利用者:加藤勝憲/ソビエト連邦におけるレーダーの開発

Радар с параболической антенной

Современный радар на основе ФАР. Станция PAVE PAWS системы раннего предупреждения, расположенная на Аляске.

РЛС раннего обнаружения с разнесёнными приёмником и передатчиком на основе ФАР

レーダー（radio detection and ranging、無線探知と測距からのレーダー）は、空、海、陸の物体を探知し、その範囲、速度、幾何学的パラメータを決定するための無線技術システムである。電波の放射と物体からの反射の登録に基づくレーダー方式を用いる。1941年に英語の略語（English RADAR）として登場し、後に独立した単語となった。

歴史

1887年、ドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツは、ジェームズ・マクスウェルの電磁場理論によって予言されていた電磁波の存在を発見する実験を開始した。ヘルツは電磁波の発生と受信の可能性を実験的に実証し、電磁波が物質によって吸収と反射が異なることを発見した。 1897年、ロシアの物理学者A.S.ポポフは、船舶間の無線通信の実験中に、電波が船体から反射する現象を発見した。ポポフの実験では、停泊中の輸送船「ヨーロッパ」のブリッジ上部に無線送信機が設置され、巡洋艦「アフリカ」に無線受信機が設置された。この実験のために任命された委員会の報告書の中で、A.S.ポポフはこう書いている：Template:Начало цитаты

なぜなら、電磁波の通り道に入り込むことで、電磁波の正しさを乱すからである。これは、水面を伝播する通常の波にブレーカーが作用するのと同じように、電磁波に励起された波がソース波と干渉するためである。...中間船の影響も観察された。実験中、巡洋艦 "イリイン中尉 "が "エウロパ "と "アフリカ "の間に入ったが、遠距離の場合、船が一直線に離れるまで計器の相互作用は止まった。

Первый работоспособный блок РЛС, созданный Робертом Уотсон-Уоттом и его командой.

Мемориальная доска, посвящённая Роберту Уотсон-Уотту и Арнольду Уилкинсу

1905年、ドイツの特許は1904年4月30日付けのレーダーアイデアの出願に対してクリスチャン・ヒュルスマイヤー[de]に付与された。アメリカでは、電波反射の発見は1922年にテイラー[en]とヤング[en]によるとされている。

最も単純なレーダーでさえ実用的に作るには、基本的な考え方の知識だけでは不十分だった。マグネトロン、クライストロン、進行波管、導波管、複雑な設計の増幅管や発生管などである。レーダー開発中に遭遇した技術的問題の多くは秘密であったため、各国の科学者が情報を交換することは困難であった。歴史的に無線帯域の開発を始めた長波無線技術は、レーダーに必要な高周波には適用できなかった。

基本的な考え方を知っているだけでは、最も単純なレーダーですら実際に作成するには十分ではありません。 基本的な動作原理に加えて、エンジニアは、マグネトロン、クライストロン、進行波管、導波管、複雑な設計の増幅器、発電管など、多くの非常に重要で独創的な技術装置や機器を発明する必要がありました。 同時に、技術者たちは自分たちの強みのみに頼っていました。レーダーの作業中に直面しなければならなかった技術的問題の多くは機密事項であり、そのため、異なる国の科学者間で情報を交換することが困難でした。 歴史的に無線帯域の開発が始まった長波無線技術は、レーダー目的に必要な高周波数には適用できませんでした。

1935年2月26日、スコットランドの物理学者ロバート・ワトソン・ワットによって、空中の物体をレーダー照射するために設計された最初の装置のひとつがデモンストレーションされた。

Экспериментальная радиолокационная антенна, Лаборатория военно-морских исследований США, Анакостия, округ Колумбия, конец 1930-х гг.

Башня Chain Home в Грейт-Баддоу, Эссекс, Великобритания

1930年代後半、レーダーの最初の商用モデルが英国に登場した。それらはかさばり、陸上か大型船舶にしか設置できなかった。1937年には、航空機に適した小型レーダーの試作品がテストされた。最初の航空機用エアボーン・ロケータは、光学的視界がない状態で敵機や敵艦を探知するか、後方半球からの攻撃を探知するように設計されていた（モニカ[en]レーダーなど）。スペース、重量、エネルギーを節約するための努力はそれだけにとどまらず、高射砲弾の頭部に設置できるシンプルで小型化された無線起爆装置が作られた。第二次世界大戦の勃発までに、チェーン・ホーム・レーダー・システムは英国に配備された。レーダー局の歴史は、イギリスのドキュメンタリー映画『The Secret War: See a Hundred Miles Away』[en]で紹介されている。

アメリカでは、軍が産業界とレーダー製造の契約を結んだのは1939年が最初だった。

第二次世界大戦の始まりは、英国の技術者がドイツの空襲に対抗するための効果的な手段を作成する必要があり、1940年の夏には、ヘンリー・ティザード[en]のリーダーシップの下で、新しい効果的な空中レーダーシステムセンチメートル範囲の基礎となったマルチ共振器マグネトロンを開発し、1941年初めに米英の航空機に装備された.

