Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 9

Значение kр задают таким, чтобы на выходе приемникаобеспечивались заданные показатели качества обнаружения (вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги или требуемое значение отношения сигнал–шум q02 = 2 Eс / N 0 ); kш — коэффициент шума приемника, значение которого определяется видомвходного каскада приемника (на электронных лампах или на тран63зисторах); k = 1, 38 ⋅ 10−23 — постоянная Больцмана, Вт·с/град; Т —абсолютная температура, при которой определяется величины kш(обычно принимают Т = 290 K); Pш — мощность шума, Вт.Таким образом, можно получить различные выражения длярасчета максимальной дальности действия РЛС:Dmax =4maxEизл Gпрдσ ц Sан.прмmin16π 2 Eпрм=4maxEизл Gпрдσ ц Sан.прм16π 2 kр kш kT.Если использовать зависимость между коэффициентом усиления антенны G0 и ее эффективной площадью Sан :G0 =G0 λ 24πSанS=,илиан4πλ2то дальность действия может быть определена следующим образом:Dmax =4Eизл Sан.прд σ ц Sан.прмmin 24πEпрмλили Dmax =4Eизл G0 прд σ цG0 прм λ 2min64π 3 Eпрм.Если же в РЛС используется одна и та же антенна на передачуи на прием сигналов, то приведенные выражения несколько упрощаются:Dmax =42Eизл Saнσцmin 24πEпрмλили Dmax =4Eизл G02 σ ц λ 2min64π 3 Eпрм.В ряде случаев в формулах для определения максимальнойдальности действия РЛС удобно заменить отношение энергии излучения к пороговому значению энергии сигнала на входе приемminника на отношение соответствующих мощностей Pизл Рпрм.

Еслиполоса пропускания приемника Δf связана с длительностью импульса τ и соотношением Δfτи = ξ, то можно записатьEизлEизлP τPизл ξPP== изл и == изл ξ = излξ.minminkр kш kT kр kш kT k р kш kT Δf k р PшEпрмРпрм64При оптимальной полосе пропускания приемника (полоса пропускания согласована с длительностью импульса, и используютпростой зондирующий сигнал, т. е. Δfτ и = 1 ) можно записатьEизлP= изл.minminEпрмРпрмОсновные выводы, вытекающие из анализа формул для определения максимальной дальности действия РЛС таковы:• дальность действия РЛС определяется мощностью излучаемых сигналов и не зависит от их формы;• попытка небольшого увеличения дальности действия РЛСприводит к необходимости значительного увеличения мощностиизлучения или существенного повышения чувствительности приемника;• существенное повышение дальности действия РЛС можнообеспечить увеличением размеров антенного устройства или использованием коротких волн;• изменение ЭПР цели практически не влияет на дальностьдействия РЛС.Иногда передающая и приемная антенны разнесены на значительное расстояние.

Например, облучение цели производится самолетной РЛС, а прием отраженных сигналов осуществляет бортовая станция ракеты, самонаводящейся на цель. В этом случаеэнергия, переизлучаемая целью в направлении приемной антенныракеты, может быть определена по выражениюEц = Qц σ ц =Eизл G0 прд σ ц24πDпрд,где Qц — плотность потока мощности в точке нахождения цели;Dпрд — расстояние от излучающей РЛС до цели.Энергия отраженного сигнала на входе приемного устройстваракетыEизл G0 прд G0 прм σ ц λ 2Eс =,22Dпрм64π 3 Dпрдгде Dпрм — расстояние от цели до приемника.65Приравняв энергию сигнала к пороговому значению чувствительности приемника (5.1), получимDпрд Dпрм =Eизл G0 прд G0 прм σ ц λ 2min64π 3 Eпрм.Из этого соотношения следует, что при малом расстояниимежду целью и приемным устройством облучение цели можно вести с большого расстояния, и наоборот, при большом расстояниимежду целью и приемным устройством облучение цели необходимо производить с малого расстояния.

При этом главным требованием является соблюдение неравенства( Dпрд Dпрм ) ≤ ( Dпрд Dпрм ) max .5.2. Дальность действия радиолокационной станциипри наличии активного ответаВ некоторых случаях, например в системах запроса «свой —чужой», на объектах радиолокационного наблюдения устанавливают ответчики, или ретрансляторы (рис.

5.1).Рис. 5.1. Структурная схема РЛС с активным ответомЭнергия сигнала запроса на входе приемника (ответчика) нарасстоянии Dзп от запросчикаEс.зп =66Eизл.зп G0 прд.зп Sан.прм.от4πD 2,maxпричем на максимальной дальности запроса Dзпэта энергиядолжна быть равна чувствительности приемника (ответчика):minEпрм.от= kр.от kш.от kT ,где kр.от — коэффициент различимости ответчика; kш.от — коэффициент шума приемника (ответчика).Отсюда максимальная дальность по сигналу запроса будетопределяться следующим образом:D maxзп =Eизл.зп G0 прд.зп Sан.прм.отmin4πEпрм.от.Энергия ответного сигнала на входе приемника (запросчика)Eс.от =Eизл.от G 0 прд.от Sан.прм.зп4πD 2,причем на максимальной дальности ответа Dmax от эта энергиядолжна быть равна чувствительности приемника запросчика:minEпрм.зп= kр.зп kш.зп kT ,откуда максимальная дальность по ответному сигналу будет равнаD maxот =Eизл.от G0прд.от Sан.прм.зпmin4πEпрм.зп.Это выражение справедливо и для пассивной радиолокации,когда цель излучает энергию Eц = Eизл.от , а направленность излучения характеризуется коэффициентом усиления Gц = G0 прд.от .Параметры системы с активным ответом должны быть выбраны таким образом, чтобы выполнялось равенствоmaxD maxзп = D от ,иначе дальность действия РЛС будет определяться наименьшим изследующих двух значений: по каналу запроса или по каналу ответа.67maxПолагая, что D maxзп = D от , можно вывести формулу для вычисления максимальной дальности системы с активным ответом (перемножая выражения для определения максимальной дальности):max maxD maxакт = D зп D от =Eизл.зп Eизл.от Sан.прд.зп Sан.прм.зп Sан.прд.от Sан.прм.отE minпрм.зпmin2Eпрм.отλ 2зп λ от,где λ зп — длина волны запросчика; λ от — длина волны ответчика.maxmaxИсходя из равенства Dзп= Dот, энергетические параметрысистемы должны удовлетворять условиюmin2Eизл.зп Eпрм.от Sан.прд.от Sан.прм.зп λ зп= min.2Eизл.от Eпрм.зп Sан.прм.от Sан.прд.зп λ отЕсли запрос и ответ осуществляются на одной частоте, а дляпередачи и приема и у запросчика, и у ответчика используется однотипная антенна, то последнее равенство приводится к видуminEизл.зп Eпрм.от= min .Eизл.от Eпрм.зпЭто соотношение называют уравнением сбалансированной системы с активным ответом.5.3.

