Текст книги "Приключения радиолуча"

Автор книги: Валерий Родиков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 23 страниц)

Грабовский пытался пробивать свою идею, но безуспешно. Наступила эра механического телевидения, и интерес к их предложению иссяк. Правда, когда речь заходит о мировых приоритетах в телевидении, то на заявку трех инженеров обязательно ссылаются в специальной отечественной литературе.

В 1931 году С. И. Катаев предложил вариант передающей трубки, но не довел его до действующего образца из-за технологических трудностей изготовления светочувствительной мозаики. Точки над «и» поставил Зворыкин, когда он в том же году значительно усовершенствовал свой иконоскоп. Изобретение иконоскопа явилось поворотным пунктом в истории телевидения. Он длительное время широко использовался во всех телевизионных передающих камерах.

В конце 1934 года работающий иконоскоп был и у нас, а в следующем году, 2 феврали, состоялась первая в СССР публичная демонстрация системы электронного телевидения. Впоследствии появился целый ряд более совершенных передающих трубок, в создании которых зримый след оставили наши специалисты.

В 1936 году началось строительство телецентров в Москве и Ленинграде. Опытный ленинградский телевизионный центр (ОЛТЦ) оснащался отечественным оборудованием, рассчитанным на передачу с частотой 240 строк. Для приема передач ОЛТЦ по заданию Всесоюзного радиокомитета в НИИ телевидения под руководством Расплетина Александра Андреевича, ставшего впоследствии академиком, крупным ученым в области радиотехники и систем управления, создавался телевизор. Первому серийному электронному телевизору решили присвоить марку в честь заказчика – ВРК.

«…16 сентября 1937 года впервые в СССР состоялась публичная демонстрация высококачественного телевидения», – сообщила ленинградская вечерняя «Красная газета» о выходе в эфир Опытного телецентра. С началом регулярных передач телевизоры были установлены в Домах культуры, Дворце пионеров, красных уголках заводов и фабрик.

Для Московского телецентра аппаратура была закуплена в США. Она давала несколько лучшее качество изображения – 343 строки. Телевизоры ТК-1 для приема московских передач делал завод имени Козицкого по американской документации. В нем было 33 радиолампы,

И ВРК и ТК-1 были громоздки, сложны в эксплуатации, а по стоимости недоступны рядовому покупателю. Их обслуживание требовало специальных навыков. Нужен был простой приемник невысокой стоимости. И такой телевизор был создан в начале 1940 года. Он выпускался заводом «Радист» под маркой 17ТН-1, Диаметр его трубки – 18 сантиметров.

17ТН-1 принимал передачи и Московского и Ленинградского телецентров. До начала войны в продажу поступило около 2000 телевизоров этой марки. Обычно передачи проводились два раза в неделю, Они собирали немало зрителей. Но смотреть их в большой компании было неудобно, а порой и невозможно: маловат экран.

Проблемой увеличения размеров экрана занимались А. А. Расплетин и И. М. Завгороднев (мы еще встретимся с ними, когда речь пойдет об использовании телевидения при обороне Ленинграда). На базе ТК-1 они разработали образцы проекционных телевизоров ТЭ-1 и ТЭ-2, в которых телевизионное изображение с кинескопа диаметром 10 сантиметров проецировалось с помощью объектива на экран размером метр на метр двадцать сантиметров. Эти телевизоры успешно демонстрировались в 1940—1941 годах. В начале 1941 года были созданы еще две модели телевизоров: 17ТН-3 и 23ТН-4. Диаметр экрана у последнего был уже 23 сантиметра.

В конце 1940 года у нас в стране утвердили новый стандарт – 441 строка. Такое же число строк было принято во Франции и Германии, в Англии чуть меньше – 405 строк, а в США с 1941 года – 525 строк.

Весной 1941 года началась реконструкция Московского телецентра с учетом нового стандарта. Но помешала война…

7 мая 1945 года, в День радио, первым в Европе возобновил работу Московский телецентр. Передачи шли еще по довоенному стандарту – 343 строки, В 1948 году, к 31-й годовщине Октября, Московский телецентр Первым перешел на современный телевизионный стандарт – 625 строк.

В том же, 1945 году известный советский специалист в области телевидения П. В. Шмаков, за 12 лет до начала космической эры, выдвинул идею использования искусственных спутников Земли для организации всемирного телевизионного вещания. Многим тогда эта мысль представлялась такой же фантастической, как и полеты к Луне.