オーストリアの建築家ルドルフ・コンプナーは、マイクロ波周波数の広い範囲で信号を100万倍に増幅する進行波増幅管を発明した。コンプフナーはこの装置の開発で物理学博士号を授与された。

радар Fノルマンディー海岸の 3 番目のレーダー FuMo 214 “Würzburg-Riese”[de]、1944 年

Template:Iw

爆撃機の空襲から都市を守るため、ドイツはヴュルツブルグ型レーダー[en]（発信周波数560メガヘルツ）で運用する対空砲台を設置した。防空を組織した責任者はカンムフーバー将軍で、いわゆるカンムフーバーラインを作った。

1942年2月、フランスのセーヌ・セーヌ県（ノルマンディー上流）の海岸でイギリスのコマンドーによって行われたブルヌヴァル作戦で、ドイツのレーダーの秘密が明らかになった。ドイツ軍のレーダーを妨害するため、連合軍は平均周波数560メガヘルツの特定の周波数帯に干渉を発する送信機を使用した。当初、このような送信機は爆撃機に装備されていた。

ドイツのパイロットが、まるでビーコンのように干渉の信号に戦闘機を誘導することを学ぶと、イギリスの南海岸沿いには、ハーバード大学の無線研究所で開発されたアメリカの巨大な送信機「チューバ」（プロジェクト・チューバ）が置かれた[en]。その強力な信号から、ヨーロッパではドイツ軍戦闘機の無線設備が「盲点」となり、追っ手を振り切った連合軍の爆撃機は、英仏海峡を渡って冷静に飛行場へと飛んでいった。

ソ連で

最初のレーダー基地

ソビエト連邦では、航空機のさらなる高速化に伴い、対空サーチライトやサウンダーでは、その射程の短さから空襲の事前警報を出すことができず、航空偵察が防空システムの最大のネックになることが明らかになった1930年代初頭に、航空機の新しい探知方法の模索が始まった。レーダー研究の発展に先立ち、航空機の熱放射による探知実験（1932～34 VEI）やエンジン点火装置からの電波放射実験（1930 M. A. Fedorov、NIIIS KA）が行われたが、満足な結果は得られず、探知距離は数キロメートルを超えなかった。1933年6月、K.E.ヴォロシロフとM.N.トゥハチェフスキーによって、資金調達の問題と電波探知（後にレーダーという用語が登場する）の研究開発の開始が議論された。

1933年10月、GAU（代表者M.M.ロバノフ）の提案で、中央ラジオ研究所デシメートル波グループの26歳の責任者Y.K.コロヴィンは、航空機レーダーの実用的な経験を実施することに同意した。レーダー局には、コロヴィンのグループが1933年夏に作成しテストしたデシメートル波無線通信装置が採用された。実験用レーダーは直径2メートルのパラボラアンテナ2本で構成され、50cm（600MHz）波で作動し、連続モードで作動する送信機の出力はわずか0.2Wで、反射信号は超再生ラジオ受信機を使用して耳でモニターされた。1934年1月3日、レーダーによる航空機探知に関するソ連初の実験がコロヴィンの設備で成功した。飛行高度150メートルでの最大探知距離は600～700メートルだった。1934年2月14日にGAUに送られた報告書「DCVによる航空機の方向探知」の中で、コロヴィンは、装置のさらなる改良によって航続距離を8～10kmまで伸ばすことができると自信を示した。

1934年1月16日、LFTIの学者A.F.アイオフェは、チェルヌイシェフ、ヴァヴィロフ、N.N.アンドレエフ、N.D.パパレキシ、A.A.レベデフ、D.A.ロジャンスキー、V.P.リニク、LFTI、LEFIの従業員、防空総局の代表者らが参加するラジオロケーション問題に関する会議を開催した。同年、トゥハチェフスキー元帥はソ連政府に宛てた書簡の中で、「電磁ビームによる航空機検知の実験により、その原理の正しさが確認された」と記している。間もなくレーダーに関する研究は、赤軍の砲兵総監部や防空総監部を顧客とする広範な戦線に展開された。合計で5つの主要な科学的方向性が区別され、戦前期には、さまざまなタイプや目的の十数台の実験的レーダーが開発されたが、そのほとんどは、さまざまな理由から、連続生産には至らなかった。

最初の方向性は、SAUの命令によるY.K.コロヴィンの仕事の継続であり、「エノート」というコードでTsVIRLを基礎としてゴーリキー（ニジニ・ノヴゴロド）で行われた。1935年5月、設置は3kmの検出距離を達成したが、その後のパラメータの改善により、マイクロフォン効果の抑制、低雑音管の不足などに伴う困難が生じた。1937年9月、NII-9の平行方向がより成功することが判明したため、作業は終了した。

第二の方向性は1934年1月11日、SAUの命によりレニングラード電気物理研究所（LEFI）で行われた。作業はB.K.シェンベル研究室によって行われた。K.シェンベル研究室がA.A.チェルヌィシヨフの総監督の下で実施した。その方向性は、コロヴィンのグループと並行し、競合するものと顧客から見なされた。1935年夏、21～29cmの波長で連続放射する実験装置がU-2航空機で5～6kmの飛距離を示した。1935年秋、LEFIはラジオ実験研究所（M.I.クグシェフ）、後にテレビ研究所と合併し、M.A.ボンチ＝ブルエヴィチが科学部長を務める新秘密機関NII-9の一部となった。

1936年9月、シェンベルの研究所は、10～11kmの距離で航空機を探知できる移動式2座標電波探知機「ブリヤ」を開発した。同月、研究所はA.V.シュレイキンの議長の下、国内のレーダー探知機の主要な科学者や技術者の参加を得て、無線探知機に関する科学技術会議を開催し、成果の評価と研究方針の調整を行った。これと並行して、NII-9はアンテナシステムとマイクロ波無線工学に関する広範な理論研究を実施し、その成果は戦後も活用された。

1939年末、実験的な無線探知機B-2（「ミマス」）、B-3、およびNII-9のパルス無線測距儀「シュトレッツ」が20kmまでの距離で作動した。1940年6月、国防委員会から「ルナ」のコードでミマス電波探知機とストレッツ測距儀をベースにした対空砲用レーダーの工業サンプルが命じられたが、レニングラードが避難する間にNII-9の研究所はソ連のさまざまな都市に散らばり、ネヴァ川岸のオストロフカ試験基地は破壊され、研究所は消滅したため、命令は履行されなかった。

第3の方向性は、1934年2月19日、赤軍防空総局がLEFIと航空偵察局の開発契約を締結したときに生まれた。その結果、1934年9月までに、シェンベル研究所は、63MHzの周波数で「ルーメンで」作動し、管理区域の長さが50kmに達する連続放射を行う実験的レーダー「ラピッド」を作成し、テストした。送信機はモスクワのクラスノカザルメンナヤ通り14番の家の屋根に、受信機はノヴォギレヴォ集落の近所に設置され、M.N.トゥハチェフスキー、N.N.ナゴルニー、M.V.シュレイキンが立ち会った。10月、UPGOは突然この契約を解除し、M.N.トゥハチェフスキーの命令により、P.K.オシチェプコフの指揮の下、UPGO独自の部門設計局を設立し、ベガ・システムと2つのコーヌス・システム（短距離と長距離）から成るエレクトロビゾール・レーダー・システムの開発を開始した。1935年初頭、オシチェプコフはエレクトロビゾールをモデル2パルスシステムで補うことを決定する。このような大規模なシステムの開発は、若い設計局の能力を超えており、運用開始が計画された1936年夏までに、複合システムのどのシステムも、多くの欠陥のために試験で重要な結果を示すことができなかった。1年後、オシチェプコフはトゥハチェフスキー事件で弾圧され、防空設計局は宇宙システム研究所の科学部門となり、「レーヴェン」レーダー・システムは「ラピッド」設備を基礎として作られ、1939年9月にRUS-1の名称で採用された。

LFTIでは、1934年9月にD.A.ロジャンスキー（1936年9月からはY.B.コブザレフ）の研究室が赤軍防空部の命令の下でレーダー研究を開始したときに、第4の方向性が現れた。1935年3月、LFTIは赤軍防空軍設計局のモデル2システム用のパルスレーダーの開発に参加し、その後NIIIS KAとともにこのテーマを継続した。1937年4月、実験的に設置されたレーダーの飛距離は5kmに達し、1938年8月には50kmに達した。これを基に1年後、研究所とNIIIS KAは、自動車ベースの実験的な移動装置「レドゥット」を製造し、試験を行ったが、これは航空機の最大航続距離95kmを示し、当時としては輝かしい指標となった。1939年4月以降、国防委員会の決定により、ラジオ産業研究所（NII-20 Ostehburo）は1939年から40年の冬にかけて試作機の製造に携わった。「レドゥート」は、ソ連とフィンランドの紛争中に実戦でテストされた。1940年7月26日、RUS-2という名称で防空軍に採用されたが、製造中にNII-20（技師D.S.ミハレーヴィチ）は、ステーションを大幅に改良し、2アンテナから1アンテナにすることを提案した。1941年5月に新型の試作局2機が製造され、RUS-2という名称で採用された。1940年、NII-20はRedutを基礎として、Gneiss空中パルスレーダー（A. B. Slepushkin, A. A. Fin, V. V. Tikhomirov）の開発に着手し、モスクワとスターリングラードの戦闘でPe-2航空機に初めて使用された。

