Ноя 06

Возможности радиолокационных наблюдений

Все живые объекты (птицы, летучие мыши, насекомые), находящиеся в воздухе, дают значительные отражения при облучении их электромагнитными волнами. Однако тот факт, что радиоволны могут отражаться от птиц, оказался для конструкторов и операторов радиолокаторов довольно неожиданным. Долгое время эхо-сигналы птиц на экранах радиолокационных станций воспринимались, как загадочные объекты или помехи.

Впервые предположение о том, что эти сигналы образованы летящими птицами, было сделано в 1941 г. английским специалистом. Однако до середины 50-х годов исследования по радиолокационному обнаружению птиц проводились эпизодически, и только с 1955 г. они получили активное развитие. Толчком послужила демонстрация на международном орнитологическом конгрессе кинофильма, показывающего результаты радиолокационных исследований миграций птиц в Швейцарии. Внимание специалистов привлекала возможность обнаружения перелетов птиц, недоступных для визуального наблюдения на большом удалении и высоте, в темное время суток и при плохой видимости днем. Обнаружилась также возможность определения характеристик перелетов: скорости, высоты, маршрутов, суточной активности и интенсивности сразу на большой территории. Одновременно радиолокаторы стали рассматриваться как средство своевременного обнаружения птиц на пути следования воздушных судов.

Систематические исследования по использованию радиолокационных станций с целью оповещения экипажей в полете о фактической орнитологической обстановке впервые стали проводиться в Англии, Швейцарии, США и Канаде. Позднее, к ним присоединились Бельгия, ФРГ, Дания, Франция, Нидерланды, Норвегия и Швеция. В настоящее время радиолокационный контроль за перелетами птиц в районах полетов воздушных судов осуществляется во многих странах. В Норвегии, Нидерландах, Бельгии и Дании с этой целью используются преимущественно военные радиолокационные станции (РЛС), а в Швеции – метеолокаторы.

Во Франции обнаружение птиц производится с помощью 10 гражданских радиолокаторов   УВД   и нескольких   военных РЛС. В ФРГ для оповещения экипажей военных и гражданских самолетов об орнитологической обстановке применяются 10 мощных радиолокаторов ВВС и три метеолокатора.

В настоящее время между странами Западной Европы происходит постоянный обмен информацией о перемещениях птиц и создаваемой ими опасности. При этом используется разработанная в 1966 г. в Нидерландах 8-ступенчатая шкала интенсивности отраженных эхо-сигналов птиц. Однако, вследствие применения разных типов РЛС передаваемая информация имеет малосравнимое содержание (за исключением данных об интенсивности перелетов).

Наряду с обнаружением птиц в оперативных целях, в Западной Европе на протяжении ряда лет осуществляются интенсивные радиолокационные исследования миграционных перелетов. Эти работы проводятся на базе четырех обзорных гражданских РЛС и одного радиолокатора слежения, расположенных цепью вдоль Альп, от Женевы до Вены. В ближайшее время вводится в действие вторая цепь наблюдений на базе военных РЛС, проходящая вдоль побережья Северного моря от Бельгии через Нидерланды, ФРГ, Данию до Норвегии. Аналогичная сеть наблюдений была создана в США, включающая 40 метеолокаторов, имеющих длину волны 10 см и мощность передатчика 500 кВт, и в Канаде, состоящая из 18 обзорных РЛС.

Совместное проведение радиолокационных наблюдений позволит стандартизировать используемые в разных странах степени интенсивности перелетов птиц, получить достаточный статистический материал для прогнозирования миграций, а также обеспечить заинтересованные авиационные ведомства оперативной информацией о фактической орнитологической обстановке в наиболее птицеопасных районах. По мнению зарубежных специалистов, наиболее пригодными для слежения за перелетами птиц являются обзорные РЛС. Например, в гражданской авиации США эффективный контроль за орнитологической обстановкой обеспечивали обзорные РЛС с длиной волны 23 см и мощностью в импульсе 4 мВт, а в Канаде мощностью 550 кВт. Подобные РЛС широко использовались для наблюдения за птицами на аэродромах Дании, Нидерландов, Бельгии и некоторых других стран.

Обзорные РЛС в ФРГ показали оптимальные результаты по обнаружению птиц при работе в диапазоне волн 10 см, а в диапазоне 23 см хорошие результаты давали только те обзорные РЛС, которые имели мощность выше 2 мВт. Специалисты ФРГ отметили, что многих столкновений с птицами можно было избежать, если бы диспетчеры УВД были лучше оттренированы в определении орнитологической обстановки с помощью радиолокационного контроля. Во Франции диспетчеры УВД пришли к заключению, что обзорные РЛС с длиной волны 10 и 23 см являются наиболее эффективным средством обнаружения как стай, так и одиночных птиц. Однако многие засветки от птиц на экранах РЛС подавляются при включении режима «селекция движущихся целей». По мнению французских исследователей, диспетчеры УВД должны иметь некоторый опыт в распознавании сигналов, создаваемых птицами, поскольку они часто воспринимаются как помехи или технические неисправности станции.

