Что такое радиогоризонт

Термин «радиогоризонт» можно слышать довольно часто, особенно, если интересоваться технологиями или современным вооружением.

Но что это слово означает на самом деле и почему не все так просто, как может показаться на первый взгляд.

Радиогоризонт – это просто

Если не вдаваться в подробности, попробовать объяснить, что такое радиогоризонт, это будет очень просто.

Так как наша планета не плоская, а радиоволны распространяются по прямой, то на определенной дальности от антенны кривизна земли не позволит «увидеть» цель или передать сигнал от одной антенны к другой. Точно так же как если смотреть с помощью зрения, горизонт скрывает то, что за ним.


Но можно ли заглянуть за горизонт? Даже без расчетов, интуитивно понятно, что тем выше над землей, тем дальше будет прямая видимость.

Но все-таки радиогоризонт можно рассчитать, это простая геометрия, и простая формула:

D=√2Rhr+hr2

Где R — усредненный радиус Земли, h— высота радара над землей.

И если подставить в формулу средний радиус Земли (наша планета не идеальный шар, поэтому и средний) и принять, что высота намного меньше радиуса планеты и ей можно пренебречь, будет еще проще:

D=4,124√hr

Например, если радар на корабле установлен на высоте 20 метров, а цель находится на уровне моря, то радиогоризонт для него составит  всего 18,4 км. Все что дальше, будет невидимым.

Расстояние до горизонта на море очень просто посчитать. Чем выше вы находитесь над уровнем моря, тем дальше «за горизонт» можете заглянуть. Например, при высоте 1,8 метра (человек стоит на плоту, например) видимость будет ограничена 5 километрами.

D=4,124√1,8=5,5 км

Британский эсминец типа "Дэринг" (type 45)

Британский эсминец типа «Дэринг». Радар нужно поднимать как можно выше.

Формула прямой видимости

Но это только в случае, если сама цель находится на земле (или на воде, как в примере выше). А если нет, если речь о самолете, тогда нужно принять во внимание и его высоту. В таком случае дальность прямой радиовидимости будет складываться из двух составляющих:

D=d1+d2

При этом радиогоризонт остается тем же, сама цель поднимается выше.

Формула радиогоризонта

Как это получилось? На картинке выше все представлено не в масштабе для простоты. Но если учесть, что радиус земли значительно больше, чем высоты антенны или цели, получится просто два прямоугольных треугольника. А раз так то теорема Пифагора может рассчитать расстояние до горизонта d1 и расстояние до цели d2.

d12+(R+hr)2=R2

d22+(R+ht)2=R2

d12=R2-(R+hr)2=R2-(R2-2Rhr+hr2)=R2-R2+2Rhr-hr2=2Rhr-hr2

d1=√2Rhr-hr2

d2=√2Rht-ht2

ht — это высота цели.

Если вернутся к примеру выше, высота радара 20 метров, радиогоризонт для него все те же 18,4… Вот только самолет летит на высоте 8 000 метров. Тогда дальность прямой (геометрической) видимости — 335 километров.

Это простое объяснение и простая геометрия. Но зачем тогда приставка радио- если речь о прямой видимости, также как и с «обычным» горизонтом?

Так ли просто все на самом деле? Нет, не так. Земля по прежнему похожа на шар, но радиоволны движутся не совсем по прямой.

Радиогоризонт — это сложно

Все что было описано выше, чистая геометрия, без учета таких волновых явлений как рефракция и дифракции, свойства среды и подстилающей поверхности (суша это или море в шторм) и некоторые другие явления.

Рефракция, это изменение направления распространения волны, из-за неоднородности атмосферы (нижние слои плотнее верхних и их свойства меняется «скачками»).

На самом деле, чаще всего, получается эффект «загибания» волны вниз (хотя иногда бывает и наоборот), что позволяет немного «заглянуть за горизонт» и для учета этого эффекта применяется коэффициент 4/3, что фактически увеличивает радиогоризонт на 33%. Хотя и это тоже упрощение.

Критическая рефракция или сверхрефракция и вовсе позволяет радиоволнам огибать весь земной шар и слышать радиопередачу с другой части планеты. Получается так называемый тропосферный волновод.

Но существует технология, специально созданная для того, чтобы решить проблему радиогоризонта, и использовать свойства атмосферы по полной — загоризонтный радар.

Загоризонтный радар пространственной волны использует отражение радиоволн от ионосферы. Это позволяет ему «видеть» цели расположенные намного дальше прямой видимости, даже на другой стороне Земли. С другой стороны, то, что находится рядом, такой радиолокатор не может обнаружить в принципе.

Еще одна особенность — огромные антенны и большое расстояние между элементами.

Например, знаменитая «Дуга» все еще находящаяся в городе под названием Чернобыль-2 имеет размер антен:

  • низкочастотная: 150 метров в высоту и 460 в длину
  • высокочастотная: 100 м х 230 м соответственно

И это только антенны работающие на прием, передающая РЛС вообще находилась в 60 км от Чернобыля, под Черниговом.

Сигнал отраженный от ионосферы, потом отражается в обратном порядке и конечно сильно теряет в мощности. Также сама ионосфера совсем не похожа на ровное зеркало, что тоже сказывается на точности.

Поэтому такие ЗГРЛС предназначаются только для предупреждении о массовом пуске баллистических ракет. Целеуказание они выдавать не могут, просто сигнализируют «внимание, где-то там, что-то куда-то двигается».

Есть и другие загоризонтные радары, использующие принцип поверхностной волны, который основан как раз на явлении рефракции радиоволн. Дальность обнаружения ниже, зато точность выше. Но оба эти типа умеют заглядывать за горизонт.

В отличие от геометрического горизонта, ограничения реального радио- можно обойти с помощью физики.

Читайте также:

1 комментарий

  1. Иван:

    Какая то странная теорема Пифагора.
    К квадрату катета прибавляют квадрат гипотенузы и все это равно квадрату второго катета.
    У нас появился новый Пифагор?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *