заданным режимом работы синтезатор сигналов вырабатывает высокочастотные колебания несущей частоты зондирующего сигнала в зависимости от решаемых РЛС задач, а также частоты преобразования и модуляции сигналов.

Излученная электромагнитная волна, пройдя среду распространения от РЛС до объекта, формирует поле облучения объекта. В зависимости от свойств объекта и параметров поля облучения, характеризуемых функцией отражения объекта, формируется рассеянная объектом электромагнитная волна (ЭМВ), распространяющаяся в сторону РЛС.

Отраженная от объекта ЭМВ, пройдя среду распространения от объекта до РЛС, возбуждает поле на апертуре приемных антенных модулей.

Дополнительные каналы (обычно другой физической природы) обеспечивают необходимой информацией процессоры обработки и БЦВМ управления. Это, прежде всего, система навигации, которая совместно с носителем обеспечивает требуемую траекторию перемещения антенных модулей РЛС, исходя из необходимости решения заданной тактической задачи. Так, при использовании РЛС в качестве информационной системы для наведения носителя РЛС на малоразмерную наземную цель управление траекторией предусматривает получение высокой разрешающей способности и выдерживание заданного вектора путевой скорости относительно объекта.

Методы радиолокации

Зондирующее излучение становится информационным сигналом только после взаимодействия с целью (отраженный сигнал, ответный сигнал). Рассмотрим принятую классификацию методов радиолокации по способу образования радиолокационных сигналов: активная радиолокация, полуактивная и пассивная [1,2].

При активной радиолокации (рис. 1.3, а) радиоволны (РВ), излучаемые антенной передающего устройства РЛС, фокусируются и направляются на цель. Приемное устройство той же РЛС принимает отраженные волны и преобразует их так, что выходное устройство с помощью опорных сигналов (см. пунктирную стрелку между передатчиком и выходным устройством) извлекает содержащуюся в отраженном сигнале информацию: наличие цели, ее дальность, направление, скорость и др. Этот метод радиолокации называется активным потому, что предусматривает облучение цели антенной РЛС. Опорные сигналы являются необходимым элементом, обеспечивающим радиолокационные измерения, задаются прямой излучаемой волной и несут информацию о зондирующем излучении (несущей частоте, фазе, времени появления, об исходном направлении луча антенны и др.).

При активной радиолокации с активным ответом (рис. 1.3, б) предполагается наличие на объекте ответчика (ретранслятора), который состоит из приемного устройства, предназначенного для приема и усиления

Рис.1.3. Упрощенные схемы формирования радиолокационных сигналов: а – при активной локации с пассивным ответом; б – при активной локации с активным ответом; в – при пассивной локации; г – при полуактивной локации

прямого сигнала, поступающего от РЛС – запросчика, и передающего устройства — для создания ответного сигнала (переизлучения).

При пассивной радиолокации сама цель является источником электромагнитного излучения, а РЛС выполняет функции приемного устройства, предназначенного для определения направления на этот источник (рис. 1.3, в). Собственное излучение создается нагретыми частями объекта, ионизированной атмосферой, окружающей объект, и, наконец, радиопередающим устройством, которое может оказаться на данном объекте.

Пассивную радиолокацию, использующую для изучения объектов их собственное естественное излучение называют теплорадиолокация, а при использовании радиоизлучения работающего передатчика –радиометрией.

Разнесенная радиолокационная система — разновидность радиолокации по пассивным целям. Ее характерная черта: передающее и приемное устройства разнесены на значительное расстояние. На рис. 1.3, г показана функциональная схема разнесенной системы активной радиолокации, в которой передающее устройство принадлежит наземной станции, а приемные устройства — управляемому снаряду. Одно из них (I) предназначено для приема отраженных от цели сигналов, а другое (II) — для приема от передатчика опорных сигналов. Выходное устройство, используя эти сигналы, вырабатывает команды наведения снаряда на цель.

Возможна разнесенная система пассивной радиолокации, где цель не облучается со стороны РЛС, а наоборот, сама излучает волны с помощью имеющегося на ней специального передатчика — маяка. РЛС при этом только принимает и обрабатывает эти сигналы. Как видно, в обоих вариантах системы та ее часть, где производятся радиолокационные измерения, в облучении цели не участвует. Поэтому разнесенную систему относят к полуактивной радиолокации.