Дальность действия радиолокационной станциис учетом кривизны Земли и атмосферной рефракцииПоскольку УКВ-радиоволны не могут огибать выпуклые поверхности, то дальность действия РЛС будет ограничиваться предельным значением Dпред прямой видимости (рис. 5.2).Предельная дальность (дальность прямой видимости) РЛС зависит от высоты h антенны и высоты H цели и определяется выражениемDпред = ( RЗ + h) 2 − RЗ2 + ( RЗ + H )2 − RЗ2 ,где RЗ = 6370 км — радиус Земли.68Dпред = 2 RЗ()ЗУчитывая, чтоRЗ hиRЗ H , можно получить (в километрах)h+ H == 113()h+ H .Рис. 5.2. Определение преНеоднородности слоев земнойдельной дальности РЛСатмосферы по высоте часто привос учетом кривизны Землидят к искривлению траектории распространения радиоволн (рефракции).

Характер рефракции зависит от изменения коэффициентапреломления n при изменении высоты. Значение n определяется извыражения4,81 ⋅ 103 pп ⎞77,6 ⋅ 10−6 ⎛n = ε ≈1+⎜ pв +⎟,TвTв⎝⎠где Tв — абсолютная температура воздуха, K; pв — барометриче-ское давление воздуха, Па; pп — парциальное давление водяныхпаров, Па.В стандартной атмосфере при увеличении высоты барометрическое давление pв и давление водяных паров pп уменьшаютсябыстрее, чем температура Tв , поэтому при нормальных атмосферных условиях значение коэффициента преломления у поверхностиЗемли n = 1, 0003 уменьшается с высотой H.

Для стандартной атмосферы скорость изменения коэффициента преломленияdn / dH = −4 ⋅ 10−8 1 / м. Это приводит к искривлению траектории всторону горизонта — положительной рефракции, увеличивающейдальность действия РЛС, как бы отодвигая горизонт.Увеличение дальности обнаружения РЛС обычно учитывают«заменой» фактического радиуса Земли RЗ его эффективным значением RЗ.эфф . Эффективный радиус Земли определяется выражением1RЗ.эфф=1dn.+RЗ dH69При этом считают, что атмосфера Земли однородна и радиоволны распространяются прямолинейно.

Для стандартной атмосферы RЗ.эфф = 4 RЗ / 3 = 8500 км, и выражение для вычисленияпредельной дальности (в километрах) с учетом рефракции будетиметь видDпред.р = 130()h+ H .В атмосфере, отличающейся от стандартной, характер рефракции может сильно изменяться. Например, при значенииdn / dH ≤ −15, 7 ⋅ 10−8 1/м наблюдается сверхрефракция, когдакоэффициент преломления n уменьшается с увеличением высоты H настолько быстро, что в нижних слоях атмосферы происходит полное внутреннее отражение радиоволн, т. е. наблюдается «волноводный» характер распространения радиоволн либомежду двумя слоями атмосферы, либо между слоем атмосферыи Землей.В условиях сверхрефракции резко увеличивается дальностьдействия РЛС. Такое явление может возникнуть, когда перегретые воздушные массы выносятся на поверхность моря и с увеличением высоты повышается температура и понижается влажность.

Известны случаи, когда РЛС с дальностью обнаружениянесколько десятков километров в районах с тропическим климатом обнаруживали цели на расстояниях свыше тысячи километров.Градиент показателя преломления атмосферы может иметь иположительное значение.

Тогда имеет место субрефракция, прикоторой траектория распространения радиоволн отклоняетсявверх. Явление наблюдается, когда поверхность моря нагретасильнее, чем воздушные массы, в результате чего дальность действия РЛС резко уменьшается.В РЛС коротковолнового диапазона появляется возможностьсверхдальнего обнаружения целей.

Короткие радиоволны (особенно при небольших углах места φ у.м ) многократно отражаются отслоев ионосферы и поверхности Земли, обеспечивая обнаружениецелей далеко за пределами прямой видимости.705.4. Дальность действия радиолокационной станциис учетом отражений радиоволн от поверхности ЗемлиПодробно этот вопрос рассматривается в теории распространения радиоволн. Мы же рассмотрим простейший случай, когда поверхность Земли в точке отражения достаточно гладкая и идеальноотражает радиоволны, а цель наблюдается при малых значенияхугла места (ϕ у.м ≤ 10°).Если диаграмма направленности по углу места достаточно широкая, а цель наблюдается под малым углом места, то радиоволныдостигают цели как прямым путем, так и отражаясь от земной поверхности в точке О (рис.