Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (1021137), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Значения GиАэфф являются функциями угловых координат:G ( ε,β ) = Gmax Fn2 ( ε,β ) ,Aэфф ( ε,β ) = Aэфф max Fпр2 ( ε,β ) ,(3.36)здесь Fп(пр) (ε, β) – нормированная характеристика антенны РЛС по полю напередачу (прием).Если для приёма и передачи используется одна антенна, то Fп(ε, β) = =Fпр(ε, β) = F(ε, β).Тогда с учетом выражения (3.36)=rц maxЭ ⋅ Gmax ⋅ Aэфф max ⋅ σц4Эпор ( 4π )2⋅ F ( ε,β ) .В направлении максимума ДНА F(ε, β) = 1, поэтому дальность обнаружения будет максимальной:2 Радиолокационные системы. Учеб.108ГЛАВА 3 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ3.5. ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛССледовательно, rц max = r0 max F(ε, β).Из теории антенн известна взаимосвязь:Gmax =4π ⋅ Aэфф maxλ2.(3.37)В этом случаеДля импульсных РЛС Э = Эи = Ри·τи, где Ри,τи – мощность и длительностьимпульса.Проведем анализ дальности действия РЛС.
Из уравнения радиолокацииследует, что максимальная дальность действия РЛС пропорциональна корнючетвертой степени из энергии ЗС. Например, при увеличении мощности ЗС в16 раз дальность обнаружения цели возрастает в 2 раза. Аналогично влияниеЭпр пор и σц.Более эффективно влияет на дальность действия РЛС изменение параметров антенны. Дальность действия пропорциональна корню квадратномуиз Gmax.Зависимость дальности действия от λ более сложная.
Если зафиксировать Аэфф антенны, то уменьшение λ ведет к увеличению дальностидействия. При фиксированном коэффициенте усиления антенны Gуменьшение λ ведет к уменьшению дальности действия, так как уменьшится Аэфф.Таким образом, дальность действия РЛС может быть повышена какза счет улучшения характеристик приёмных и передающих устройств РЛС,так и за счет улучшения характеристик антенны. При проектировании необходимо учитывать указанные выше факторы в комплексес ограничениями на техническую реализуемость устройств РЛС и обеспечение других её характеристик.3.5.2.
ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛИ И АТМОСФЕРЫ НА ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РЛСВлияние атмосферы.На дальность действия РЛС могут повлиять различные эффекты, возникающие при распространении радиоволн в атмосфере Земли.Основными из них являются:искривление траектории распространения (рефракция); Радиолокационные системы. Учеб.109ГЛАВА 3 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ3.5.
ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛСзатухание радиоволн;изменение характера поляризации колебаний в ионосфере.Искривление траектории (явление рефракции) вызывается изменениемкоэффициента преломления тропосферы и ионосферы по высоте.Характер и величина рефракции зависят от вертикального градиентакоэффициента преломления dn/dН (рис. 3.20). При dn/dН > 0 имеет местоотрицательная рефракция (кривая 1); при dn/dН < 0 (кривая 3) рефракция положительная. При dn/dН = 0 (кривая 2) рефракция отсутствует, т. е. луч распространяется по прямолинейной траектории.12345Рис. 3.20. Траектории распространения радиоволнПоложительная рефракция возникает и наблюдается практически постоянно. В случае положительной рефракции луч отклоняется от прямолинейной траектории к Земле.
Дальность обнаружения низколетящих целей приэтом увеличивается. Существует критическая положительная рефракция, когда радиус кривизны луча равен радиусу земного шара. При этом луч распространяется параллельно земной поверхности (кривая 4). При бόльшем радиусе кривизны луча (кривая 5) отраженный от земли луч может вновь многократно искривиться и отразиться от Земли и без заметного ослабления достичь весьма удаленных точек. Это явление носит название сверхрефракции; воптическом диапазоне волн – это мираж.При сверхрефракции волна распространяется в слое, который называют тропосферным волноводом.
Его высота составляет 40–200 м.Условиями возникновения сверхрефракции являются: увеличение температуры в зависимости от высоты (dT/dН > 0) и резкое уменьшение влажности (dn/dН < 0).Среди многих метеорологических условий, приводящих к возникновению сверхрефракции, можно отметить случай переноса воздуха, нагретогонад сушей, на более холодную поверхность моря. Более вероятно возникновение инверсного слоя небольшой толщины, поэтому сверхрефракция чащенаблюдается в сантиметровом, чем в метровом диапазоне волн.Сверхрефракция может возникнуть также над пустынями и полупустынями.
Однако она не носит регулярного характера и в ряде случаев может послужить причиной создания взаимных помех РЭС. Радиолокационные системы. Учеб.110ГЛАВА 3 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ3.5. ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛСОтрицательная рефракция может возникнуть во время снегопада.Наиболее вероятной в реальных условиях является нормальная рефракция,характерная для нормальной тропосферы.Одним из наиболее существенных факторов влияния ионосферы нараспространение радиоволн (РРВ) является отражение коротких волн от ионосферы, что делает возможным радиолокацию объектов, находящихся в области тени Земли (рис. 3.21).Рис. 3.21. Эффект КабановаЭкспериментальное подтверждение возможности приема последовательно отраженных от ионосферы и земной поверхности радиоволн впервые получил советский ученый Н.И.
