Pasivní radiotechnické pátrače - základní principy
Napsal: 1/2/2009, 12:10
Pasivní radiotechnické pátrače - základní principy
Pasivní radiotechnické pátrače patří mezi zbraně, které jsou opředeny mnohými mýty a pověrami. Zčásti je to dáno tím, že fysikální princip jejich funkce je v podání zpravidla nedovzdělaných novinářů nesrozumitelný a přesnější informace se musí shánět. Výsledkem je to, že tyto pátrače bývají řazeny do kategorie zázračných zbraní a píší se o nich neuvěřitelné nesmysly. K pochopení principu jejich funkce přitom postačuje zdravý selský rozum. Účelem článku není rozbor a porovnání TTD konkrétních prostředků ale stručný popis toho, na jakých základních principech fungují. Padnou zde dosti krkolomné výrazy ale ujišťuji, že jsou všechny slušné a opravdu se nejedná o nějaké vulgarismy.
Pasivními pátrači nazýváme taková zařízení, která pro určení polohy hledaného objektu nevyzařují elektromagnetické pole (jako např. klasické radary) ale naopak, polohu určují na základě elektromagnetického pole (či vlnění, dle libosti), které vyzařuje cíl.
Klasický radar pracuje tak, že vyšle krátký impuls a čeká, za jak dlouho se vrátí jeho odražená část. Z této doby a ze známé doby šíření elektromagnetických vln lze vypočítat vzdálenost cíle od antény radaru. Pokud radar umí změřit kmitočet přijatého odrazu pulsu a porovnat ho s kmitočtem pulsu vyslaným, pak lze vypočítat i okamžitou rychlost cíle vůči radaru. V takovém případě radar využívá dopplerovský princip, spočívající ve změně vlnové délky vlnění v závislosti na vzájemném pohybu pozorovatele a zdroje vlnění. Určitě jste zaznamenali změnu výšky tónu klaksonu auta které zatroubilo, když projíždělo okolo vás, dále tento princip využívají např. astronomové k měření rychlosti rozpínání vesmíru (barevný posun spektrálních čar prvků) a je též odpovědný za všechny pokuty, které jste zaplatili a ještě zaplatíte za překročení povolené rychlosti jízdy.
Pasivní pátrače nic nevyzařují ale naopak lačně čekají na chvíli, kdy hledaný cíl začne sám produkovat elektromagnetické vlnění. Může to být radar ale v podstatě jakékoliv zařízení, které něco vysílá. Z praktických důvodů tyto pátrače neprozkoumávají celé spektrum rádiových vln, používaných pro vojenské účely ale pouze pečlivě vybrané kmitočtové segmenty, ve kterých je největší šance na úspěch. V současné době jsou v AČR zavedeny prostředky, používající následující metody:
1. princip fázové interferometrie. Spočívá v tom, že porovnáním fáze signálu přijatého na dvou různých místech lze určit směr, odkud přichází, přesnost je závislá na vzdálenosti těchto dvou míst ve vztahu ke kmitočtu, který přijímáme. Jinak řečeno, ve stejném okamžiku je stejný signál přijat na dvou (nebo více) různě umístěných anténách s určitým fázovým rozdílem, který se dá změřit a pokud známe jeho kmitočet (též lze změřit) a vzdálenost antén, můžeme vypočítat směr, odkud přichází. Pro vyšší kmitočty je při zachování vyhovující přesnosti možno tyto antény umístit na vzdálenost, která umožní jejich montáž do kompaktního celku, umístěného na společném stožáru. Zde je nutné připomenout, že antény se nepohybují, jejich poloha je stálá. Jestliže máme k disposici další takovou soustavu v dostatečné vzdálenosti (v praxi řádově desítky kilometrů), můžeme na základě trigonometrie vypočítat polohu cíle, je to v podstatě řešení trojúhelníku podle věty USU (úhel/strana/úhel; úhly známe, jsou to naměřené směry, stranu známe také, je to vzdálenost mezi měřicími místy), čili učivo matematiky základní školy. Tento princip využívá například prostředek BORAP (BOjový RAdiolokační Pátrač) či civilní systém ASMKS (Automatický Systém Monitorování Kmitočtového Spektra), provozovaný Českým telekomunikačním úřadem (ale úzce spolupracujícím s ozbrojenými složkami všeho druhu). Jak vypadají antény pro ASMKS si můžete prohlédnout zde http://www.rohde-schwarz.com/WWW/Public ... tennas.pdf , použity jsou antény ADD051, zobrazené na spodní fotografii.
Shrnutí: pátrače založené na tomto principu jsou technologicky jednodušší, mohou zpracovat signál takřka libovolné povahy, mohou pracovat buď samostatně jako směroměrné anebo ve dvojici jako zaměřovací. Pokud pracují ve dvojici, nemusí být stanice propojeny v reálném čase. Nevýhodou je nižší přesnost.
2. princip časoměrně-hyperbolický: To funguje takto: máme dvě pevná přijímací stanoviště a někde v dálce letí cíl, který vyzařuje signál, vhodný pro zaměření. Musí to být signál pulsní povahy. Protože obě stanoviště jsou od cíle v různé vzdálenosti, dostane se k nim cílem vyslaný signál za různě dlouhou dobu. Změříme časový rozdíl, s jakým ho obě stanoviště přijala. Dá se dokázat, že pokud cíl poletí po křivce, nazývané hyperbola, bude tento rozdíl stále stejný bez ohledu na vzdálenost cíle od přijímacích stanovišť, je třeba si uvědomit, že umíme změřit pouze časový rozdíl a neznáme hodnoty, ze kterých byl vypočten. Obráceně: pokud známe zeměpisné souřadnice přijímacích stanovišť, můžeme při znalosti tohoto časového rozdílu vypočítat parametry zmíněné hyperboly a víme, že hledaný cíl se pohybuje pouze na ní a nikde jinde. Pro jednoznačné určení jeho polohy to je samozřejmě málo. A proto provedeme stejné změření s další dvojící přijímacích stanovišť, která bude od té první vzdálená a bude proto mít jiné zeměpisné souřadnice. Hyperbola pro stejný cíl, získaná touto druhou dvojicí, proto bude mít jiné parametry. Hledaný cíl bude tam, kde se obě hyperboly protnou, což je otázka výpočtu soustavy dvou rovnic o dvou neznámých, neboli učivo matematiky střední školy. Tento princip využívají pátrače KOPÁČ, RAMONA, TAMARA, VĚRA.
První pokusy o vojenské využití tohoto principu spadají do období 1. světové války, kdy se s jeho pomocí Francouzi pokoušeli zaměřit polohu německých děl podle doprovodných akustických projevů při výstřelu, dobová elektronika však neumožnila sestavit fungující zařízení. První použitelná aplikace tohoto principu se objevila až po WWII, byl to navigační systém LORAN a OMEGA. Tyto systémy umožnily osádce určit polohu letadla či lodi skoro po celé zeměkouli s přesností až 100 m. V CCCP byla RAMONA a TAMARA familiárně nazývána „LORAN naruby“, podstatu věci to vystihuje asi nejlépe, princip je totiž stále stejný.
Shrnutí: pátrače, které využívají princip časoměrně-hyperbolický, jsou oproti prvnímu zmíněnému typu pátračů o hodně technologicky složitější. Aby byly schopné změřit časový rozdíl s požadovanou přesností, můžou vyhodnotit pouze signály, které jsou jasně ohraničené, tedy pulsního charakteru, nejlépe z radaru či podobných zařízení. Vyhodnocovaný signál nesmí být cestou ovlivněn nějakou překážkou, která by prodloužila dobu jeho cesty od zdroje k pátrači, tím by došlo k znehodnocení měření. Proto jsou pátrače tohoto druhu použitelné především na vzdušné cíle. Jednotlivá stanoviště musí spolupracovat v reálném čase, musí být tedy nějakým způsobem propojena. Výhodou je zhruba o jeden řád vyšší přesnost zaměření než u pátračů, pracujících s fázovou interferometrií.
Závěr: příspěvek se velmi zjednodušeně (a tím i dobře napadnutelně) pokusil o popis základního principu funkce pasivních radiotechnických pátračů, které jsou zavedeny v AČR. Základní TTD prostředků BORAP a VĚRA najdete třeba zde: http://www.pasivnisystemy.army.cz/htm/3 ... borap.html podrobnější informace o historii a vývoji systémů KOPÁČ/RAMONA/TAMARA pak v publikaci „Tajemství radiotechnického pátrače TAMARA“, autoři Jiří Hofman a Jan Bauer, vydalo nakladatelství Sdělovací technika v roce 2003. Pokud se na Palbě přestanou objevovat perly typu „Tamara zaměří velitelský gazík“ či jiné podobné skvosty, pak tento článek splnil účel.
Pasivní radiotechnické pátrače patří mezi zbraně, které jsou opředeny mnohými mýty a pověrami. Zčásti je to dáno tím, že fysikální princip jejich funkce je v podání zpravidla nedovzdělaných novinářů nesrozumitelný a přesnější informace se musí shánět. Výsledkem je to, že tyto pátrače bývají řazeny do kategorie zázračných zbraní a píší se o nich neuvěřitelné nesmysly. K pochopení principu jejich funkce přitom postačuje zdravý selský rozum. Účelem článku není rozbor a porovnání TTD konkrétních prostředků ale stručný popis toho, na jakých základních principech fungují. Padnou zde dosti krkolomné výrazy ale ujišťuji, že jsou všechny slušné a opravdu se nejedná o nějaké vulgarismy.
Pasivními pátrači nazýváme taková zařízení, která pro určení polohy hledaného objektu nevyzařují elektromagnetické pole (jako např. klasické radary) ale naopak, polohu určují na základě elektromagnetického pole (či vlnění, dle libosti), které vyzařuje cíl.
Klasický radar pracuje tak, že vyšle krátký impuls a čeká, za jak dlouho se vrátí jeho odražená část. Z této doby a ze známé doby šíření elektromagnetických vln lze vypočítat vzdálenost cíle od antény radaru. Pokud radar umí změřit kmitočet přijatého odrazu pulsu a porovnat ho s kmitočtem pulsu vyslaným, pak lze vypočítat i okamžitou rychlost cíle vůči radaru. V takovém případě radar využívá dopplerovský princip, spočívající ve změně vlnové délky vlnění v závislosti na vzájemném pohybu pozorovatele a zdroje vlnění. Určitě jste zaznamenali změnu výšky tónu klaksonu auta které zatroubilo, když projíždělo okolo vás, dále tento princip využívají např. astronomové k měření rychlosti rozpínání vesmíru (barevný posun spektrálních čar prvků) a je též odpovědný za všechny pokuty, které jste zaplatili a ještě zaplatíte za překročení povolené rychlosti jízdy.
Pasivní pátrače nic nevyzařují ale naopak lačně čekají na chvíli, kdy hledaný cíl začne sám produkovat elektromagnetické vlnění. Může to být radar ale v podstatě jakékoliv zařízení, které něco vysílá. Z praktických důvodů tyto pátrače neprozkoumávají celé spektrum rádiových vln, používaných pro vojenské účely ale pouze pečlivě vybrané kmitočtové segmenty, ve kterých je největší šance na úspěch. V současné době jsou v AČR zavedeny prostředky, používající následující metody:
1. princip fázové interferometrie. Spočívá v tom, že porovnáním fáze signálu přijatého na dvou různých místech lze určit směr, odkud přichází, přesnost je závislá na vzdálenosti těchto dvou míst ve vztahu ke kmitočtu, který přijímáme. Jinak řečeno, ve stejném okamžiku je stejný signál přijat na dvou (nebo více) různě umístěných anténách s určitým fázovým rozdílem, který se dá změřit a pokud známe jeho kmitočet (též lze změřit) a vzdálenost antén, můžeme vypočítat směr, odkud přichází. Pro vyšší kmitočty je při zachování vyhovující přesnosti možno tyto antény umístit na vzdálenost, která umožní jejich montáž do kompaktního celku, umístěného na společném stožáru. Zde je nutné připomenout, že antény se nepohybují, jejich poloha je stálá. Jestliže máme k disposici další takovou soustavu v dostatečné vzdálenosti (v praxi řádově desítky kilometrů), můžeme na základě trigonometrie vypočítat polohu cíle, je to v podstatě řešení trojúhelníku podle věty USU (úhel/strana/úhel; úhly známe, jsou to naměřené směry, stranu známe také, je to vzdálenost mezi měřicími místy), čili učivo matematiky základní školy. Tento princip využívá například prostředek BORAP (BOjový RAdiolokační Pátrač) či civilní systém ASMKS (Automatický Systém Monitorování Kmitočtového Spektra), provozovaný Českým telekomunikačním úřadem (ale úzce spolupracujícím s ozbrojenými složkami všeho druhu). Jak vypadají antény pro ASMKS si můžete prohlédnout zde http://www.rohde-schwarz.com/WWW/Public ... tennas.pdf , použity jsou antény ADD051, zobrazené na spodní fotografii.
