Сканер Фостера

Сканер Фостера , или сканер переменного пути , представляет собой тип радиолокационной системы, которая создает узкий луч, который быстро сканирует область перед ним. Сканеры Фостера широко использовались в радиолокационных системах после Второй мировой войны, используемых для обнаружения артиллерии и минометов. Современные радары в этой роли обычно используют для этой цели электронное сканирование вместо сканера Фостера.

Описание

Сканер Foster состоит из двух частей; коробчатая антенна и сам «сканер». Обычно они размещаются перед фигурным отражателем .

Антенна состоит из тонкой прямоугольной секции параболической антенны , как если бы у обычной параболической антенны срезали боковые стороны, оставив только тонкую полоску, на которой рупор установлен . По обе стороны от «разреза» располагаются прямоугольные пластины, выступающие вперед по направлению трансляции. Полученная система имеет базовый размер и форму большой коробки для пиццы с закругленной задней стороной. В Великобритании их называют «сырными» антеннами, поскольку они напоминают кусок сырного круга. Питание антенны осуществляется через прямоугольную щель в волноводе, проходящем по всей длине коробки перед параболической секцией.

Сам сканер состоит из секции прямоугольного волновода, сформированной в полый конус, наподобие рожка мороженого . Второй металлический конус помещается внутри первого, оставляя между ними зазор, образующий секцию волновода. Маленькие металлические «зубцы» в точке, где входной волновод встречается с конусом, заставляют сигнал радара отражаться под углом 90 градусов в щель между двумя конусами. При использовании отдельно эта система заставляет радиолокационный сигнал проходить разную общую длину пути на узком конце конуса, а не на широком конце. Это приводит к повороту волнового фронта сигнала относительно антенны.

Внутренний конус не сплошной, а имеет прорезь в центре, образующую еще одну секцию волновода. Зубцы на внешней стороне этого конуса улавливают сигнал из щели между конусами, отражают его через центральную щель, а затем второй набор зубов отправляет его обратно в щель между двумя конусами. Внутренний конус может вращаться внутри внешнего. По мере вращения внутреннего конуса общая длина сигнала меняется, причем больше на широком конце, чем на узком. При отправке на антенну волновой фронт сканирует область между двумя горизонтальными пластинами, «привязываясь» к исходному положению, когда внутренний конус поворачивается обратно в исходную точку.

Сканер позволяет сканировать со скоростью вращения внутреннего конуса, который легко сконструирован таким образом, чтобы обеспечить очень быстрое сканирование. Типичные углы составляют +/- 20 градусов.

Типичное использование

Сканер Фостера использовался в ряде после Второй мировой войны радиолокационных систем контрбатарейной борьбы , первые образцы поступили на вооружение в конце 1950-х - начале 1960-х годов. В этих системах сканер устанавливался горизонтально, чтобы генерировать сигнал, который сканировался вперед и назад по горизонтали перед радаром. Типичные диапазоны горизонтального сканирования составляли от 40 до 50 градусов при ширине луча 1 градус.

В типичных системах сканер монтируется так, чтобы его можно было быстро навести под двумя разными вертикальными углами. Этого можно добиться, переместив отражатель основной антенны за сканер или с помощью различных электронных средств. Система быстро переключала сканер между этими двумя углами, в то время как сам сканер продолжал отклонять сигнал влево и вправо. Горизонтальное расположение снаряда определялось по времени отраженного сигнала по сравнению с вращением сканера в этот момент. Используя традиционные методы определения времени импульса, дальность полета снаряда можно было определить в тот же момент. Простая тригонометрия с использованием дальности и известного фиксированного вертикального угла луча позволила определить вертикальное положение снаряда. Время, необходимое для пересечения одного луча, а затем другого, показало скорость снаряда.

Ранние системы включали американский AN/MPQ-4 , который использовал переключение лепестков для переключения между двумя углами, находящимися на расстоянии около 35 мил друг от друга (около 2 градусов). Отраженные сигналы отображались на двух B-скопах . Измерения с B-прицелов были скопированы в баллистический калькулятор , который определил координаты X и Y пусковой установки. В британском радаре Green Archer для переключения между вертикальными углами использовался ручной переключатель. РЛС обычно оставляли в положении «нижний» угол, пока оператор ждал возвратов. Когда один был замечен, переключатель был переведен в верхнее положение, и второй возврат был нанесен на график. Баллистический расчет выполнялся путем нанесения двух точек на диаграмму XY и последующего перемещения механических курсоров по этим точкам. Остальные расчеты проводились в электронном виде.

История

Сканер Фостера был первоначально разработан Джоном Стюартом Фостером во время работы в радиационной лаборатории Массачусетского технологического института в рамках технического обмена с Канадским национальным исследовательским советом . Его быстро адаптировали для корректировки артиллерийских орудий, особенно минометов. В этой роли сканер будет использоваться для двух или более быстрых наблюдений снаряда в полете, а затем для расчета начального положения.

Ссылки

Эдвард Джордж Боуэн, «Учебник по радиолокации» , Архив CUP, 1954, стр. 287–289.

Дальнейшее чтение

Дж. С. Фостер, «Линейный электрический сканер» , Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института, 1945 г.
«Руководство оператора радиолокационной установки AN/MPQ-4A» , армия США, 1977 г.