Загоризонтный радар - Over-the-horizon radar

Передвижная радиолокационная станция ВМФ США за горизонтом

Как небесная волна OTH радар работает: мощный коротковолновый сигнал от большого передающего антенна (оставили) достигает цели за горизонтом, отражаясь от ионосфера, а эхо-сигнал от цели (верно) возвращается к приемной антенне тем же путем.

Загоризонтный радар (OTH), иногда называемый за горизонтом (BTH), является разновидностью радар система с возможностью обнаружения целей на очень больших расстояниях, обычно от сотен до тысяч километров, за пределами радарный горизонт, что является пределом расстояния для обычных радар. Несколько радиолокационных систем OTH были развернуты, начиная с 1950-х и 1960-х годов как часть радар раннего предупреждения системы, но они, как правило, были заменены воздушное раннее предупреждение системы. Радары OTH недавно вернулись, так как потребность в точном слежении на большом расстоянии становится менее важной с окончанием Холодная война, и менее дорогие наземные радары снова рассматриваются для таких ролей, как морская разведка и контроль за наркотиками.

Технологии

Частота радиоволны используется большинством радаров в виде микроволны, путешествуй по прямой. Это обычно ограничивает дальность обнаружения радиолокационных систем объектами на их горизонт (обычно называется «прямой видимостью», поскольку самолет должен быть хотя бы теоретически видимым для человека в месте расположения и возвышении радиолокационного передатчика) из-за кривизны Земли. Например, радар, установленный на вершине мачты высотой 10 м (33 фута), имеет дальность действия до горизонта около 13 километров (8,1 мили) с учетом атмосферной рефракции. Если цель находится над поверхностью, эта дальность будет соответственно увеличена, так что цель высотой 10 м (33 фута) может быть обнаружена тем же радаром на расстоянии 26 км (16 миль). Размещение антенны на высокой горе может несколько увеличить радиус действия; но в целом нецелесообразно создавать радиолокационные системы с дальностью прямой видимости, превышающей несколько сотен километров.^[1]

Радиолокаторы OTH используют различные методы, чтобы видеть за этим пределом. Чаще всего используются два метода; коротковолновые системы, которые преломляют свои сигналы от ионосфера для очень дальнего обнаружения,^[1] и поверхностная волна системы, использующие низкочастотные радиоволны^[2] что из-за дифракция следуйте кривизне Земли, чтобы выйти за горизонт. Эти системы достигают дальности обнаружения порядка сотни километров от небольших обычных радиолокационных установок. Они могут сканировать серию высоких частот, используя передатчик щебета.

Системы Skywave

Передвижная радиолокационная станция ВМС США за горизонтом

Наиболее распространенный тип радара OTH использует небесная волна или "пропустить" распространение, в котором коротковолновый радиоволны преломляются от ионизированный слой в атмосфере, ионосфера. При определенных условиях в атмосфере радиосигналы, передаваемые под углом в небо, будут преломляться к земле посредством ионосфера, позволяя им вернуться на землю за горизонт. Небольшая часть этого сигнала будет рассеиваться от желаемых целей обратно к небу, снова преломляться от ионосферы и возвращаться к приемной антенне по тому же пути. Только один диапазон частот регулярно демонстрирует такое поведение: высокая частота (HF) или же коротковолновый часть спектр от 3 до 30 МГц. Лучшая частота для использования зависит от текущих условий атмосферы и цикл солнечных пятен. По этим причинам системы, использующие небесные волны, обычно используют мониторинг приема обратно рассеянных сигналов в реальном времени для непрерывной регулировки частоты передаваемого сигнала.^[1]

Разрешение любого радара зависит от ширины луча и дальности до цели. Например; радар с шириной луча 1 градус и целью на расстоянии 120 км (75 миль) покажет цель шириной 2 км (1,2 мили). Для получения луча с углом 1 градус на наиболее распространенных частотах требуется антенна шириной 1,5 км (0,93 мили). Из-за физики процесса рефракции фактическая точность еще ниже: предлагается разрешение по дальности порядка от 20 до 40 километров (12-25 миль) и точность пеленга от 2 до 4 километров (1,2-2,5 мили). Даже точность 2 км полезна только для раннего предупреждения, а не для стрельбы из оружия.^[1]

Другая проблема заключается в том, что процесс рефракции сильно зависит от угла между сигналом и ионосферой и обычно ограничивается примерно 2–4 градусами от местного горизонта. Для создания луча под таким углом обычно требуются огромные антенные решетки и земля с высокой отражающей способностью на пути передачи сигнала, что часто усиливается установкой матов из проволочной сетки, простирающейся на 3 километра (1,9 мили) перед антенной.^[1] Таким образом, системы OTH очень дороги в строительстве и по сути неподвижны.

Учитывая потери при каждом преломлении, этот сигнал «обратного рассеяния» чрезвычайно мал, что является одной из причин, по которой радары OTH не применялись до 1960-х годов, когда впервые были разработаны усилители с чрезвычайно низким уровнем шума. Поскольку сигнал, преломленный от земли или моря, будет очень большим по сравнению с сигналом, преломленным от «цели», необходимо использовать некоторую систему, чтобы отличить цели от фонового шума. Самый простой способ сделать это - использовать Эффект Допплера, который использует частотный сдвиг, создаваемый движущимися объектами, для измерения их скорости. За счет фильтрации всего сигнала обратного рассеяния, близкого к исходной передаваемой частоте, движущиеся цели становятся видимыми. С помощью этого процесса можно увидеть даже небольшое движение, скорость которого составляет всего 1,5 узла (2,8 км / ч).^[1]

Эта основная концепция используется почти во всех современных радарах, но в случае систем OTH она становится значительно более сложной из-за аналогичных эффектов, вносимых движением ионосферы. Большинство систем использовали второй передатчик, транслирующий прямо в ионосферу, для измерения его движения и корректировки отраженных сигналов основного радара в режиме реального времени. Для этого потребовалось использование компьютеры, еще одна причина, по которой системы OTH не стали по-настоящему практичными до 1960-х годов, когда были введены твердое состояние высокопроизводительные системы.^[1]

Системы наземных волн

Второй тип радаров OTH использует гораздо более низкие частоты, в длинноволновый группы. Радиоволны на этих частотах могут рассеиваться вокруг препятствий и следовать изогнутому контуру земли, выходя за горизонт. Эхо, отраженное от цели, возвращается к местоположению передатчика по тому же пути. Эти земные волны имеют самую большую дальность действия над морем. Подобно ионосферным высокочастотным системам, принимаемый сигнал от этих систем наземных волн очень слаб и требует чрезвычайно чувствительной электроники. Поскольку эти сигналы распространяются близко к поверхности, а более низкие частоты дают более низкое разрешение, низкочастотные системы обычно используются для отслеживания судов, а не самолетов. Однако использование бистатический методы и компьютерная обработка могут обеспечить более высокое разрешение и стали использоваться с 1990-х годов.

История

Инженеры в Советский союз Известно, что в 1949 году они разработали то, что кажется первой действующей системой OTH, которая получила название "Veyer". Однако в западных источниках информации об этой системе мало, а подробности ее работы неизвестны. Известно, что никаких дальнейших исследований советские группы не проводили до 1960–70-х годов.^[3]

Большая часть ранних исследований эффективных систем OTH проводилась под руководством доктора Х. Уильям Дж. Талер на Лаборатория военно-морских исследований. Работа получила название «Проект Типи» (от «Проект Талера»). Их первая экспериментальная система, МУЗЫКА (Множественное хранилище, интеграция и корреляция), вступил в строй в 1955 году и мог обнаруживать запуски ракет на расстоянии 600 миль (970 км) от мыс Канаверал, и ядерные взрывы в Невада на расстоянии 1700 миль (2700 км).^[4] Существенно улучшенная система, испытательный стенд для действующего радара, была построена в 1961 году как МАДРЕ (Магнитно-барабанное радарное оборудование) в Chesapeake залив. Он обнаружил самолеты на расстояние до 3000 километров (1900 миль), используя всего 50 кВт энергии вещания.^{[3][N 1]}

Как следует из названий, обе системы NRL полагались на сравнение возвращенных сигналов, хранящихся на магнитные барабаны. В попытке удалить беспорядок из радиолокационных дисплеев, многие поздние и послевоенные радиолокационные системы добавили акустическая линия задержки который хранит принятый сигнал ровно столько времени, сколько необходимо для прибытия следующего сигнального импульса. Путем добавления вновь поступившего сигнала к инвертированной версии сигналов, хранящихся в линии задержки, выходной сигнал включал только изменения от одного импульса к другому. Это удалило любые статические отражения, такие как близлежащие холмы или другие объекты, оставив только движущиеся объекты, такие как самолет. Эта базовая концепция будет работать и для радара дальнего действия, но возникла проблема, заключающаяся в том, что линия задержки должна механически соответствовать частота следования импульсов радара, или PRF. Для дальнего использования PRF был очень длинным для начала и был намеренно изменен, чтобы сделать видимыми разные диапазоны. Для этой роли линия задержки не использовалась, а недавно представленный магнитный барабан обеспечивал удобную и легко управляемую систему с переменной задержкой.

Еще одна ранняя коротковолновая система OTH была встроена в Австралия в начале 1960-х гг. Он состоял из нескольких антенн, расположенных на расстоянии четырех длин волн друг от друга, что позволяло системе использовать фазовый сдвиг. формирование луча для управления направлением чувствительности и настройки ее для покрытия Сингапура, Калькутты и Великобритании. Эта система потребляла 25 миль (40 км) электрического кабеля в антенной решетке.^[4]

Системы

Великобритания / США Cobra Mist

Первой по-настоящему оперативной разработкой была англо-американская система, известная как Кобра Туман, строительство которого началось в конце 1960-х гг. Cobra Mist использовала огромный передатчик мощностью 10 МВт и могла обнаруживать самолеты над западной частью Советского Союза со своего местоположения в Саффолк. Однако, когда в 1972 году началось тестирование системы, неожиданный источник шума сделал ее практически непригодной для использования. Источник шума так и не был идентифицирован, и в 1973 году это место было заброшено.^[5]

Другие ранние британские / американские системы той же эпохи включают:

• установка на РАФ Акротири на Кипр и Окинава.^[6] Cobra Shoe была отмечена Над горизонтом (обратное рассеяние) (OTH-B) радар разработан RCA Corporation, предназначенный для наблюдения за испытаниями баллистических ракет на территории Советского Союза, установленный в Западная суверенная база (Акротири), Кипр.^[7] Источник - "Рассекреченные документы США". Установлен примерно с 1964 г .; нет подробностей о том, когда / покинул ли он службу.

• то Радар Sugar Tree система.

ВВС США

Покрытие OTH-B со станций в штатах Мэн и Орегон

Матрица передатчиков, сектор 6, Рождественская долина, штат Орегон

Приемная решетка, сектор 5, Озеро Туле, Калифорния

Устаревшая РЛС ВВС США OTH-B (AN / FPS-118)

В ВВС США Римская лаборатория имели первый полный успех с их AN / FPS-118 OTH-B.^[8] Прототип с передатчиком мощностью 1 МВт и отдельным приемником был установлен в г. Мэн, предлагая покрытие по дуге 60 градусов на расстоянии от 900 до 3300 км. Затем был построен постоянный передающий объект в г. Москва AFS, приемный пункт в База ВВС Колумбия-Фолс, и операционный центр между ними в Бангор, Мэн. Зона покрытия может быть расширена за счет дополнительных приемников, обеспечивая полное покрытие по дуге под углом 180 градусов (каждый участок под углом 60 градусов, известный как «сектор»).

GE Aerospace был заключен контракт на разработку, расширяющий существующую систему на восточном побережье двумя дополнительными секторами, при этом строя еще одну трехсекторную систему на западном побережье, двухсекторную систему в Аляска и односекторная система, обращенная на юг. В 1992 году ВВС заключили контракт на расширение зоны действия на 15 градусов по часовой стрелке на южном из трех секторов восточного побережья, чтобы иметь возможность прикрывать юго-восточную границу США. Кроме того, дальность полета была увеличена до 3 000 миль (4800 км) при пересечении экватора. Это работало 40 часов в неделю в случайное время. Данные радара были переданы в Центр C3I таможни / береговой охраны США, Майами; Совместная целевая группа 4 Операционный центр, Ки-Уэст; Южное командование США Операционный центр, Ки-Уэст; и Южный командный центр США в Панаме.^[8]

С окончанием холодной войны влияния двух сенаторов из штата Мэн было недостаточно для спасения операции, и участки, ориентированные на Аляску и южную сторону, были отменены, два до сих пор завершенных западных сектора и восточный были отключены и помещены в «теплое хранилище», что позволяет использовать их снова при необходимости.^[9] К 2002 году объекты на западном побережье были понижены до статуса «холодных складов», что означало, что смотритель выполнял лишь минимальное обслуживание.

Было начато исследование возможности демонтажа сооружений. После периода общественного мнения и экологических исследований в июле 2005 года боевое командование ВВС США опубликовало «Окончательную экологическую оценку для удаления оборудования с радара обратного рассеяния за горизонтом - объекты западного побережья».^[10] Было принято окончательное решение удалить все радиолокационное оборудование на участке передатчика сектора западного побережья в База ВВС Рождественской долины за пределами Рождественская долина, штат Орегон и его приемник рядом Тюллейк, Калифорния. Эти работы были завершены к июлю 2007 года, когда были сняты и удалены антенные решетки, в результате чего здания, заборы и инженерная инфраструктура на каждом участке остались нетронутыми.^[11]

ВМС США

Покрытие трех станций ROTHR ВМС США в Техасе, Вирджинии и Пуэрто-Рико

В ВМС США создали свою систему, АН / ТПС-71 РОТР (Перемещаемый радар для наблюдения за горизонтом), который покрывает клиновидную область под углом 64 градуса в диапазоне от 500 до 1600 морские мили (От 925 до 3000 км). Первоначально ROTHR был предназначен для наблюдения за движением кораблей и самолетов над Тихим океаном и, таким образом, позволял скоординировать движения флота задолго до начала боя. В 1991 году прототип системы ROTHR был установлен на изолированном Алеутском острове Амчитка, Аляска, мониторинг восточного побережья России. Он использовался до 1993 года, а позже оборудование было отправлено на склад. Первые производственные системы были установлены на испытательном полигоне в Вирджинии для приемочных испытаний, но затем были переведены на другое место. незаконная торговля наркотиками, покрытие Центральная Америка и Карибский бассейн. Вторая производственная ROTHR была позже создана в Техасе, охватывая многие из тех же районов Карибского моря, но также обеспечивая покрытие Тихого океана вплоть до юга. Колумбия. Он также выполняет функции по борьбе с незаконным оборотом наркотиков. Третья и последняя производственная система была установлена ​​в Пуэрто-Рико, что расширило антинаркотический надзор за пределами экватора в глубь Южной Америки.^{[нужна цитата ]}

СССР / Россия

Дуга радар массив, рядом Чернобыль

Начиная с 1950-х годов, Советы также изучали системы OTH. Их первая экспериментальная модель кажется Вейер (Hand Fan), построенный в 1949 году. Следующим серьезным советским проектом стал Дуга, построенный снаружи Николаев на Черное море побережье рядом Одесса. Направленная на восток, Duga впервые совершила полет 7 ноября 1971 года и успешно использовалась для отслеживания пусков ракет с Дальнего Востока и Тихого океана на испытательный полигон на Новая Земля.

За этим последовала их первая операционная система. Дуга-1, известный на западе как Стальной двор, первая трансляция которого состоялась в 1976 году. Построен под Гомелем, недалеко от г. Чернобыль, он был направлен на север и прикрывал континентальную часть США.^{[нужна цитата ]} Его громкие и повторяющиеся импульсы в середине коротковолновых радиодиапазонов привели к тому, что он был известен как "Русский дятел". любительское радио (любительские) операторы. Советы в конечном итоге изменили используемые частоты, не признавая, что они даже были источником, в основном из-за его вмешательства в некоторые системы связи "воздух-земля" на большие расстояния, используемые коммерческими авиалайнерами.^{[нужна цитата ]} Вторая система была создана в Сибири, также охватывая континентальную часть США и Аляску.^{[нужна цитата ]}

В начале 2014 года россияне анонсировали новую систему под названием Контейнер, что предстояло увидеть более 3000 км.^[12]

Подсолнух (Подсолнечник)^[13] - Береговая коротковолновая радиолокационная станция ближнего действия. Предназначен для обнаружения надводных и воздушных целей на дальности до 450 км. Предназначен для использования в береговых системах контроля надводной и воздушной обстановки в 200-мильной экономической зоне.^[14]«Подсолнух» позволяет операторам в автоматическом режиме за пределами радиогоризонта одновременно обнаруживать, отслеживать и классифицировать до 300 морских и 100 воздушных объектов, определять их координаты и обеспечивать их наведения комплексами и системами вооружения кораблей и систем ПВО. РЛС прошла государственные испытания в 2008 году. В настоящее время дежурят три станции - в Охотском, Японском и Каспийском морях.^[15]

Австралия

Официальное освещение Оперативная радиолокационная сеть Джиндали

Более недавнее дополнение - Оперативная радиолокационная сеть Джиндали разработан австралийским Министерство обороны в 1998 г. и завершено в 2000 г. Управляется № 1 Группа радиолокационного наблюдения из Королевские ВВС Австралии. Джиндали мультистатический радар (с несколькими приемниками) с использованием OTH-B, что позволяет использовать как дальний, так и противодействующийскрытность возможности. Он имеет официальную дальность действия 3000 километров (1900 миль), но в 1997 году прототип был способен обнаруживать запуски ракет. Китай^[16] расстояние более 5 500 километров (3400 миль).

Jindalee использует 560 кВт по сравнению с 1 МВт OTH-B в США, но предлагает гораздо лучший диапазон, чем система 1980-х годов в США, благодаря значительно улучшенной электронике и обработке сигналов.^[17]

Канада

Канада уже более 30 лет изучает возможность использования высокочастотного радара на поверхностных волнах (HFSWR) для наблюдения за исключительной экономической зоной (ИЭЗ) в 200 морских миль. Исследования были начаты в 1984 году с перепрофилирования выведенного из эксплуатации навигационного маяка LORAN-A для проведения экспериментов по отслеживанию самолетов, судов и айсбергов.^[18]. Исследования продолжались в течение следующего десятилетия, и в 1999 году Канада установила две системы SWR503 HFSWR на мысе Рэйс и мысе Бонависта, Ньюфаундленд.^[19]. В 2000 г. на этих объектах была проведена технологическая оценка, а в 2002 г. они были модернизированы и оценены в рабочем состоянии^[20]. Ниже приводится цитата из результатов оперативной оценки, проведенной в октябре 2002 г. (OPEVAL), проведенной Министерством национальной обороны Канады.^[21]: «HFSWR является полезным дополнением к признанной морской картине (RMP). Из всех оцененных источников данных это был единственный датчик, предлагающий обновление информации почти в реальном времени. Он предоставлял частые отчеты и в целом демонстрировал надежное отслеживание надводных целей в своих зона охвата. Когда система HFSWR была объединена с другими источниками данных, был достигнут синергетический эффект, который улучшил общее качество RMP. Кроме того, из анализа потенциального вклада в сценарии планирования сил, связанных с наблюдением, было очевидно что RMP выиграет от добавления HFSWR в качестве нового источника данных ». Международные продажи радара SWR503 сопровождались установкой операционных систем в Азии (2008 г.) и Европе (2009 г.).^[22].В 2007 году работа канадских систем была остановлена ​​из-за опасений по поводу возможности вредных помех пользователям первичного спектра.^[23]. В 2010 году уникальная способность HFSWR обеспечивать низкозатратное наблюдение за ИЭЗ привела к переоценке технологии и последующей разработке системы HFSWR 3-го поколения (3-го поколения), основанной на принципе технологии распознавания и адаптации. возможность работы на нераспределенной основе без помех за счет использования динамического управления спектром. Дополнительные разработки включали улучшенные характеристики дальности, лучшую точность позиционирования и сокращение ложных треков, а также более раннее начало пути.^[24]В июне 2019 года MAEROSPACE получила глобальную лицензию на разработку, производство и международный рынок канадской системы HFSWR и ее производных.^[25].