Shrnutí: pátrače založené na tomto principu jsou technologicky jednodušší, mohou zpracovat signál takřka libovolné povahy, mohou pracovat buď samostatně jako směroměrné anebo ve dvojici jako zaměřovací. Pokud pracují ve dvojici, nemusí být stanice propojeny v reálném čase. Nevýhodou je nižší přesnost.
2. princip časoměrně-hyperbolický: To funguje takto: máme dvě pevná přijímací stanoviště a někde v dálce letí cíl, který vyzařuje signál, vhodný pro zaměření. Musí to být signál pulsní povahy. Protože obě stanoviště jsou od cíle v různé vzdálenosti, dostane se k nim cílem vyslaný signál za různě dlouhou dobu. Změříme časový rozdíl, s jakým ho obě stanoviště přijala. Dá se dokázat, že pokud cíl poletí po křivce, nazývané hyperbola, bude tento rozdíl stále stejný bez ohledu na vzdálenost cíle od přijímacích stanovišť, je třeba si uvědomit, že umíme změřit pouze časový rozdíl a neznáme hodnoty, ze kterých byl vypočten. Obráceně: pokud známe zeměpisné souřadnice přijímacích stanovišť, můžeme při znalosti tohoto časového rozdílu vypočítat parametry zmíněné hyperboly a víme, že hledaný cíl se pohybuje pouze na ní a nikde jinde. Pro jednoznačné určení jeho polohy to je samozřejmě málo. A proto provedeme stejné změření s další dvojící přijímacích stanovišť, která bude od té první vzdálená a bude proto mít jiné zeměpisné souřadnice. Hyperbola pro stejný cíl, získaná touto druhou dvojicí, proto bude mít jiné parametry. Hledaný cíl bude tam, kde se obě hyperboly protnou, což je otázka výpočtu soustavy dvou rovnic o dvou neznámých, neboli učivo matematiky střední školy. Tento princip využívají pátrače KOPÁČ, RAMONA, TAMARA, VĚRA.
První pokusy o vojenské využití tohoto principu spadají do období 1. světové války, kdy se s jeho pomocí Francouzi pokoušeli zaměřit polohu německých děl podle doprovodných akustických projevů při výstřelu, dobová elektronika však neumožnila sestavit fungující zařízení. První použitelná aplikace tohoto principu se objevila až po WWII, byl to navigační systém LORAN a OMEGA. Tyto systémy umožnily osádce určit polohu letadla či lodi skoro po celé zeměkouli s přesností až 100 m. V CCCP byla RAMONA a TAMARA familiárně nazývána „LORAN naruby“, podstatu věci to vystihuje asi nejlépe, princip je totiž stále stejný.
Shrnutí: pátrače, které využívají princip časoměrně-hyperbolický, jsou oproti prvnímu zmíněnému typu pátračů o hodně technologicky složitější. Aby byly schopné změřit časový rozdíl s požadovanou přesností, můžou vyhodnotit pouze signály, které jsou jasně ohraničené, tedy pulsního charakteru, nejlépe z radaru či podobných zařízení. Vyhodnocovaný signál nesmí být cestou ovlivněn nějakou překážkou, která by prodloužila dobu jeho cesty od zdroje k pátrači, tím by došlo k znehodnocení měření. Proto jsou pátrače tohoto druhu použitelné především na vzdušné cíle. Jednotlivá stanoviště musí spolupracovat v reálném čase, musí být tedy nějakým způsobem propojena. Výhodou je zhruba o jeden řád vyšší přesnost zaměření než u pátračů, pracujících s fázovou interferometrií.
Závěr: příspěvek se velmi zjednodušeně (a tím i dobře napadnutelně) pokusil o popis základního principu funkce pasivních radiotechnických pátračů, které jsou zavedeny v AČR. Základní TTD prostředků BORAP a VĚRA najdete třeba zde: http://www.pasivnisystemy.army.cz/htm/3 ... borap.html podrobnější informace o historii a vývoji systémů KOPÁČ/RAMONA/TAMARA pak v publikaci „Tajemství radiotechnického pátrače TAMARA“, autoři Jiří Hofman a Jan Bauer, vydalo nakladatelství Sdělovací technika v roce 2003. Pokud se na Palbě přestanou objevovat perly typu „Tamara zaměří velitelský gazík“ či jiné podobné skvosty, pak tento článek splnil účel.