Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 10

5.3).AРис. 5.3. Распространение радиоволн с учетом отражения отповерхности землиBAВ результате интерференции двух волн в точке расположенияцели получим суммарную волну, интенсивность которой будетзависеть от разности фаз прямой и отраженной от поверхностиЗемли волн. Введя зеркальное изображение антенны в точке A′,легко определить разность хода двух волн:Δr = A′ B = 2h sin φ у.м ,где h — высота расположения антенны РЛС; φ у.м — текущий уголместа цели, изменяющийся при наблюдении за целью.Полагая текущее значение угла места цели малым, амплитудунапряженности поля излучения в точке цели с учетом влиянияЗемли можно определить из выражения71Енапр.зм ≈ 2 Енапр sin2πhφ у.мλ,где Енапр — амплитуда напряженности поля без учета влиянияЗемли; λ — длина излучаемой РЛС волны.Из этого выражения следует, что результирующая диаграмманаправленности антенны под влиянием Земли расщепляется иприобретает многолепестковый характер с максимумами 2Енапр вточках, где sinsin2πhφ у.мλ2πhφ у.мλ= 1, и нулевыми минимумами в точках, где= 0 (рис.

5.4).Рис. 5.4. Результирующая диаграмманаправленности антенны РЛСНулевые направления определяют из условия2πhφ у.м / λ = kπ, k = 0, 1, 2, ..., т. е. ϕ у.м = kλ / 2h.Максимальное число нулевых направлений (кроме φ у.м = 0 )может быть найдено из соотношенияsin2πhφ у.мλ≤ 1,откудаkmax λh≤ 1 или kmax =.2hλ/272Направления максимумов лепестков диаграммы направленности (см. рис. 5.4) определяются из условия2πhφ у.моткудаλπ= (2k + 1) , k = 0, 1, 2, ...,2φ у.м =2k + 1 λ.2 2hШирина лепестка диаграммы направленности может бытьопределена через величину угла между двумя соседними максимумами и равна θ у.м = λ / 2h, а угол места максимума первого(нижнего) лепестка равен λ / 4h.Поскольку плотность потока мощности излучения пропорциональна коэффициенту усиления антенны в направлении излучения,можно записать22πhφ у.мG0зм Енапр.зм,= 2= 4 sin 2G0λЕнапроткуда коэффициент усиления антенны с учетом влияния поверхности земли2πhφ у.мG0зм = G0 4 sin 2.λДальность действия РЛС с учетом влияния поверхности землиможет быть определена по формулеmaxDзм= 2 Dmax sin2πhφ у.мλ,где Dmax — максимальная дальность действия РЛС в свободномпространстве.При обнаружении низколетящих целей ( H D) синус можнозаменить его аргументом:sin2πhφ у.мλ= sin2πhH 2πhH,≈λDλD73поэтому коэффициент усиления антенны с учетом влияния поверхности земли может быть определен следующим образом:G0зм = G016π 2 h 2 H 2.λ2 D2Тогда максимальная дальность действия РЛС при обнаружениинизколетящей цели может быть установлена по выражениюmaxDзм=4Eизл G02 σ ц λ 2min64π 3 Eпрм=8Eизл 4πG02 σ ц h 4 H 4min 2Eпрмλ,из которого вытекает, что дальность действия РЛС слабее зависитminот энергетического потенциала станции (от отношения Eизл / Eпрм),чем в случае для свободного пространства, поскольку выражениепод знаком корня имеет восьмую степень.

Более существеннодальность обнаружения цели зависит от высоты ее полета H и высоты антенны h. Наиболее эффективным способом увеличениядальности является увеличение высоты антенны РЛС.Обычно РЛС сантиметрового диапазона имеют узкие диаграммы направленности, поэтому в направлении поверхностиземли излучается весьма незначительная часть энергии, что даетвозможность исключить влияние земли на дальность действиятаких РЛС.Зеркальное отражение, для которого получены расчетныеформулы, приведенные в п. 5.4, в реальных условиях очень редко. Наличие «провалов» в реальной диаграмме направленностиантенны существенно ухудшает наблюдаемость целей, а еслинизколетящая цель находится ниже направления первого максимума, то обнаружить ее практически невозможно.

Ввиду различного рельефа местности на разных азимутах изменяется характеротражения радиоволн от поверхности Земли, что ухудшаетнаблюдение за целями.Для эффективного наблюдения за низколетящими целями (дляформирования отчетливого максимума нижнего лепестка) производят расчистку и выравнивание местности в окрестности РЛС нарасстоянии r ≈ 25h 2 / λ и используют уклоны местности в направ74лении возможного появления целей (создается наклон максимумапервого лепестка в сторону поверхности Земли на угол уклонаместности).Реальные характеристики направленности и дальность действия РЛС в каждом конкретном случае определяют на основе необходимых измерений при облете РЛС на различных высотах.

Присмене дислокации РЛС все измерения повторяют.5.5. Влияние ослабления энергии радиоволнна дальность действияЭнергия радиоволн при распространении в атмосфере снижается вследствие ее поглощения и рассеяния молекулами кислорода, водяным паром, частицами пыли, каплями тумана, дождя, снежинками и другими неоднородностями атмосферы. Ослаблениеэнергии радиоволн диапазона волн λ > 10 см весьма незначительно, поэтому для РЛС, работающих в этом диапазоне, им можнопренебречь.В радиоволнах с длиной волны λ ≤ 10 см ослабление их энергии может быть значительным, что существенно снижает дальность действия РЛС. При прохождении радиоволн в прямом и обратном направлениях через участок атмосферы длиной l км, накотором затухание составляет δп , дБ/км, общее ослабление энергии сигналов на входе приемника будет равно 2lδ п , дБ .