Активная радиолокация в отличие от пассивной позволяет определять все координаты цели (не только направление на нее). Преимущество пассивной системы — скрытый характер локации (со стороны РЛС нет излучения). Полуактивную радиолокацию целесообразно применять в РЛС управления ЛА, где возможность уменьшить вес и габариты бортовой аппаратуры за счет исключения из нее передающей части РЛС особенно важна. Передатчик вместо этого устанавливают на пункте управления.

При активной радиолокации с активным ответом запросный и ответный сигналы кодируются, чтобы по коду можно было определить государственную принадлежность цели («свой — чужой») и получить дополнительную информацию. Такой метод радиолокации весьма эффективен и как средство навигации. Например, если запросный сигнал посылается с самолета или морского корабля, а ответчиком служит наземный передатчик — радиомаяк, то последний служит хорошим навигационным ориентиром для штурмана корабля или самолета. Третье важное преимущество систем с активным ответом — выигрыш в дальности действия, обусловленный значительно большей мощностью ответного сигнала по сравнению с отраженным от цели. Однако ответную аппаратуру можно установить только на «своем» объекте. Поэтому наибольшее применение получила активная радиолокация по пассивным целям (рис. 1.3, а), которую для краткости будем называть активной.

Таким образом, по принципам образования радиолокационных сигналов методы радиолокации разделяются на активные, полуактивные и пассивные. На практике часто их совмещают при проектировании радиолокационных систем.

Биорадиолокация

В последнее время появился новый термин – биорадиолокация.Биорадиолокацией авторы этого нового направления называют метод дистанционного обнаружения и диагностики людей или животных, в том числе за оптически непрозрачными препятствиями, основанный на модуляции радиолокационного сигнала колебательными движениями и перемещениями органов биологического объекта [4].

Первопричиной наличия биометрической информации в отраженном радиосигнале являются сокращения сердца, сосудов, легких и других внутренних органов человека, а также артикуляция (одновременная работа активных произносительных органов: голосовых связок, языка, губ, небной занавески). Эти процессы носят квазипериодический характер и вызывают модуляцию отраженного радиолокационного сигнала. Можно выделить четыре группы биомеханических движений, которые отличаются как по частотному диапазону, так и по амплитуде. К ним относятся:

— движение органов речи человека (частота основного тона колебаний голосовых связок около 100 Гц);

— движение других частей тела человека (рук, ног и т.д.).

Конкретные значения этих частот и амплитуд перемещений определяются физической активностью и состоянием испытуемого. Наиболее сложным представляются процессы артикуляции, т.к. в них участвуют сразу несколько различных органов тела человека, обладающих своими собственными характеристиками.

В качестве задач, где применение биорадиолокации может быть перспективным, укажем следующие:

— обнаружение людей, находящихся под завалами в результате землетрясений, техногенных катастроф, схода лавин. Актуальность задачи определяется необходимостью для спасателей приступить к скорейшей разборке завалов в местах, где есть надежда обнаружить живых людей;

— антитеррористические операции, а также при ведении боя в условиях города для обнаружения и слежения за людьми, находящимися за непрозрачными препятствиями, такими как стены или междуэтажные перекрытия, и в условиях плохой видимости;

— дистанционное обнаружение раненых при боевых действиях по их дыханию (у погибших дыхание отсутствует) для снижения риска медицинского персонала при эвакуации под огнем противника;

— дистанционное обнаружение скрытого под одеждой человека огнестрельного или холодного оружия;

— контроль охраняемых территорий от вторжения посторонних лиц;

— при досмотре транспортных контейнеров с целью выявления лиц, нелегально пересекающих границу;

— дистанционное определение эмоционального состояния человека с целью выявления потенциально опасных лиц, например, при предпосадочном досмотре в аэропортах;

— разработка дистанционного детектора лжи;

— контроль состояния оператора сложных машинных комплексов;

— регистрация речевых сигналов человека за препятствиями без использования традиционных акустических микрофонов;

— мониторинг пульса и дыхания пациента, в случае, когда применение контактных сенсоров невозможно или затруднено;

— слежение за состоянием и диагностика внутренних органов человека;

— дистанционное слежение за состоянием плода в период беременности вместо существующих мониторов, использующих ультразвук с контактными датчиками;

— измерение эластичности кровеносных сосудов путем измерения скорости распространения импульса кровяного давления при сердечном сокращении, что поможет определить предрасположенность пациента к сердечно-сосудистым заболеваниям.

