Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу. Развитие радиолокационных систем

Москва
Горячая линия – Телеком
2015

Рекомендовано УМО по образованию в области инфокоммуникационных 
технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки  
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

УДК 621.396.96:621.37/.39(091) 
ББК 32.95 
      Б95 

Р е ц е н з е н т ы : Главный научный сотрудник Радиотехнического института им. академика  А. Л. Минца, Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор техн. наук., 
профессор  А. Б. Шмелев; Генеральный директор Научно-исследовательского центра «НИИДАР-РЕЗОНАНС», Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор 
техн. наук., профессор  Э. И. Шустов 

Быховский М. А. 
Б95        Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному 
обществу. (Развитие радиолокационных систем). Учебное пособие 
для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2015. – 402 с: ил. 
ISBN 978-5-9912-0466-8. 

Книга посвящена истории создания и развития радиолокационных 
систем. Создание радиолокации дало мощный импульс развитию радиоустройств (приемных, передающих, антенных), освоению частот гигагерцовых диапазонов, развитию радиорелейной и спутниковой связи, широкому распространению сетей подвижной связи и многих других применений радиотехники. В работе описаны основные этапы развития радиолокационных систем военного и гражданского назначения, дальность действия которых и точность определения пространственных координат лоцируемых объектов в течение нескольких десятилетий возросли в несколько 
тысяч раз. Приведены краткие биографические сведения о многих видных 
отечественных и зарубежных ученых и инженерах, внесших особый 
вклад в создание радиолокационной техники (А. И. Берг, Ю. Б. Кобзарев, А. А. Расплетин, А. Л. Минц, Р. Уотсон-Уотт, Л. Юнг, Р. Пэйж,  
К. Хюльсмайер, Р. Кюхнхолд и др.). 
Для широкого круга читателей – специалистов в области телекоммуникаций, историков науки и техники, будет полезна в качестве учебного 
пособия для студентов радиотехнических и инфокоммуникационных специальностей.  

ББК 32.95 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 

Учебное издание 

Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу  

(Развитие радиолокационных систем) 
Учебное пособие для вузов 
Редактор  А. Е. Пескин 
Компьютерная верстка  Ю. Н. Чернышова 

Обложка художника  О. В. Карповой по эскизу М. А. Быховского 

Издание серии книг по истории электросвязи и радиотехники осуществляется  

при организационно-методической поддержке РНТОРЭС им. А.С. Попова 

Подписано в печать  23.03.2015.  Формат 6088/16. Уч. изд. л. 25,13.  Тираж 1000 экз. (1-й завод 100 экз.) 

ISBN 978-5-9912-0466-8                                              ©  М. А. Быховский, 2015 
©  Издательство «Горячая линия – Телеком», 2015 

Предисловие

Научная деятельность. . . единственное, что
переживает тебя и что на сотни и тысячи
лет врезывается в историю человечества.
Абрам Федорович Иоффе

Книга «Развитие радиолокации в ХХ столетии» является пятым томом серии книг «Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу». По замыслу автора эта серия должна
сделать доступной широкому кругу людей, интересующихся развитием науки и техники телекоммуникаций, впечатляющую историю
изобретений и разработок данной обширной области человеческих
знаний. В книгах этой серии значительное внимание уделяется не
только развитию техники, но ее творцам — ученым и инженерам,
высшие достижения которых были отмечены очень многими международными наградами, в том числе и нобелевскими премиями по
физике и химии.
Начиная с XIX века, когда были созданы первые телекоммуникационные системы, их развитие шло все более убыстряющими
темпами, и они играли все большую и большую роль в прогрессе
нашей цивилизации, оказывая влияние на развитие мировой экономики и культуры, объединяя всех людей планеты в едином информационном пространстве. В создании телекоммуникационной техники принимали участие многие выдающиеся ученые и инженеры.
За два века развития техники телекоммуникации в ней появилось
множество направлений, связанных с передачей и приемом сигналов по проводным и радиоканалам связи.
В первой книге этой серии «История телеграфа, телефона и радио до начала ХХ века», 3-е издание которой было опубликовано в
2013 г., рассказывается о ранней истории создания систем электросвязи самого разного назначения. Фундаментом первых телекоммуникационных систем являлись открытия в области физики электрических и магнитных явлений, сделанные в начале XVII века. Первые
системы передачи телеграфных сигналов были разработаны в середине XVIII века, а в начале XIX века, когда были открыты законы
электрического тока и электродинамики, началось быстрое разви

Предисловие

тие систем электросвязи, предназначенных для передачи телеграфных, факсимильных и телефонных сообщений. В это время были
изобретены первые телевизионные системы, системы звукозаписи,
основные методы временного и частотного уплотнения каналов связи, которые используются и в настоящее время. В самом конце этого
периода были созданы системы беспроводной связи (радиосвязи).
Вторая книга серии «История развития электроники в ХХ столетии» была издана в 2012 г. В ней рассматривались основные этапы
развития электровакуумных приборов, полупроводниковойэлектроники и микроэлектроники, рассказывалось о создании электронной
техники формирования и воспроизведения телевизионных сигналов,
а также квантовой электроники. Кроме того, в ней в историческом
плане были рассмотрены вопросы построения устройств линейной
обработки сигналов — аналоговых и цифровых фильтров, в том числе и тех, работа которых основана на акустоэлектрических и магнитострикционных явлениях. Электронные устройства являются теми
«кирпичами», которые сегодня позволяют реализовывать сложнейшие алгоритмы формирования сигналов для передачи их по разным
каналам связи и их обработку при приеме.
Третья книга серии «Развитие радиотехники и знаний о распространении радиоволн в ХХ столетии», изданная в 2013 г., посвящена
изложению основных достижений в области передающей, приемной
и антенной техники. В ней также изложена история фундаментальных исследований условий распространения радиоволн разных диапазонов частот. В результате этих исследований в ХХ столетии удалось колоссально расширить возможности практического использования радиочастотного спектра. Если в начале ХХ века было возможно создавать радиосистемы, работавшие в полосах частот, лежащих ниже 60 кГц, то в конце этого века появились радиосистемы,
работающие в полосах частот до 100 ГГц. Таким образом, за 100 лет
доступный для практического использования диапазон частот был
расширен почти в миллион раз!
Четвертая книга серии «Развитие спутниковых телекоммуникационных систем», изданная в 2014 г., целиком посвящена истории создания спутниковых систем разного назначения: радиосвязи,
в том числе мобильной, спутникового телерадиовещания, спутниковой радионавигации, системам космического телевидения и дистанционного зондирования Земли. Уникальным свойством спутниковых телекоммуникаций является возможность создания глобальных систем связи и телерадиовещания, предоставляющих широкий
спектр современных услуг десяткам миллионов пользователей, про

Предисловие
5

живающих на обширных территориях. Глобальные спутниковые системы навигации сделали общедоступным определение точного местоположения разных объектов в любой точке земного шара. Исключительное значение имеют применения спутниковых систем для
метеорологии и исследования Земли.
Настоящая книга посвящена истории создания и развития радиолокации — одного из самых значительных изобретений ХХ столетия. Задачи создания радиолокационных систем оказали значительное влияние на развитие во всем мире радиотехнической промышленности, на разработку новых электронных и полупроводниковых
приборов. Они стимулировали работы по освоению диапазонов высоких частот, в которых в последующие годы стали создаваться многие наземные и спутниковые радиосистемы разного назначения.
Интенсивное развитие радиолокационной техники, начавшееся
в середине 1930-х годов в США, Великобритании, СССР и Германии, было связано с подготовкой к началу Второй мировой войны. В
этой войне ожидалось широкое применение в боевых действиях бомбардировочной авиации, что делало крайне необходимым срочное
создание эффективных средств для заблаговременного обнаружения приближавшихся вражеских самолетов за несколько десятков
километров от цели, к которой они направлялись. Радиолокационная техника сыграла весьма существенную роль в победе союзников (СССР, США, Великобритании и Франции) над гитлеровской
Германией. Интенсивное развитие этой техники продолжалось и в
послевоенное время.
В данной книге рассказывается о первых изобретениях в области радиолокации, относящихся к самому началу ХХ века, о разработках радаров в период 1930–1945 гг. в США, Великобритании,
СССР и Германии. В книге достаточно подробно рассказывается о
возникновении новых идей в области радиолокации и о создании ее
теоретических основ.
Несколько глав книги посвящены развитию радиолокации в послевоенные годы в СССР и США. В этих странах были созданы радиолокационные системы ракетно-космической обороны, включавшие наземные суперрадиолокационные станции стратегического назначения, обладавшие значительной мощностью и огромной дальностью действия в тысячи километров, что позволяло заблаговременно обнаруживать межконтинентальные баллистические ракеты.
Для этой же цели были созданы также космические системы предупреждения о ракетном нападении. Последняя глава книги посвящена многочисленным гражданским применениям радиолокационных

Предисловие

систем: для управления воздушным движением, для исследований
земной поверхности и планет солнечной системы, в метеорологии,
а также в весьма перспективной области массового применения радиолокационных систем для управления автотранспортом.
Предполагается продолжить эту серию книг и в последующих
книгах рассказать об истории развития других важнейших направлений телекоммуникаций, таких как системы телерадиовещания,
наземные системы фиксированной и подвижной связи, системы проводной связи и др.
Все книги серии написаны как учебные пособия по курсу «История науки и техники», изучаемом в высших учебных заведениях,
готовящих специалистов в области телекоммуникаций. Однако они
адресуется и широкой аудитории специалистов, интересующихся историей развития науки и техники и ее влиянием на развитие нашего
общества.
При написании книги использовались многие отечественные и
зарубежные публикации, посвященные вопросам развития радиолокационных систем, а также Интернет-источники, указанные в списках литературы к каждой главе. При подготовке книги автор имел
возможность обсуждать затронутые в ней вопросы со своими коллегами, советы и рекомендации которых использовались. Автор выражает свою искреннюю признательность профессору М.С. Немировскому и рецензентам книги — заслуженным деятелям науки и техники РФ, принимавшим непосредственное участие во многих крупных
разработках радиолокационных систем, Э.И. Шустову и А.Б. Шмелеву.

Введение

Наука есть источник высшего блага для человечества в периоды мирного труда, но она
и самое грозное оружие защиты и нападения
во время войны.
Николай Дмитриевич Зелинский

Без сомнений, из всех предыдущих веков ХХ век по количеству
достижений в науке и технике оказался самым продуктивным. Это
проявилось и в радиотехнике, многие направления которой в ХХ веке получили бурное развитие. С момента создания А.С. Поповым
и Г. Маркони в 1895 г. первых беспроводных (радио)систем, предназначенных для передачи телеграфных сигналов, появлялись все
новые и новые направления ее применения.
К началу ХХ века относятся первые попытки Реджинальда Фессендена передачи с помощью радио звуковых сигналов, приведшие
в начале 1920-х годов к созданию и массовому распространению систем радиовещания. После изобретения электронного телевидения
в начале 1930-х годов началось создание систем телевизионного вещания. Техника передачи по радиоканалам данных, речи, а также
сигналов звукового и телевизионного вещания по наземным линиям
связи, а начиная с 1960-х годов, и по спутниковым каналам, постоянно развивалась. Это развитие продолжается и в настоящее время.
Упомянутые системы относятся к системам передачи и распространения информации с помощью радио. Они оказали исключительно
большое влияние на развитие нашей цивилизации. Однако значение современной радиотехники для жизни человеческого общества
не ограничивается только радиовещанием и связью.
В начале ХХ века были выдвинуты фундаментальные идеи «радиовидения» — создания радиосистем, с помощью которых можно
было бы днем и ночью, в условиях тумана и облачности определять
в пространстве направление на различные объекты и измерять расстояние от точки наблюдения до них. На основе этих идей были
созданы радиолокационные станции (РЛС) и радионавигационные
системы (РНС), нашедшие широчайшее применение для решения
разнообразных задач как военного, так и мирного характера. Со

Введение

здание таких систем привело к колоссальному прогрессу в технике
телекоммуникаций.
Необходимость повысить точность определения координат объектов потребовала освоения радиоволн дециметрового, а затем сантиметрового и миллиметрового диапазонов частот, создания мощных электронных и полупроводниковых приборов для передатчиков
таких систем, сложных управляемых антенн, приемных устройств
с высокой чувствительностью и т. п. Все эти достижения были использованы также при разработке новых систем подвижной, фиксированной и спутниковой связи.
Для удобства читателей ниже кратко отмечены те важнейшие
исторические события, которые привели к широкому применению
радиолокации во многих сферах человеческой деятельности. Более
обстоятельно история развития радиолокация излагается в главах
этой книги.

В.1. Этапы создания радиолокационной техники

Первые идеи о возможности создания локационных систем выдвинул в 1900 г. Никола Тесла. Однако к их реализации Тесла не
приступал. Первую действующую радиолокационную аппаратуру,
позволявшую использовать радиоволны для определения направления (пеленга) на невидимые объекты, создал в 1904 г. немецкий изобретатель Кристиан Хюльсмайер, давший своему прибору название
«телемобильскоп». На это устройство он получил патент в Германии
и вскоре запатентовал его во многих европейских странах, а также в
США. В конце того же года Хюльсмайер предложил двухантенное
устройство, позволявшее не только обнаруживать сигналы, отраженные от кораблей, но и определять расстояние до них. На него
он в 1905 г. получил британский патент. Устройства Хюльсмайера
были предназначены для обеспечения безопасности плавания судов
ночью и в тумане.
Первые практические применения радиоволн для измерения
расстояния до наблюдаемых объектов (измерения высоты ионосферных слоев над поверхностью Земли) были выполнены в 1925–1926 гг.
Э.В. Эпплтоном в Великобритании и Грегори Брейтом и Мэлром
Тьювом в США. Эпплтон использовал для этого сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), а и Брейт и Тьюв — импульсные.
Их работы были опубликованы, стали известны специалистам и оказали большое влияние на работы по созданию радиолокационных
систем в последующие годы.

Введение
9

Начало крупномасштабных работ по созданию радиолокационных систем (радаров) связано с задачами военного характера.
К
ним приступили в середине 1930-х годов — всего за несколько лет
до начала Второй мировой войны, развязанной гитлеровской Германией. Эти работы были направлены, в первую очередь, на создание
систем противовоздушной обороны (ПВО), которые должны были
надежно обнаруживать вражеские бомбардировщики на значительном расстоянии от цели, к которым они направлялись. Радары давали возможность зенитным батареям своевременно подготовиться
к стрельбе или направить истребители-перехватчики навстречу вражеским бомбардировщикам. К разработке РЛС почти одновременно
приступили ученые и инженеры Великобритании, США, Германии,
СССР и Японии.
Эти разработки, направленные на обеспечение
безопасности этих государств, были строго засекречены. К их выполнению были привлечены лучшие специалисты, перед которыми
была поставлена сложнейшая задача в кратчайшие сроки создать
новую технику, передать ее в армию и подготовить операторов для
ее применения.
В 1930 г. американский исследователь Лауренс Хайланд из исследовательской лаборатории ВМФ наблюдал интерференцию прямой радиоволны и радиоволны, отраженной от пролетавшего самолета, имевшей доплеровский сдвиг частоты. Им был получен первый патент на радар, пеленгующий движущийся объект, используя
явления доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала. В последующие годы было выдвинуто множество новаторских идей, на
которых основывалось постоянное совершенствование РЛС и расширение областей ее применения. В истории развития радиолокации
можно выделить несколько периодов. Ниже приведен краткий обзор важнейших достижений в этой области техники в ХХ столетии.

В.1.1. Развитие радиолокации в 1934–1940 гг.

В эти годы были разработаны первые радиолокационные станции, с помощью которых можно было бы в любую погоду днем и
ночью заблаговременно обнаруживать приближающиеся вражеские
самолеты на достаточно большом расстоянии от цели, к которой
они направлялись.
Самые первые РЛС (доплеровские), появившиеся в 1934 г., являлись, по сути, пеленгаторами, позволявшими определять направление, с которого приближался самолет. При этом использовались
непрерывные сигналы и явление интерференции прямой радиоволны и радиоволны с доплеровским сдвигом частоты, отраженной от

Введение

пролетавшего самолета. От идеи создания доплеровских РЛС разработчики в США, Великобритании и Германии вскоре отказались,
приступив к разработке более эффективных РЛС, в которых применялись импульсные сигналы малой длительности. Такие РЛС были
способны не только определить направление, с которого летел самолет, но и расстояние до него. В СССР над созданием доплеровских
РЛС специалисты работали до 1940 г., и первые РЛС, выпущенные
промышленностью СССР перед началом войны с Германией, были
доплеровского типа.
Следует отметить, что в 1930-е годы еще не были освоены диапазоны частот, не было электронных приборов, необходимых для
построения мощных импульсных передатчиков, в которых формировались бы импульсы с длительностью порядка нескольких мкс.
В эти годы еще не была также освоена техника создания антенн
с узкой диаграммой направленности (ДН), антенн с электронным
управлением в горизонтальной и вертикальной плоскостях, не была
отработана техника создания высокочувствительных широкополосных приемных устройств. Кроме того, еще не были созданы методы
решения многих задач, связанных с оптимальной обработкой принимаемых радиолокаторами сигналов, которые позволяли бы с высокой точностью определять координаты вражеских самолетов на
максимальной дальности. Поэтому первые РЛС создавались в полосах частот ниже 30 МГц. В Великобритании до начала войны на
южном и западном побережье была создана цепь РЛС Chain Home —
(«национальная цепь»), работавшая в этом диапазоне, сыгравшая
значительную роль в защите ее территории от налетов гитлеровской авиации в годы войны.
Вскоре была разработана передающая и приемная техника, позволявшая создавать РЛС, работавшие на метровых волнах (100...
...500 МГц). В диапазоне метровых волн можно было создавать антенны с достаточно высокой направленностью и сравнительно небольшими размерами. Применение таких антенн позволяло повысить разрешающую способность РЛС по угловым координатам (азимуту и углу места).
В предвоенные годы был выдвинут ряд идей, которые были реализованы в разработках РЛС в годы войны, а некоторые позже —
в послевоенные годы. В РЛС для повышения точности измерения
угловых координат начали применять антенны, имевшие несколько
лучей с достаточно широкой ДН, с помощью которых после обнаружения самолета его угловые координаты отслеживались по методу
равносигнальной зоны. Несколько позже для этой же цели стали