Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151795), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Буквы Г и В соответствуют горизонтальной и вертикальной поляризации поля; после соответствующей буквы указана длина волны в метрах. Модуль отношения Е ~Е, может быть рассчитан с использованием правила параллелограмма $ 5.7 ОБ 0,2 0 о о В»б гС ~с б»б 3Ф а а~ 6 рис, 5.24. Зависимость модуля(а) н аргумента (б) козф. фнциента отражения от угла места и будет представлять собой дополнительный множитель направленности по полю, который называют множителем земли »,г„~.)=)»1.~-$р$ )"',, )' '-~-23р!$ „',," /соьМ„-~-Ькр). Для одноантенного радиолокатора, когда этот множитель дополнительно входит в энергетические характеристики направленности антенны при приеме .
и передаче, вместо соотношения»м,к, =»,,„сГ(е) имеет место соотношение »макс»с макс Р (Е)Рссм (Е). (1) В простейшем случае зеркального отражения, которое наблюдается при малых углах места (от спокойной поверхности моря — на всех волнах, начиная с сантиметровых, или от гладкой поверхности земли — на метровых волнах), модуль коэффициента отражения (р ~ = 1, а его фаза ~р, = 180'.
Тогда при симметричной характеристике антенны (без учета земли) и ее горизонтальном расположении над землей, когда»' ( — е) = Р(е), имеем г"ас (е) =2 з(п — йз1'пе, 2н 2л »макс = 2»макс з1П и з1п в Х (2) Кривые множителя Е,,„, (е) представлены на рис. 5.25 для случаев, когда йй равно 2 и 3. Таким образом, при зеркальном отражении (' р ~ = 1, ср„— = 180') дальность действия радиолокатора зависит от угла места цели и может быть как больше, так и меньше величины» .„,. Наибольшее значение дальности действия доходит до 2»ма,с, а наименьшее — до нуля; последнее связано с тем, что модуль коэффициента $5.7 253 Ю' Рис.
5,25. Графики множителя земли для случая ~ р ~ = 1, трр= =180' нри 6Я = 2 и 3 отражения ~р~ принят равным единице. Практически увеличение дальности до 2» „„, возможно, если площадка вокруг радиолокатора является достаточно гладкой в пределах первой зоны Френеля. Если ~р~(1, зависимость»„яав (е) также носит лепестковый характер, однако»„и,,: 2»„,яе, а провалы менее глубоки (амплитуды интерферирующих колебаний не равны между собой). На сантиметровых волнах ~р ~ у=л 1, так как большинством участков земной поверхности в соответствии с формулой 1(5), 82.141, где О = = е, эти волны рассеиваются диффузно. Поэтому на дальность дай: ствия радиолокаторов сантиметрового диапазона для целей, крокте низколетящих, земля не оказывает существенного влияния.
Теы более земля не оказывает влияния и на дальность действия радиолокаторов, работающих узким, опюрванным от земли лучом, когда ~ »( — е) ~ ~== ~ г(е) ~. С достаточной степенью точности в этом случае можно пользоваться уравнением дальности для свободного пространства. ф 5.8. Влияние атмосферы и космоса на дальность действия Реальные условия распространения радиоволн в атмосфере (тропосфере и ионосфере) отличаются от условий распространения в свободном пространстве.
Это сказывается на дальности действия радиолокатора и точности измерения координат. Влияние атмосферы на дальность радиолокации связано с: — искривлением траектории распространения, — затуханием радиоволн, — изменением характера поляризации колебаний в ионосфере, — тепловым излучением атмосферы, влияющим на относительную шумовую температуру антенны приемника при использовании квантовых и параметрических усилителей.
Наряду с излучением атмосферы иногда приходится учитывать влияние космических излучений, например в случае радиолокации высоколетящих объектов. Перейдем к более подробному рассмотрению перечисленных выше факторов. Искривление траектории (явление Рефракции) вызывается изменением коэффициента преломления тропосферы и ионосферы глав- 254 э 5.8 ным образом по высоте. В птропосфере, особенно в ее нижних слоях, изменение коэффициента преломления по высоте обусловлено соответствующим изменением давления р, температуры Т' и абсолютной влажности воздуха е. Для коэффициента преломления тропосферы в результате многочисленных опытов принято выражение 79.10 а ( 4800 е ~ Ф'1 1-~ 2 1+,.
