На передних рубежах радиолокации - Виктор Млечин

Другой пример, о котором я хочу рассказать, касается радиоприёмной техники. Если вы сидите в кабине радиолокатора, то отражённые сигналы от целей, которые поступают в приёмник радиолокатора, очень малы по мощности, но в целом их структура такова же, что и структура зондирующего сигнала, выработанного передатчиком РЛС. Отличие состоит в запаздывании сигнала, вызванного прохождением волны до цели и обратно, допплеровским приращением частоты, если цель движется, возможными искажениями в пространстве РЛС – цель и в самой аппаратуре РЛС. Но эти различия, как правило, на структуру сигнала мало влияют, и она вам известна, т. е. о том, что заложено в структуру зондирующих сигналов данной РЛС, вы полностью осведомлены. Совсем другое положение возникает в том случае, когда структура принятого сигнала неизвестна и вам надо её расшифровать. Предположим, что в структуру сигнала заложена информация в виде ЧМ. Если несущая частота принятого сигнала точно известна, вы преобразовываете её с помощью гетеродина и на выходе УПЧ включаете частотный дискриминатор. Однако трудности возникают, когда несущая частота нестабильна или вообще известен лишь диапазон её изменения. В обоих этих случаях применить обычное супергетеродинное преобразование частоты вряд ли удастся. На помощь приходит другой принцип приёма ЧМ колебаний. Он заключается в преобразовании частоты принятого сигнала с помощью СВЧ колебания, сдвинутого по частоте и задержанного по времени. На выходе преобразователя получается ЧМ-сигнал со стабильной промежуточной частотой. Но информация, заложенная в модуляции этого сигнала, оказывается искажённой, и для её восстановления в первоначальном виде нужен каскад, обеспечивающий накопление сигнала или попросту, его интегрирование. Для сдвига частоты на входы преобразователя наряду с СВЧ сигналом подаётся стабилизированное колебание выбранной промежуточной частоты, а на выходе преобразователя устанавливается фильтр, настроенный на суммарную или разностную частоту. Для обеспечения запаздывания входного сигнала во времени используются СВЧ линии задержки (твердотельные, волноводные или коаксиальные). Если несущая частота сигнала известна лишь с точностью до диапазона волн, применяется СВЧ фазовращатель, например ЛБВ, на спираль которой подводится пилообразное колебание с частотой, близкой к промежуточной. Таким образом, вне зависимости от несущей частоты СВЧ-сигнала в указанном диапазоне волн на выходе частотного дискриминатора, настроенного на фиксированную промежуточную частоту, выделяется напряжение, пропорциональное заложенной внутрисигнальной частотной модуляции.

В качестве последнего рассмотрим пример из области радиолокационной техники. Предположим, что требуется защитить летательный аппарат, например, самолёт от действия наземной РЛС с помощью ложных целей. Наземная РЛС излучает непрерывный сигнал в диапазоне СВЧ и имеет в своём составе канал селекции целей по скорости, который в результате поиска по частоте захватывает сигнал, отражённый от самолёта, и сопровождает его путём удержания в узкополосном деплеровском фильтре. Что касается ложных целей (ЛЦ), то они могут быть различными: самолёты-мишени, беспилотники, специально разрабатываемые ловушки и т. д. Они должны нести на борту ретранслятор сигналов РЛС, в тракт которого включается СВЧ фазовращатель. Модулирующее напряжение на фазовращателе вырабатывается местным генератором, а частота модуляции определяется по команде с пункта связи или с защищаемого объекта. ЛЦ могут лететь впереди самолёта или позади его, но в первом случае они, конечно, подвергаются большей угрозе уничтожения. Доплеровское приращение частоты защищаемого самолёта при его полёте в сторону РЛС равно, как известно, отношению удвоенной радиальной скорости к длине волны, причём со знаком плюс. Примем в первом приближении, что самолёт и ЛЦ летит непосредственно в направлении к РЛС. Если летящая впереди ЛЦ имеет скорость полёта, несколько превышающую скорость самолёта, то поправка по частоте или частота модуляции ретранслятора ЛЦ должна быть равной удвоенной разности скоростей, делённой на длину волны, и направленной сторону снижения частоты. Например, если доплеровская частота самолёта равна 60 кгц, а та же частота ЛЦ – 65 кгц, то частотная поправка имеет знак минус и равна 5 кгц. В случае полёта ЛЦ позади самолёта со скоростью, несколько меньшей скорости самолёта, частотная поправка также равна удвоенной разности скоростей, делённой на длину волны, но поправка направлена в сторону увеличения частоты. В том же примере при доплеровской частоте ЛЦ 55 кгц поправка равна 5 кгц, но имеет знак плюс. Важное значение имеет мощность излучаемого сигнала ретранслятором ЛЦ. В линейном режиме ретранслятора ЛЦ летящая впереди при 10 % опережении по дальности имеет преимущество в мощности почти в 1,5 раза, а та же ЛЦ, летящая сзади, теряет её на 35 %. В целом, мощность сигнала ЛЦ на входе приёмника РЛС должна превышать мощность отражённого от самолёта сигнала на 3–5 дб. Мы рассмотрели идеальную картину расположения ЛЦ относительно самолёта. В реальности ретранслятор должен дополнительно иметь узкополосную шумовую модуляцию, а если скорость ЛЦ сильно отличается, вводится дополнительная поправка по частоте. Следует также предусмотреть дополнительный резерв мощности, исходя из необходимости работы по боковым лепесткам антенны РЛС. Преимущества защиты летательных аппаратов с помощью ЛЦ возрастают на малых высотах полёта, когда РЛС приходится работать в условиях многолучевого приёма сигналов.