Пройдет четырнадцать нелегких послевоенных лет – ив октябре 1959 года советский космический аппарат «Луна-3» сфотографирует обратную сторону нашего естественного спутника, по космическому телевидению передаст фотографии на Землю. Так Сергей Павлович Королев осуществит студенческую мечту Владимира Кузьмича Зворыкина…

Мы вспомнили, какими были первые телевизоры. С сегодняшними каждый из нас знаком лично. А каким будет телевизор в не столь уж далеком завтра, скажем, в году 2000-м?

«Прежде всего, телевизор станет плоским – так предсказывают специалисты. – Его, как картину, можно будет повесить на стену. В лабораториях уже есть телевизоры со стереоскопическим изображением. Разработаны проекционные приемники с большим экраном для коллективного просмотра в местах отдыха. А в других моделях экран изменится до размеров «карманного».

Расширятся функции телевизора: он станет источником оперативной справочной информации – через систему «Видеотекст» можно будет запросить из информцентра и увидеть на экране интересующие вас сведения. А «Телетекст» позволит выбирать из телевизионной справочной «книги» нужные зрителю «страницы»: расписание самолетов, синоптическую карту с прогнозом погоды, сведения о новинках, поступающих в торговлю…

Главное место в квартире займет домашний информационно-развлекательный комплекс. С помощью дистанционного пульта можно будет управлять его работой, впрочем, можно заложить в память телевизора программу на много дней вперед…

Честно говоря, в таком деле, как электроника, предсказывать – дело не совсем верное. Неожиданное открытие может круто изменить облик целого направления. Так что и эти прогнозы к 2000 году могут стать уже вчерашним днем.

ЭТО НАЧИНАЛОСЬ ТАК…

Уже опыты Герца показали, что радиоволны способны отражаться от встречающихся на их пути предметов. Это явление и легло в основу радиолокации. Однако до умения определять по отраженным радиоволнам положение, скорость перемещения и другие характеристики какого-либо объекта науке и технике предстояло проделать долгий путь.

Главная сложность состояла в том, что лишь небольшая часть излучаемых волн попадает на объект локации. К тому же они частично поглощаются им, а частично рассеиваются в разные стороны. В результате в приемник поступает меньше одной миллиардной части от излучаемой энергии.

Идея радиолокации несколько моложе идеи радиосвязи. Еще в 1904 году немецкий исследователь X. Хюльсмейер запатентовал в Англии и Германии устройство, которое с помощью герцевских волн обнаруживало бы металлические предметы, такие, как корабли и поезда. Оно предвосхищало некоторые черты будущих радаров: работу в УКВ диапазоне, использование параболических антенн… Был еще ряд интересных заявок, но ни одна из них так и не воплотилась в работающую аппаратуру. Слишком несовершенны были в то время передатчики и приемники. Перед нами еще один пример, как зачастую научная мысль опережает технические возможности. Техника обнаружения пошла по иному пути: улавливанию других волн – звуковых – от самолетных моторов.

Для этого строили огромные слуховые рупоры со сложной системой труб-резонаторов. В ясную безветренную погоду опытные бойцы-слухачи могли обнаружить самолет на расстоянии даже в 20 километров. На довоенных парадах на Красной площади можно было видеть, как впереди зенитных орудий везли этаких «спрутов» из причудливо изогнутых звукоулавливающих труб. Такие звукоулавливатели в сочетании с прожектором получили у нас название «прожзвука».

Но «прожзвук» работал только при безоблачном небе, а вскоре выявился и другой дефект звуковых систем. При увеличившихся скоростях самолетов и высоте их полета направление прихода звука и направление на самолет стали так сильно различаться, что система оказывалась просто недееспособной. А появившиеся в начале 30-х годов дальние скоростные бомбардировщики становились очень опасными в случае прорыва противовоздушной обороны: увеличивалась их бомбовая нагрузка, резко возрастал возможный ущерб. Тогда и заинтересовались во многих странах идеей радиообнаружения. Можно, пожалуй, сказать, что изобретение радиолокации – своего рода реакция на появление мощной бомбардировочной авиации. Причем реакция довольно массовая: в 1934—1935 годах первые эксперименты по радиолокационному обнаружению были проведены в СССР, США, Франции, Германии, Италии и годом позже в Японии. Кстати, в Италии опыты ставил все тот же Маркони. Весной 1935 года он продемонстрировал, что с помощью радиоволн можно обнаруживать автомашины и… людей.