По данным зарубежных специалистов, обзорные РЛС с длиной волны 10 см обеспечивают обнаружение стай птиц на расстоянии до 130 км и более, а с длиной волны 23 см и мощностью – 1 мВт на расстоянии до 100 км. Наиболее четкое выделение эхо-сигналов от птиц давали радиолокаторы первого поколения. РЛС второго поколения, имеющие мощные системы по подавлению сигналов от малоподвижных объектов, являются менее пригодными для контроля за орнитологической обстановкой. В США несколько лет назад предпринимались попытки создать специальный радиолокатор для обнаружения птиц в зоне аэропортов, так называемый «орнитар», однако они не увенчались успехом из-за больших материальных затрат.

О важности использования РЛС для контроля за орнитологической обстановкой свидетельствует случай на одном из канадских аэродромов, где произошли одно за другим несколько опасных столкновений самолетов с птицами, хотя на самом аэродроме птицы встречались единицами. При использовании РЛС были обнаружены перелеты тысяч чаек, ежедневно в определенное время пересекающих зону подхода к аэродрому. После изменения расписания полетов столкновения с птицами прекратились.

В СССР первые наблюдения за птицами с помощью аэродромных РЛС были проведены в 1963 г. сотрудниками Главной геофизической обсерватории. Изучение возможностей РЛС для обнаружения птиц и оповещения экипажей получило интенсивное развитие в начале 70-х годов, причем основной вклад в решение этой задачи сделали специалисты Литовской и Молдавской Академий наук. Результаты исследований быстро нашли применение в практике. В последние годы все чаще стали поступать сообщения о том, что диспетчеры УВД обнаруживали на экранах РЛС эхо-сигналы птиц и предупреждали экипажи. Такие случаи отмечались в аэропортах Кишинева, Таллина, Вильнюса, Паланги, Москвы и многих других городов.

Для облегчения работы диспетчеров УВД по контролю за орнитологической обстановкой за рубежом начали создаваться специальные приставки к обзорным РЛС (на базе ЭВМ), которые автоматически выделяли эхо-сигналы от птиц, определяли скорость, высоту и удаленность мигрирующих стай и отображали орнитологическую информацию в наглядной и легко понятной диспетчеру форме. Первые электронно-вычислительные системы для оперативной оценки орнитологической обстановки были созданы в Дании 1973 г. и Бельгии 1974 г. В настоящее время экспериментальные образцы аналогичных  систем применяются и в других странах (Нидерландах, Канаде, Англии и др.).

В Советском Союзе также начали проводиться опытно-конструкторские работы по созданию специальных приставок к обзорным РЛС, предназначенных для автоматического выделения эхо-сигналов от птиц. Все имеющиеся на отечественных аэродромах радиолокаторы достаточно хорошо обнаруживают летящих птиц, однако из-за неодинаковых эксплуатационных и технических характеристик они обладают разными возможностями для контроля за орнитологической обстановкой.

Обзорная РЛС типа П-35 позволяет обнаруживать как стаи, так и одиночных птиц среднего и крупного размера. С помощью обзорных РЛС прослеживались стаи птиц на расстоянии до 150–180 км. По теоретическим расчетам, одиночные птицы массой 1,8 кг (размером с утку) могут быть обнаружены обзорными РЛС на расстоянии до 150 км, а птицы меньшего размера, например, голуби – на расстоянии до 90 км. Экспериментально было установлено, что обзорные РЛС типа П-35 способны обнаруживать одного голубя на расстоянии около 36 км с вероятностью 50%. Различие между теоретическими расчетами и экспериментальными данными объясняется тем, что для расчетов брались паспортные данные РЛС применительно к стандартной атмосфере.

Лучшие результаты по обнаружению птиц с помощью обзорных РЛС достигаются при работе в диапазоне волн 10 см, использовании масштаба индикатора 100 км и наклоне антенны до минус 1,5°. Число засветок от птиц на экране обзорных РЛС увеличивается по мере приближения их к месту установки станции. Это объясняется многими причинами, из которых две являются главными. Во-первых, на большом удалении радиолокационный луч может захватить только высоколетящих птиц (из-за кривизны земной поверхности), а основная масса птиц пролетает ниже облучаемой зоны; во-вторых, с увеличением дальности более интенсивно происходит затухание излучаемой электромагнитной энергии, что приводит к ослаблению отраженного от птиц сигнала.

