Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015) (1151781), страница 23
Текст из файла (страница 23)
5.К (на длинах радиоволн Я <10 м ).Если высота цели Я, а высота подъема антенны /*а, то при учете рефракции в стандартной атмосфереД„. = 4, 12(>/Я(5. 8)где при Я и /га, выраженных в метрах, Япв получается в километрах.Кроме того, сферичность Земли требует коррекции соотношениядля вычисления высоты цели:Я = Я Г+ Д Я ,где Яг = h + Rsin/З - высота цели над горизонтальной (приведенная высота); АЯ - поправка на сферичность Земли. При стандартной атмосфере поправка АН = R2/(2R3).156Рис.
5.8. Дальность прямой видимостиМРис. 5.9. Связь истинной и приведенной высот целиИз-за сферической поверхности Земли отраженные от нее радиоволны расходятся. Это приводит к уменьшению коэффициента отражения, что следует принимать во внимание при расчетеУменьшениекоэффициента отражения учитывается коэффициентом сферическойрасходимости ксф< 1:^отрх —kc^kOTp,где котpS и &отр - результирующий и исходный коэффициенты отраженияот земной поверхности.Зоны обнаружения (зоны видимости)Используя зависимость= Ятах0Л (/?) > можно построить в полярной системе координат график Лтах(>^) для контура зоны в вертикальной плоскости, в пределах которой цель с известной а обнаруживается с заданными вероятностями правильного обнаружения D и ложной тревоги F радиолокатором с параметрами Р и Gab Ga2, 771, 772, Л.Однако такой график не дает полного представления об особенностях зон обнаружения, поэтому его принято строить в декартовых коор157динатах (/?max, Я), ли5о нанося на график значения углов р (рис.
5.10),либо используя ф ор^лу для Я г, но при этом учитывают рефракцию икривизну Земли и корректируют Я. Для учета рефракции расчет ведетсядля стандартной атмссферы и R2 заменяется на R3эф = (4/3 )R3. Кроме того, оставляя траектории радиоволн прямолинейными, преобразуют прямоугольную систему координат в криволинейную, переходя к координатам «наклонная дальность - приведенная высота».Рис. 5.10.
Зшы обнаружения в вертикальной плоскостидля радиолокатора«Утес-Т» (светлая зона - работа на одной частоте,темная зона - на двух частотах)Под приведенной высотой понимают высоту цели над горизонтальной плоскостью, прохсдящей через антенну. Приведенная высотасвязана с истинной высотой цели Яследующим соотношением (рис. 5.11):Я пр = Н - К - А Л * н - йа - R2/ 2 R ^ .На полученной таким образом зоне обнаружения в вертикальнойплоскости (рис. 5.10) обычно указывают линии равных истинных высоти линии равных углов места.5.3.
Обзор пространства в РЯСОбзор пространства в однопозиционных РЛСПоиск или обнаружение целей в заданной области пространстваназывается обзором прстранства, время обзора, т.е. однократный просмотр области обзора, зависит от размера этой области, заданного качества обнаружения и стсоба обзора.Рассмотрим параметры обзора при параллельном и последовательном обзоре пространстза.При параллельнсм обзоре весь телесный угол области обзораплотно заполняется трциальными пересекающими по уровню половинной мощности лучами с телесным углом каждого, равным угловому158элементу разрешения.
При этом в пределах каждого парциального лучаобнаружение производится по всей дальности последовательно за времяприема пачки отраженных импульсов гп = ппТп, где число импульсов впачке пп определяется заданным значением пороговой мощности. Такимобразом, время обзора пространства Го63= тп= ппТп сокращается при усложнении РЛС за счет формирования многолучевой ДНА. При последовательном обзоре луч ДНА плавно или ступенчато перемещается в заданной области обзора, находясь в каждом направлении в течение времени тп= ппТп. При механическом вращении ДНА используется плавноеперемещение, а при электронном - ступенчатое. При плавном перемещении луча время обзора определяется законом и скоростью движениелуча (Поб,). Значение Г^обз ограничено сверху условием ^ 5(Побз)-1 > тп == п„ТП9 т.е.
Побз< ^(Л п Т ’п)-1- И3 широко используемых способов последовательного обзора рассмотрим круговой, винтовой и секторный.ztРис. 5.11. Возможные методы обзора пространства ОПРЛСПри круговом обзоре (рис. 5.11, а) пространство обзора ограниченокоординатами 0 < R < Rmax, 0 < а < 360° и 0 < /? < 5В. Время обзора можно определить, используя соотношение 7’обз= 360°(ОобзГ 1> 360о«п7’„(^,5ВГ'.При винтовом (спиральном) обзоре (рис.
