Радиолокация. Развитие средств связи. Телевидение

Радиолокация и телевидение на службе человеку

Даниил Гранин: человечество было сформировано ни императорами, жрецами, полководцами, а теми, кто создал топор, колесо, самолет, кто нашел злаки, следил за звездами, кто открыл железо, полупроводники и радиоволны...".

Электромагнитная волна – это электромагнитное поле, оно распространяется в пространстве, периодически изменяется. Открыл электромагнитные волны Генрих Герц. Он научился их передавать и принимать на расстояние, правда, это расстояние было небольшое. Приемник и передатчик стояли на одном столе. В апреле 1895 года Александр Степанович Попов представил миру свое изобретение – первый в мире радиоприемник и продемонстрировал передачу сообщения при помощи "Азбуки Морзе". С того памятного дня берет начало новый виток развития науки и техники, а именно: распространение радио для нужд человека.

Самыми распространенными электромагнитными волнами из всего диапазона стали радиоволны: ультракороткие, короткие и длинные (ультракороткие – менее 10 метров, короткие – больше 10 м и меньше 100м, длинные – больше 100 м). В зависимости от задачи выбирается длина волны, например, длинные волны используются для радиосвязи с подводными лодками, находящимися на глубине, короткие волны – так называемые метровые, – используются в быту для передачи радио и тв сигналов, а ультракороткие волны (сантиметровые и дециметровые) применяются для нужд радиолокации, то есть для обнаружения объектов с помощью радиоволн. Форма и физические свойства оказывают огромное влияние на распространение радиоволны, и самое большое влияние на радиоволны оказывают ионизированные газы в верхних слоях атмосферы (ионосфера). Эти слои ионизируются под электромагнитным действием солнца и потока заряженных частиц, которые оно излучает.

Ионосфера проводит электрический ток и она отражает все радиоволны с длиной более 10 метров, поэтому для того, чтобы распространить такие волны на большие расстояния за горизонт, требуется многократное отражение от поверхности земли и ионосферы. Если мы будем использовать волну длиной более 100 метров для передачи сигнала на большое расстояние вдоль поверхности земли, то у нас получится создать связь между приемником и передатчиком, которые не находятся в зоне прямой видимости друг с другом. Это делается возможным благодаря тому, что длинные волны обладают способностью огибать выпуклые поверхности земли, и чем длина волны больше, тем больше волна будет огибать выпуклую поверхность, а при использовании ультракоротких волн с длиной менее 10 метров можно наладить связь с космическим объектом, потому что такие волны проходят через ионосферу, и они не огибают поверхность Земли. Электромагнитные волны, и, в частности, радиоволны, распространяются прямолинейно и отражаются от преград.

Радиолокация

Современная радиолокация используется в военных и в гражданских сферах, и возможности современной радиолокационной установки таковы, что она может обнаружить цель (корабли и самолеты) на расстоянии до нескольких сотен километров. Радиолокаторами оборудованы все современные аэропорты мира. Они сопровождают взлетающую и идущую на посадку авиатехнику. Радиолокаторами оснащены все современные суда и самолеты для целей навигации. Метеорологическая служба использует современную радиолокацию для постоянного наблюдения за облаками, и, конечно же, радиолокационные станции используются в космической отрасли для наблюдения за космическими объектами.

Впервые явление радиолокации было обнаружено в 1898 году. Александр Степанович Попов проводил опыты с радиосвязью между двумя кораблями, которые находились в пяти километрах друг от друга. Сначала связь была налажена, и она была устойчивой, но вдруг неожиданно сигнал начал затухать и постепенно пропал. Чуть позже выяснилось, что в этот момент между двумя кораблями проходил третий корабль. И на основании этих опытов Попов пришел к выводу, что радиоволны можно использовать не только для связи, но и для обнаружения объектов, находящихся в воздухе. Однако, на том этапе развития радио дальнейшие исследования приостановились, а развиваться активно явление радиолокации начало во время Второй Мировой войны.

СССР, Англия и Америка начали делать радары для того, чтобы обнаруживать самолеты противника Современная радиолокация достигла такого уровня, что может обнаруживать самолеты противника не только на огромных расстояниях, но и за непрозрачными преградами, да и не только самолеты, но и другие как неодушевленные механизмы, так и живые организмы.

Как работает радиолокатор

Передатчик излучает в пространство радиоволну и ждет прихода сигнала на приемник радиолокационной станции с огромной антенной, которая может поймать слабые отраженные сигналы. Если в пространстве отсутствуют предметы, отражающие радиосигналы, то в приемник радиоволны не вернутся, а при встрече с препятствием радиоволна либо отражается, либо рассеивается. При отражении та часть волны, которая встретила объект сохраняет структуру, но изменяет направление движения, и если она возвращается обратно в антенну, то приемник радиолокационной станции поймает этот сигнал, и чем больше будет площадь объекта, который встретила на своем пути радиоволна, тем сильнее будет отраженный вернувшийся обратно сигнал.

Принцип работы радиолокационной станции

Импульсный радиолокатор посылает в эфир кратковременный сигнал длительностью около микросекунды, а после отправки он переходит в режим прослушивания эфира и ждет возвращения эха от своего посланного сигнала. В момент отправки сигнала приемник отключается, так как большая мощность посылаемого сигнала может вывести его из строя, а после отправки приемник сразу включается и ожидает возвращения слабого отраженного сигнала эха. Через некоторое время, когда радиосигнал уходит безвозвратно, или, наоборот, возвращается слабым эхом, передачу вновь повторяют, и приемник вновь отключается на время передачи. Такой цикл продолжается до тех пор, пока радиолокационная станция работает. Поскольку возвращаемые эхо-сигналы очень слабые, передатчик сигналов должен на некоторое время отключаться для того, чтобы их не заглушать слабый эхо-сигнал.