Действительно, каждое открытие ждет своего часа. Идея зрела… Инициаторами стали военные: один из энтузиастов нового дела П. К. Ощепков написал докладную записку народному комиссару обороны. Предложение заинтересовало маршала М. Н. Тухачевского, заместителя наркома обороны, ведавшего в то время вопросами вооружений и новой техники. Он тотчас же распорядился включить в план научных работ на 1934 год проблему радиообнаружения самолетов, причем в числе первоочередных. Одобрил инициативу и К. Е. Ворошилов. Нарком рекомендовал привлечь к обсуждению проблемы видных ученых.

Такое совещание состоялось 16 января 1934 года в Ленинградском физико-техническом институте, где директорствовал академик А. Ф. Иоффе. Рассматривался вопрос: как создать прибор, способный обнаружить самолет на расстоянии 50 километров при высоте полета 10 километров. Все выступающие были за использование радиоволн, считали этот путь перспективным в принципе, но вместе с тем у большинства проскальзывали и осторожные нотки.

Например, специалист по акустике, профессор, будущий академик Н. А. Андреев считал, что еще рано отказываться от звукоуловителей и надо расширять исследования в области звукопеленгации. А академик Иоффе утверждал, что преждевременно проводить исследования на дециметровых и сантиметровых волнах (как раз в тех диапазонах, которые станут самыми ходовыми в радиолокации), и следует ограничиться лишь метровыми волнами. Абрам Федорович мотивировал свой вывод тем, что, мол, более короткие волны будут отражаться от плоскостей самолета по оптическим законам («угол падения равен углу отражения»), и потому, отражаясь от самолета, такие лучи будут распространяться не в сторону наблюдателя, а от него, и весь ожидаемый эффект может быть сведен на нет. Как мы видим, даже академики не могли сказать ничего определенного. Вот сколь неизведанной была проблема. Сейчас это возражение выглядит несколько странным: видим же мы самолет в луче прожектора, хотя в глаз нам попадает рассеянный им свет.

Высказывались мнения и о преждевременности работ: дескать, нет технической базы для их осуществления. Говорилось также и о том, что надо бы расширить работы в инфракрасном диапазоне, чтобы обнаруживать самолеты по тепловому излучению выхлопных газов.

Интересно, что такие работы проводились в 1932—1934 годах, но тогдашний теплоулавливатель, в отличие от нынешних, не годился ни для обнаружения самолетов, ни для обнаружения танков, а вот корабли он обнаруживал неплохо и был принят на флоте. Применялся в Великую Отечественную войну. Подводную лодку в надводном положении он обнаруживал за три-четыре километра, а эсминец – на дистанциях в пять раз больших.

Но вернемся к обсуждению. Горячо поддержал идею радиообнаружения директор Ленинградского электрофизического института академик А. А. Чернышев, причем он ратовал за постройку аппаратуры в сантиметровом и дециметровом диапазонах и даже предложил, чтобы работы вел его институт.

Совещание стало историческим для отечественной радиолокации. Отныне ее создание превратилось в государственную задачу.

В 1934—1935 годах были проведены опыты по радиообнаружению самолетов. Результаты обнадеживали. Но электрофизический институт, где проводились исследования, вдруг реорганизовали, руководство сменили, некоторые сотрудники устроились в другие институты. В частности, крупнейший физик-радиотехник Д. А. Рожанский и его сотрудник Ю. Б. Кобзарев ушли в физтех к Иоффе. Рожанский возглавил специально созданную лабораторию по проблеме обнаружения самолетов. Курс был взят на импульсную локацию. Рожанский вскоре умер, и работы возглавил Кобзарев. Лаборатории и удалось довести дело до конца.

15 апреля 1937 года можно считать днем рождения импульсной радиолокации в СССР. Именно в этот день под Москвой заработал макет импульсной станции. Немногочисленный штат лаборатории работал с задором, с выдумкой. Многие узлы были недопоставлены, приходилось изобретать замену тут же, на полигоне. Вместо запланированного мощного передатчика воспользовались подвернувшимся маломощным и все равно обнаружили самолет в 17 километрах.

К сожалению, путь от макета до промышленного образца затянулся из-за разного рода реорганизаций. Сложное тогда было время – 1937 год. Был отстранен от работы и репрессирован один из энтузиастов импульсного метода локации П. К. Ощепков. Впоследствии, после десятилетнего отсутствия, он займется интроскопией – видением внутри непрозрачных предметов. Станет в 1954 году доктором технических наук, профессором. Одно из его увлечений – так называемая энергетическая инверсия – обращение вспять потока энергии, поиск условий, при которых без затрат можно извлечь тепло, рассеянное в окружающей среде. Подобные мысли были и у Циолковского.

Оппоненты, и довольно именитые, критикуют Павла Кондратьевича за эту идею. Она, по их мнению, противоречит второму закону термодинамики. Мысль – из хаоса извлечь энергию, хоть и представляется безумной, но сразу же вызывает аналогию – ведь и жизнь возникла из хаоса, а вот как это произошло – пока тайна…

Почти за год до войны, 26 июля 1940 года, станция была принята на вооружение под названием РУС-2 (радиоулавливатель самолетов). Ее чуть ранее изготовленный макетный вариант под названием «Редут» был установлен на Карельском перешейке, и всю финскую войну на нем шла боевая работа. Тогда же было принято решение построить под Ленинградом близ поселка Токсово стационарную установку с повышенной дальностью обнаружения. Кабины приемника и передатчика вместе с антеннами разместили на 20-метровых вышках. Но как ни спешили со строительством, финская война закончилась быстрее. А на токсовской станции начались эксперименты, в частности, по созданию такой важной системы, как автоматическое опознавание своих самолетов.

В физтехе сотворили «активный ответчик», который при контакте самолета с лучом радара генерировал импульс. Если всплеск на экране радара сопровождался приемом импульса, значит, отметка от цели принадлежит своему самолету, если же нет, то значит, самолет чужой. Так было положено начало работам по созданию радиолокационных систем «свой – чужой», определяющих государственную принадлежность самолетов. Задача опознавания – не из простых, и по сей день она одна из важнейших в радиолокации. В боевой обстановке порой трудно бывает разобраться, где свой самолет, где – чужой. А это важно, не то своего собьешь. В последние предвоенные дни такое устройство прошло испытание в реальных условиях под Москвой…

Началась Великая Отечественная война. С первым же сигналом тревоги станция в Токсове перешла на боевое дежурство. Благодаря своим высоким антеннам она обнаруживала самолеты за 200 километров. По ее данным были уничтожены аэродромы на Карельском пере-шейке. Станция проработала всю войну.

Незадолго до войны первую Государственную премию за выдающуюся работу в области радиолокации пол) чили создатели РУС-2 – Ю. Б. Кобзарев, П. А. Погорелко, Н. Я. Чернецов.

За месяц до войны, в мае 1941 года, были сделаны два образца станции «Пегматит», или, по-иному, РУС-2с, самой массовой в наших войсках во время войны. По своим характеристикам она была такой же, как и РУС-2, но занимала гораздо меньше места. Вся аппаратура станции перевозилась на одной автомашине. Она свободно помещалась в простой деревенской хате, а мачту антенны можно было прикрепить к дереву. Всего радиолокационных станций РУС-2 и РУС-2с за годы войны выпустили более 600.

Еще раньше – в 1939 году – была принята на вооружение радиолокационная станция РУС-1. Правда, работала она по другому принципу. Сигнал у нее был не импульсный, а непрерывный. Приемник и передатчик располагались на удалении 30—40 километров друг от друга. Передатчик своим излучением образовывал как бы «радиозанавес». Если самолет пролетал между приемником и передатчиком, то в приемник поступало два сигнала: один – прямо от передатчика, другой – отраженный от самолета.

Со школы мы знаем, что при отражении радиоволны от движущегося объекта ее частота изменяется на величину доплеровской частоты, которая зависит от скорости и направления полета самолета, а также от длины радиоволны. В месте приема два сигнала; прямой – от передатчика и отраженный – от самолета, складывались. Поскольку их частоты несколько отличались, то возникали так называемые «биения», то есть амплитуда суммарного сигнала «дышала» с частотой Допплера. Сигнал на выходе приемника записывался на бумажную ленту. Как начнутся такие «дыхания», значит, «радиозанавес» пересек самолет.

РУС-1 тоже работала на Карельском перешейке во время финской войны. Было выпущено 45 комплектов таких станций. Но используемый в них метод имел много недостатков, и во время Великой Отечественной войны РУС-1 были перебазированы на менее ответственные участки – для охраны границы в Закавказье и на Дальнем Востоке.

Первые наши станции назывались радиоулавливателями самолетов (РУС), английские же слова-синонимы – радиолокатор, радар – пришли к нам в грозном 1941 году вместе с закупленными станциями. Время было трудное, вооружений не хватало, производственная база на европейской территории страны была потеряна… И хотя английские термины прижились в нашем языке, это совершенно не значит, что прав Уинстон Черчилль, премьер-министр Великобритании в период второй мировой войны, который после ее окончания заявил в парламенте, будто именно англичане подарили миру радиолокацию – величайшее, по его словам, военное изобретение за последние 50 лет. Как мы убедились, это совсем не так.

ИЗ ТУПИКА…

За годы войны радиолокация сделала большой скачок. Особенно преуспели американские инженеры. У них и возможностей для исследований было несравненно больше, и главное – была мощная промышленная база. Американская станция орудийной наводки SCR-584 для зениток (такие станции назывались сокращенно СОН), выпущенная в 1943 году, оказалась настолько удачной, что не одно десятилетие использовалась по разным назначениям.

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.

Смысл согласованной фильтрации в том, что сигнал передатчика и фильтр в приемнике должны быть согласованы. На языке математики вышесказанное звучит так: амплитудно-частотные спектры сигнала и фильтра должны совпадать по форме, а фазочастотные спектры должны быть с разными знаками. Физически это, как говорят, «прозрачно». Зачем усиливать все частоты в сигнале равномерно? Ведь одновременно мы усиливаем и вредные шумы, сопутствующие сигналу. Согласованный фильтр обрабатывает сигнал взвешенно. Он подчеркивает те частоты, мощность которых преобладает в сигнале. Ну а что касается обратного знака фазы – так это как раз и означает операцию задержки элементика сигнала и «подкрутки» его фазочастотной начинки таким образом, чтобы все частоты в сигнале в какой-то момент времени оказались в фазе и сложились бы. Тогда возникает узкий пик большой амплитуды, и чем больше частот в сигнале, то есть чем шире спектр сигнала, тем меньше длительность пика и тем выше он.

Вне пика сигнал как бы рассыпается, частоты гасят друг друга, но к великому сожалению, не везде полностью… Эти остатки, называемые «боковыми лепестками» (они располагаются по времени и спереди и сзади основного пика), причиняют много хлопот. Например, когда в луч радара попадает сразу несколько самолетов, «боковые лепестки» могут сбить оператора с толку.

Есть еще целый ряд причин, по которым от «боковых лепестков» надо избавляться. Появилось даже такое направление, как «синтез сигналов»: по требуемой форме сигнала на выходе согласованного фильтра надо найти, какой в данном случае будет сигнал у передатчика. Правда, удается получить нужный сигнал не всегда: порой задача не решается (просто физически не существует такого сигнала, чтобы получить какой бы нам хотелось отклик на выходе согласованного фильтра), порой требуются такие точности к реализации фазочастотной структуры сигнала, что их трудно выполнить.

В связи с развитием цифровой техники в современных радарах все чаще используется активный вариант согласованного фильтра – коррелятор. Это устройство с двумя входами. На один из них поступает сигнал с входа приемника, а на другой – копия излученного сигнала. Если принятый сигнал похож на копию, тона выходе коррелятора (коррелятор осуществляет две операции: умножение и накопление) появится сжатый сигнал, конечно, с боковыми лепестками, как и в пассивном согласованном фильтре. С точки зрения математики, согласованный фильтр и коррелятор – устройства тождественные. В отличие от пассивного согласованного фильтра, корреляторов надо множество: на каждый элемент дальности, поскольку копия должна совпадать по времени с приходом отраженного от цели сигнала. Но сейчас, в эпоху микроминиатюризации, это не столь уж серьезный недостаток.

Зато коррелятор универсален. При смене сигнала не надо нового согласованного фильтра, а ведь современный радар имеет в своем арсенале, как правило, несколько разных сигналов. Чтобы перейти на новый вид сигнала, достаточно поменять копию.

В 50-е годы под радиолокацию была подведена и теоретическая база. Раньше, когда проектировали РЛС, полагались в основном на инженерный опыт. К счастью, он не противоречил разработанной теории, а скорее подтверждал ее правильность. Научной основой радиолокации стали теория вероятностей и математическая статистика. Плодотворность нового подхода показал в 1946 году в своей докторской диссертации будущий академик В. А. Котельников. Большую роль в распространении статистических методов среди инженеров-локаторщиков сыграла книга Вудворта «Теория вероятностей и теория информации с приложениями в радиолокации», вышедшая в 1953 году.

По теории, прием сигнала, будь то в радиолокации или в линии связи, сводится к угадыванию: присутствует на входе приемника сигнал вместе с шумом или только шум. В любой из этих ситуаций шум присутствует всегда. «Шум, как и бедность, являются неизбежным явлением», – невесело пошутил в годы Великой депрессии, охватившей Америку в конце 30-х годов, один известный американский радиоинженер.

Так что же шумит в радиоаппаратуре? Ну, во-первых, эфир сегодня всюду насыщен радиоволнами. Их источников великое множество: и молнии, и полярные сияния, и разного рода радиостанции, электромоторы… Перечисление всех источников радиоизлучений займет, пожалуй, не одну страницу, и постепенно открываются все новые источники помех…

Например, в результате исследований, проводимых американскими полярниками на радиостанции в Антарктиде, обнаружено, что магнитосфера, то есть та область, где магнитное поле Земли захватывает потоки заряженных частиц, сама является генератором всевозможных радиосигналов и шумов, всяких там свистов и щебетаний. Мало того, эта область имеет свойство обогащать радиоволны, проходящие сквозь нее, новыми и довольно мощными частотными составляющими.

Складываясь в антенне, радиоизлучения от разных мешающих источников, как природных, так и естественных, и создают напряжение, маскирующее полезный сигнал. По-видимому, первые радисты, принимавшие морзянку, и назвали помехи, проявлявшие себя в виде щелчков, свистов, шорохов, тресков, завываний, шумом.

Но не только эфир поставляет шумы. Шумит и сам приемник, в основном его первые каскады. Это так называемый тепловой шум, вызванный хаотическим движением электронов в элементах схемы. Чем выше температура, тем интенсивнее движение электронов, тем сильнее шумит приемник. Специалисты применяют разные способы уменьшения теплового шума, вплоть до охлаждения первых каскадов приемника. Первых – потому что именно их шум усиливается последующими каскадами. Поэтому чем ближе усилительный каскад к входу приемника, тем большую шумовую лепту он вносит.

А для военных станций кроме уже упомянутых шумов есть еще и умышленные помехи, причем ассортимент их весьма разнообразен. И против каждого вида умышленных помех, как правило, придумывают специальную схему защиты.

Теперь, когда мы выяснили, что такое шумы, вернемся опять к обнаружению. Упрощенно оно производится так. В приемнике выставляется пороговый уровень. Если сигнал превысил порог, то считается, что цель обнаружена, если нет, то считается, что цель отсутствует. Поскольку шумы, да и сигналы тоже, суть случайные процессы (их поведение заранее точно предсказать невозможно, то есть нельзя сказать, каковы точно будут амплитуда и фаза полезного сигнала, какова будет величина шума в момент прихода сигнала, да и сам момент времени неизвестен), то при вынесении решения возможны ошибки.

Во-первых, может возникнуть такая ситуация. Цели нет, а шумовой выброс превышает порог. Все может быть в мире случая. Такая ошибка называется ложной тревогой, и она далеко не безобидна, особенно для автоматизированных систем, где нет оператора, контролирующего положение. Ложная тревога может привести к несанкционированному пуску ядерных ракет, короче говоря, к войне. Сколько раз об опасных ошибках такого рода сообщалось в печати. Например, в докладе, опубликованном сенатской комиссией США по делам вооруженных сил в октябре 1980 года, говорилось, что за 1,5 года на командных пунктах штаб-квартиры командования ПВО от системы предупреждения поступило 3703 ложных сигнала о начале ядерной атаки на США. А в период с 1977-го по 1984 год компьютерные системы средств раннего предупреждения дали свыше 20 тысяч ложных сигналов о нападении на США, из которых пять процентов имели опасный характер и потребовали дополнительной проверки.