第5の方向性は、ハリコフにあるウクライナ物理技術研究所（UPTI）で生まれた。そこでは1932年以来、A.A.スルツキンの指導の下、電磁振動部門が活動しており、マグネトロンの研究開発を積極的に行っていた。1937年3月、UFTIは赤軍通信局から波長60～65cmのパルス銃ポインティング・ステーションの製作を受注した。1938年半ば、ゼニットの試験的設置は3kmの射程を示し、その改良版は1940年9月の試験で30kmの射程に達した。このレーダーは、3つの目標座標を決定できるソ連初のレーダーであったが、不感帯が大きく（6km）、座標決定時間が長い（数十秒）ため、高射砲には適さず、ステーションは改修に回された。1941年、UFTIは「ルビン」というコードで新しいレーダー局の創設に着手したが、作業は戦争によって中断され、NIIIS KAとともに疎開を続けた。

大祖国戦争中のレーダー

戦争開始時、ソ連はすでに旧式として生産が中止されていたRUS-1レーダーを45台、RUS-2レーダーを約10台、テスト中の新型シングルアンテナPegmatit（RUS-2s）レーダーを2セット保有していた。その中で最も強力だったのは、レニングラード近郊のトクソボ（LFTI）とモスクワ近郊のモズハイスク（Mozhaisk）で、NII-20が「ポルフィル」レーダー（射程200km以上のRUS-2の縮小版）を設置し、そのおかげでモスクワへの最初の大規模な航空攻撃を撃退することができた。

戦時中、イギリス、アメリカ、カナダからのレンドリースによってソ連に供給されたレーダー機器、その後、戦争末期にはドイツのレーダー機器も徹底的に研究された。1942年以降、すでに疎開中であったが、ソ連の新しいレーダーの生産と開発が再開された。終戦までに、約500セットのRUS-2ステーション（そのほとんどはコンテナ化されたペグマチット型）、124セットのSON-2ot砲術誘導ステーション、250以上の様々な改造を施されたGneissレーダーなどが生産された。

1943年7月4日、GKO決議第3686ss号「ラジオロケーションについて」に基づき、GKOの下にラジオロケーション協議会が設立された。その発起人は軍事技術者のM.M.ロバノフと科学者のA.I.ベルクであった。評議会はソ連のラジオロケーションの発展に大きな役割を果たし、より合理的な調整と作業計画に貢献した。また、国内外の科学情報の収集と普及にも着手した。

冷戦中

1946年、アメリカの専門家レイモンドとハッハートンは、「ソ連の科学者は、イギリスでレーダーが発明される数年前にレーダーの理論開発に成功していた」と書いている。

防空分野では、低空を飛行する空中目標を適時に探知するという問題を解決することに、多くの関心が向けられている[en]。

1963年11月22日にJ.F.ケネディ米大統領が暗殺された後、狙撃兵を探知する技術的手段の開発に関する研究開発が強化された。1965年、アメリカは特殊部隊と警察組織用の特殊レーダーの開発を開始し、この契約の遂行はニューヨーク州のコーネル航空研究所に委託された。将来、プロジェクトは修正され、出来上がった装置は1台の車両に搭載できるほどコンパクトになることが望まれた。1969年には、7.62×51mm NATOライフル弾1発または20ゲージ散弾銃弾1発を1,000フィートまでの距離で45度の精度で検出できる試作機が発表され、さらに性能を向上させた装置の開発が続けられた。

分類

適用範囲に応じて次のものがある：

• военные РЛС;
• гражданские РЛС.

По характеру принимаемого сигнала:

• РЛС обнаружения;
• РЛС управления и слежения;
• панорамные РЛС;
• РЛС бокового обзора;
• РЛС следования рельефу местности (terrain-following radar);
• метеорологические РЛС;
• РЛС целеуказания;
• РЛС контрбатарейной борьбы
• навигационная РЛС, НРЛС:
• РЛС обзора обстановки.

По характеру носителя:

• береговые РЛС;
• морские РЛС;
• бортовые РЛС;
• мобильные РЛС.

По характеру принимаемого сигнала:

• первичные, или РЛС с пассивным ответом;
• вторичные, или РЛС с активным ответом;
• совмещённые.

По методу действия:

• надгоризонтный радиолокатор;
• загоризонтный радиолокатор.

По диапазону волн:

• метровые;
• дециметровые;
• сантиметровые;
• миллиметровые.

Первичный радиолокатор

この 1960 年の気象レーダー画像 (ハリケーン アビー) のように、明るさは反射率を示すことができる。 レーダーの周波数、パルス形状、偏波、信号処理、アンテナによって、何を観測できるかが決まる。

光源の運動によって生じる波長の変化。

Высота эха над Землёй

$H=\left({\sqrt {r^{2}+(k_{e}a_{e})^{2}+2rk_{e}a_{e}sin(\theta _{e})}}\right)-k_{e}a_{e}+h_{a}$

Где:

r: дальность радиолокационной цели

ke: 4/3

ae: Радиус Земли

θe: угол места над горизонтом РЛС

ha: высота рупора над Землёй

プライマリ（受動応答）レーダーは、基本的に目標物に電磁波を照射し、目標物からの反射波（エコー）を受信することで目標物を探知する。電磁波の速度は一定（光速）であるため、信号伝播中の様々なパラメータの測定から目標までの距離を割り出すことが可能となる。

レーダー局の心臓部には、送信機、アンテナ、受信機の3つの構成要素がある。

トランスミッター（送信装置）は、電磁信号の発信源である。強力なパルス発生器であることもある。センチメートル・レンジのパルス・レーダーでは、通常マグネトロンかパルス・ジェネレーターが使用される。基準発振器-強力な増幅器、ジェネレーターとしては進行波管（TWA）が使用されることが多く、メートル・レンジのレーダーでは3極管が使用されることが多い。マグネトロンを使用するレーダーは、LBWベースのレーダーとは異なり、インコヒーレントまたは擬似コヒーレントである。レンジの測定方法によって、送信機はパルス・モードで動作し、繰り返し短い強力な電磁パルスを発生させるか、連続的な電磁信号を放射する。

アンテナは送信信号を所定の方向に放射し、ターゲットからの反射信号を受信する。実施態様によっては、反射信号の受信は、同じアンテナで行うこともあれば、送信アンテナからかなり離れた別のアンテナで行うこともある。送信と受信が1つのアンテナに組み合わされている場合、これら2つの動作は交互に行われ、送信機の強力な信号が受信機に漏れるのを防ぐため、プローブ信号が放射される瞬間に受信機の入力をカバーする特別な装置が受信機の前に置かれる。

レシーバー（受信装置）は受信した信号を増幅・処理する。最も単純な場合、得られた信号はビーム管（スクリーン）に送られ、アンテナの動きに同期した画像が表示される。

異なるレーダーは、反射信号のパラメータを測定する異なる方法に基づいている。

周波数法

周波数法によるレンジ測定は、放射された連続信号の周波数変調を利用する。この方法の古典的な実装（LFM）では、周波数は半周期ごとにf1からf2まで直線的に変化する。信号伝搬の遅延により、放出信号と受信信号の周波数の差は伝搬時間に正比例する。これを測定し、放射された信号のパラメータを知ることで、ターゲットまでの距離を決定することができる。

利点：

• 非常に短い範囲を測定できる。
• 低出力の送信機が使用される。

欠点:

• 2 つのアンテナが必要。
• アンテナを通した送信機放射の受信経路への漏れによる受信機の感度の低下。ランダムな変化の影響を受ける。
• 周波数変化の直線性に対する高い要件。

位相法

位相（コヒーレント）レーダー法は、送信信号と反射信号の位相差を分離・分析することに基づいている。この位相差は、信号が移動物体から反射されたときにドップラー効果によって生じる。この場合、送信装置は連続またはパルスモードで動作する。単一周波数発信モードの場合、この方法の主な利点は、「動いている物体だけを観測できるため、受信装置とターゲットの間や背後にある静止物体からの干渉を排除できる」ことである。

単一周波数サウンディングにおけるレンジ測定の明確な範囲は、式で定義される：

$D_{max}={c \over 2f},$

где $\;c$ — 光の速度

$\;f$ — 放射周波数

曖昧さのないレンジ測定の範囲を広げるために、実際には2つ以上の周波数が存在する、より複雑な方式が使用される。この場合、曖昧さのない範囲は、最大周波数スプレッド 𝛿𝑓 によって決定される：

$D_{max}={c \over 2{\delta {f}}}.$

利点:

• 減衰されていない振動が生成されるため、低出力の放射。
• 精度は反射のドップラー周波数シフトには依存しない。
• かなり単純な装置。

欠点:

• レンジ分解能の欠如（マルチ周波数信号を使用することで解消される)
• ランダムに変化する送信機の放射がアンテナを通して受信経路に侵入することによる受信感度の低下。