Выражаяв децибелах отношение энергий сигналов на входе приемника РЛСбез учета (Ec) и с учетом (Eсп) потерь энергии в атмосфере, можнозаписать10lgЕс= 2lδп ,Еспгде l — длина участка атмосферы, на котором наблюдается затухание радиоволн; δп — коэффициент затухания (значения коэффициента затухания для различных метеоусловий приведены всправочной литературе).Переходя к натуральным логарифмам, последнее выражениеможно преобразовать к виду75lnЕсЕlδ= 2,3lg с = 2,3 ⋅ 2 п = 0, 46δпl ,ЕспЕсп10откудаЕсп = Ес e −0,46δп l .Таким образом, ослабление энергии в атмосфере носит экспоненциальный характер.Напряженность поля излучения связана с дальностью действияРЛС соотношениями (соответственно при отсутствии и наличииослабления)Ес =kDkи Есп = D4 e −0,46δпl ,4DDгде k D — величина, зависящая от параметров, входящих в выражение для расчета дальности.min на вхоОдному и тому же пороговому значению сигнала Eпрмде приемника РЛС будет соответствовать различное значениемаксимальной дальности действия РЛС:minEпрм=kDk= 4 D exp(−0, 46δп l ).4Dmax Dmах пОтсюда можно найти выражение для расчета максимальнойдальности действия РЛС с учетом потерь энергии радиоволн в атмосфере:Dmax п = Dmax exp(−0,115δ пl ).При приближенных расчетах технических характеристик РЛСв средних широтах по целям на высотах 5…6 км часто учитывают дождь средней интенсивности (4 мм/ч) на всей трассе распространения радиоволн.

Однако при l = Dmax п последнее уравнениепревращается в трансцендентное, не разрешаемое относительновеличины Dmax п . Решить его можно лишь методом последовательного приближения либо с помощью графиков из справочнойлитературы.76В общем случае, когда необходимо учитывать как ослаблениеэнергии в кислороде и парах воды на всей длине трассы, так и наее отдельных участках li (зоны тумана или дождя), выражение длярасчета максимальной дальности действия РЛС примет видn⎧⎪⎡⎤ ⎫⎪Dmax п = Dmах exp ⎨ −0,115 ⎢δп D Dmах п + ∑ δп i li ⎥ ⎬ ,⎪⎩i =1⎣⎦ ⎪⎭(5.3)где δп D — коэффициент затухания на всей трассе; δп i — коэффициент затухания на i-м участке трассы.Для определения Dmax п сначала вычисляют вспомогательнуювеличину⎧⎪⎡ n⎤ ⎫⎪Dп = Dmах exp ⎨−0,115 ⎢ ∑ δ ni ⋅ li ⎥ ⎬ ,⎣ i =1⎦ ⎪⎭⎪⎩а затем полученное значение Dп подставляют в формулу (5.3):Dmах п = Dп exp { −0,115δ nD Dmах п } .Полученное уравнение решают с помощью графических зависимостей дальности действия РЛС от степени затухания радиоволн в атмосфере (рис.

5.5).Рис. 5.5. Зависимости дальности действия РЛС с учетом степени затуханиярадиоволн в атмосфере от дальностидействия РЛС в свободном пространствеЭти зависимости справедливы и в случае собственного радиоизлучения цели, поскольку вдвое меньшее затухание радиоволн прираспространении в одном направлении компенсируется квадратичной зависимостью дальности от энергии принимаемого сигнала.77Глава 6.

РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ОБЗОР ПРОСТРАНСТВА6.1. Основные положенияРадиолокационный обзор пространства заключается в периодическом облучении всех точек зоны обзора и приеме отраженныхсигналов от всех целей, находящихся в этой зоне.Обзор называется одновременным, если координаты целейопределяются сразу во всех элементах разрешения в пределах всейзоны обзора. Одновременный обзор применяют чрезвычайно редко по причине существенных трудностей его реализации. Если измерение координат различных целей разнесено во времени и выполняется путем перехода от одних целей к другим, обзорназывается последовательным.

С практической точки зрения обзорвсегда является последовательным. Действительно, время запаздывания отраженных сигналов зависит от дальности цели и, следовательно, сигналы, отраженные от ближних целей, всегда приходят раньше, чем от дальних целей. Но это обстоятельство можноне принимать во внимание, поскольку продолжительность облучения цели Tобл при однократном проходе зоны обзора лучом РЛС(время приема сигналов от цели) существенно превышает максимальное время запаздывания:maxTобл tзад=2 Dmax.c(6.1)Если условие (6.1) выполняется, то можно считать, что сигналы, отраженные от целей, расположенных на разных дальностях,принимаются на РЛС одновременно.Иногда преднамеренно используют последовательный обзорпо дальности.

При этом приемник РЛС включается в работу только на время прихода сигналов с интервала дальности ΔD, значительно меньшего максимальной дальности действия станции. НаРЛС последовательно просматривают интервалы ΔD, начиная смалых дальностей и заканчивая большими, или наоборот. Однаковремя наблюдения сигналов от каждого участка дальности ΔDустанавливают равным Tобл .78Чаще всего обзор оказывается последовательным еще и потому, что ширина диаграммы направленности антенны РЛС значительно меньше угловых размеров заданной зоны обзора. Узкий лучпо определенному закону перемещается по всем возможнымнаправлениям, обеспечивая поиск сигналов в пределах заданнойзоны обзора.6.2. Период последовательного обзораПоследовательное однолучевое сканирование заданного пространства может производиться достаточно узким иглообразнымили веерообразным лучом антенны РЛС.