Возможности радиолокационных наблюдений

Все живые объекты (птицы, летучие мыши, насекомые), на­ходящиеся в воздухе, дают значительные отражения при облу­чении их электромагнитными волнами. Однако тот факт, что ра­диоволны могут отражаться от птиц, оказался для конструкто­ров и операторов радиолокаторов довольно неожиданным. Дол­гое время эхо-сигналы птиц на экранах радиолокационных стан­ций воспринимались, как загадочные объекты или помехи.

Впервые предположение о том, что эти сигналы образованы летящими птицами, было сделано в 1941 г. английским специали­стом. Однако до середины 50-х годов исследования по радиоло­кационному обнаружению птиц проводились эпизодически, и только с 1955 г. они получили активное развитие. Толчком по­служила демонстрация на международном орнитологическом конгрессе кинофильма, показывающего результаты радиолока­ционных исследований миграций птиц в Швейцарии. Внимание специалистов привлекала возможность обнаружения перелетов птиц, недоступных для визуального наблюдения на большом удалении и высоте, в темное время суток и при плохой видимо­сти днем. Обнаружилась также возможность определения ха­рактеристик перелетов: скорости, высоты, маршрутов, суточной активности и интенсивности сразу на большой территории. Од­новременно радиолокаторы стали рассматриваться как средст­во своевременного обнаружения птиц на пути следования воз­душных судов.

Систематические исследования по использованию радиолока­ционных станций с целью оповещения экипажей в полете о фак­тической орнитологической обстановке впервые стали проводить­ся в Англии, Швейцарии, США и Канаде. Позднее, к ним присое­динились Бельгия, ФРГ, Дания, Франция, Нидерланды, Норве­гия и Швеция. В настоящее время радиолокационный контроль за перелетами птиц в районах полетов воздушных судов осущест­вляется во многих странах. В Норвегии, Нидерландах, Бельгии и Дании с этой целью используются преимущественно военные ра­диолокационные станции (РЛС), а в Швеции — метеолокаторы.

Во Франции обнаружение птиц производится с помощью 10 гражданских радиолокаторов УВД и нескольких военных РЛС. В ФРГ для оповещения экипажей военных и гражданских самолетов об орнитологической обстановке применяются 10 мощ­ных радиолокаторов ВВС и три метеолокатора.

В настоящее время между странами Западной Европы про­исходит постоянный обмен информацией о перемещениях птиц и создаваемой ими опасности. При этом используется разработан­ная в 1966 г. в Нидерландах 8-ступенчатая шкала интенсивности отраженных эхо-сигналов птиц. Однако, вследствие применения разных типов РЛС передаваемая информация имеет малосрав­нимое содержание (за исключением данных об интенсивности перелетов).

Наряду с обнаружением птиц в оперативных целях, в Запад­ной Европе на протяжении ряда лет осуществляются интенсив­ные радиолокационные исследования миграционных перелетов. Эти работы проводятся на базе четырех обзорных гражданских РЛС и одного радиолокатора слежения, расположенных цепью вдоль Альп, от Женевы до Вены. В ближайшее время вводится в действие вторая цепь наблюдений на базе военных РЛС, прохо­дящая вдоль побережья Северного моря от Бельгии через Нидер­ланды, ФРГ, Данию до Норвегии. Аналогичная сеть наблюдений была создана в США, включающая 40 метеолокаторов, имеющих длину волны 10 см и мощность передатчика 500 кВт, и в Канаде, состоящая из 18 обзорных РЛС.

Совместное проведение радиолокационных наблюдений по­зволит стандартизировать используемые в разных странах степе­ни интенсивности перелетов птиц, получить достаточный стати­стический материал для прогнозирования миграций, а также обеспечить заинтересованные авиационные ведомства оператив­ной информацией о фактической орнитологической обстановке в наиболее птицеопасных районах. По мнению зарубежных специа­листов, наиболее пригодными для слежения за перелетами птиц являются обзорные РЛС. Например, в гражданской авиации США эффективный контроль за орнитологической обстановкой обеспечивали обзорные РЛС с длиной волны 23 см и мощностью в импульсе 4 мВт, а в Канаде мощностью 550 кВт. Подобные РЛС широко использовались для наблюдения за птицами на аэродромах Дании, Нидерландов, Бельгии и некоторых других стран.

Обзорные РЛС в ФРГ показали оптимальные результаты по обнаружению птиц при работе в диапазоне волн 10 см, а в диапа­зоне 23 см хорошие результаты давали только те обзорные РЛС, которые имели мощность выше 2 мВт. Специалисты ФРГ отмети­ли, что многих столкновений с птицами можно было избежать, если бы диспетчеры УВД были лучше оттренированы в определе­нии орнитологической обстановки с помощью радиолокационно­го контроля. Во Франции диспетчеры УВД пришли к заключе­нию, что обзорные РЛС с длиной волны 10 и 23 см являются наи­более эффективным средством обнаружения как стай, так и одиночных птиц. Однако многие засветки от птиц на экранах РЛС подавляются при включении режима «селекция движущихся це­лей». По мнению французских исследователей, диспетчеры УВД должны иметь некоторый опыт в распознавании сигналов, созда­ваемых птицами, поскольку они часто воспринимаются как по­мехи или технические неисправности станции.

По данным зарубежных специалистов, обзорные РЛС с дли­ной волны 10 см обеспечивают обнаружение стай птиц на рас­стоянии до 130 км и более, а с длиной волны 23 см и мощно­стью— 1 мВт на расстоянии до 100 км. Наиболее четкое выделе­ние эхо-сигналов от птиц давали радиолокаторы первого поколе­ния. РЛС второго поколения, имеющие мощные системы по по­давлению сигналов от малоподвижных объектов, являются менее пригодными для контроля за орнитологической обстановкой. В США несколько лет назад предпринимались попытки создать специальный радиолокатор для обнаружения птиц в зоне аэро­портов, так называемый «орнитар», однако они не увенчались успехом из-за больших материальных затрат.

О важности использования РЛС для контроля за орнитологи­ческой обстановкой свидетельствует случай на одном из канад­ских аэродромов, где произошли одно за другим несколько опас­ных столкновений самолетов с птицами, хотя на самом аэродро­ме птицы встречались единицами. При использовании РЛС были обнаружены перелеты тысяч чаек, ежедневно в определенное время пересекающих зону подхода к аэродрому. После измене­ния расписания полетов столкновения с птицами прекратились.

В СССР первые наблюдения за птицами с помощью аэро­дромных РЛС были проведены в 1963 г. сотрудниками Главной геофизической обсерватории. Изучение возможностей РЛС для обнаружения птиц и оповещения экипажей получило интенсивное развитие в начале 70-х годов, причем основной вклад в решение этой задачи сделали специалисты Литовской и Молдавской Ака­демий наук. Результаты исследований быстро нашли применение в практике. В последние годы все чаще стали поступать сообще­ния о том, что диспетчеры УВД обнаруживали на экранах РЛС эхо-сигналы птиц и предупреждали экипажи. Такие случаи отме­чались в аэропортах Кишинева, Таллина, Вильнюса, Паланги, Москвы и многих других городов.

Для облегчения работы диспетчеров УВД по контролю за орнитологической обстановкой за рубежом начали создаваться специальные приставки к обзорным РЛС (на базе ЭВМ), кото­рые автоматически выделяли эхо-сигналы от птиц, определяли скорость, высоту и удаленность мигрирующих стай и отобража­ли орнитологическую информацию в наглядной и легко понятной диспетчеру форме. Первые электронно-вычислительные системы для оперативной оценки орнитологической обстановки были соз­даны в Дании 1973 г. и Бельгии 1974 г. В настоящее время экспериментальные образцы аналогичных систем применяются и в других странах (Нидерландах, Канаде, Англии и др.).

В Советском Союзе также начали проводиться опытно-кон­структорские работы по созданию специальных приставок к об­зорным РЛС, предназначенных для автоматического выделения эхо-сигналов от птиц. Все имеющиеся на отечественных аэродро­мах радиолокаторы достаточно хорошо обнаруживают летящих птиц, однако из-за неодинаковых эксплуатационных и техниче­ских характеристик они обладают разными возможностями для контроля за орнитологической обстановкой.

Обзорная РЛС типа П-35 позволяет обнаруживать как стаи, так и одиночных птиц среднего и крупного размера. С помощью обзорных РЛС прослеживались стаи птиц на расстоянии до 150—180 км. По теоретическим расчетам, одиночные птицы мас­сой 1,8 кг (размером с утку) могут быть обнаружены обзорными РЛС на расстоянии до 150 км, а птицы меньшего размера, напри­мер, голуби — на расстоянии до 90 км. Экспериментально было установлено, что обзорные РЛС типа П-35 способны обнаруживать одного голубя на расстоянии около 36 км с вероятностью 50%. Различие между теоретическими расчетами и эксперимен­тальными данными объясняется тем, что для расчетов брались паспортные данные РЛС применительно к стандартной атмо­сфере.

Лучшие результаты по обнаружению птиц с помощью обзор­ных РЛС достигаются при работе в диапазоне волн 10 см, ис­пользовании масштаба индикатора 100 км и наклоне антенны до минус 1,5°. Число засветок от птиц на экране обзорных РЛС увеличивается по мере приближения их к месту установки стан­ции. Это объясняется многими причинами, из которых две явля­ются главными. Во-первых, на большом удалении радиолокаци­онный луч может захватить только высоколетящих птиц (из-за кривизны земной поверхности), а основная масса птиц пролетает ниже облучаемой зоны; во-вторых, с увеличением дальности бо­лее интенсивно происходит затухание излучаемой электромаг­нитной энергии, что приводит к ослаблению отраженного от птиц сигнала.

Основным недостатком обзорных РЛС является наличие большой зоны, в которой эхо-сигналы птиц маскируются засвет­ками от местных предметов. Обычно эта зона в пассивном режи­ме работы РЛС достигает в радиусе 30 км, поэтому зона наилучшего обнаружения птиц у обзорных РЛС находится от 30 до 70 км (рис. 6). При работе обзорных РЛС в режиме селекции движущихся целей (СДЦ) большинство эхо-сигналов от птиц подавляется, как и от всяких других малоподвижных объектов. На некоторых аэродромах при уменьшении угла наклона антен­ны обзорных РЛС нижние излучатели отключаются. В таких слу­чаях птиц на экране, как правило, не видно.

Облачность и осадки зна­чительно ослабляют отражен­ные сигналы от птиц, а кучево-дождевая облачность экрани­рует их практически полно­стью. Использование индика­тора «Азимут — Дальность» облегчает идентификацию эхо-сигналов от птиц, так как в связи с увеличением изобра­жения становятся более отчет­ливыми форма и смещение от­меток. Применение системы СДЦ на данном индикаторе также исключает возможность обнаружения эхо-сигналов от птиц. Несмотря на отдельные недостатки, обзорные РЛС следует признать наиболее пригодными для контроля за орнитологической обстановкой.

Диспетчерские РЛС (ДРЛ-7) по сравнению с обзорными ра­диолокаторами имеют большую длину волны (30 см) и вследст­вие этого могут обнаруживать только большие стаи птиц в радиусе до 40 км. Это сильно ограничивает, но все же не исклю­чает возможности их применения для орнитологического обеспе­чения безопасности полетов. Наилучшие результаты по обнару­жению птиц с помощью диспетчерских РЛС можно получить, используя масштаб развертки дальности 45 км (рис. 7). Работа диспетчерских РЛС в режиме СДЦ также препятствует обнару­жению большинства летящих птиц.

Посадочные РЛС («Тесла») благодаря малой длине волны (3,2 см) позволяют обнаруживать не только стаи, но даже мел­ких одиночных птиц размером с ласточку. Предельное расстоя­ние обнаружения одиночных птиц среднего размера (грача, го­лубя, чайки) составляет у посадочных РЛС около 15 км (рис. 8). Используя курсовой и глиссадный индикаторы посадочной РЛС, можно определить положение птиц и самолета в воздушном про­странстве и, следовательно, установить вероятность их столкно­вения.

Работа посадочных радиолокаторов в режиме СДЦ препятст­вует обнаружению птиц, летящих с небольшими скоростями или пересекающих ВПП. В связи с малым сектором обзора (30°) посадочные РЛС не всегда позволяют своевременно обнаружить птиц, и поэтому возможности их применения ограничены. Отсю­да следует, что полный контроль за орнитологической обстановкой на пути движения воз­душных судов в районе аэро­дрома может быть обеспе­чен только при комплексном использовании обзорных, диспетчерских и посадочных РЛС.

Метеорологические ра­диолокаторы (МРЛ-1,
МРЛ-5) как показали иссле­дования, также позволяют
обнаруживать стаи и оди­ночных птиц среднего раз­мера. Например, с помощью МРЛ-1 одиночная горлица,
сброшенная с самолета, об­наруживалась на удалении
до 18 км с вероятностью 0,95.
Теоретические расчеты в от­ношении птиц такого размера позволили определить максимальную дальность об­наружения, равную 26 км. Стаи птиц прослеживались на МРЛ-1 на расстоянии до 70 км, а на МРЛ-5 до 220 км. Поскольку метеорологиче­ские РЛС имеют игольча­тый луч, они могут быть пригодны только для наблю­дения за перелетами птиц.

Возможно, что в буду­щем широкое применение для обнаружения птиц на подходах к аэродрому полу­чат лазерные локаторы. В настоящее время такая тех­ника уже создана, она рабо­тает в диапазоне 0,1мм — 0,6 мкм, имеет мощность в импульсе 10⁹—10¹² Вт при длительности 10—30 нc. Не­которые из лазерных ло­каторов дают частоту в сотни герц, что обеспечивает возмож­ность обнаружения птиц. Лазерные по сравнению с обычными радиоимпульсными РЛС имеют значительно большую разрешаю­щую способность, позволяющую получить от одной стаи птиц несколько эхо-сигналов, образованных отдельными птицами. По характеру изменения этих эхо-сигналов можно определить даже видовую принадлежность птиц.