РАДИОЛОКАЦИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ПЛАНЕТ

November 3, 2011 by admin Комментировать »

В. А. КОТЕЛЬНИКОВ, О. Н. РЖИГА

 

Радиолокация небесных тел основана на тех же физических принципах, что и обычная наземная радиолокация, разница состоит лишь в дальности действия, достигающей межпланетных расстояний.

В первых опытах по радиолокации Луны, проведенных в 1946 г. в США и Венгрии, использовались военные радиолокационные станции, предназначенные для обнаружения самолетов. Однако, чтобы обнаружить сигнал, отраженный, например, Венерой, энергетический потенциал радиолокационной установки надо было увеличить в 107 раз, а для обнаружения сигнала от Марса, который меньше Венеры, находится дальше и вращается быстрее ее,— в 109 раз.

Необходимые условия для радиолокации планет появились к началу 60-х гг., .когда для управления полетом и приема информации с межпланетных станций были созданы большие зеркальные параболические антенны, мощные передатчики с усилительными клистронами и малошумящие приемники с параметрическими и парамагнитными усилителями, высокостабильные стандарты частоты и времени, а также ЭВМ. Требовалось лишь разработать и создать аппаратуру для выделения отраженного сигнала и определения его параметров.

В Советском Союзе первые радиолокационные наблюдения Венеры были проведены в апреле 1961 г. При этом использовались антенна и передатчик непрерывного излучения на волне 39 см Центра дальней космической связи в Крыму под Евпаторией. На входе приемного устройства был установлен параметрический усилитель.

Для обнаружения слабого отраженного сигнала на фоне флук- туационного шума приемной аппаратуры нужно было обеспечить длительное накопление информации (от единиц до десятков часов), а также измерить его энергию и частоту на выходе приемника. Это осуществлялось многоканальным анализатором спектра при излучаемом сигнале в виде простой периодической последовательности, состоящей из им.пульсов и пауз равной длительности. Доплеровокое смещение частоты, вызванное движением планеты относительно антенны радиолокационной установки, оценивалось по изменению средней частоты отраженного сигнала, скорость вращения планеты — по ширине его спектра.

Наличие астрономических таблиц, позволяющих рассчитать предполагаемое расстояние и скорость планеты относительно антенны радиолокационной установки, резко сокращало диапазон измерений за счет того, что измерялись не полные значения доп- леровского смещения частоты или времени запаздывания отраженного сигнала, а их отклонения относительно расчетных значений. Специальный генератор изменял несущую частоту передатчика так, чтобы прием отраженного сигнала обеспечивался вблизи номинальной частоты. Другое устройство отсчитывало задержку начала накопления энергии отраженного сигнала относительно первого излученного импульса. Частота повторения импульсов передатчика поддерживалась в кратном соотношении с частотой несущей, что компенсировало доплеровский сдвиг в огибающей импульсов из-за изменения расстояния между планетой и антенной. Эти меры обеспечивали неизменное положение сигнала по частоте и времени запаздывания на входе анализатора, что необходимо для эффективного накопления отраженного сигнала.

В 1962 г. энергетический потенциал Крымской радиолокационной установки был повышен в 6 раз за счет применения на входе приемного устройства квантового парамагнитного усилителя и увеличения мощности передатчика. Точность измерения расстояния возросла благодаря использованию периодической линейной частотной модуляции. Отклонение запаздывания отраженного сигнала от расчетного значения преобразовывалось в пропорциональное смещение частоты сигнала на выходе приемника, которое измерялось многоканальным анализатором спектра. Система регистрации и обработки сигнала при этом получилась более простой, чем для других видов модуляции, вследствие сужения полосы частот при гетеродинировании. Среднеквадратическое значение погрешности измерения расстояния до Венеры в 1962 г. удалось снизить до 15 км, в то время как в 1961 г. оно составляло 2700 … 4000 км.

В 1964 г. было произведено несколько записей отраженного Венерой сигнала на магнитную ленту в цифровой форме, которые затем обрабатывались с помощью ЭВМ, вычислявшей спектры отраженного сигнала. На полученных спектрограммах были обнаружены детали, соответствующие локальным областям поверхности Венеры с более высокой отражательной способностью, чем окружающая местность. По существу это было одним из первых применений в радиолокации метода синтезирования апертуры, позволяющего получить высокое пространственное разрешение.

В радиолокационной астрономии разработан метод получения изображений поверхности планет, основанный на возможности разделять отраженные сигналы по зяпячпыпяммт мпАтрито прихода и доплеровскому смещению частоты, которые определяются расстоянием .и радиальной составляющей скорости данной точки поверхности относительно антенны радиолокатора и закономерно изменяются от точки к точке. Точки, лежащие на некоторой окружности 1, плоскость кот ор о й п ерп енд и кул ярн а лучу зрения (рис. 1), находятся на одинаковом расстоянии от антенны радиолокационной установки; эта окружность является линией равных запаздываний. С другой стороны, точки, лежащие на окружности 2, плоскость которой параллельна лучу зрения и оси вращения планеты РР\ имеют по отношению к антенне радиолокационной установки одинаковые радиальные составляющие скорости; эта окружность является линией равных доплеровских смещений. Рассчитав запаздывание и доплеровское смещение для окружностей 1 и 2, из суммарного отраженного сигнала выделяют сигналы, отраженные поверхностью вблизи точек В и В’ на пересечении окружностей, и измеряют их интенсивность. Сигналы, отраженные точками В и В\ для которых расстояние и радиальная составляющая скорости одинаковы, разделяют за счет пространственной избирательности антенны или радиоинтерферометра.

Возможность разделения отраженных сигналов по запаздыванию и доплеровскому смещению частоты проиллюстрируем на примере сигнала с линейной частотной модуляцией. В этом случае спектр отраженного сигнала на выходе приемника имеет линейчатую структуру, причем в соседние спектральные линии попадают сигналы, отраженные участками поверхности планеты, разнесенными на расстояние, определяемое девиацией частоты. Каждый такой участок имеет форму шарового пояса, осью которого является луч зрения, проведенный в центр планеты (рис. 1).

Рис. 6. Профиль высот поверхности Венеры по трассе полета ИСВ «Венера 16» 12 ноября 1983 г.

дус на поверхности Венеры занимает 105,6 км). По вертикальной оси — радиус планеты в данной точке трассы в километрах, вычисленный как разность планетоцентрического расстояния ИСВ и измеренной высоты. Как видно из рисунка, крайние значения высоты по данной трассе лежат в пределах от —1,0 до +1,7 км относительно значения 6051 км, принятого Международным астрономическим союзом за среднее значение радиуса Венеры.

За восемь месяцев с ноября 1983 г. космические аппараты «Венера 15» и «Венера 16» произвели радиолокационное картографирование всего северного полушария Венеры выше 30° общей площадью 115 млн. кв. км. Получены уникальные изображения поверхности Венеры, на которых видны кратеры, горные хребты, равнины, складки и разломы венерианской коры. Обнаружены признаки тектонической активности Венеры. На основе этого материала создаются первые карты Венеры. Они позволят изучить процессы, происходящие на поверхности планеты, и судить об истории ее развития.

Сравнивая приведенные описания первых радиолокационных установок и установок 80-х гг., сопоставляя полученные с их помощью результаты, нетрудно видеть, какой огромный скачок в своем развитии совершила радиолокация планет за последнее десятилетие. Значение полученных при этом результатов трудно переоценить, поскольку они дают практический материал, необходимый для дальнейшего изучения Вселенной.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты