Посмотрим, как все происходит. Радиолокатор излучает зондирующий сигнал. На время излучения радиоприемное устройство радара электронно запирается, чтобы оно не перегорело от мощного сигнала передатчика, а затем открывается и начинает принимать эхо-сигналы. Причем поначалу чувствительность приемника мала, чтобы радар не «слепнул» от сильных эхо-сигналов, отраженных от недалеко расположенных объектов. С увеличением промежутка времени с момента излучения зондирующего сигнала чувствительность приемника увеличивается и ко времени возможного прихода эхо-сигналов от целей на больших расстояниях становится максимальной. Это так называемая временная регулировка усиления приемника.
Как мы знаем, по промежутку времени между излученным импульсом и принятым эхо-сигналом (поскольку известна скорость распространения радиоволн) автоматически определяется расстояние до цели. Зондирующий импульс запускает генератор развертки, который перемещает электронный луч на экране индикатора линейно со временем, подобно генератору строчной развертки в телевизоре, останавливает его незадолго до прихода следующего зондирующего импульса и к его началу возвращает луч в исходное положение, соответствующее нулевой дальности. Возвращение луча называется обратным ходом развертки. Когда приходит эхо-сигнал, то он дает всплеск на индикаторе в том месте, где в это время находился электронный луч. Развертка луча во времени проградуирована на экране масштабными метками в километрах, так что оператор может сразу по индикатору определить расстояние до цели. С началом каждого зондирующего импульса процесс повторяется.
Максимальная, или как еще ее называют, инструментальная дальность радара ограничивается периодом времени между двумя последовательно излученными импульсами передатчика. Она примерно равна (чуть меньше из-за времени, затрачиваемого на обратный ход развертки) произведению скорости распространения радиоволн на половину периода повторения импульсов передатчика. Половину периода — потому что за весь период повторения излученный сигнал успевает «пробежать» расстояние до объекта, расположенного на максимальной дальности, отразиться от него и вернуться обратно, то есть проделать путь вдвое больший максимальной дальности. Например, если период повторения равен одной миллисекунде, то максимальная дальность равна 150 километрам.
Мощность зондирующего сигнала и чувствительность приемника выбираются такими, чтобы с требуемой вероятностью обнаружить цель на максимальном расстоянии. После излучения зондирующего импульса радаром и до момента излучения следующего импульса приемник при нормальной, стандартной атмосфере (то есть при отсутствии природного волновода) принимает сигналы, которые для нашего примера являются эхом, отраженным от объектов на расстояниях до 150 километров. Эхо-сигналы от предметов, расположенных дальше, придут уже после излучения следующего зондирующего импульса и могут дать всплеск, когда на индикаторе будет следующий ход развертки. Но радары проектируются так, чтобы эти «опоздавшие» с запредельных дальностей сигналы были бы малыми. Например, чтобы их, по возможности, «не видела» антенна. Обычно трудно сделать так, чтобы радар сразу же «ослеп» после заданной дальности, в нашем случае дальше 150 километров, а потому на вход приемника все-таки поступают сигналы, отраженные от объектов, расстояние до которых превышает этот рубеж.
Например, на 160 километрах летит какой-либо большой самолет или находится высокая горная гряда, которую задевает диаграмма направленности антенны. Эхо-сигнал в таком случае попадает на индикатор на второй ход развертки в ее самое начало, соответствующее дальности в десять километров. В этом и заключается проблема для оператора: то ли эхо-сигнал отражен от цели на десяти километрах, то ли с дистанции, большей на 150 километров, то есть со 160 километров. Правда, в данной конкретной ситуации трудностей у оператора не будет: цель вряд ли сможет пройти 140 километров незамеченной, да еще, как мы знаем, чувствительность приемника на малых дальностях затрублена, и поверхность цели, отражающая радиоволны, должна быть довольно большой, чтобы на экране радара возник всплеск, говорящий о ее обнаружении. Но если всплеск все-таки появится, то оператор не раздумывая скажет, что это «мираж», то есть «опоздавший» сигнал от предыдущего зондирующего импульса.
Парадоксально, но трудности возникают с увеличением дальности. Допустим, что далеко за пределами зоны обнаружения на поверхности земли расположены большие объекты, например горы или большой корабль, или самолеты, летящие не так высоко. В нормальных условиях они не попадают в диаграмму направленности антенны. Природный же волновод искажает «зрение» радара, делает его на малых высотах, или, как говорят локаторщики, под малым углом места, дальнозорким. Он «загибает» путь радиоволн, направляет их вдоль поверхности земли, и они облучают предметы, находящиеся далеко за радиогоризонтом, предположим, для нашего примера — на дальности 580 километров. Радиоэхо, отраженное от этого объекта, поступит на экран индикатора, когда там будет уже четвертый ход развертки, То есть после того, как были излучены три следующих зондирующих импульса. И такой сигнал дает всплеск на экране в месте, которое соответствует дальности в 130 километров (то есть разнице между истинной дальностью 580 километров и утроенной инструментальной дальностью 150 x 3 = 450 километров). А это уже в конце дистанции, где чувствительность приемника высока. Вот так оператор может получить на экране «призрак». Цели в зоне обзора в радиусе до 150 километров нет, а сигнал на индикаторе есть. Сама же причина столь запоздавшего эхо-сигнала находится за многие сотни километров. Так и был принят сигнал, отраженный от острова Мальта, за вражеский корабль, будто находившийся в пределах досягаемости орудий, хотя сам остров пребывал за многие сотни километров.
Не всегда волноводный эффект проявляет себя одинаково по всем направлениям, или, как говорят локаторщики, по всем азимутам. Это особенно заметно, если радар расположен на берегу моря или на корабле, стоящем на рейде. Часто бывает так, что над морем — волновод, а над сушей условия распространения радиоволн нормальные.
В настоящее время применяют разные типы радаров. Некоторые из них от «миражей» избавлены. Пришлось, конечно, усложнить аппаратуру. Но по-прежнему используются и простые, дешевые радиолокаторы, в которых возникают такого рода «призраки».
Природные волноводы нередко сопровождают грозу. На индикаторе внезапно увеличивается число наземных целей. И это понятно: радиоволны «пригнулись» к земле. Правда, долго такие условия не сохраняются — всего на протяжении получаса — часа. Но данное свойство радара все равно оказалось полезным — оно используется для обнаружения грозовых очагов.
Бывает, что природа и «перегибает палку». При некоторых условиях слишком сильно «загибаются» радиоволны: они уже бегут не параллельно поверхности земли, а где-то «упираются» в землю. Тогда, например, автомашина на шоссе может быть принята за «летающую тарелку».
Со времен войны, когда еще только делались первые попытки исследовать радиоволноводы над сушей и морем, инженеров не покидала мысль: а нельзя ли обратить па пользу данное явление или хотя бы научиться предсказывать его. Особый интерес был у моряков, ведь над морем волноводы возникают довольно часто. Например, в Восточном Средиземноморье и северной части Индийского океана вероятность их возникновения — 50 процентов. Сверхдальняя радиолокация и радиосвязь в этих районах — не редкость. Появилась даже такая дисциплина, как радиоклиматология, которая занимается сбором и систематизацией данных, влияющих на процесс распространения радиоволн в разных климатических районах.
В наше время давние задумки первых локаторщиков стали реальностью. В США создана система IREPS (аббревиатура первых букв английского названия, которое в переводе на русский язык означает: объединенная система прогнозирования рефракционных эффектов). Основные ее потребители — моряки. Она прогнозирует появление радиоволноводов. В систему входит малая ЭВМ, на которой моделируется процесс распространения радиоволн при различных метеоусловиях (давлении, температуре, влажности воздуха) на трассе распространения. Данные замеряют с помощью воздушных радиозондов. Затем их вводят в ЭВМ, и машина дает ответ, как будет распространяться радиоволна — нормально или побежит по природному волноводу. Вероятность правильного ответа — около 85 процентов. Более достоверный ответ получается, если замеры проводить с самолета СВЧ-рефрактомером — прибором для измерения коэффициента преломления электромагнитных волн атмосферой. Самолеты с такими приборами базируются на американских авианосцах.
