Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Так как после ограничителя устраняются амплитудные различия между сигналами, помехами и шумами, то в узкополосном фильтре для простых сигналов используются лишь различия по длительности. Если этот фильтр согласован с сигналом, то помеха приобретает вид растянутых импульсов меньшей амплитуды и происходит нормирование импульсных помех к уровню шума. В случае сложных сигналов (гл. 7) можно после ограничителя использовать фазовые отличия сигнала и помехи. Кроме того, для простых импульсных сигналов и помех большой длительности применяется схема РОС (расширение — ограничение — сжатие), когда сигнал сначала расширяется и превращается в линейный частотно-модулированный (ЛЧМ) $7.2, п.
6), а после ограничения сжим".ется фильтром. При этом длительные помехи, обладающиесравнительно узким спектром, не подвергаются растяжению и сжатию и, остаются после ограничения на уровне шума. 354 Глава й ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РЛС 6Л, ДАЛЬНОСТЬ ДЕИСТВИЯ РЛС В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ДЛЯ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ЦЕЛЕИ 1. Уравнение дальности в свободном пространстве. Дальность действия РЛС является ее важнейшей характеристикой. Уравнение дальности в свободном пространстве (т. е. без учета влияния земли и поглощения в атмосфере) для точечной цели устанавливает связь между всеми основными параметрами РЛС. Фг( ! Рис.
6Л. К выводу урав- ! ненни дальности Рлс Рассмотрим точку Ц на расстоянии П от РЛС (оис. 6.1). Если бы антенна была нзотропной, то вся излучаемая мощность Р„,„ равномерно распределялась бы по поверхности сферы 4пПв, откуда плотность потока мощности прямой электромагнитной волны в точке Ц П;, = Рнвл14п0~. Вследствие направленных свойств антенны плотность потока мощности в точке Ц оказывается равной П ц —— (Р „вл14п0')О', (6.1.1) где б' — коэффициент направленного действия антенны.
Если учесть потери в антенне, то можно от излучаемой мощности перейти к мощности передатчика нал = т)л~ н (6.1.2) (обычно КПД антенны т1„= 0,9 ...0,95). Вводя коэффициент усилении антенны согласно формуле (3.1.3), получаем на.основании (3.1.3) и (6.1.2) Пц — — Р й4пР'.
(6.1.3) Если бы в точке Ц находилась приемная антенна с эффективной площадью А, то на вход приемника поступала бы мощность Р, = П„А = Р,СА~4п0в. (6.!.4) 355 Это выражение называется уравнением радиосвязи в сво. бодном пространстве. При этом мощность, поступающая в приемник, обратно пропорциональна квадрату расстояния между передатчиком и приемником. Лля радиолокации с пассивным ответом в точке Ц находится не приемная антенна, а цель.
Ее отражающие свойства учитываются посредством ЭОП. Рассмотрим сперва лишь точечные цели, у которых ЭОП не зависит от дальности. Из (3.1.1), (3.1.2) и (6.1.3) плотность потока мощности у РЛС П = Пц/4пР« = РдСад/ (4п)ЧЭ«. (6.1.5) Отсюда мощность на входе приемника РЛС Р,р =- П А = Р САад/ (4н)»Р«. (6.1.6) Полагая, что используется импульсная одноантенная РЛС, воспользуемся известным из курса «Антенные устройства» соотношением С = (4нМ)А, (6.1.7) откуда Рдр = лѻадР)64н»0« (6.1.8) или 4 / Р О«л«4 / Р А« -1//,", " -1/ 04д» Рдр ддд )~ 4дь«Рдр дар РдбА ад "' ° ф 1аа' ядр пад зза (6.1.10) Р р = Р„А»од/4и)«Р«.
(6.1.9) Полученное выражение является ураенением радиолокации в свободном пространстве. В отличие от уравнении радиосвязи (6.1.4) мощность на входе приемника в рассматриваемом случае точечной цели обратно пропорциональна не квадрату, а четвертой степени расстояния. Это объясняется тем, что в радиолокации плотность потока мощности с расстоянием уменьшается дважды: в направлениях РЛС— цель и цель — РЛС. Таким образом, с энергетической точки зрения имеет место гораздо менее выгодное соотношение, чем прн радиосвязи.
Если на входе приемника действует пороговый (минимально различимый) сигнал, соответствующий заданным вероятностям правильного обнаружения и ложной тревоги 0 и Г мощностью Р„р „, то получим дальность действия в свободном пространстве Данное уравнение является универсальным и применимо как к импульсному методу (Р„и Р„р,„) — импульсные мощности, так и к непрерывному (Рп и Р„рп„п — средние мощности). 2.
Анализ уравнения дальности. Дальность радиолокационного наблюдения в свободном пространстве является довольно слабой функцией так называемого энергетического потенциала Р,/Р,рм,.„. Для импульсной РЛС при неизменных остальных параметрах 1)о У~ и/~ пропп УЕи/Епр.поо (6 1 11) где Еи и Е,р,„— энергии импульса передатчика и порогового импульса на входе приемника. Длн увеличения дальности в два раза требуется повышение энергетического потенциала в 16 раз, что соответствует 10 1й 16 =- 12 дБ. Чувствительность приемника (при отсутствии внешних помех) Рпр,„„— — йрР, (4.2.23) ограничивается мощностью внугренних шумов Р (4.2.24) и коэффициентом различнмости Йр, определяемым особенностями обработки в приемнике.
При квазиоптимальной виутриьериодной обработке (реалпзация СФ для одиночных импульсов) полоса линейной части приемника выбирается оптимальной согласно (4.3.7), так что из (4.2.24) имеем Р,р,„° 1/ти и формула (6.1.11) принимает вид о о В. - УР„т„=УЕ„. (6.1.12) Что касается межпериодной обработки, то в зависимости от того, является ли она когерентной или некогерентной при большом числе импульсов А/ (см. приближенные фор.
мулы (4.6.1), и (4.6.2)), йр„° 1/А/, йр„и ° 1/УР, откуда после подстановки в Р„„н (6.1.11) о о 0ои УЕий/1 Оо УЕи Уй/ (6 1 13) Зависимость типа (6.1.12) остается в силе и для непрерывного метода. При этом Р, = Р,р, а длительность сигнала ограничена временем облучения, так что Ь/ р,п ж 1/Т,о„н Рпр„щ 1/Т,о„, откуда 1) УР, Т (6.1.14) т. е. при заданном времени Т,оп дальность зависит только от средней мощности. Аналогичная зависимость имеет место и для импульсндго метода.
Так как согласно (1.2.9) У = Т,а„Г„то, как следует из (6,1.13), для когерентной обработки, а также для некогерентной обработки при сравнительно малом числе У (см. 5 4.6) Р, РР,~Р,Т „=1'Р, У~„. (6.1.15) Следует отметить, что при импульсах достаточно большой длительности оптимальная полоса пропускания должна стать настолько узкой, что стабильности передатчика и гетеродина приемника могут окаааться недостаточными для предотвращения уходов частоты сигнала за пределы полосы пропускания приемника. Это является причиной необходимости расширения полосы пропускания по сравнению с (4.3.7), что приводит к уменьшению максимально возможной дальности. Чувствительность приемника оцениваегся как отношение мощности эталонного сигнала, в качестве которого часто берется мощность 1 мВт, к пороговой мощности, причем это отношение выражается в децибелах.
Таким образом, чувствительность (в децибелах на милливатт) К = = 10 1а (10-'/Р, ~ы), откуда с помощью формулы (6.1.10) получаем, что при изменении чувствительности с Я на Я, дальность изменяется как Роъ//)о = 10о.оэз <аз-я) (6.1.16) Если чувствительность приемника (либо мощность передатчика или ЗОП) изменяется, например, на 1, 3, 7, 12 дБ, то дальность соответственно изменится в 1,06; 1,19; 1,5; 2 раза. Зависимость дальности от вероятностей правилЬного обнаружения и ложной тревоги Р и Р можно найти посредством коэффициента различимости (см. $ 4.6, п.
4). Другой путь основан на представлении уравнения дальности в форме /)э ~ 'гг" Еа/Еэе щы, где Епр мы =Ем ты =2рмупы Уо/2, причем рм„,ь,— — ро ы/У=авэо,ы/У для пачки с прямоугольной огибающей, после чего достаточно воспользоваться характеристиками обнаружения (рис. 4.17). Рассмотрим зависимость дальности от направленных свойств антенны, т. е. соотношение а 1ъ-гэватжч-гав з э1дч 358 В соответствии с определениями коэффициента усиления антенны и ее эффективной площади эти величины пропорциональны значению диаграммы направленности (ДН) по мощности, т.
е. квадрату ДН по напряженности поля в соответствующем направлении. Таким образом, 0(р, е) = б гл(р, е); А ((1, е) = А га(р, е), (6.1,18) где б и А — максимумы коэффициента усиления и эффективной площади антенны; га((1, е) — ДН по напряженности поля в нормированном виде, т. е. гадодф, е)=1. Отсюда имеем 0о (нд, е) = АР)одРАд'а ((1, е), (6.1.!9) т. е. дальность прямо пропорциональна ДН по напряженности поля. Здесь 0о„соответствует дальности в направлении максимума ДН, причем согласно (6.1.10) Г Р А, 64Ф Рдо щ~д )Г 4д3Р Рдо ддд Воспользуемся известным соотношением, вытекающим непосредственно из определения коэффициента направленного действия: б' ж 4л~ф ж 4п/Оь О, ж 4 1О'/Оь О;, (6.1.21) где ор — телесный угол луча антенны, а углы Оь и О, (в радианах или в градусах) близки к углам, ограниченным точками половинной мощности, Как известно, ширина луча по точкам половинной мощности Оо.ь = т (Ы(А), (6.1.22) где дА — линейный размер раскрыва антенны, а д — коэффициент, зависящий от распределения поля в раскрыве (для зеркальных антенн д = 60' ...80').
Сопоставление (6.1.22) и (6.1.21) для круглого раскрыва антенны диаметром ИА показывает, что имеет место соотношение АР О ОР А' (6.1.23) Это же соотношение может быть получено и другим путем. Эффективная площадь ряда антенн АЛЛАР (6.1.24) где ЗА — геометрическая площадь раскрыва; йо — коэффициент использовангя площади раскрыва (например, для зьз зеркальных антенн с зеркалом в виде параболоида вращения й„= 0,55 ...0,65), н так как для круглого раскрыва 5„~Ц, то с помощью (6.1.10) легко прнйтн к формуле (6.!.23). Зависимость дальности от средней мощности и времени облучения (6.1,14) может быть преобразована к другому виду с учетом обзора пространства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
