Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015) (1151781), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Диапазон частот такого излучения простирается от нуля до бесконечности, аего интенсивность неравномерна в этом диапазоне и связана с температурой, формой, материалом и степенью шероховатости поверхности.Цель с температурным контрастом относительно окружающей еесреды АТа (см. прил. 5.1) обнаруживается, если он больше пороговогоконтрастаАТп, т.е. если АТп> АТ“ п о рг“ пор"Следовательно, яркостной контраст обнаруживается, еслигде Тп - полная температура; 77 - КПД фидера; Ф(х) - интеграл вероятности; D(jc) - вероятность правильного обнаружения; AFH - полосапропускания измерителя; А/упч - полоса пропускания УПЧ.Это соотношение характеризует обнаружение по контрасту границы раздела двух протяженных целей, угловые размеры которых большеширины луча антенны ПРЛС. Поэтому границы раздела наблюдаютсяпри любом расстоянии R до цели (R в формулу не входит).
При обнаружении цели, угловые размеры которой меньше ширины луча антенны,условие обнаружения записывается с учетом коэффициента заполнениялуча, поэтомугде кл - коэффициент заполнения луча.Так как кл = Фд/Ф а , а пространственный угол видимости целиФц =Sn/ R 2 , где 5Ц- площадь цели, и пространственная ширина лучаПРЛС Фа=Я2/ 5а , где 5а - площадь апертуры антенны ПРЛС, дальность обнаружения цели5.2.
Влияние атмосферыи подстилающей поверхностина дальность обнаруженияВлияние атмосферы на дальность обнаруженияПри распространении радиоволн в атмосфере происходят искривгение траектории радиоволн (рефракция) и рассеяние электромагнитнойэнергии атомами и молекулами воды и газов, а также частицами пыли(аэрозолями).
Последний фактор приводит к затуханию радиоволн.Рефракция обусловлена изменением относительной диэлектрической проницаемости атмосферы s' с высотой, которое приводит к изменению коэффициента преломления п = yfs’ , а в конечном результате - кискривлению траекторий распространения радиоволн в вертикальнойплоскости.
В нижнем слое атмосферы - тропосфере - s' меняется с высотой в зависимости от изменения давления, температуры и влажности,что и приводит к рефракции радиоволн. По градиенту коэффициентапреломления dn/dH различают следующие виды рефракции и искривления траекторий радиоволн (рис. 5.4):1) dn/dH = 0 - рефракция отсутствует, траектория прямолинейна;2) dn/dH > 0 —отрицательная рефракция, траектория отклоняетсявверх;3) dn/dH < 0 - положительная рефракция, траектория отклоняетсявниз;4) (dn/dH)Kр = -0,157 10 6 м-1- критическая рефракция, траекториярадиоволн круговая относительно центра Земли;5) dn/dH < (dn/dH)Kp - сверхрефракция, когда вследствие атмосферных аномалий из-за инверсного изменения влажности а0 и температуры Т° в прилегающем к поверхности Земли слое атмосферы возникают атмосферные волноводы (рис.
5.2) и радиоволны, отражаясь отверхней границы волновода и поверхности Земли, могут распространяться на большие расстояния.Рис. 5.2. Т раектории150р ади ов олн в а т м осф ер еДля точного расчета траекторий радиоволн необходимо знать закон изменения коэффициента преломления по высоте, а это, как правило, невозможно из-за нестационарного состояния атмосферы.Поэтому на этапе проектирования РЛС удобно пользоваться стандартной атмосферой, для которой dn/dH = - 4 1 0 _8м 1, и эквивалентным (эффективным) радиусом Земли /?3эф, при котором высоты точек траектории над Землей остаются прежними, а радиоволны распространяютсякак бы по прямолинейной траектории (рис.
5.4):1Rз.эфdnT*~dH1Учитываем, что радиус кривизны траектории волны в атмосфереDdnR^равен RT = —— , и получаем /?зэф = = kR, .dndH1+R.3dHРис. 5.3. Образование атмосферного волноводаAR2 /(2kR,)Рис. 5.4. Траектории радиоволн в стандартной атмосфере151Для стандартной атмосферы при физическом радиусе Земли44/?3=6370 км, к = — и получаем Лз эф = —R3 = 8500 км.Затухание радиоволн в атмосфере начинает сказываться приЛ < 30 см и зависит от длины волны (частоты) радиосигнала и состояния(влажности) атмосферы на трассе распространения радиоволн (высотытрассы). Так как в радиолокации отраженные сигналы проходят путь отпередающей антенны к цели и далее до приемной антенны, равный 2R,то при удельном затухании радиоволн в атмосфере а(дБ/км) общее затухание-потери на всей трассе равно L - a 2R. С другой стороны, ослабление радиоволн есть отношение мощностей сигналов на входе приемника при распространении их в пустом пространстве Р2о и в даннойатмосфере Р2.
Выражая это отношение в децибелах, получаемL = 10 log.Piл^ DОткуда имеем Р2 = Р20Ю ’ а . Используем формулу (5.1) для замены в последнем соотношении величины Р2о, тогдар_P \ G \ T1 \ G 2 rh A 2 0 ‘o2jQ-0,2afl(4 л-)3R4Переходим к большим дальностям, когда R —>R ^ , а Р2 —> Р2тт ==Р. Получаем < ах =Р(4л-)3Р10рЧ.КГ°2а*™» .Извлечем корень четвертой степени справа и слева от знака равенства и получим окончательный алгоритм= PiG,G2r)tf2A2cr0таХi0 ,05 а дта>(4л-)3РпорС учетом затухания дальность действия радиосисгемы определяется выражениемЯтах=Лтах010-°-05“Л™ ,(5.6)где /?тахо - дальность действия в свободном пространстве (5.2); а удельный коэффициент затухания, дБ/км.Трансцендентное уравнение (5.6) решают методом последовательных приближений (итераций) или графически (рис.