Основным недостатком обзорных РЛС является наличие большой зоны, в которой эхо-сигналы птиц маскируются засветками от местных предметов. Обычно эта зона в пассивном режиме работы РЛС достигает в радиусе 30 км, поэтому зона наилучшего обнаружения птиц у обзорных РЛС находится от 30 до 70 км (рис. 6). При работе обзорных РЛС в режиме селекции движущихся целей (СДЦ) большинство эхо-сигналов от птиц подавляется, как и от всяких других малоподвижных объектов. На некоторых аэродромах при уменьшении угла наклона антенны обзорных РЛС нижние излучатели отключаются. В таких случаях птиц на экране, как правило, не видно.

Рис. 6. Экран обзорной РЛС (выдержка – 3 оборота антенны): II – стаи птиц, С – самолет.

Облачность и осадки значительно ослабляют отраженные сигналы от птиц, а кучево-дождевая облачность экранирует их практически полностью. Использование индикатора «Азимут – Дальность» облегчает идентификацию эхо-сигналов от птиц, так как в связи с увеличением изображения становятся более отчетливыми форма и смещение отметок. Применение системы СДЦ на данном индикаторе также исключает возможность обнаружения эхо-сигналов от птиц. Несмотря на отдельные недостатки, обзорные РЛС следует признать наиболее пригодными для контроля за орнитологической обстановкой.

Диспетчерские РЛС (ДРЛ-7) по сравнению с обзорными радиолокаторами имеют большую длину волны (30 см) и вследствие этого могут обнаруживать только большие стаи птиц в радиусе до 40 км. Это сильно ограничивает, но все же не исключает возможности их применения для орнитологического обеспечения безопасности полетов. Наилучшие результаты по обнаружению птиц с помощью диспетчерских РЛС можно получить, используя масштаб развертки дальности 45 км (рис. 7). Работа диспетчерских РЛС в режиме СДЦ также препятствует обнаружению большинства летящих птиц.

Посадочные РЛС («Тесла») благодаря малой длине волны (3,2 см) позволяют обнаруживать не только стаи, но даже мелких одиночных птиц размером с ласточку. Предельное расстояние обнаружения одиночных птиц среднего размера (грача, голубя, чайки) составляет у посадочных РЛС около 15 км (рис. 8). Используя курсовой и глиссадный индикаторы посадочной РЛС, можно определить положение птиц и самолета в воздушном пространстве и, следовательно, установить вероятность их столкновения.

Рис. 7. Экран диспетчерской РЛС (выдержка – 6 оборотов антенны): II – стаи птиц, С – самолет.

Работа посадочных радиолокаторов в режиме СДЦ препятствует обнаружению птиц, летящих с небольшими скоростями или пересекающих ВПП. В связи с малым сектором обзора (30°) посадочные РЛС не всегда позволяют своевременно обнаружить птиц, и поэтому возможности их применения ограничены. Отсюда следует, что полный контроль за орнитологической обстановкой на пути движения воздушных судов в районе аэродрома может быть обеспечен только при комплексном использовании обзорных, диспетчерских и посадочных РЛС.

Метеорологические радиолокаторы (МРЛ-1, МРЛ-5) как показали исследования, также позволяют обнаруживать стаи и одиночных птиц среднего размера. Например, с помощью МРЛ-1 одиночная горлица, сброшенная с самолета, обнаруживалась на удалении до 18 км с вероятностью 0,95. Теоретические расчеты в отношении птиц такого размера позволили определить максимальную дальность обнаружения, равную 26 км. Стаи птиц прослеживались на МРЛ-1 на расстоянии до 70 км, а на МРЛ-5 до 220 км. Поскольку метеорологические РЛС имеют игольчатый луч, они могут быть пригодны только для наблюдения за перелетами птиц.

Рис. 8. Экран посадочной РЛС (выдержка – 3–4 качания антенны): II – птицы

Возможно, что в будущем широкое применение для обнаружения птиц на подходах к аэродрому получат лазерные локаторы. В настоящее время такая техника уже создана, она работает в диапазоне 0,1мм – 0,6 мкм, имеет мощность в импульсе 109–1012
Вт при длительности 10–30 нc. Некоторые из лазерных локаторов дают частоту в сотни герц, что обеспечивает возможность обнаружения птиц. Лазерные по сравнению с обычными радиоимпульсными РЛС имеют значительно большую разрешающую способность, позволяющую получить от одной стаи птиц несколько эхо-сигналов, образованных отдельными птицами. По характеру изменения этих эхо-сигналов можно определить даже видовую принадлежность птиц.

Похожие статьи:

  1. Отличительные признаки эхо-сигналов от птиц На экранах РЛС отметки от птиц малозаметны. К тому же...
  2. Оповещение аэропортов об опасной орнитологической обстановке Возможность обнаружения перелетов птиц на большой территории, полученная благодаря применению...
  3. Технические приемы при оценке орнитологической обстановки Анализ эхо-сигналов от. птиц может осуществляться не только визуально по...

автор admin \\ теги:



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.