パルス法

Принцип действия импульсного радара

Принцип определения расстояния до объекта с помощью импульсного радара

Принцип определения расстояния до цели импульсным методом

Многолучевые эхо-сигналы радара от цели вызывают появление призраков

現代の護衛レーダーは通常、パルスレーダーとして作られている。パルスレーダーは、非常に短い時間、短いパルス（マイクロ秒のオーダー）だけ放射信号を送信し、その後、受信モードに切り替わり、放射されたパルスが空間を伝播する間、ターゲットから反射されたエコーを聞く。

パルスは一定の速度でレーダーから遠く離れるので、パルスを送信してからエコー応答を受信するまでの経過時間と目標までの距離には直接的な相関関係がある。次のパルスを送信するのは、前のパルスが戻ってきた後、つまりある程度の時間が経ってからにするのが理にかなっている（レーダーの探知範囲、送信機のパワー、アンテナの利得、受信機の感度に依存する）。パルスを早く送ると、遠くの目標からの前のパルスのエコーが、近くの目標からの2回目のパルスのエコーと間違われる可能性がある。

パルスの時間間隔はパルス反復間隔（英語：Pulse Repetition Interval、PRI）と呼ばれ、その逆数はパルス反復周波数（PRF）と呼ばれる重要なパラメータである。低周波の長距離レーダーは通常、1秒間に数百パルスの繰り返し間隔を持つ。パルス繰り返し周波数は、レーダーの機種を遠隔判定するのに使用できる識別特徴の一つである。

パルス法による距離測定の利点：

• 1 つのアンテナでレーダーを構築する機能。
• インジケーターデバイスのシンプルさ。
• 複数のターゲットの範囲を測定するのに便利。

欠点:

• 高い送信パルス出力を使用する必要性。
• デッドゾーンのため、ターゲットまでの短距離を測定することは不可能。

Импульсно-доплеровская обработка отражённого сигнала. Эхо-сигнал, принятый на интервале между импульсами переводится из временно́й области в частотную область с помощью быстрого преобразования Фурье. После обработки частотного спектра получают характеристики цели — скорость, дальность, размеры.

Упрощённая блок-схема радара

パルスレーダーの主な問題の一つは、地表面、高い丘、波の頂上などの静止物体からの反射信号の抑制である。例えば、ターゲットが高い丘の背景にある場合、丘からの反射信号はターゲットからの信号を完全にブロックしてしまう。地上レーダーの場合、この問題は低空飛行する物体を扱うときに発生する。空中パルス・レーダーの場合、地表からの反射がレーダーを搭載した航空機より下にあるすべての物体を見えなくするという事実で表される。

干渉キャンセル技術は、何らかの方法でドップラー効果（接近する物体から反射される波の周波数は増加し、離反する物体の周波数は減少する）を利用する。

干渉中の目標を検出できる最も単純なレーダーは、2つ以上のパルス繰り返し間隔からの反射を比較するパルスレーダーである移動目標選択（MTS）レーダーである。レーダーに対して相対的に移動するターゲットは、信号パラメータに変化を生じるが（シーケンシャルSDCの段階）、静止物体からの干渉は変化しない。干渉キャンセルは、連続する2つの間隔で受信した反射信号を減算することで行われる。実際には、干渉キャンセルは、特殊な装置-周期間補償器-またはデジタルシステムによるソフトウェア処理で実行できる。

一定のFPIで動作するSDCの固有の欠点は、特定の円速度を持つターゲット（正確に360度の位相変化を生じるターゲット）を検出できないことである。ターゲットがレーダーに見えなくなる速度は、ステーションの動作周波数とMPIに依存する。この欠点を克服するため、最新のSDCは異なるMPIを持つ複数のパルスを放射する。MPIは、「不可視」速度の数が最小になるように選択される。

パルス・ドップラー・レーダーは、SDC付きレーダーとは異なり、干渉を取り除くために別の、より複雑な方法を用いる。ターゲット情報と干渉情報を含む受信信号は、ドップラー・フィルター・ブロックの入力に送信される。各フィルターはある周波数の信号を通過させる。フィルターの出力では、信号の導関数が計算される。この方法は、指定された速度のターゲットを見つけるのに役立ち、ハードウェアまたはソフトウェアで実装することができる。目標までの距離を求めるには、パルスの繰り返し間隔をセグメント（レンジセグメントと呼ぶ）に分割し、所定のレンジセグメントの間、信号をドップラーフィルターブロックの入力に送ることが可能である。異なる周波数（異なるPDIで異なるレンジセグメントにターゲットが現れる）の複数のパルス繰り返しでのみ距離を計算することが可能である。