5.5). Поглощениерадиоволн в атмосфере зависит от длины волны и ог интенсивностиосадков Q (рис. 5.6). Пики его вызываются резонансным поглощениемэнергии радиоволн молекулами воды и кислорода.152^maxO> кмРис. 5.5. Номограмма расчета дальностиобнаружения в атмосфереРис. 5.6. Графики зависимости поглощения энергии радиоволнот длины волны (а) и интенсивности осадков (б)Атомы, молекулы газов атмосферы и пылевые частицы поглощаютэнергию радиоволн на всей трассе распространения, в то время как капельки воды (влага) могут вызывать резкое увеличение рассеяния(сс/> а) радиоволн на отдельных участках трассы. Тогда153Y a.A R ,^max ~ ^maxO *ЮИногда оценивают потери при распространении радиосигналов на- 0 ,0 5дистанции /?тах(ь равные L = ^шахi=i^тахОПри дождевых осадках справедлива эмпирическая формула а == 0,0148(}1,31 (при Я = 3,2 см), а = 0,0044Q117 (при Я = 5,5 см), где а,дБ/км; Q - интенсивность осадков, мм/ч.Можно для оценочных расчетов пользоваться соотношением=10а* О ,3 0 /Л 2,где Q - интенсивность осадков (мм/ч); Я - длина волны (рис.
5.6).Влияние подстилающей поверхностиПри проектировании РЛС и РНС необходимо учитывать искаженияДНА радиолокатора из-за близости антенны к подстилающей (земной)поверхности и влияние ее сферичности на дальность действия системы.Искажение ДНА в вертикальной плоскости обусловлено интерференцией радиоволн, распространяющихся прямолинейно от антенны радиолокатора до цели и обратно, и отражением от поверхности. Отраженный от поверхности сигнал (рис. 5.7) появляется при выполненииусловия 0,5 0ьв > Д , где <рьв - ширина главного лепестка ДНА в вертикальной плоскости по уровню нулевой мощности; Д - угол наклонамаксимума ДНА к горизонту. При интерференции указанных сигналоввместо исходной ДНА j(fi) формируется искаженная многолепестковаяД Н А /Х(Д .Методы нахождения fz(P) в зависимости от j[fi) и свойств подстилающей поверхности изложены в курсе «Антенны и техника СВЧ». Отметим только, что число лепестков и провалов в результирующей ДНА,Рис.
5.7. Отражение радиоволн от подстилающей поверхностипри широкой ДНА154их положение и ширина зависят от отношения высоты подъема антенныha и длины волны Л.Провалы в ДНА играют отрицательную роль при обзоре пространства и обнаружении целей, так как цель в провале не обнаруживается.Поэтому стремятся уменьшить их глубину или изменить положение,например применив несколько разнесенных по высоте антенн, высотакоторых выбирается так, чтобы лепестки одних ДНА перекрывали провалы других. Можно менять длину волны, изменяя тем самым положение провалов. К некоторому уменьшению глубины провалов приводитопускание или подъем главного лепестка ДНА. Кроме того, переход отвертикальной поляризации радиоволн к горизонтальной приводит к тому, что лепестки и провалы ДНА меняются местами из-за изменения на180° фазы отраженного от земной поверхности сигнала. Наконец, возможна суммарно-разностная обработка сигналов, в результате которойтакже меняются местами лепестки и провалы ДНА.Влияние ДНА на дальность обнаружения в вертикальной плоскости проследим по связи КНД антенны по мощности Ga(P) с результирующей ДНА по напряженности поля /^(Д):О Ш = С ао/Л Агде Gao - максимальное значение КНД антенны, тогда^ т а х “ ЛпахО V / l l i P V z i ( 0 ) ’где / £1(/?) и / 12(/?) ~ ДНА на передачу и прием.При использовании одной антенны как для передачи, так и дляприема сигналов / £1(/?) = / £2(Р) = / £(Д) иЯп^ЛпахО f M ><5'7)Кроме того, для учета характеристик подстилающей поверхностивводят интерференционный множитель / И(Д ).В соответствии с рис.
5.7, при горизонтальном расположении ДНАfljf) и коэффициенте отражения от земной поверхности каф = £ехр {j (р)разность хода прямого и отраженного лучей будет определяться соотношением х = ROTp - Rnp = 2h sin /? , что приводит к разности фаз<р = — 2/jsin/?. Тогда напряженности электромагнитного поля прямого и отраженного сигналов равны £ пр = E0f ( f i ) и Еотр = kOTpE0f ( / 3 ) . Результирующий сигнал по напряженности равенEz = у1е пр + Е2отр + 2£np£ OTpcos(<z>OTp + (РЩ) == Ео /(Р ) ф + к2+ 2£cos(<pOTp +<ррх).155Если используются сигналы с горизонтальной линейной поляризацией, то к = 1, а сротр= л ,; поэтомуШ ) =Y o = /(/* ) №=~ C0S«V> == 2 / ( / ? ) s i n |^ / ! s i n / ? j .Тогда интерференционный множитель равенh sin /?j./„(/?) = 2 sinПри обнаружении целей на малой высоте hsinЛsin р j «Лsin /?,поэтому дальность обнаружения определяется соотношением4л7*^m ax^ т а х 0 * /l ( / ^ )^тах ОСледовательно,^шахIP f i \ r i 2a4xh4H 4л I^п ора провалы и максимумы результирующей ДНА определяются условиямиСферичность Земли ограничивает дальность действия РЛС дальностью прямой видимости RnB (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