5.11, б) пространство обзора ограничено координатами 0 < R < R max, 0 < а < 360°, 0 < Д < 90°.Время одного витка Тв = 360°(Побз)-1 ^ ^бО°нпТп((ро5гу \ а поскольку число витков пв< 90°(^ ь55В)-1, то время обзораТобл = ТВПВ= 360° 90° « п ^ ^ г ^ в Г ' = ФИп^пФаПри секторном (строчном) обзоре (рис. 5.11, в) пространство обзора ограничено пределами: 0 < R < Дтах, o w < а < ах и Дтш <J3< Д ,ах,время одной строки задается соотношением 7 ^ = (Omax in) (Поб,)”1^^ («max 3 ЧИСЛО СТрОК (Д,ах ~ Дтп)(^),5в)~'- ВрвМЯ Перехода луча от строки к строке обозначим через tnep. Число переходов равно п пср= 2(ястр- 1). Поэтому время обзора определяется соотношением159Рис. 5.12.
Зоны обзора МПРЛС, состоящих из РЛС {а) и БиРЛС (б)_т1 ,о/„1\,_' гПп ^ п { a max ~7 обз _ , 2 стр/ стр " ' " ^ ( ' 2стр - 1 J rn ep ““^min)(Атах—Amin),”г ' 0 ,5 г т ' 0 ,5 вА тахперAmin+Ф о ,5вП„Т пФ ( Ф а У ' + Т’пер . ^ п е р = 2 ( « с т р “ О ' п е р •П.5,При ступенчатом обзоре пространства, считая время переходапренебрежимо малым, число просматриваемых пространственных элементов можно определить как иэл = Ф ( Ф а) 1, а время просмотра каждого элемента гп= п„Т„, поэтому= иадгп = ип7;Ф(Фа)“'.Обзор пространства в многопозиционных РЛСЗона обзора МПРЛС при однопозиционных РЛС на разнесенных позициях А, В и С (рис.
5.12, а) представляет собой совокупность зон обзораэтих РЛС. В бистатических РЛС границы зоны обзора (рис. 5.12, б и 5.13)зависит от дальности обнаружения, которая определяется соотношениемП]>2К2г>2 -_К- "з(4 я ? Р аор^2 ,-_ Агде индексы 1 и 2 относятся соответственно к передающей и приемнойпозициям. Границы зоны обзора можно найти, использовав рис. 5.14 иположив К 2= const.
Переходя к координатам х, у, нормированным к значению 0,5 Б, получаем уравнение овалов Кассини в декартовой и полярной системах координат:U+ y l + 1)2 - 4*н2 = с \ « + 1 ) 2 - 4R i cos2 в=С\гдех„=2д;Б~1;>’н=2>’Б~|; С = 2 \ [ К Б R„„ = х„+уУДля получения сплошной зоны обзора, что возможно при С > 1,1/-}базу БиРЛС следует выбирать из условия Б >тируются С > 2 и сплошная зона обзора.160. При этом гаранРис. 5.13.
Зоны обзора БиРЛСВ МПРЛС с разнесенными приемными и передающими позициямиобзор зоны организуется с двух разнесенных позиций. При этом можноприменять параллельный обзор зоны многолучевыми приемной и передающей антеннами (рис. 5.14, а) или последовательный двумя перемещающимися в пространстве узкими лучами передающей и приемной антенн (рис. 5.14, б). Кроме того, можно производить обзор пространства узким перемещающимся лучом приемной антенны при неподвижном широком луче передающей антенны (рис. 5.14, в) или узким лучом передающейантенны при широкой ДНА на передающей позиции (рис. 5.14, г).Рис.
5.14. Варианты обзора в МПРЛСВ общем случае, когда аппаратура на разнесенных позицияхМПРЛС может работать в разных режимах (пассивный, активный) и состав этой аппаратуры может меняться, построение зон обзора - задача161сложная и порой невыполнимая без конкретизации состава аппаратурыи геометрии системы.5.4. Анализ факторов,определяющих дальность действия РЛСРазвязка передающего и приемного трактовНа дальность действия РЛС и РНС в основном влияют следующиефакторы: развязка передающего и приемного трактов, длина волны радиосигнала и параметры обзора пространства.Под развязкой понимают степень уменьшения мощности сигналапередатчика, поступающего на вход приемника из-за связи выходныхцепей и антенны передающего тракта с входными цепями и антеннойприемного тракта ОПРЛС. Просачивающийся на вход приемника сигнал передатчика имеет, как правило, паразитную модуляцию шумамигенератора передатчика, вибрационными шумами (при установке аппаратуры на Л А) и т.