Наиболее перспективной областью применения биорадиолокации в медицине сейчас является сомнология (исследование расстройств дыхания во время сна). Многочисленные работы в области сомнологии относятся к исследованию патологических ночных остановок дыхания. Такие нарушения очень распространены (ими страдают от 3 до 8 % населения) и оказывают существенное влияние на здоровье и качество жизни пациентов. Мужчины страдают этим расстройством чаще женщин в 3-8 раз.

Рис.1.4. Примеры медицинского применения биорадиолокации

Диагностика нарушений дыхания во время сна традиционно проводится чрезвычайно трудоемким и дорогостоящим полисомнологическим методом в лабораториях сна, располагающих соответствующим диагностическим оборудованием.

Этот метод требует длительной регистрации различных функций человеческого организма в период ночного сна. Как правило, регистрируются следующие сигналы: дыхание, шум дыхания (храп), дыхательные движения грудной клетки и брюшной стенки, поток выдыхаемого воздуха изо рта и ноздрей, положение тела, движение нижних конечностей, насыщение артериальной крови кислородом, электроэнцефалограмма, электрокардиограмма, электроокулограмма, электромиограмма и др.

Бесконтактный дистанционный мониторинг движений, дыхания и частоты сердечных сокращений (ЧСС) биорадиолокационным методом является важным дополнением к полисомнологическим исследованиям, позволяя повысить комфортабельность проводимых ночных исследований для пациента, стабильность регистрируемых данных.

Дистанционная регистрация движений, дыхания и ЧСС даст возможность проводить профилактические обследования населения для выявления дыхательных расстройств и нарушений сна, бесконтактный мониторинг нарушений дыхания и сна у детей, в том числе для предотвращения синдрома внезапной смерти у младенцев. Диагностика сна может быть использована для создания «умного будильника», определяющего фазы сна и момент, наиболее подходящий для пробуждения.

Одним и возможных приложений дистанционного измерения параметров дыхания и ЧСС является создание дистанционного «детектора лжи». Достоинством биорадиолокации в этом случае является возможность скрытного измерения параметров человека и оценка на их основе его психоэмоционального состояния. Это не позволит испытуемому принять меры по модификации своей реакции на задаваемые вопросы в ходе беседы, что вполне возможно в случае применения традиционного полиграфа. Кроме того, скрытное наблюдение и регистрация параметров человека не потребует специального разрешения или согласия, как в случае контактных измерений.

Определенный интерес представляют и пассивные радиолокационные системы, которые работают, как правило, в миллиметровом диапазоне длин волн. К их преимуществам относится отсутствие собственного излучения. С другой стороны, миллиметровые волны относительно легко поглощаются даже во влажной одежде, что в значительной степени сдерживает применение этого метода.

При обнаружении людей за стенами и на местности используется сантиметровый диапазон длин волн.

Известен целый ряд зарубежных радаров для обнаружения людей, выпускающихся серийно [4]. Это радары Prism 200 (Англия), MIR (США), Xaver™ 800 (Израиль), TWS (Канада), Radar Scope (США), Rescue Radar LS-RR01 (Япония) и другие (см. таблицу 1.2). Внешний вид радаров показан на рис. 1.5. Это компактное переносимой устройство с встроенным дисплеем для оперативного отображения информации.

В России серийные радары такого типа пока не выпускаются.

Рис. 1.5. Внешний вид радаров для обнаружения людей за непрозрачными препятствиями

Работы по созданию подобных устройств ведутся рядом организаций, среди которых СКБ ИРЭ РАН, МАИ, МГТУ им. Н.Э.Баумана, и др.

Источник