Страница 77 из 121
В этот момент на кафедре начинаются работы по исследованию корреляционно-экстремальным системам навигации — КЭНС, инициатором и научным руководителем которых был, как и подавляющего количества других НИР, профессор А.А. Красовский. Начались эти работы с опубликования в специальном журнале «Военная радиоэлектроника» его статьи об оригинальном дифференциальном способе построения таких систем на основе использования физических полей земной поверхности. В этой статье обосновывалась сверхвысокая точность определения координат таким способом, предельно достижимая — порядка метров. У меня, естественно, сразу пришла мысль использовать в КЭНС и радиотепловое поле земной поверхности.
Летом 1962 г. силами НИЛ совместно с воронежским НИИ и летным подразделением при нем организуются довольно обстоятельные летные экспериментальные исследования физических полей земной поверхности с самолета Ли-2 в интересах КЭНС. Первыми энтузиастами и исполнителями этого эксперимента были А.А. Малевич (поле рельефа местности, поле радиолокационных контрастов, он же основной организатор летного эксперимента), В.Т. Федин (поле радиотеплового излучения земной поверхности), Л.В. Чесноков (тонкая структура магнитного поля Земли и поле естественного гамма-излучения земной поверхности). На первом этапе в организации летного эксперимента и в первых полетах принимали участие и некоторые сотрудники кафедры светотехники и инфракрасной техники Академии.
В первом летном эксперименте, организованном в интересах НИР по КЭНС в 1962 г., радиометр сочленялся гибким волноводом с неподвижной большой параболической антенной, подвешенной под центропланом и закрытой «радиопрозрачным» обтекателем. В горизонтальном полете антенна была направлена вертикально вниз, раствор главного лепестка ее ДНА по уровню половиной мощности равнялся 1,6º. В качестве регистрирующего устройства использовался бумаголенточный самописец АРС-2 от аэрогеофизической станции «АГС-25». Постоянная времени этого самописца, определенная по ступенчатому сигналу, равнялась 4 сек. Она и определяла постоянную времени всего бортового радиометрического тракта, хотя минимальная постоянная времени собственно радиометра была равной одной секунде.
Такими параметрами и ограничивались возможности первого в стране летного эксперимента с радиометром на борту самолета. Тем не менее, он дал очень много для развития радиотеплолокации в нашей стране. В августе и сентябре с ним было выполнено достаточно много полетов (в общей сложности 25 летных часов) в районе г. Воронежа, на перелете Воронеж — Кача (Крым), на Крымском полуострове, на перелетах Кача — Воронеж и Воронеж — Москва.
Бессменным оператором этого радиометра на борту самолета и вертолета во всех экспериментах 1962-1966 г. г. был автор этих строк, что позволило ему вникнуть во все тонкости самолетной теплорадиометрии (ТРМ), наблюдать через открытую дверь самолета взаимосвязь сигналов радиометра и пролетаемой местности. Например, неоднократно было подмечено повышение выходного сигнала радиометра при подлете к берегу со стороны моря. Последующий анализ этого явления показал, что оно обусловлено «наползанием» на берег ближних боковых лепестков антенны в то время, когда главный лепесток был направлен еще на водную поверхность. Позднее на основании этого явления была разработана мной методика калибровки антенны бортового теплорадиометрического устройства по радиотепловому контрасту берег-вода и методику авиационной теплорадиометрии вообще. В этом же первом эксперименте удалось подметить интересное, необъяснимое с первого взгляда явление возрастания кажущейся температуры под самолетом в момент посадки. Позднее, при внимательном анализе составленной физико-математической модели этого явления удалось объяснить его: самолет при посадке фокусирует на небольшую площадку под собой дополнительно тепловое радиоизлучение, собираемое обшивкой с большой поверхности вокруг самолета. Эта дополнительная доля естественного радиотеплового излучения суммируется с основным излучением площадки пролетаемой местности, зондируемой главным лепестком диаграммы направленности самолетной антенны.
Первый летный эксперимент, проведенный НИЛ кафедры А.А. Красовского в августе-сентябре 1962, позволил сделать ряд важных выводов, определивших перспективу развития авиационной теплорадиометрии (неизлучающей теплорадиолокации) в нашей стране:
1. Было установлено и зарегистрировано налейте самописца, что водоемы на фоне полей, лугов, леса, крымской степной местности выделяются резким радиотепловым контрастом, свыше 150-200К.
Еще большим ТРМ контрастом выделяются на окружающем фоне металлические покрытия: крыши жилых домов, церквей, соборов, заводских зданий и т.д., в том числе и покрытая решетчатым металлическими листами ВПП Качинского аэродрома.
2. На основании этих результатов сразу же был сделан вывод о том, что реки, берега больших озер и морей, а также острова, дамбы, отмели, выделяющиеся над поверхностью воды, и т.п. могут быть основными ориентирами для бортовых навигационных комплексов, имеющих радиотеплометрические устройства коррекции местоположения самолета и иного Л А..
Такой вывод был в том же 1962 году зафиксирован в отчете по НИР «Полет», а позднее неоднократно повторялся и в других наших работах.
3. Самолетное бортовое радиотеплометрическое устройство может успешно использоваться для разведки военной техники: танков, БТР, самолетов на открытых стоянках, топливозаправщиков, кораблей в акваториях морей и океанов.
4. Равнинная безводная местность, занятая сельскохозяйственными угодьями (чередующиеся неубранные поля, озимые, пашни в сочетании с перелесками, лесозащитными полосами и т.п.) обладают хотя и значительно меньшей радиотепловой контрастностью, чем водоемы (в сентябре в 3-х см диапазоне — порядка 10-20 К), но все же достаточно выраженной для того, чтобы использовать такую контрастность, как для изучения радиотеплового поля такой местности, так и для использования в КЭНС самолетов и других ЛА. В этом последнем случае эталоны для КЭНС легко могут быть составлены по аэрофотоснимкам и космическим снимкам.
5. Лесные массивы выделяются на окружающей местности наибольшим значением кажущейся температуры, практически равной обычной средней (термодинамической) температуре листвы или хвои. Вследствие этого лесные массивы могут служить опорной средой при измерениях контрастности всех других участков местности и искусственных покрытий.
6. При полете над спокойной водной поверхностью выходной сигнал радиометра обладает минимальными по величине колебаниями. Из этого следовало, что по этим колебаниям выходного сигнала можно определять и динамическую пороговую чувствительность.
Первый летный эксперимент дал и ответ на неясный в то время вопрос: в какой степени может влиять на поле радиотепловых контрастов земной поверхности отраженное солнечное излучение? Теоретические прикидки показывали, что, если атмосферное облучение земной (водной) поверхности не может значительно колебаться ни в течение суток, ни в течение сезона года, за исключением дождей и периода таяния снега, то отраженное солнечное излучение от водных поверхностей и металла может очень заметно менять контрастность этих поверхностей на окружающем фоне. К этому выводу привел и строгий теоретический анализ этого явления, выполненный почти одновременно с проведением летного эксперимента.
Тем не менее, первый летный эксперимент, точнее, многочисленные полеты над морем показали, что вероятность влияния отраженного солнечного излучения на измерение теплорадиометрического контраста водных поверхностей невелика. Дело в том, что зеркально отраженное от водной или металлической поверхности солнечное излучение (сантиметрового или миллиметрового диапазона волн) может оказать сильное воздействие на процесс измерения РТМ контрастности этих поверхностей только в том случае, если угол возвышения Солнца и угол зондирования этих поверхностей со стороны самолетного радиометрического устройства лежат в одной плоскости. Что очень маловероятно. В течение многочисленных полетов над морем в эксперименте 1962 г. был только один такой случай во время разворота самолета над морем.