Валерий Родиков - Приключения радиолуча
Но главная неприятность не от диффузных отражений, а от зеркальных: когда угол падения равен углу отражения. При ровной суше и штилевом море на ник приходится основная часть мощности радиоволны переотраженной подстилающей поверхности. И вот этот-то зеркальный луч тоже, наряду с прямым, достигает самолета. Таким образом, самолет облучается сразу двумя лучами — прямым и переотраженным от земли. А мы уже знаем, что в зависимости от разности фаз две волны могут или складываться, или вычитаться, то есть они могут усилить друг друга или ослабить, а могут и вообще погасить друг друга. Это явление, как мы помним, называется интерференцией.
Интерференция происходит в каждой точке пространства вблизи земной поверхности, как раз там, где «обитают» маловысотные цели. Области, где прямая и отраженная от земли волна складываются, чередуются с местами, где они вычитаются. Там, где волны складываются, они усиливают друг друга и обнаружение улучшается (эти области называются интерференционными максимумами), а где вычитаются — вероятность обнаружения падает (эти угломестные секторы называют интерференционными провалами). Получается, что цельная диаграмма направленности в вертикальной плоскости вблизи земли как бы дробится на множество интерференционных максимумов, где цель обнаруживается, перемежающихся с провалами, в которых цель исчезает. Интересно, что чем выше поднята антенна над землей и чем меньше длина волны, тем уже становятся интерференционные лепестки и провалы, тем чаще они чередуются, тем больше их число.
Во многих случаях диаграмма направленности с большим числом узких интерференционных лепестков предпочтительнее, чем с малым количеством широких лепестков, так как для каждой цели, летящей на постоянной высоте, непросматриваемые зоны получаются сравнительно узкими, и цель быстро выскакивает из них. Это еще одна из причин, почему антенну при обнаружении низколетящих целей стараются поднять как можно выше.
Величина интерференционных максимумов и глубина провалов зависит от того, сколь хорошо радиоволны отражаются подстилающей поверхностью. Качество отражения принято определять коэффициентом отражения. Если волна отражается полностью, то коэффициент отражения равен единице. Чем больше потери при отражении, тем меньше мощность отраженной волны, тем, соответственно, меньше коэффициент отражения.
Естественно, чем лучше отражается радиоволна от земли, тем сильнее интерференционная изрезанность диаграммы направленности, тем больше ее интерференционные максимумы, тем глубже провалы. Для спокойного моря величина коэффициента отражения больше, чем у большинства типов поверхности суши. Поэтому интерференционные явления над спокойным морем будут более резко выражены, чем над сушей. Исключения составляют гористые местности, где могут возникать непредсказуемые искажения диаграммы направленности.
Изрезанность диаграммы направленности антенны из-за влияния земли приводит к сильным колебаниям мощности сигнала, отраженного низколетящей целью. При попадании самолета в интерференционный провал происходит резкое ослабление или полное пропадание сигнала на входе радиолокационного приемника.
Но интерференция не только портит, но иногда и помогает обнаружить низколетящие и надводные цели. Ведь они обнаруживаются в основном первым интерференционным лепестком-максимумом. А чем выше поднята антенна, тем сильнее этот первый лепесток прижимается к земле, и дальность обнаружения в максимуме лепестка может возрасти в два раза по сравнению со случаем, если бы отраженный от земли луч отсутствовал. Это еще одна причина, почему для обнаружения маловысотных целей стараются поднять антенну как можно выше.
Но если цель опустится ниже максимума первого интерференционного лепестка, то дальность обнаружения резко упадет. Вступает в действие другой закон: мощность сигнала на входе приемника становится обратно пропорциональной дальности, возведенной в восьмую степень, а не в четвертую, как обычно. Даже увеличение мощности передатчика для обнаружения таких целей мало что дает — уж слишком быстро падает уровень сигнала с ростом дальности: в минус восьмой степени.
На степень изрезанности диаграммы влияет и вид поляризации излучаемых антенной радиоволн. Поляризация, как мы уже знаем, определяется направлением колебаний вектора электрического поля электромагнитной волны. Оказывается, радиоволны с горизонтальной поляризацией лучше отражаются от земной поверхности, а с вертикальной несколько хуже. Поэтому в станциях, работающих по маловысотным целям, чаще используют вертикальную поляризацию.