р+ Рис. 5.26, Искривление траекторий распространения радиоволн в атмосфере $ 5.8 Рис, 5.27. К расчету радиуса кривизны луча 255 где р и е в ньютон1мм (1 н!и' = 10 — 'бар = 0,987 10-'атм = = 0,75х 10 — ' мм рт ст.), а Т'в'К. Существенно, что величина и практически не зависит от частоты вплоть до субмиллиметрового диапазона. Характер и величина рефракции зависят, однако, от вертикальною градиента коэффициенйп Йи та преломления — . При — ) 0 радиолуч отклоняется от прямой ИН ' йН линии вверх (отрицательная рефракция, рис.
5.26, кривая 1). Если ЙН вЂ” О, радиолуч отклоняется от прямой вниз (положительная рефракция, рис. 5.26, кривая 2). В силу кривизны земной поверхности рефракция влияет на дальность действия радилокатора по низколетящим целям и видимость местных предметов.тДальность действия по низколетящим целям уменьшается при отрицательной рефракции и увеличивается при положительной. Для учета влияния рефракции на дальность действия часто вводят эффективный радиус земли р,ф, отличный от истинного р, = 6,37х 1 1 х 10' м. Эффективная кривизна земли — отличается от истинной— Раф Рз 1 на величину кривизны луча —, т. е.
Рл' 1 1 1 (2) 1»ф 1 Величина кривизны луча — численно равна отношению проекции Р» градиента показателя преломления угад и на главную нормаль р~ к лучу (рис. 5.27) к самому показателю преломления (приложение 8) 1 1 — = — пгас1 рп. Р„п Если показатель преломления п зависит только от высоты над землей, то для направлений распространения, близких к горизонтальному при имеющих место значениях л, мало отличающихся от единицы, кривизна луча численно равна 1 Йг рл Йп Полагая — „= сопзт, получаем, что р» =. сопз1, т.
е. величина р, остается одной и той же на протяжении луча. Именно в предай положении — = сопз1 и справедливо представление о неизменном ДН эквивалентном радиусе земли. Для «стандартной» тропосферы вертикальный градиент койп эффициента преломления — = — 4 10 — »м — ' и эффективный райо 4 Йл диус земли р ф — — — р .
При «критической» рефракции — =-- — 0,157 х 3 до х10 — ' м — ' значение р,ф — — со. В этом случае кривизна радиолуча равна кривизне земли, т. е. радиоволны распространяются по окружности, концентрической с окружностью сечения земли. Йп Если „вЂ” ~ — 0,157 10 — ' м — ', наступает так называемая «сверхрефракция». Кривизна луча оказывается больше кривизны земли. Поэтому радиолуч, претерпевая полное внутреннее отражение, возвращается на землю, отразившись от ее поверхности, вновь претерпевает полное внутреннее отражение и т. д.
(см, рис. 5.26, кривая 3). В результате возникает «атмосферный волновод». Явление сверхрефракции чаще всего наблюдается летом над морем, особенно в утренние часы, когда нижние слои воздуха более охлаждены и насыщены влагой, чем верхние. Наблюдается явление вверх- рефракции и над сушей, например в степных районах. Высота атмосферного волновода обычно измеряется метрами и десятками метров и почти никогда не превышает 200 м. Дальность обнаружения 256 з 5.8 при наличии сверхрефракции увеличивается в несколько раз. Чем короче волна, тем чаще наблюдается увеличение дальности за счет сверхрефракции, поскольку при этом чаще выполняются условия образования атмосферного волновода. Однако в целом явление сверх- рефракции весьма нерегулярно.
