Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (1151797), страница 47
Текст из файла (страница 47)
На сантиметровых волнах ~р ~ (( ), так как большинством участков земной поверхности в соответствии с формулой [(5), з 2.!4), где 0 = = е, эти волны рассеиваются диффузно. Поэтому на дальность действия радиолокаторов сантиметрового диапазона для целей, кроме низколетящих, земля не оказывает существенного влияния. Тем более земля не оказывает влияния и на дальность действия радиолокаторов, работающих узким, оторванным олз земли лучом, когда ! г( — е) ! (( ~ Р(е) ~. С достаточной степенью точности в этом случае можно пользоваться уравнением дальности для свободного пространства. й 5.8.
Влияние атмосферы и космоса на дальность действия Реальные условия распространения радиоволн в атмосфере (тропосфере н 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 высоколетящнх объектов.
Перейдем к более подробному рассмотрению перечисленных выше факторов. Искривление траектории (явление рефракции) вызывается изменением коэффициента преломления тропосферы и ионосферы глав- 254 й 5.8 ным образом по высоте. В тролосфере, 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 и 79.Ю вЂ” в ! 4800е Х =)'1+ =1+ —,=1+ „. ~~ ( ) (1) Рис. 5.25. Искривление траекторий распространения радиоволн в атмосфере 5 5.8 Рис. 5.27. К расчету радиуса кривизны луча 255 где р и е в ньютон1м' (1 н(м' = 1Π— ' бар = 0,987 10-в атм = = 0,75 х 10 — ' мм рт ст.), а Т'в 'К.
Существенно, что величина а практически не зависит от частоты вплоть до субмиллиметрового диапазона. Характер и величина рефракции зависят, однако, от вертикального градиента коэффициенйл ил та преломления —. При — ) 0 радиолуч отклоняется от прямой и'Н " и'Н линии вверх (отрицательная рефракция, рис. 5.26, кривая 1). Если пН 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. Дальность действия по низколетящим целям уменьшается при отрицательной рефракции и увеличивается при положительной.
Для учета влияния рефракции на дальность действия часто вводят аффективный радиус земли рее, отличный от истинного р, = 6,37х 1 1 х 10" м. Эффективная кривизна земли — отличается от истинной— Рэр Рз 1 на величину кривизны луча †, т. е, Рл' 1 1 1 (2) !'аф 1 Величина кривизны луча — численно равна отношению проекции Рл градиента показателя преломления ягаг( л на главную нормаль Р' к лучу (рис. 5.27) к самому показателю преломления (приложение 8) 1 ! — = — ягадал.
Рл л Если показатель преломления и 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 лл ан ' лл Полагая — соп»1, получаем, что Р„= соп»1„т. е. величина Р, остается одной и той же на протяжении луча. Именно в пред«л положении — = соп»1 и справедливо представление о неизменном ан эквивалентном радиусе земли. Для «стандартной» тропосферы вертикальный градиент кол'л эффициента преломления — = — 4 1Π— 'м-' и эффективный райн 4 й~ днус земли р, = — р,. При «критической» рефракции — =- — 0,157 х 3 «О х 10-' м-' значение Р,ф — †. В этом случае кривизна радиолуча равна кривизне земли, т.
е. радиоволны распространяются по окружности, концентрической с окружностью сечения земли. Если „ — ( — 0,157 10-' м †', наступает так называемая лл «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. рнс. 5.26, кривая 3). В результате возникает «атмосферный волноводм 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 сверх- 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 2»6 й в.в при наличии сверхрефракции увеличивается в несколько раз. Чем короче волна, тем чаще наблюдается увеличение дальности за счет сверхрефракции, поскольку при этом чаше выполняются условия образования атмосферного волновода.
Однако в целом явление сверх- рефракции весьма нерегулярно. Искривление радиолуча в ионосфере также определяется в основном изменением коэффициента преломления с высотой Последний связан с концентрацией электронов /!/»(м-»1 и частотой /(гц) соотношением 80,8Н, и = )' е, = 1 — — '' = $' ! +и, /$ (4) где 80,8Н» а=е — 1=— » есть величина отклонения относительной диэлектрической настоян ной з, от единицы.
Тогда «в 40,4 ВФ» (6) вн вр е// 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 — '. (" — "! ~~и !ма»« Уже эта величина на порядок меньше соответствующего значения для «стандартной» тропосферы, а с увеличением частоты влияние ионосферы сильно ослабевает (пропорционально 1//»).
Поэтому в диапазоне УКВ иоиосферная рефракция существенно не влияет на дальность радиолокации, но может сказываться на точности. Это влияние рассмотрено специально в э 5.21. Заметим, что при опенке влияния рефракции в ионосфере обычно не удается ограничиться введением эквивалентного радиуса Земли, как это делается для тропосферы, из-за сложного характера зависимости п(о). В диапазоне КВ возможно регулярное явление «сверхрефракниик Оно и лежит в основе загоризонтной возвратно-наклонной локации (гл.
1, рис. 1.17). Затухание радиоволн в тропогфере 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 втропосфере $ 8.8 287 ы гв' Ъ г() Ъ гв /П-' Ъ. ы ~м~ г() ь го ь топ га' длила г(аллей ем у)г Рис. 8.28. Зависимости коэффициента затухания от длины волны для кислорода (сплошная линия) и паров воды (пунктирная линия) кислорода и паров воды. Имеются резонансные максимумы поглощения, 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)км) 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 0,06 дбlкм.
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- 288 $ 8.8 Если исключить случай возвратно-наклонной локации, то в радиолокационном диапазоне частот затухание в ионосфере обычно пренебрежимо мало (доли дб). Затухание, однако, может оказаться- весьма значительным вплоть до полного пропадания сигнала в областях, ионизированных ядерными взрывами.
Затухание после взрыва ослабляется со временем из-за рекомбинации и прилипания электронов к нейтральным частицам. Численно оно тем меньше, чем короче длина волны. Например, при изменении длины волны от 1 м до 1 см затухание в дбlкм уменьшается в 1О' раз. Некоторые ориен. тировочные числовые данные можно найти в переводной работе [97[. Произведем количественную оценку влияния затухания радиоволн на дальность действия радиолокатора для случая, когда атмосферу вдоль трассы распространения приходится считать неоднородной с переменным вдоль трассы коэффициентом затухания В[дб/км[. Тогда затухание на всей трассе распространения 2г км с до цели и обратно будет 2!В(г) аг. Обозначив мошность на входе о приемника при наличии затухания Р,р, а при его отсутствии Рар„ получим с ! 0[д Р = — 2 ~ В (р) йр, ркр а о где Ркр, определяется выражением в правой части равенства [(2), э 5.4[, откуда Г (4яса)а Принимая Р„р —— Р„р„„„, получаем выражение для искомой дальности действия радиолокатора с учетом затухания радиоволн в атмосфере, которое представим в виде макс — 0,05 ! В(р)лр о смака го 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 = у = 0,05г,„,„,! В(ого„,„сЩ где у = — '"'"' . На рис. 5.30 представо мак -' са ма„о лены кривые решений уравнения (8) для однородной трассы в виде зависимости дальности действия радиолокатора в километрах в ат- 260 $6.6 г е Рета г а Рвтаа г р РРтРРР на михезян Рис. 6.30. Зависимость дальности действия радиолокатора в однородной атмосфере от дальности действия в свободном пространстве для различных значений нозффипиента затухания В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