Кабанов в 1946–1948 годах. В связи с этим отмеченное явление получило название эффекта Кабанова. На основе использования эффекта Кабанова возникла загоризонтная радиолокация, а также осуществляется возвратно-наклонное зондирование ионосферы с целью изучения еёсостояния и параметров.Затухание радиоволн в атмосфере обусловлено поглощением их энергии свободными молекулами кислорода и водяного пара, а также взвешенными частицами – пылинками и каплями воды. Кроме того, происходит рассеяние радиоволн жидкими и твердыми частицами.Затухание радиоволн характеризуют коэффициентом затухания α, который учитывают при расчете дальности действия РЛС по формулеrц=r0 max ⋅10−0,05α∆r ,maxгде r0 max – максимальная дальность действия РЛС в среде без потерь;α – коэффициент затухания, дБ/км;Δr – участок трассы, на котором происходит затухание.Величина коэффициента α зависит от длины волны (рис.
3.22). Радиолокационные системы. Учеб.111ГЛАВА 3 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВα, дБ/км3.5. ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛСα, дБ/км1010010010151 510,110,10,0010,00010,1 1а)10100кислородводяные парыλ, см0,1 0,30,5 13 5б) в дожде и туманеλ, смРис. 3.22. Затухание радиоволн в атмосфереРезонансные максимумы поглощения энергии ЭМВ молекулами кислорода соответствуют длинам волн λ = 0,25; 0,5 см; водяного пара – λ = =0,075; 0,015; 1,35 см. При длине волны λ > 10 см влиянием водяного пара назатухание можно пренебречь. Около 50 % потерь в тропосфере приходится напервые 300 м высоты.Физика процесса поглощения радиоволн в ионосфере состоит в том, чтосвободные электроны, сталкиваясь с тяжелыми частицами, передают им частьэнергии, полученной от электромагнитного поля волны.
Эта энергия преобразуется в энергию теплового движения тяжелых частиц. Учет поглощения радиоволн в ионосфере производится так же, как в тропосфере.Рассеяние радиоволн может происходить и на неоднородности тропосферы. Они представляют собой области, в которых ε и n отличаются от ихсредних значений в окружающей эти области тропосфере.За счет рассеяния радиоволн неоднородностями тропосферы возможнодальнее тропосферное распространение (ДТР) радиоволн УКВ-диапазона.Если трасса локации проходит через ионосферу Земли, то на дальностьдействия РЛС может повлиять эффект Фарадея, заключающийся в поворотеплоскости поляризации радиоволн. Это приводит к рассогласованию поляризации сигнала и приемной антенны и соответственно к уменьшению дальности действия РЛС.Таким образом, изменение состояния атмосферы приводит к изменению условий распространения радиоволн и изменению возможностей РЛС пообнаружению объектов и определению их координат.
Наряду с ухудшениемусловий радиолокации (затухание радиоволн, помехи от метеообразований ит. п.) могут иметь место и положительные эффекты, такие, например, как повышение дальности обнаружения маловысотных целей или радиосвязи между подразделениями.Влияние Земли.Влияние Земли на дальность действия РЛС связано с кривизной Землии интерференцией радиоволн.Кривизна Земли ограничивает видимость целей пределами «радиогоризонта» (рис. 3.23). Радиолокационные системы.
Учеб.112ГЛАВА 3 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ3.5. ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛСrпр. видhаhцRЭRЭРис. 3.23. Дальность прямой видимостиДальность прямой видимости РЛС, км,rпр. вид = 4,12()ha + hц ,где hα, hц – высоты расположения антенны и цели над землей соответственно,м.Кроме того, сферичность Земли требует коррекции соотношения длявычисления высоты цели.
Если не учитывать сферичность земной поверхности, то высота цели над плоскостью горизонтаH=ha + rц max sin ε,rгде rц max, ε – дальность и угол места цели.С учетом сферичности Нист=Hг + ΔH, где при стандартной атмосфереrц2maxпоправка ∆H = . Здесь RЭ – эквивалентный радиус Земли.2RЭИнтерференция возникает при взаимодействии прямой и отраженнойс хаот Земли радиоволн (рис. 3.24). Для одноантенного радиолокаторарактеристикой направленности F(ε) дальность действия РЛС определяетсясоотношениемrц max =r0max ⋅ F ( ε ) ⋅ Ф ( ε ) ,где Ф(ε) – множитель Земли, учитывающий ее влияние на ДНА. Радиолокационные системы.
Учеб.113ГЛАВА 3 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ3.5. ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛСF(ε)ε–εцhM2h sin εРис. 3.24. К расчету множителя ЗемлиРезультат интерференции сводится к произведению поля прямой волныи комплексного множителя Земли:F ( −ε ) Ep= E0 F ( ε ) + E0 F ( −ε ) ρ e− j∆φ= E0 F ( ε ) 1 + ρ − j∆φ ⋅=Fε( ) ( ε ).= E0 F ( ε ) ⋅ Ф− jφ pЗдесь ρ = ρ e– комплексный коэффициент отражения;2π ( 2h sin ε )∆φ =– сдвиг фазы колебаний отраженной волны по от-λношению к прямой волне. (ε ) соответствует множителю Земли:Модуль Ф ( ε ) = Ф ( ε ).ФВ простейшем случае зеркального отражения при малых углах ε удовлетворяются условияρ=−1( ρ =1, φр =180o ) ,F (ε) =F ( −ε ) .ТогдаФ (ε) =1+ e− j ( π +∆φ )= 2 sin4πh sin ε =2 1 + cos π + =λ2πh sin ε 4πh≈sin ε .λλ Радиолокационные системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