パルスドップラーレーダーの重要な特性は、信号のコヒーレンス、つまり送信信号と受信（反射）信号の位相依存性である。

パルス・ドップラー・レーダーは、SDCレーダーとは対照的に、低空を飛行する目標の探知に成功する。現代の戦闘機では、これらのレーダーは航空迎撃と射撃管制に使われている（AN/APG-63、65、66、67、70レーダー）。信号はデジタル化され、処理のために別のプロセッサに渡される。多くの場合、デジタル信号は高速フーリエ変換を使用して他のアルゴリズムに適した形に変換される。ソフトウェア実装には、ハードウェア実装に比べていくつかの利点がある：

• いくつかの利用可能な信号処理アルゴリズムから最適な信号処理アルゴリズムを選択する機能。
• アルゴリズムの数値パラメータを変更する機能。
• ファームウェアを変更することにより、アルゴリズムを追加/変更する機能。

これらの利点は、データをROMに保存する能力とともに）必要であれば、敵の妨害技術に素早く適応することができる。

アクティブな干渉の除去

アクティブ干渉に対抗する最も効果的な方法は、レーダーにデジタルアンテナアレイを使用することである。

二次レーダー

Антенна AS-3263/SPS-49(V) (ВМС США)

Антенна радара наблюдения

セカンダリーレーダーは、識別のために航空で使用される。主な特徴は、航空機にアクティブ・レスポンダーを使用することである。

セカンダリー・レーダーの動作原理は、プライマリー・レーダーとは多少異なる。セカンダリー・レーダー・ステーションは、送信機、アンテナ、アジマス・マーク発生器、受信機、信号処理装置、表示器、アンテナ付き航空機トランスポンダーなどのコンポーネントに基づいている。

送信機は、1030MHzのアンテナにリクエストパルスを発生させるために使用される。

Щелевая волноводная антенна

Антенна для коммерческих морских радаров. Вращающаяся антенна излучает вертикальный веерообразный луч.

Фазированная антенная решётка: не все радиолокационные антенны должны вращаться для сканирования неба.

アンテナは要求パルスを放射し、反射信号を受信するために使用される。ICAOのセカンダリー・ラジオロケーションの標準によると、アンテナは1030MHzで放射し、1090MHzで受信する。

方位マークジェネレータは、方位マーク（英語：Azimuth Change Pulse、ACP）と北マーク（英語：Azimuth Reference Pulse、ARP）を生成するために使用される。レーダーアンテナの1回転で、4096個の方位目盛タグ（古いシステムの場合）または16,384個の改良型方位目盛タグ（英語：IACP：Improved Azimuth Change pulse - 新しいシステムの場合）と1個の北マークが生成される。北マークは方位角マークジェネレーターからアンテナが北を向いているときの位置に送られ、スケーリングされた方位角マークはアンテナの回転角の参照に使われる。

受信機は、1090 MHz の周波数でパルスを受信するために使用される。

信号プロセッサは、受信信号を処理するために使用される。

インジケーターは、処理された情報を表示するために使用される。

空中航空機レスポンダーは、追加情報を含むパルス無線信号をレーダーに向けて送信するために使用される。

セカンダリーレーダーの動作原理は、航空機のトランスポンダーのエネルギーを利用して航空機の位置を割り出すことである。レーダーは1030MHzの要求パルスP1、P3と抑制パルスP2を周囲に照射する。リクエスト・ビームの範囲内にレスポンダーを装備した航空機は、リクエスト・パルスを受信すると、P1,P3>P2という条件に該当する場合、フライト番号、高度などの付加情報を含む1090MHzの一連のコード化パルスでリクエスト・レーダーに応答する。航空機レスポンダの応答はレーダーの要求モードに依存し、要求モードは要求パルスP1とP3の間の時間間隔によって決定される。例えば、要求モードA（モードA）では、局の要求パルスP1とP3の間の時間間隔は8マイクロ秒であり、このような要求を受信すると、航空機レスポンダはその飛行番号を応答パルスに符号化する。

モードCでは、局からの要求パルス間の時間間隔は21マイクロ秒であり、航空機のトランスポンダは応答パルスに高度をエンコードする。レーダーは、モードA、モードC、モードA、モードCのような混合モード要求を送信することもできる。

範囲は応答の遅延によって決定される。航空機がメインビームではなくサイドローブの範囲内にある場合、またはアンテナの後方にある場合、航空機のレスポンダはレーダーからの要求を受信すると、パルスP1,P3<P2、すなわち抑制パルスが要求パルスより大きいという条件を入力で受信する。この場合、レスポンダはロックし、要求に応答しない。

応答機から受信した信号は、レーダー受信機で処理された後、信号処理装置に送られ、信号処理を行い、エンドユーザーと（または）制御指示器に情報を出力する。

二次レーダーの長所:

• より高い精度。
• 航空機に関する追加情報（搭乗機番号、高度）。
• 一次レーダーと比較して放射出力が低い。
• 長い探知範囲。

レーダー範囲

Обозначение IEEE / ITU	Этимология	Частоты	Длина волны	Примечания
HF	英語: high frequency	3—30 МГц	10—100 м	Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
P	英語: previous	< 300 МГц	> 1 м	Использовался в первых радарах
VHF	英語: very high frequency	50—330 МГц	0,9—6 м	Обнаружение на больших дальностях, исследования Земли
UHF	英語: ultra high frequency	300—1000 МГц	0,3—1 м	Обнаружение на больших дальностях (например, артиллерийского обстрела), исследования лесов, поверхности Земли
L	英語: Long	1—2 ГГц	15—30 см	наблюдение и контроль над воздушным движением
S	英語: Short	2—4 ГГц	7,5—15 см	управление воздушным движением, метеорология, морские радары
C	英語: Compromise	4—8 ГГц	3,75—7,5 см	метеорология, спутниковое вещание, промежуточный диапазон между X и S
X		8—12 ГГц	2,5—3,75 см	управление оружием, наведение ракет, морские радары, погода, картографирование среднего разрешения; в США диапазон 10,525 ГГц ± 25 МГц используется в РЛС аэропортов
Ku	英語: under K	12—18 ГГц	1,67—2,5 см	картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
K	ドイツ語: kurz — «короткий»	18—27 ГГц	1,11—1,67 см	использование ограничено из-за сильного поглощения водяным паром, поэтому используются диапазоны Ku и Ka. Диапазон K используется для обнаружения облаков, в полицейских дорожных радарах (24,150 ± 0,100 ГГц).
Ka	英語: above K	27—40 ГГц	0,75—1,11 см	Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц)
mm		40—300 ГГц	1—7,5 мм	миллиметровые волны, делятся на два следующих диапазона
V		40—75 ГГц	4,0—7,5 мм	медицинские аппараты КВЧ, применяемые для физиотерапии
W		75—110 ГГц	2,7—4,0 мм	сенсоры в экспериментальных автоматических транспортных средствах, высокоточные исследования погодных явлений

Обозначения диапазонов частот, принятые в ВС США и НАТО с 1982 г.

Обозначение	Частоты, МГц	Длина волны, см	Примеры
A	< 100—250	120 — >300	Радары раннего обнаружения и управления воздушным движением, напр. РЛС 1Л13 «НЕБО-СВ»
B	250 — 500	60 — 120
C	500 −1 000	30 — 60
D	1 000 — 2 000	15 — 30
E	2 000 — 3 000	10 — 15
F	3 000 — 4 000	7.5 — 10
G	4 000 — 6 000	5 — 7.5
H	6 000 — 8 000	3.75 — 5.00
I	8 000 — 10 000	3.00 — 3.75	Бортовые многофункциональные РЛС (БРЛС)
J	10 000 — 20 000	1.50 — 3.00	РЛС наведения и подсвета цели (РПН), напр. 30Н6, 9С32
K	20 000 — 40 000	0.75 — 1.50
L	40 000 — 60 000	0.50 — 0.75
M	60 000—100 000	0.30 — 0.50

関連項目

• Противорадиолокационная ракета
• Георадар
• Полицейский радар
• Радиолокация
• Радиотехнические войска
• Северная система предупреждения
• Индикаторная электронно-лучевая трубка
• Фазированная антенная решётка
• Список радиолокационных станций
• Авиационные РЛС
• Трёхкоординатная РЛС
• Радиофотонная РЛС

参考文献

• • Поляков В. Т. (1988). Посвящение в радиоэлектронику. МРБ. Выпуск 1123 (900000 экз ed.). М.: Радио и связь. ISBN 5-256-00077-2。
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  • Центральная радиолаборатория в Ленинграде // Под ред. И. В. Бренёва. — М.: Советское радио, 1973.
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  • Ильичев В. А., Заруцкий А. Н. От «Ревеня» до «Примы». Из истории развития радиолокационных станций. // Военно-исторический журнал. — 2023. — № 8. — С. 82—87.

外部リンク

• Steve Blank, Google Tech Talk: https://www.youtube.com/watch?v=hFSPHfZQpIQ
• Радиолокационная станция — статья из Большой советской энциклопедии. А. Ф. Богомолов. 
• "Первые шаги советской радиолокации". {{cite journal}}: Cite journalテンプレートでは|journal=引数は必須です。 (説明)
• Подборка заметок про РЛС // dxdt.ru
• Grundlagen der Radartechnik（ドイツ語）

[[Category:レーダー]]