Франция

В Французский разработал радар OTH под названием НОСТРАДАМУС в течение 1990-х^[26] (NOSTRADAMUS расшифровывается как New Transhorizon Decametric System Applying Studio Methods (французский: nouveau système transhorizon décamétrique appliquant les méthodes utilisées en studioСообщалось, что в марте 1999 года радар OTH NOSTRADAMUS обнаружил два самолета Northrop B2 Spirit, летевших в Косово. Он поступил на вооружение французской армии в 2005 году и все еще находится в разработке. Он основан на звездообразном антенном поле, используемом для излучения и приема (моностатический), и может обнаруживать воздушные суда на дальности более 2000 километров по дуге 360 градусов. Используемый частотный диапазон составляет от 6 до 30 МГц.

Официально запущен в 2009 году. Исследовательский проект STRADIVARIUS разработал новый загоризонтный радар (High Frequency Surface Wave Radar - HFSWR), способный контролировать морское движение на расстоянии до 200 морских миль от берега. Демонстрационный сайт^[27] работает с января 2015 года на французском побережье Средиземного моря, чтобы продемонстрировать круглосуточные возможности системы, которая сейчас предлагается для продажи DIGINEXT.

Китай

По сообщениям, в Китае работает ряд радаров OTH-B и OTH-SW. Об этих системах известно немногое. Однако передача от этих радаров создает большие помехи другим пользователям, имеющим международные лицензии.^[28][29]

Один комплект китайских радаров OTH-B найден на карте Google для передатчик и приемник.

Иран

Иран работает над РЛС OTH под названием Sepehr, с заявленной дальностью полета 3000 километров.^[30] В настоящее время он работает.^[31]

Бразилия

Радар OTH 0100 способен контролировать суда на расстоянии более 200 МН (370 км) от берега, что превышает прямую видимость обычных радаров.^[32]

Альтернативные подходы к OTH

Другое распространенное применение загоризонтных радаров - это поверхностные волны, также известные как наземные волны. Земные волны обеспечивают способ распространения средневолнового AM-радиовещания на частотах ниже 1,6 МГц и других передач на более низких частотах. Распространение земной волны дает быстро затухающий сигнал на увеличивающихся расстояниях над землей, и многие такие радиовещательные станции имеют ограниченный диапазон. Однако морская вода с ее высокой проводимостью поддерживает земные волны на расстояниях до 100 километров (62 миль) и более. Этот тип радара, OTH на поверхностных волнах, используется для наблюдения и обычно работает в диапазоне от 4 до 20 МГц. Более низкие частоты обеспечивают лучшее распространение, но более плохое отражение радара от небольших целей, поэтому обычно существует оптимальная частота, которая зависит от типа цели.

Другой подход к загоризонтной РЛС заключается в использовании бегущие волны или же электромагнитные поверхностные волны на гораздо более низких частотах. Ползучие волны - это рассеивание в задней части объекта из-за дифракция, что является причиной того, что оба уха могут слышать звук, например, с одной стороны головы, и именно так возникла ранняя связь и радиовещание. В роли радара рассматриваемые бегущие волны рассеиваются вокруг Земли, хотя обработка возвращенного сигнала затруднена. Разработка таких систем стала практичной в конце 1980-х годов из-за быстрого увеличения доступной вычислительной мощности. Такие системы известны как OTH-SW, за Поверхностная волна.

Первая развернутая система OTH-SW представляет собой советскую систему, предназначенную для наблюдения за движением в Японское море. Новейшая система недавно использовалась для прибрежного наблюдения в Канаде и теперь предлагается для продажи Maerospace.^[33] , Австралия также развернула высокочастотный радар на поверхностных волнах.^[34]

Примечания

Рекомендации

Цитаты

Библиография

внешняя ссылка

• Радиолокационные системы на коротких волнах, обширный список OTH и аналогичных радарных систем, составленный Вольфом Хаделем, август 2013 г.
• Взгляд Канады на высокочастотный загоризонтный радар - доклад Р. Дж. Риддоллса, Defense R&D Canada, Оттава.
• Разработка радара для наблюдения за горизонтом в Австралии - статья Д.Х. Синнотта на веб-сайте Министерства обороны Австралии.
• Ссылка на карты Google - Российская РЛС "Стальной двор" рядом Чернобыль.