Некрасов Юрий Валентинович : другие произведения.

Моя милиция пользуется радаром

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Как радар делает ошибки.

Юрий Некрасов

Моя милиция пользуется радаром

Как радар делает ошибки.

   И так Вас остановили на дороге за превышение скорости. Милиция, так мы будем называть сотрудников ГИБДД, чтобы не оскорблять наш слух и этих самых сотрудников, использовала радар. С "новейшей технологией" не поспоришь, она застрахована от ошибок. Так ли это?
Конечно, нет. Каждый радар для определения нарушения скорости, состоящий на вооружении нашей милиции или полиции даже самой индустриально развитой страны, имеет в настоящее время пока неизлечимые недостатки. Эти недостатки являются причиной определения в качестве нарушителя совершенно постороннего и законопослушного водителя. Они же приводят к неправильному измерению скорости. Давайте вспомним теорию и разберём упомянутые выше недостатки радара.
   Базовая теория радара
   Прежде чем обсуждать проблемы надежности определения скорости радаром необходимо понять основные принципы распространения электромагнитных волн.
Радар - это устройство, излучающее электромагнитные волны обычно на микроволновых частотах. Это электромагнитное излучение распространяется со скоростью света. Основное заблуждение водителей о работе радара состоит в том, что они думают, что требуется время для посылки сигнала и его возвращения. А электромагнитное излучение это незатухающая волна, а не импульс.
   Эффект Доплера
   Рис.1 иллюстрирует эффект Доплера, создаваемый движущимся автомобилем. Doppler effect [Moen] Рис. VI 1
Основной принцип измерения скорости радаром основан на эффекте Доплера. Когда мы слышим вой приближающихся сирены, рёв гудков, шум работающих двигателей, то их звук будет иметь более высокий тон, чем те же звуки при удалении их источника от нас. Причина этого - то, что источник звука "преследует" звук и "сжимает" звуковые волны при приближении. При удалении источник стремится убежать от звука и "растягивает" звуковые волны.
Теперь, когда мы понимаем, что приближающиеся и удаляющиеся волны будут иметь различные частоты; результирующая волна будет иметь частоту, называемую "частотой биений". Именно эту частоту фактически измеряет радар для определения скорости транспортного средства, приближающегося к нему или удаляющегося от него.
Всё это имеет смысл, когда радар правильно калиброван и нужное значение выбрано для формы электромагнитных колебаний. При этом луч должен быть направлен точно на объект. Однако имеются проблемы, которые могут вести или к неправильному опознаванию объекта или неправильному замеру скорости.
   Ширина луча
   А теперь поговорим о ширине луча. Милиция в России и дорожная полиция за рубежом делают всё возможное, чтобы заставить Вас поверить, что радар излучает луч с чёткими характеристиками. Внутри луча есть электромагнитный сигнал, а вне луча вообще нет никакого сигнала.
Фактически, ничто не может быть так далеко от правды.
Ширина луча радиолокационного луча в научных терминах определена как 3 децибела. Мы не будем утомлять читателя научными терминами и выкладками, только скажем, что вне определенной только что ширины луча присутствует сигнал. И в тех радарах, в чьих руководствах ширина луча определена в 12 градусов, фактически электромагнитная энергия присутствует в диапазоне 24 градусов.
На Рис. 2 ясно видно, как широко распространяется электромагнитная энергия от середины луча.
  
deviation angle [Moen] Рис. VI 2
Красные вертикальные столбцы на этой диаграмме представляют ширину луча в 3 децибела. Обратите внимание на электромагнитную энергию радара вне определенной ширины луча.
Но есть ещё более сложные проблемы. Сигнал существует не только в основном луче свете, но и в других направлениях. Эта энергию называют боковыми лепестками. Боковые лепестки - проблема всех радарных систем, даже наиболее дорогих и сложных, как военные системы. Эти боковые лепестки представляют проблему для всех методов, применяемых для их уменьшения. Хотя для них нашлось очень важное использование в эпоху глушения неортодоксальных радиопередач.
Рисунок 3 хорошо иллюстрирует главный луч и боковые лепестки
  
  
   principal ray [Moen] Рис. VI 3
Если бы наши разработчики военной техники поверили бы сказкам милиции о том, что их радары не имеют боковых лепестков, то они скрупулёзно бы их изучали для использования в военных разработках. Но беда слушающих милицию состоит в том, что в боковом лепестке может оказаться автомобиль-нарушитель, а милиция без заднего умысла припишет это нарушение автомобилю, находящемуся в главном луче.
   Ослабление
   На энергию, которая возвращается к радару от объекта, воздействуют несколько факторов:
Возвращаемая энергия будет зависеть от излучаемой радаром энергии.
Антенна оказывает большое влияние эффект на величину возвращаемой энергии.
Отражательная способность объекта - очень важный фактор для правильного определения скорости. Недаром военные стремятся снизить отражательную способность своих боевых машин, чтобы остаться вне поля зрения вражеских радаров.
Расстояние от радара до объекта - ещё один критический фактор. Тем более, милицейские справочники используют неправильные формулы для расчетов зависимости возвращаемой энергии от расстояния от радара до объекта. Здесь игнорируются потери энергии при излучении, а учитываются только при отражении. Разница может достигать до 16 раз.
Давайте рассмотрим проблему бокового лепестка. Возьмём два транспортных средства, один в первом боковом лепестке, и другом в главном луче. Если транспортное средство в боковом лепестке находится на расстоянии 1 км, на каком расстоянии должно быть другое транспортное средство в главном луче, чтобы отразить ту же самую силу сигнала, как и транспортное средство в боковом лепестке? Если использовать ту неправильную формулу, о которой мы говорили раньше, то ответ будет 4,5 км, а фактически он будет еще дальше на расстоянии 10 км. Подумайте хорошенько, когда в следующий раз Вам будут морочить голову.
Итак, только неправильное уравнение и эффект бокового лепестка уже могут подвергнуть сомнению способность радара определять скорость и опознавать объект. Но это только цветочки ягодки ждут нас впереди. Ягодки - это технические недостатки, присущие всем радарам, используемым милицией для определения скорости и обнаружения нарушителя. Цветочки - это индивидуальные факторы, часто встречающиеся при применении радара для тех же целей.
   Эффект косинуса
   Этот эффект происходит с Доплеровским смещением, описанным выше.Если транспортное средство движется прямо на радар, то преобразования Доплеровского смещения дадут правильную скорость транспортного средства. Однако, если транспортное средство движется не прямо на радар, а под некоторым углом (например, при изгибе дороги между транспортным средством и радаром), то составляющая скорости транспортного средства, направленная в сторону от радара, будет измерена неправильно. В этом случае измеренная скорость транспортного средства будет ниже его фактической скорости. Измеренная скорость транспортного средства будет равна произведению фактической скорости и косинуса угла между радаром и транспортным средством.
При стационарном способе установки радара погрешность будет всегда в пользу транспортного средства, т.к. показания прибора будет ниже, чем действительная скорость.
Но эффект косинуса может быть в ущерб транспортному средству в случае подвижного радара, установленного на патрульной машине. Подвижный радар работает с двумя скоростями: транспортного средства, приближающегося к патрульной машине, и самой патрульной машины. При этом скорость патрульной машины измеряется Доплеровским смещением отражений от неподвижных предметов, например, земной поверхности, зданий и т.п Доплеровское смещение отражений от транспортного средства замеряет скорость сближения между транспортным средством и патрульной машины. Если скорость сближения (т.е. сумма скоростей транспортного средства и патрульной машины) была замерена в 180 км. в час, а отражения от земной поверхности давали показание в 100 км. в час, то скорость отражений от земной поверхности вычитается из скорости сближения и равна 80 км. в час, что является фактической скоростью транспортного средства, приближающегося к патрульной машине.
Однако, если радар получал отражения под некоторым углом от неподвижных предметов, то замеренная скорость патрульной машины была ниже фактической (например, 90 км. в час в нашем случае). В результате измеренная скорость транспортного средства будет 90 км. в час, что выше его фактической скорости. Такое может случиться, если радар установлен с нарушением правил и направлен не строго вперед.
cosine effect [Moen] Рис. VI 4
  
   На Рис. VI 4 угол от полицейского автомобиля до объекта (ф) приведет к более низкому показанию измеренной скорости. Однако, угол от патрульной машины до неподвижных зданий (ш) приведет к измерению более низкой скорости патрульной машины, в результате выдавая более высокое показание скорости объекта.
   Теневой эффект
   Рассмотрим ещё один случай неправильного определения скорости подвижным радаром. В этом случае неправильно измеряется скорость патрульной машины. Это случается, когда патрульный автомобиль следует за любым транспортным средством, скорость которого не интересует милицию. Радар в патрульной машине должен был бы получить отражение от неподвижных объектов, но вместо этого случайно получает отражения от другого случайного транспортного средства, следующего в том же самом направлении. В результате скорость патрульной машины определена неправильна.
Например, если патрульная машина фактически делает 80 км. в час, а другое случайное транспортное средство, следующее в том же самом направлении, имеет скорость 40 км. в час, то измеренная скорость патрульной машины была бы 40 км. в час. Если приближающийся автомобиль, скорость которого измеряет радар, идёт с фактической скоростью 60 км. в час, Радар правильно определит скорость сближения в 140 км. в час. Но при определении скорости объекта из скорости сближения (140 км. в час) будет вычтена неправильно определённая скорость патрульной машины (40 км. в час), а показания радара скорости объекта будут вместо фактических 60 км. в час - 100 км. в час.
Эти случаи бывали в прошлом и без сомнения произойдут в будущем.
   Рикошет
   Это происходит при неправильно выбранном месте для радара, например, перед большой по площади поверхностью (рекламными щитами, крупногабаритными транспортными средствами и т.п.) Эти поверхности отражают сигнал радара. Это может приводить к неправильному определению нарушителя. wrong installation [Moen]
Рис. 5 иллюстрирует случай, когда при плохо установленном радаре милиция хочет измерить скорость приближающегося автомобиля, но вместо этого получает скорость автомобиля, следующего за автобусом.
  
   Рис. VI 5
   Помехи
   Существуют разнообразные формы помех, которые могут приводить к неправильным измерениям скорости или опознавания нарушителя. Это могут быть высоковольтными линиями энергоснабжения, радиопередатчиками, радарами, обслуживающими аэропорт, и другими электронными устройствами с большой выходной мощностью.
Существуют также вывески и рекламные устройства типа вращающихся цилиндров или качающихся щитов. Они могут приводить к неправильным измерениям; радар может фактически обнаруживать эти движущиеся объекты и измерять их скорость, что приводит к неправильному определению фактического нарушителя.
В дополнение к искусственным источникам помех, имеются также естественные источники. Это - например, качающиеся ветром деревья и т.т. Дождь и снег, вследствие того, что частота, на которой работает радар, очень близка к водопоглотительной частоте, значительно ослабляют радиолокационный луч, уменьшая характеристики дальности действия радара.
   Лазерный локатор
   Лазерный локатор работает в режиме пульсации, и скорость определяется, путём измерения времени, которая составляет разницу возвращающимися импульсами.
Ошибки определения объекта лазерным локатором очень редки, т.к. лазерный луч - когерентен, а ширина луча очень мала.
Если бы лазерный луч был бы точно нацелен и удержан на некоторой части транспортного средства, то лазерный локатор измерял бы скорости с высокой степенью точности. Однако, существуют погрешности панорамирования, которые могут быть причиной неправильных измерений. Возьмём случай с автомобилем, делающим 60 км. в час (16,7 м. в сек.). Предположим, что лазерный локатор произвёл измерения скорости ветрового за одну секунду.
Теперь, при считке показаний, которые займут ещё одну секунду, луч переместится на номерной знак, расположенный на два метра ближе ветрового стекла, лазерный локатор зафиксирует дополнительную скорость 2 м. в сек. (или 7.2 км. в час). Конечный зафиксированный измеренный результат будет 67 км. в час вместо фактических 60 км. в час. Так законопослушный водитель может стать нарушителем. При скорости считки за полсекунды и прочих равных условиях водитель окажется в ещё худших условиях. Но другие условия могут играть на руку водителю.
   Другие соображения
   К нашей милиции не относятся. Существуют стандарты на спидометры, радары и прочую аппаратуру, где определена возможная неточность приборов. У нас такие вещи в расчёт не принимаются. В этой статье не описываются трюки преступных сотрудников милиции, т.к. мы не занимаемся уголовным правом.
  
  
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"