Приключения радиолуча

После войны авиация продолжала совершенствоваться, соответственно возрастали и требования к радарам, в частности, к дальности обнаружения. А она зависит от энергии сигнала. Чем больше его энергия, тем дальше, а следовательно, и раньше можно обнаружить цель.

Энергия сигнала определяется просто: как произведение мощности сигнала на его длительность. Но оказалось, что мощность сигнала наращивать беспредельно нельзя: не выдерживают ни передатчику ни волноводы, подводящие сверхвысокочастотную энергию к антенне. Оставалось одно: увеличивать длительность сигнала. Тогда ухудшался другой не менее важный параметр — разрешающая способность по дальности. Это свойство Радара наблюдать в отдельности следующие друг за другом самолеты. Чем короче импульс, тем лучше разрешающая способность. Так, если длительность импульса одна микросекунда, то самолеты, летящие друг за другом на расстоянии ближе, чем 150 метров, будут на экране радара восприниматься как одна цель.

Ситуация в радиолокации складывалась тупиковая: чтобы иметь достаточную энергию, сигнал на передачу должен быть длинным, а при приеме, чтобы иметь хорошее разрешение и точность измерения дальности, — коротким. Как выйти из тупика?..

Спас радиолокацию от застоя новый вид сигналов. Их называют и сложными, и шумоподобными, и псевдослучайными, и широкобазовыми, и составными… В наш век всеобщей стандартизации попытка унифицировать терминологию здесь не увенчалась успехом. Такая разноголосица, видимо, не случайна, она отражает многообразие таких сигналов. Это могут быть и разнесенные во времени импульсы, каждый из которых излучается на своей частоте, и длинная синусоида, фаза которой меняется скачком через определенные промежутки времени, и отрезок высокочастотного шума… Главная их особенность в том, что произведение длительности сигнала на ширину полосы занимаемых частот, которое часто называют базой сигнала, больше единицы. Стараются сделать базу сигнала как можно больше. Для чего? Станет ясно чуть позже.

Итак, сложный сигнал чаще всего представляет собой длинный импульс со сложной внутренней начинкой: частотой или фазой, меняющимися по какому-либо закону. На приемном конце импульс надо укоротить, то есть сжать.

Интересно, что во время войны, как бы предвидя будущие осложнения, ученые уже подумывали о такой возможности. Правда, уровень техники тогда еще был не тот, чтобы изготовить подобную аппаратуру, да и особой потребности в этом не было. Так что засекреченные заявки остались лежать в досье патентных бюро как любопытные предложения, оставшиеся в наследство от военного времени.

В начале 50-х годов идея сжатия импульсов, несмотря на барьеры секретности, нашла свое аппаратурное воплощение в разных странах, и причем в разных вариантах. В нашей стране одно из первых устройств сжатия сложных сигналов было создано радиоинженером Виктором Михайловичем Свистовым.

Первым сложным сигналом стал длинный импульс, частота заполнения которого изменялась со временем 00 линейному закону. Специалисты называют такой сиг-нал «импульсом с ЛЧМ» (с линейной частотной модуляцией). За рубежом есть еще и иное название: «чирп-сигнал». Любопытно происхождение термина. Специалисты фирмы «Белл» впервые использовали такой сигнал для передачи телеграфных посылок — «нулей» и «единиц». Если к линии подключали наушники, то в них прослушивалось нечто вроде щебетания птиц — «чирп-чирп-чирп…» Сегодня такой сигнал широко применяется в радарах.

Как же длинный импульс превратить в приемнике в короткий? Делается это так. По мере прихода длинного сигнала каждый его элемент запоминается на определенное время, а его частоту и фазу соответственно изменяют, чтобы она стала у всех элементов одинаковой. Затем в определенный момент времени все элементарные сигнальчики с одинаковой «начинкой» складываются, то есть как бы выстраиваются вертикально один над другим. В результате длительность сигнала на выходе становится равной длине одного элементика, а его амплитуда резко возрастает. Интересно, что импульс становится короче в число раз, равное базе. Вот почему базу сигнала называют также коэффициентом сжатия, вот почему ее стараются сделать как можно больше.

Устройство, осуществляющее такую операцию, называют согласованным фильтром. Это понятие ввел в секретном докладе в 1943 году американский исследователь Норе. Такой фильтр строго индивидуален. То есть для каждого сигнала существует свой согласованный фильтр, на выходе которого амплитуда сигнала по отношению к мешающим шумам будет максимальной. Доклад был опубликован через 20 лет. Независимо от него идея, как мы видели, сама возродилась, но ужена Новом уровне — для сжатия сложных сигналов. Сейчас почти все радиолокационные приемники строятся по схеме согласованного фильтра и близкой к нему.