Мы уже упоминали о помехах, обусловленных диффузным отражением радиоволн от подстилающей поверхности. Но они обычно менее интенсивны, чем другой вид мешающих отражений — от так называемых «местников»: башен, зданий и прочих сооружений, которые хорошо отражают падающие на них радиоволны. Также сильны отражения от гор, холмов. И даже специальная аппаратура, которая селектирует только движущиеся с определенными скоростями цели, не всегда может подавить эти сильные мешающие сигналы. «Засасываются» в приемник мешающие отражения и через боковые лепестки диаграммы направленности.
Но маловысотную цель непросто не только обнаружить, но и уничтожить. Чтобы поразить цель зенитной ракетой, наводимой локатором, надо в течение некоторого времени знать ее точные координаты. Эту функцию — точного измерения координат цели — выполняет станция сопровождения или слежения. Так вот, отраженный от земли луч мешает станции сопровождения точно измерять координаты, особенно угол места (или связанную с ним высоту полета цели). Часто для анализа сопровождения цели используют такой прием: считают, что источником мешающего сигнала служит не подстилающая поверхность, а своего рода «подземная цель» — антипод. Это зеркальное отображение реальной цели относительно подстилающей поверхности, то есть «подземная цель», находится под землей на расстоянии, равном высоте полета реальной цели.
Антипод мешает сопровождать реальную цель. Следящий радар порой находится в положении буриданова осла: не может решить, что же ему сопровождать: то ли антипод, то ли реальную цель. Так и перескакивает луч слежения с антипода на реальную цель и обратно. А это значит, что ошибки измерения угла места цели велики и ракета, которая будет наводиться по таким данным, не поразит ее.
Для уменьшения вредного влияния земли антенну радара иногда обносят на некотором расстоянии забором из отражающего или поглощающего материала. Забор отсекает от антенны радиоволну, переотраженную землей. Правда, «загораживаются» и цели на очень малых высотах, да и не всегда возможно возвести такой забор.
Другой метод — сделать антенну с четко выраженной плоской нижней кромкой у диаграммы направленности, чтобы она не касалась земли. Но антенна получается и сложной и громоздкой.
Судя по зарубежным источникам, придумано много способов для уменьшения ошибок сопровождения низколетящих целей, но все они отнюдь не универсальны. Природу, видно, трудно обмануть.
Вот сколько нюансов вносит земная поверхность в процесс обнаружения и сопровождения низколетящих целей. Да и поражения. Ведь радиовзрыватель на ракете (а это, по существу, миниатюрный радиолокатор) тоже может очутиться в положении буриданова осла: что подрывать-то, самолет или землю? Ведь расстояния до них соизмеримы.
Надо суметь как-то «отделить плевелы от пшеницы». Плевелы, то есть сорняки, в нашем случае — отраженные от земли сигналы, а пшеница — сам сигнал от низколетящей цели. Как лучше это сделать — пока вопрос. А до тех пор своенравная земля будет доставлять хлопоты операторам маловысотных радаров.
РАДИОВОЛНЫ И ЧЕЛОВЕК
СЛЫШИМ ЛИ МЫ РАДИОВОЛНЫ?
В начале 60-х годов в одном из американских городов произошел забавный случай. Два человека обошли почти всех врачей своего городка с жалобой на странный недуг. Время от времени им слышались голоса людей, которые советовали им покупать холодильники, стиральные машины, автомобили, мыло, зубную пасту… Эти советы прерывались, по их выражению, «хорами ангелов».
Врачи недоумевали: никаких психических расстройств у пациентов не обнаружилось. А между тем они продолжали утверждать, что отчетливо слышат голоса. Наконец специалисты узнали, что оба пациента недавно лечили зубы у одного и того же врача. Обратились к нему, и дантист сказал, что он запломбировал им зубы цементом особого состава: в нем была незначительная примесь карборунда.
Понемногу все прояснилось. Кристаллы карборунда — типичного полупроводника — совместно с организмом человека образовали простейший детекторный приемник. Кристалл карборунда служил детектором, выделявшим из радиоволн звуковые сигналы. Колебания воспринимались нервом зуба и по нему достигали мозга. Эти миниатюрные детекторные приемники принимали сигналы близлежащей радиостанции, передававшей торговую рекламу.
