Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 77
Текст из файла (страница 77)
1,35 см наблюдаются три «окна прозрачности»: ° Л=8,6мм, 7' 35ГГц, Вм0,07дБ,Укм; ° Л=3,6мм, 7' 95ГГц, Вм0,4дБ/км; ° Л = 2,2 мм, 7 и 140 ГГц, В = 0,5 дБ/км. Значения длин волн и частот соответствуют здесь центрам участков «окон», выделенных для локации 12.641 Суммарное ослабление энергии радиоволн при ясной погоде.
Представлено на рис.11.13 для распространения волн до цели и обратно в зависимости от длины волны и угла места. Цель находится над тропосферой, но поглощение в ионосфере не учитывается. Дополнительное удельное ослабление радиоволн, связанное с погодными условиями. Дождь, туман, снег, град (иначе, гидрометеоры), а также пленки воды на антенных обтекателях или непосредственно на рефлекторах параболических антенн могут существенно ослаблять энергию радиоволн. Наибольшее удельное ослабление (рнс. 11.14) вносят частицы влаги в случае ливней. Однако н более слабые дожди, туманы приводят к чрезвычайно большим ослаблениям на миллиметровых волнах. 1 00 ю и 20 !в !о ,т 5 И 2 й 0,5 Су 0,2 О.! 0,05 0.02 о,о! 0.1 0.20,3 0,5 ! 2 3 5 1О 20 Д.паи волны, см — Доесть, ингеисиаиост»2 1- 1 00 матч. 2- Зон и»е 3-!Оммуч.
4. Зиму». 5-1ммтч. 6- О,Зимтч. - - - — Туман, ищимость: 7- ОООм. Я- 120 м. 9- Зон. - ---. Снег, интенсивность 1Ооммьа Рис. 11.14 Характер погоды в США часто оценивают по влиянию дождя средней интенсивности 3 мм~ч, вероятность которого для Вашингтона оценивается величиной 0,012 10.121 (для СНГ аналогичная информация имеется в 10.241). В дециметровом и даже десятисантиметровом диапазоне такой дождь существенно не увеличивает удельного ослабления ясной погоды, и лишь на длине волны 5 см удваивает последнее. В окнах прозрачности около 140 ГГц ослабление в дожде превышает 8 дБ/км. Туманы характеризуются меньшими размерами капель, чем дожди.
Поэтому они сказываются сильнее на миллиметровых волнах, чем на сантиметровых. Снег и град существенное влияют только, если они подтаивают н покрываются водяной пленкой. Пленки влаги толщиной 0,1...0,5 мм на антенных обтекателях приводят к дополнительным потерям 1...5 дБ на волнах Л = 10 см и 5...12 дБ на волнах Л = 2 см. Такие же пленки на рефлекторах параболических антенн на волнах Л = 2 см приводят к потерям 0,03...3 дБ. «Окна прозрачности» инфракрасного излучения при ясной погоде.
На рис. 11.15 приведены кривые пропускания тропосферы в диапазоне длин волн Л = 0,6...14 мкм [7.121. Показаны четыре «окна прозрачноспоу: ° Л и 2,0...2,5 мкм, ° Л и 3,2...4,2 мкм, ° Л = 4,5...5,2мкм, ° Л 8,0...14 мкм. уу» » у 200 ае 20 0 2. ° 2.0 и .» ».» у Рис. ! 1.15 «Окна прозрачности» разделены полосами поглощения, принадлежащими: ° парам воды Н30 с максимумами при )0 - 0,93; 1,13; 1,4; 1,87; 2,74, 6,3 мкм; ° углекислому газу СО3 с максимумами при Л =2,7; 4,26, 15 мкм; ° озону О, с максимумом при )ь = 9,5 мкм.