п., что приводит к увеличению шума в приемномтракте и снижению чувствительности приемника. Поэтому развязкадолжна быть такой, чтобы не наблюдалось существенное ухудшениепороговой мощности.Рассмотрим отношение мощностей принимаемого и излучаемогосигналов в однопозиционной РЛС:р2Рх=(4 /r)VПри обнаружении самолета с а= 1 м2 на расстоянии R= 100 км радиолокатором с параметрами Sa= 10 м2; А = 1 0 см; (7а1 = G^ = 4/г*103;Tl \ =Th = 1 отношение Р2/Р\<КГ17.
Очевидно, что для обнаружения такого слабого сигнала необходимо, чтобы PUJ P i< 10-17, где Рис - мощностьпросачивающегося в приемный тракт сигнала передатчика, т.е. требуется развязка не хуже 10" 17 или -170 дБ. Получение такой развязки является сложной технической задачей.На практике находят применение следующие виды развязки:- пространственная - разнесение передатчика и приемника вместе с антеннами в пространстве, т.
е. переход к БиРЛС;- частотная - работа приемника и передатчика на разных частотах;- поляризационная - работа на излучение и прием с сигналами ортогональной поляризации;- компенсационная - (вычитание) просачивающегося зондирующего сигнала в приемном тракте с помощью специального компенсирующего сигнала от передатчика;162- временная - работа на излучение и прием в различные интервалывремени (что возможно при импульсном сигнале).Длина волныПредположим, что при наблюдении цели используется зона отражения, для которой /ц » Я и Оо= const, a Gai и Ga2 не меняются при изменении Я.
Тогда, объединяя все члены формулы (52), не зависящие отЯ, в один коэффициент, получаем Rmax0=kl\U . Видно, что при неизменном Ga = 4я’5'аЯ“2 =4л’(аЯ“,)(^Я“1) = 4 лр(^ 0,5В^о,5Г)_1, где ^ 0,5в,г - ширина ДНА на уровне 0,5 по мощности, выгодно увеличивать длину волны. Это объясняется тем, что при увеличении Я для поддержания Ga неизменным выгодно увеличивать размеры антенны а и Ъ и активнуюплощадь антенны Sa = ab. Значит, приемная антенна с большей Sa будетпринимать больший сигнал Р2 = П 2Sa2 и дальность обнаружения возрастет. Однако не всегда легко увеличивать а и Ь. В бортовых устройстваха и b обычно ограничены размерами носителя, поэтому Sai и Sa2 фиксируются.
Тогда Ятах0 =&2 /л/я и для увеличения Rmax0 выгодно уменьшать Я, так как при Sa = const с уменьшением Я в соответствии с соотношением Ga = 4я\5аЯ~2 увеличивается КНД антенн из-за сужения главного лепестка ДНА. В приложении 2 приведена таблица стандартизованных для северо-американского континента диапазонов радиоволн,используемых для целей радиолокации.Поскольку затухание радиоволн в атмосфере зависит от длиныволны, то связь дальности обнаружения с длиной волны усложняется.Действительно, если Gai и Ga2 не зависят от длины волны, а затуханиеопределяется дождевыми осадками в соответствии с (5.8), выражениедля дальности обнаружения принимает видЯ,"max = Аг17 я ю - 0 005(е/А2)л™-,т.е. для повышения дальности обнаружения выгодно увеличивать длинуволны.При фиксированных размерах антенн а и Ь, а следовательно, фиксированных Sai и Sa2 соотношение для определенияизменяется:В зависимости от интенсивности осадков, влияющих на значениеQ, решение трансцендентного уравнения относительно RnvdX будет давать разные результаты.
Однако при фиксированном Q можно, варьируяЯ, найти наилучшее в смысле наибольшего RmdX решение.163Параметры обзораВведем основные параметры обзора в формулу дальности обнаружеия цели в свободном пространстве (2.6). Для этого воспользуемсявыркением для пороговой мощности, которое при импульсном сигналеимст видР По р = ‘1порк ш к Г А Я<где^ор - пороговое отношение мощности импульсного сигнала к мощноси помехи для одного импульса пачки, зависящее от числа импульсоввида сигнала и помехи, а также от заданных вероятностей правильног обнаружения D и ложной тревоги F в одном элементе разрешения;кТ Nq - односторонняя спектральная плотность помехи; кш - коэффициет шума; п - число импульсов в облучающей цель пачке, равное отН01ЕНИЮ времени облучения цели Т0бл к периоду повторения импульсовГп; и- длительность импульса; L - коэффициент потерь при обработке,равый отношению мощностей на выходе устройства без потерь и реалього устройства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