Глава 10

Персоналии

Аксель Иванович Берг

А. И. Берга я увидел впервые в конце 1947 или начале 1948 г. в одном из крупных лекционных залов основного корпуса Московского авиационного института. Аксель Иванович выступил с докладом о перспективах развития радиолокации. Прежде всего, он произвёл впечатление своим внешним видом. Хорошо отутюженный ладно скроенный костюм чёрного цвета, выправка военноначальника, погоны вице-адмирала, интеллигентное лицо и седые волосы говорили о многом. Запомнилась манера изложения материала. Он останавливался лишь на крупных узловых вопросах, пояснял сказанное рассказом о состоянии дел, и тут же переходил к задачам, которые предстояло решать. Формулировки были в стиле Акселя Ивановича: чёткие, конкретные, на добротном русском языке. Он обращал свои слова к молодым, в основном к слушавшим его студентам. Говорил о необходимости продолжать дела, начатые предшественниками. Рисовал контуры будущего и призывал воплощать идеи молодых на конкретной работе.

Через несколько месяцев я переступил порог 108 института, руководителем которого был А. И. Берг. Вошёл в приёмную, которая размещалась на первом этаже основного корпуса в левом его крыле. Слева был кабинет Акселя Ивановича, справа сидел главный инженер А. М. Кугушев. Что поразило меня, молодого инженера, в организационном облике института? Сочетание фундаментальной науки с реальной разработкой аппаратуры. Были перекрыты практически все теоретические направления, так или иначе связанные с радиолокацией. Вместе с тем много внимания уделялось созданию новейших образцов радиолокационной техники. Но что примечательно? Разработчики аппаратуры тесно сотрудничали с наукой, получая от неё результаты теоретических исследований, необходимые при проектировании и технологии изготовления, и делясь с ней полученными экспериментальными данными. Теперь я хочу хотя бы перечислить крупные научные направления, которые были созданы под непосредственным руководством А. И. Берга. Начну с лабораторий, объединённых тематикой распространения радиоволн. Руководили лабораториями известные учёные Б. А. Введенский и М. А. Леонтович. Научным консультантом был автор целого ряда основополагающих работ В. А. Фок. В лабораториях работали видные специалисты П. А. Погорелко, Н. В. Осипов, Б. А. Шиллеров, Л. А. Вайнштейн, М. А. Колосов, В. С. Школьников и др. Была создана антенная лаборатория (впоследствии отдел), объединившая много крупных специалистов антенной техники. Первым руководителем лаборатории был Е. Н. Майзельс, затем им стал. Я. Н. Фельд. В лаборатории работали Л. С. Бененсон, И. Б. Абрамов, М. Б. Заксон, Е. Г. Зелкин, Н. Г. Пономарёв, Е. К. Киреев, В. А. Торгованов, Ю. А. Зайцев. Была организована уникальная лаборатория полупроводниковых приборов под руководством С. Г. Калашникова. В ней работали Н. А. Пенин, Г. Я. Кубецкий, Н. Е. Скворцова, В. Г. Алексеева, А. С. Дроздов. Разработкой ламповых генераторов (в основном СВЧ диапазона) занималась лаборатория, которой руководил М. С. Нейман, автор множества работ по СВЧ приборам и одной из первых систематизированных публикаций 30-х годов – книге по антенной технике. В лаборатории работали П. Н. Андреев, Д. И. Карповский, В. Квасников и др. По инициативе А. И. Берга в 108 институт в начале 50-х годов перевели группу разработчиков крайне важных СВЧ приборов ЛБВ и ЛОВ – под руководством М. Ф. Стельмаха и Л. Н. Лошакова. В неё входили Е. Н. Соловьёв, А. В. Иевский, Л. Б. Лисовский, Л. М. Фетисов, А. В. Слуцкая, К. И. Хрустачев и др. Лабораторией, разрабатывавшей некоторые особые виды электронной техники – потенциалоскопы – руководил И. Ф. Песьяцкий. В рамках радиоизмерительной лаборатории, которой вначале руководил Б. Ф. Высоцкий, а затем В. В. Дьяконов, была организована группа теории и техники пассивных СВЧ устройств (линии передачи, переходы, аттенюаторы, нагрузки, линии задержки и т. д.). Руководил группой В. И. Сушкевич. В группу входили И. А. Ащекин, Б. И. Шестопалов, А. И. Кончиц, Б. М. Данилова.