7 7.3.4. Общие сведения о рефракции волн в тропосфере Явление рефракции, т.е. искривления траектории распространения волн в тропосфере, связано с изменением относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента преломления, главным образом, по высоте Н. Учет влияния и особенностей рефракции в различных ситуациях тропосферного распространения радиоволн позволяет существенно снижать влияние погрешностей измерения с помощью РЭС координат объектов, находящихся в тропосфере и выше тропосферы. Относительная диэлектрическая проницаемость однородной тропосферы. Величина в=!+а последней отличается от единицы на малую величину [0.41) а=А РТ 1+ВРТ (11.49) где Р и р — значения давлений сухого воздуха и водяного пара в миллибарах (1 мб = 0,001 физической атмосферы); Т- температура по шкале Кельвина, а А = 155 10~, В = 7,46 1О Параметры Т, Р, р зависят от высоты Н над поверхностью Земли, от частоты не зависят.
Коэффициент преломления и индекс рефракции. Коэффициент преломления и — это отношение скорости света с в свободном пространстве к фазовой скорости ОЕ = с/,/ер . Относительная магнитная проницаемость тропосферы р=!, а а4 е — 1[ «1, поэтому п=ь/а= 7!+а =!+а/2=1+Х 10, (11.50) где величину Х = а! 2 называют индексаи рефракции. Распределения значений индекса рефракции Х и коэффициента преломления п по высоте называют моде.7яии тропосферы. Известны различные ее модели: линейная, полиномиапьная, экспоненциальная, биэкспоненциальная, полиномиально-экспоненциальная и др. Линейная модель (в определенном диапазоне высот) моделе Х= Х,-КН, (11.51) где К=40 ... 45 км ' в этом диапазоне и К=О вне его, наиболее грубо учитывает зависимость Х=Х(Н).
Полиномиавьные .чодеои для диапазона высот 0<Н<10 км Х1аил (Н) и Хон(Н) пРи ! 00 и 0-пРоцентной относительной влажности во всем этом диапазоне высот Х100%=338-50,9Н+4,39Н'-0,245Н'+0,071Н"-О,ООООН', ХО%=262-25,! Н+0,92Н3-0,016Н +0,000! Н (! 1 52) многократно использованы в [2.9] для расчетов, результаты которых будут приводиться ниже.
Экспоненциальная модель [7.43] Х = Хо ехр (-Н! Но), (1! .53) где Н, =7,35 км, рекомендована Международным консультативным комитетом по радио (МККР) в 1963 г. 350 л 300 350 150 со 0 0 5 10 15 0 1»ю 1июмиаяымя мотвь, 100% вааивюьь О.лов»ион»вялив» мол»ля, 0% ялам»осла зоаоиасииивльиая молсль. Но 313,но 7Л5»м Л- ливспввл слал»лосям» молвим Но -333. «и~аз -4.10» 1/ьс 35 И, вм 3~1 Рис. 11.16 Искривление луча при наличии градиента показателя преломления. Для достаточно коротких волн справедлива лучевая траюповка их рефракции в средах.
с плавно изменяьоши+60 мися параметрами, практически без от- и- и ражения [2.9). Луч АН прямолинеен в отсут- Р Н стане изменения пока- О зателя преломления п и искривлен при его изменениях, по высоте Н в частности. Оценим искривление для линейной модели «стандартнойы тропосферы (11.51), в тонком слое АН которой показатель преломления изменяется на Ьп= 10 АХю!0~'КАН.
(11.54) По закону Снелля синусы угла падения О луча на слой (рис. 11.!7) и угла преломления О+ аО обратно 165 Индексы рефракции на уровне моря Хо этой модели оценивали в пределах 395> Х, >240 [7.43] или 300 > Х, >240 в США [0.12). Для прибрежньгх районов Х,= 395, для пустынь Хо = 240 [7.43]. Суточный размах параметра Х, на позициях (США) оценивался всего в 20...40, а сезонный — в 10 единиц Х [0.12], что благоприятствовало компенсации ошибок измерения на этих позициях. Биэкспоненциатьная.иадевь [7.26) дпя различных диапазонов высот включает две экспоненциальные модели: ° для высот 0 < Н < 1О км модель с параметрами 375 >Х, > 292 н, соответственно, 7,2 км <Но < 8,7 км, зависящими от положения, времени суток и сезона; ° для высот 1О < Н < 45 км модель с постоянными параметрами Хо = 414 и Но = 6,7 км. Полиномиатьно-экспоненциальная лсодель [7.14] добавляет к полиномиальным моделям (11.52), приведенным для Н <1О км, экспоненциальную с параметрами Х,= 338 и Но =7,6 км для Н >10 км.
Зависимости Х(Н) были специально рассчитаны по описанным моделям и приводятся на рис.! 1.! 6. пропорциональны значениям соответствующих показателей преломления на границах слоя н н и-Ьп гйп(8 + ЬВ) и (11.55) з)лЕ -Л Для малых Ьп и ЬВ в «стандартной» тропосфере ЛВ = - .
--- =1О КЛз.з!пВ, (11.5б) н сов 8 где Ьз = ЬН / соз 6 — малый участок искривленной, но близкой к прямолинейной, траектории луча, отсекаемый границами слоя. Проводя нормали к кривой на краю участка, пересекающиеся под углом ЬЕ, можно аппроксимировать этот участок дугой окружности радиуса р.
Радиус аппроксимирующей окружности называют радиусом кривизны. При значениях 6, близких к 90' (для начальных углов места е, близких к нулю), он составит Лз !О р = — — = — - = 22.....25 тыс. км. (11.57) ЬВ К Величина, обратная радиусу кривизны, называется кривизной. Для кривизны среды с плавно изменявнцимся показателем преломления л=п (г) аналогично (11.57) рцйгад и (11.58) р п где р'- единичный вектор главной нормали в выбранной точке г искривленного луча, а 8гад и — градиент скалярной функции распределения показателя преломления.
Вариант грубого учета искривления лучей прн построении зон видимости РЛС. Рефракционная поправка высоты ЬНрсе для стандартной тропосферы рассчитывается аналогично (11.28) как г — р= гц сов зц/2р, где р — радиус кривизны луча. Поправка вычитается из высоты целей иа зоне видимости, лепестки зоны фактически несколько прижимаются к Земле. Эквивалентный радиус Земли. Учитывая и поправку на кривизну Земли (1!.28), и рефракционную поправку, объединенную поправку представляют в виде гц соз зц 1 1 Гц соз зц 2 2 2 г ЬН ц обвес 2 Л 2Л э Р 3 экв где 1 1 1 (11.59) Лз - Вз Р Фактический средний радиус 3«мни для модели земного эллипсоида Красовского )!з = 6371км.
Приводившееся значение радиуса кривизны р для рефракции «нормапьной» тропосферы на малых углах места р = (22000.....25000) км = 4)!з. Тогда согласно (11.59) эквивавентный радиус Зесыи Взэкв = — )!3 = 8500 км. 4 (11.бе) 3 Выражение (11.60) используют при построении зон видимости РЛС. Форма зоны с учетом рефракции приводится к форме зоны в ее отсутствие при соответствующем изменении градуировки высот целей. 11.3.5. рефракция волн для распределения показателя преломления, обладающего сферической симметрией Закон преломления Бугера-Снелла. Состоит в том, что закон Снелля преломления в плоско-слоистой среде (рис.
11.17) Агйп 0 = сола! заменяется в сферическн-слоистой на закон н)!з!пе = пОЯО гйпеб = сопз1 (!!.61) где Я, Яц — радиусы слоев. Дело в том„что уже при отсутствии преломления л = сола!уравнение прямой в сферической системе координат имеет вид Я зш 0 = сопзк Более подробно закон (! 1.61) поясняется ниже. Пусть на входе слоя толщиной ЬЯ (рис.
11.18) угол падения на слой равен В, а преломление отнесено к выходу слоя. Тем не менее, за счет сферичности задачи угол падения на протяжении слоя изменяется. По теореме о внешнем угле треугольника, в данном случае треугольника 02АВ, он составит 0 — Ь11, где Ьэ) — приращение угловой координаты, отсчитываемой из центра Земли, для точек траектории луча на границах слоя. Из треугольника АВС величина Ьэ) связана с толщиной слоя ЬК соотношением. й Лц = Ля !8(8-Лц) = ЬЛ 186.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
