Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Если задаться телесными углами пространства Ч' и одного луча ф и временем облучения одной цели Т,а,, то общее время обзора Т,а, —— = Т„ Ч(ф [см. ниже о минимальном времени последовательного обзора (9.1.3)). Если теперь учесть в уравнении дальности (6.1.10) формулы (6.1.21) н (6,1.24) н соотношение для Т,а~, то получим ~)о !' Рер оа Т,нЛ, (6.!.25) т, е. прн заданных времени обзора пространства н обьеме обозреваемого пространства дальность является функцией произведения средней мощности передатчика н площади раскрыва антенны.
Таким образом, при использовании антенных решеток можно без ухудшения свойств РЛС выбирать передающее устройство состоящим илн иэ большого количества маломощных элементов, илн нз малого числа элементов большой мощности. В заключение остановимся на зависимости дальности от длины волны. Фактически величины Р„Р,р ы,о„являются функциями длины волны. Однако эта связь в явном виде в уравнении дальности отсутствует.
Длина волны появилась в связи с учетом направленных свойств антенны (6.1.7). Прн заданном значении эффективной площади антенны А, а следовательно, ее геометрической площади максимальная дальность действия, как видно нз (6.1.10), уменьшается как 1/УЛ. Действительно, увеличение длины волны при неизменных размерах антенны уменьшает ее направленные свойства. Если же задаться коэффициентом усиления б, т. е. направленными свойствами антенны,то максимальная дальность, как видно из (6.1.10), пропорциональна УХ, т. е. растет с увеличением длины волны.
В этом случае для сохранения постоянства коэффициента усиления б требуется увеличение геометрических размеров антенны, что н приводит к возрастанию мощности отраженных сигналов на входе приемника, т. е. к увелнчению дальности действня РЛС, 6.6. ВЯИЯИЙЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ' РАДИОВОЛИ В АТМОСФЕРЕ НА ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РЛС 1. Влияние рефракции. При определении дальности предполагалось, что распространение радиоволн происходит в однородной атмосфере.
Фактически атмосфера неоднородна, и ее коэффициент преломления определяется формулой и=)/ет1+ — '' ~р + 77,6 10 в/ '1,81 1Овлнт т (, в т, где Т, — абсолютная температура воздуха, К; рв — барометрическое давление воздуха, Па; рн — парциальное давление водяных паров (влажность), Па. ф>а Для стандартной атмосферы,/ ./(' у поверхности земли п=1,0005. "~ >~< -л// л По мере увеличения высоты в ~' — ~ // пределах тропосферы давление // ~ "~ ', ф<// р„ температура Т, и влажность рн уменьшаются.
При этом коэффициент преломления а умень- / ф,<-/йл/р-а„/. .шается со скоростью, равной примерно в(п!11Н = — 4 ° 10-вм-в. Это приводит к искривлению 4' луча в сторону горизонта, именуемому положительной рефрак- Рнс едс К элннннк» РефРвк. цией. В результате кажущееся направление иа цель отличается от истинного, что приводит к погрешности измерения высоты и дальности. При больших дальностях и малых углах места даже небольшое изменение угла вследствие рефракции приводит к значительной ошибке по высоте (рис.
6.2). Погрешности измерения дальности иэ-за рефракции связаны с изменением скорости распространения радиоволн н искривлением траектории распространения радиоволн. Погрешность растет с увеличением высоты, достигая установившегося значения при Н = 15 ...30 км, Это установившееся значение погрешности падает с ростом угла места е (например, примерно от 90 м для еж 0' до 50 м для е = 2').
Положительная рефракция увеличивает дальность -действия РЛС, как бы отодвигая горизонт. Это можно трактовать как кажущееся увеличение радиуса Земли. Для 361 ~1айдзртной атмосферы радиус возрас1ет в 4/8 раза (т. й. надо пользоваться эквивалентным радиусом земли Яз, = = 4Нз/3 = 8500 км). Отклонение от стандартной атмосферы приводит к пониженной и повышенной положительным рефракциям, а также к отрицательной рефракции (ди/г/Н ) О), когда луч искривляется вверх. Предельным случаем положительной рефракции является сверхрефракция (аномальное волноводное распространение), при котором коэффициент а уменьшается с высотой Н настолько быстро, что в нижних слоях тропосферы происходит полное внутреннее отражение.
Для этого требуется, чтобы градиент коэффициента пре-. ломления сЬ/8Н был меньше — 15,7 ° 10-' м-' (рис. 6.2). Возникновение сверхрефракцнн связано с повышением температуры или понижением влажности с высотой. Она ограничена небольшими углами места, не превышающими (1 ...1,5)'. Высота атмосферного волновода несколько десятков метров. Наиболее известные районы, в которых наблюдается сверхрефракция, тропические, где РЛС с дальностью несколько десятков километров могут обнаруживать цели на расстоянии свыше тысячи километров. 2. 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, которое вызывает эффект, аналогичный поглшцению энергии. При распространении вдоль трассы длиной Н затухание в децибелах определяется из соотношении 10 1д Р,/Р„где Р, н Р,— мощности в начале н конце трассы. Удельное затухание на единицу длины Г = (10!д Р /Р,)Ш, откуда отношение мощностей Р /Р 10-о,!го е-цззго е-аао (6 2 1) где а — коэффициент затухания среды по напряженности, км-', причем Г = 8,68 а дБ км-'. Теоретическое значение затухания, вызванного поглощением и рассеянием радиоволн водяным паром и кнслоро» дом, приведено в табл.
6.1. Для водяного йарз даны значения удельного затухания Г„дБ/км, на единицу плотности воды в г/м', содержащейся в паре. Например, в летнее время в средних шяротах при температуре 20' содержание иоды (платность водяного пара) составляет М = 7,5 г/ьР, а при насьпцеиии оно доходит до 17 г/м'. Затухание равно Г = Г,М. Как видно нз таблицы, при длине волны Х ~ 362 Таблица бл Удельное аатуханне радиоволн в парах Гх, дв км-х г-х мв, прн длине волны Х, см !О 1,35 О,!7 2 5,10-а 3910 а Затухание радиоволн в кислороде Г, дв км-х, прн длине волны л, см 100 30 10 0,25 0,5 14 ° !О а 50 1О-а 72!О а бб 10-8 14 ) 1О см влиянием водяного пара на затухание можно пренебречь.
На волнах 0,17; 1,35 см (водяной пар) и 0,25; 0,5 см (кислород) происходит наиболее сильное поглощение энергии из-за резонансных явлений (табл. 6.1). Следует отметить, что вследствие более высоких концентраций водяного пара и давления около половины всех потерь в тропосфере приходится иа первые 300 м высоты. При оценке общего затухания в атмосфере можно воспользоваться табл, 6.2. При этом затухание Г, дБ/км, с ростом высоты Н падает почти линейно. Таблнцабз Затуханне радиоволн в атмосеере Р.
дв.нм ~, врн данае волны Х, см Высота Н. нм !о 28 8,88 25 10-в 50. 1О 1О 1О в 1 ° 10 в 70 1О а На затухание радиоволн а заметное влияние оказывают осадки в тропосфере из-за поглощающих и рассеивающих свойств отдельных частиц. Значения отношения 7)1, где 1 — интенсивность дождя (миллиметры в час), даны в табл. 6.3. збз Таблица 6.3 Стноснтельное вас/ханна Г//. (дв/нм]/(мм/еп пан панне нонны и см 23 0,86 го 0 00/ /0,3 0,0003 0,00003 Если, например, самолет летит на расстояние Р = = 200 км и на всем пути идет средний дождь (/ = 10 мм/ч), то затухание составляет 200 ° 2 0,0003 ° 10 = 1,2 дБ прн ) = 10 см и 200 ° 2 ° 0,00005 ° 10 = 0,2 дБ прн Х = = 23 см.
Для гидрометеообразований со сравнительно мелкими частицами (облака, туман) при )ь = 0,5 ...10 см и температуре 18 С можно пользоваться эмпирической формулой 0,438М (г!ма) )ьн (см) Средняя водность М кучевых облаков растет от 0,18 г/ма при высоте основания облака 100 м до 0,9/ г/м' при высоте основания 1000 и. Водность тумана в зависимости от его плотности изменяется от тысячных и сотых долей до 1,5 ...2 г/м' и растет при понижении температуры. 3. Влияние затухания радиоволн на дальность действия РЛС. Предположим, что вдоль трассы дальностью Р имеется постоянное удельное затухание Г.
Если мощность отраженного сигнала на входе приемника при отсутствии затухания равна Р„р„то после прохождения по трассе Р + Р = 2Р, имеющей удельное затухание Г, мощность в соответствии с (6.2.1) становится равной Рн — — -Рп о10-о'гав =Р е-о'ого. (6.2.2) по про ' про Так как Р„р,— — К/Р', то Р„р — — Ке-о'ого/Ра Приравнивая Рно = Р,р ьм получаем, что «лаксимальиая дальность для среды с затуханием Р,, удовлетворяет уравнению Р .
( =(К/Ртат) е ' нат (б 2 3) Так как, кроме того, для максимальной дальности в свободном пространстве Р о (,=К/Ро, (6.2А) то из (6.2.3) и (6.2.4) получим (6.2.5) 364 Данное уравнение является трансцендентным. Путем логарифмирования обеих частей его целесообразно привести к уравнению вида ГР, = 8,68 (1/у) 1и (1/у), где у = = Р„,/Р„представленному на рис. 6.3 в виде графика у (ГРа). Задаваясь Г и дальностью действия РЛС в свободном пространстве Р„найдем отношение у, которое позволяет определить Р„,. Другой способ описан в Р 6.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