Определение расстояния до цели

Определение расстояния до цели происходит следующим образом: в момент передачи сигнала из антенны в окружающее пространство он, этот сигнал, срывается с антенны и отправляется в пространство со скоростью света, и в этот же момент световой луч, который находится на индикаторе оператора начинает свое движение из той точки, где установлена станция. Около нулевой отметки шкалы дальности на луче появляется световой всплеск. Если цели нет, и эхо-сигнал не возвращается, то светящийся луч на экране все время будет представлять из себя горизонтальную прямую линию, а в случае, если цель появится, то происходит следующее: сигнал, отправленный с антенны достигает цели, отражается от нее и возвращается обратно на станцию в приемную антенну. Тут же на экране оператора луч делает светящуюся засечку (световое пятнышко), и такой процесс периодически повторяется. Если цель будет приближаться к радиолокационной станции, то и эхо-сигнал возвращается быстрее на приемную антенну, а это значит, что луч развертки раньше засветит точку отметки до цели. Нам известно, что скорость, с которой сигнал перемещается в пространстве, постоянная. Таким образом, время, которое проходит с момента излучения сигнала до того момента, когда этот сигнал вернется обратно, пропорционально расстоянию до цели и обратно, то есть удвоенному расстоянию до цели. Поэтому, выбрав нужный коэффициент пропорциональности мы можем узнать по состоянию индикатора расстояние до цели, который успел пробежать луч развертки за все это время. Таким образом на экране индикатора получается шкала дальности. Для того, чтобы понять, сколько километров до цели достаточно отметить цифру, у которой возникает отметка до цели.

Телевидение

Современная система телевидения состоит из трех основных компонентов:

  1. Преобразование света в сигнал, и это может быть видеокамера, которая поступающую картинку преобразует в электрический сигнал. Этот сигнал в телевидении называют сигнал-изображение (видеосигнал).
  2. Передача видеосигнал при помощи каналов связи.
  3. Преобразование электрического сигнала обратно в картинку.

Преобразователь сигнал-свет – это: приемные телевизионные трубки (кинескоп), жидкокристаллический экран, проекционный кинескоп и другие. Аппаратная часть телевизионной системы состоит из сложнейших радиотехнических устройств. Это объясняется тем, что телевидение постоянно совершенствуется, в телевидении используются новейшие достижения науки и техники.

Современное телевидение характеризуется прежде всего цифровой обработкой сигналов, используется твердотельная электроника, развивается цифровое спутниковое тв, усовершенствуются телевизионные системы высокой четкости изображения.

Основные принципы, на которых построена система телевидения были сформулированы в начале 20 века. Первую телевизионную систему в 1875 году предложил Джон Керр, известный физик конца 19 века. Он предложил систему телевидения с разбиением картинки на отдельные элементы, то есть картинка представляла из себя мозаику.

Российский учены Порфирий Иванович Бахметьев 1880 год предложил информацию о каждом элементе мозаики (изображении) извлекать, передавать по каналу связи и воспроизводить последовательно при помощи телевизионной развертки.

За 20 век и начало 21 века телевизионные системы развивались от оптико-механических с невысоким качеством изображения, им на смену пришли системы электронного телевидения, цветное изображение пришло на смену черно-белому изображению, и цифровое изображение пришло на смену аналоговому телевидению. Специалисты рассматривают возможность дальнейшего развития стереоскопического телевидения.

Но несмотря на значительные технические изменения современного телевидения, оно все равно строится на базовых принципах, которые предложили Джон Керр и Порфирий Бахметьев. Один фрагмент изображения (пиксель) – это фундаментальная основа современного телевидения, а понятие развертка – это основной технологический процесс анализа и синтеза тв сигнала.

Принцип действия современного визуального телевидения – это использование развертки два раза: первый раз на передающей стороне и второй раз на принимающей стороне. При развертке на передающей стороне изображение преобразуется в видеосигнал, при этом изображение раскладывается на кадры, строки и элементы, то есть дискретизируется. Этот процесс осуществляется в ионоскопе (передающей вакуумной трубке). Внутри этой трубки находится мозаичный экран, и на него проецируется картинка. Под действием световой энергии, которая подается на каждую ячейку, эта ячейка заряжается этой энергией, а потом электронная пушка формирует электронный пучок, и он поочередно попадает на все элементы мозаики: от элемента к элементу, от строчки к строчке. При этом каждая ячейка мозаики изменяет свой заряд.

Далее канал связи передает этот видеосигнал, и в приемном видеоконтрольном устройстве изображение-сигнал восстанавливается. Синтез установления изображения связан с процессом развертки точно также, как и создание видеосигнала. В местах попадания электронного луча мозаика начинает светиться, и получается видеоизображение..В цветном телевидении изображение распадается на компоненты по основным цветам спектра. Это цвета: красный, синий и зеленый.

* * *

Средства связи с каждым годом развиваются все больше и больше, и внедряются в новые области. И одновременно с этим постоянно улучшается и совершенствуется техническая аппаратура, и, например, на смену телефонной связи пришли телекоммуникационные системы с большими функциональными возможностями.

Добавить сайт в закладки

Еще по теме: