§ 35. Радиолокация, гидроакустическая локация и звукометрия

Если скорость распространения волн известна, то измерение их запаздывания позволяет решить обратную задачу: найти пройденное ими расстояние.

Ничтожные промежутки времени, затрачиваемые электромагнитными волнами на пробег наземных расстояний, теперь уже не лежат за пределами доступного наблюдению, и мы умеем измерять их с большой точностью. На этом основано действие радиолокаторов — приборов, предназначенных для обнаружения кораблей, самолетов и т. п.

Радиолокатор посылает короткий электромагнитный сигнал — последовательность очень быстрых колебаний, длящуюся  (рис. 65). Этот сигнал отмечается на экране электронного осциллографа в виде отброса электронного пучка от прямой  (рис. 66), по которой этот пучок пробегает под действием развертывающего напряжения (§ 26). Отразившись от препятствия, сигнал возвращается, принимается радиолокатором, усиливается и снова подводится к осциллографу. Возникает второй отброс электронного пучка от прямой , соответствующий приходу отраженного сигнала.  Расстояние между двумя отбросами на экране осциллографа в определенном и заранее известном масштабе изображает время  между моментом посылки сигнала и моментом прихода отраженного сигнала ( - время пробега сигнала в одну сторону). Так как скорость распространения радиоволн известна, то можно градуировать прямую  прямо в единицах длины и непосредственно читать на экране осциллографа расстояние до отражающего предмета.

Рис. 65. Сигнал («импульс») локатора, изображенный с пробелом, так как в нем содержится около сотни быстрых колебаний и без пробела он получился бы слишком растянутым

В действительности радиолокатор посылает не однократный сигнал, показанный на рис. 65, а ряд таких сигналов, следующих друг за другом через равные промежутки времени много (например, тысячу) раз в секунду. Развертка тоже делается периодической и синхронной с посылкой сигналов. Таким образом, изображения посылаемого и принимаемого (отраженного) сигналов воспроизводятся на экране осциллографа много раз в секунду и воспринимаются наблюдателем как непрерывная картина.

Этому способствует и так называемое послесвечение флуоресцирующего вещества, которым покрыт экран осциллографа. Точка экрана, в которую попадает электронный пучок после ухода пучка в другое место экрана, светится еще в течение некоторого времени. Это время послесвечения у разных флуоресцирующих веществ различно. В частности, его можно подобрать так, чтобы изображение, «нарисованное» электронным пучком за один период развертки, не успевало погаснуть до следующего ее периода, т. е. до следующего пробега электронного пучка по экрану.

Рис. 66. Изображения сигналов на экране осциллографа радиолокатора

Периодическое повторение посылаемых сигналов, давая на экране осциллографа непрерывную легко наблюдаемую картину, позволяет следить за перемещениями предметов, отражающих локационные сигналы. Если такой предмет, например самолет, движется, то вместе с изменением расстояния до него будет меняться положение второго отброса электронного пучка на экране осциллографа, т. е. мы увидим, что самолет приближается к локатору или удаляется от него.

С помощью радиолокаторов можно также определять расстояние до берега и вообще любого предмета, способного хорошо отражать радиоволны. Таким образом, радиолокаторы можно использовать для навигации и других целей. В настоящее время значение радиолокации, в частности в военном деле, чрезвычайно велико. В СССР первые работы в области радиолокации были начаты уже в 1932г. под руководством Ю. А. Коровина; первая в СССР радиолокационная установка была построена Ю. Б. Кобзаревым и его сотрудниками в 1939г.

Задачу измерения расстояний в ряде случаев можно решать, определяя время запаздывания звука. При распространении звуковых сигналов времена запаздывания гораздо больше, и поэтому их легче точно измерить. Однако значительно менее точно известна скорость распространения сигнала, так как в практических условиях на нее влияет целый ряд обстоятельств: ветер, неоднородность температуры среды (воздуха, воды) и т. п.

На том же принципе (измерения времени запаздывания отраженного сигнала) основаны гидроакустическая локация и эхолотирование. Гидролокаторы позволяют, например, обнаруживать с надводных кораблей подводные лодки и, наоборот, с подводных лодок надводные корабли. При помощи эхолотов измеряется глубина морского дна. Эхолот действует следующим образом. В дно корабля монтируют специальные излучатель и приемник ультразвуковых волн (рис. 67), которые применяются потому, что они значительно короче звуковых, и это обеспечивает некоторые преимущества, связанные с направленностью излучения (§ 42). Излучатель периодически посылает короткие сигналы ультразвуковой частоты, а приемник принимает и автоматически записывает на ленте запаздывание сигналов, отраженных от морского дна, т. е. записывает в определенном масштабе глубину моря. В результате при движении корабля на ленте записывается  профиль морского дна.

Рис. 67. Действие эхолота

Измеряя разности между временами прихода какого-либо отрывистого звука (взрыв, выстрел) в три различных пункта наблюдения, можно определить местонахождение источника этого звука. Такой способ, называемый звукометрией, применяется в военном деле для засечки артиллерийских батарей противника.