Искривление радиолуча в ионосфере также определяется в основном изменением коэффициен1а преломления с высотой Последний связан с концентрацией электронов М»1м-»1 и частотой ~!гц) соотношением (4) где а =-- е — 1 =— 80,8й, (5) 1 есть величина отклонения относительной диэлектрической постоян- ной ь, от единицы. Тогда дл 40,4 сИ,, (б) ав лР )Н На рис. 2.35.
приведены примеры распределения концентрации электронов в ионосфере по высоте для высокой и низкой солнечной активности, для дня и ночи. Используя приведенные соотношения и распределение электронов, нетрудно получить для частоты ~ = = 400 Мгц — =5 10 — ' м — '. Уже эта величина на порядок меньше соответствуюшего значения для «стандартной» тропосферы, а с увеличением частоты влияние ионосферы сильно ослабевает (пропорционально 1/~»).
Поэтому в диапазоне УКВ ионосферная рефракция существенно не влияет на дальность радиолокации, но может сказываться на точности. Это влияние рассмотрено специально в 8 5.21. Заметим, что при оценке влияния рефракции в ионосфере обычно не удается ограничиться введением эквивалентного радиуса Земли, как это делается для тропосферы, из-за сложного характера зависимости п(п') . В диапазоне КВ возможно регулярное явление «сверхрефракции». Оно и лежит в основе загоризонтной возвратно-наклонной локации (гл. 1, рис. 1.1?).
Затухание радиоволн в тропосфере возникает за счет поглощения и рассеяния энергии радиоволн, во-первых дипольными молекулами кислорода и паров воды и во-вторых, частицами конденсированной влаги и пыли. Оба вида затухания ведут к уменьшению дальности. На рис. 5.28 представлены зависимости коэффициента затухания В (дб/км) радиоволн от длины волны из-за наличия в тропосфере $8.8 287 ю' ф М ю' ф ф Уо-1 Ю ф $~ Щ У 4з у~ "ь уа ь Юд уп У Длина 6алль~ сл Рис. 5.28. Зависимости коэффициента затухания от длины волны для кислорода (сплошная линия) и паров воды (пунктирная линия) кислорода и паров воды. Имеются резонансные максимумы погло'щения, определяемые особенностями структуры молекул: 1,35 см, 1,5 мм, 0,75 мм — в водяных парах и 0,5 см, 0,25 см — в кислороде. На рис.
5.29 представлены зависимости коэффициента затухания В !дб/км1 от длины волны при различной интенсивности дождя (сплошные кривые) и тумана (пунктирные кривые). Как следует из кривых рис. 5.28 и 5.29, затухание в кислороде и парах воды тропосферы, а также из-за наличия гидрометеоров незначительно на волнах более 10 см, но существенно возрастает при укорочении длины волны, что определенным образом ограничивает укорочение длины волны в станциях дальнего обнаружения. На миллиметровых и более коротких волнах существуют окна прозрачности тропосферы.
Так, например, в окне прозрачности между резонансными пиками Х = 0,5 см и Х = 1,35 см коэффициент поглощения на волне Х = = 0,86 см падает до значения 0,0б дб/км. Имеются окна и в оптическом диапазоне волн, в том числе для волн видимой части спектра 0,4 — 0,85 мк. Затухание в ионосфере вызывается следующим механизмом.. Свободные электроны под воздействием распространяющихся радиоволн приобретают колебательное движение.
Основная доля энергии колебаний переизлучается, но часть ее в результате соударений преобразуется в кинетическую энергию хаотического движе- 258 в 5.8 о 101д "' = 2 В(р)йр, о 0 где Рар, определяется выражением в правой части равенства Ц2), В 5.41, откуда 14пго)о Принимая Р„р — — Р„р„„„, получаем выражение для искомой даль- ности действия радиолокатора с учетом затухания радиоволн в атмосфере, которое представим в виде 'макс — 0,05 ~ В (р) о~р 0 ~ макс ~ о макс (8) где г,„,„„, — дальность действия радиолокатора в свободном пространстве. Уравнение (8) трансцендентное и его можно решить графически, определяя, например, точку пересечения функций у = 10-' и х = = 0,05гом,к,) В(сго„акс)Ж, где у = 'ма"с .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
