Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 1 - 1976 г. (1151800), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Это существенно облегчае~ построение модели атллосферы. Если вертикальные распределения М построены в принятом на рис. 3 масшта. бе, то приведенные данные со всей определенностью показывают, что распРе. деление М можно списать экспоненциальной функцией высоты в виде М (й) = = Л'л е л" в пределах высот Л от 1 до 9 клл над уровнем моря. В тех случаях, когда рассматриваются вопросы распространения радиолокационных сигналов на небольших высотах, не превышшощих одного илн в нрайнем случае двух километров над земной поверхностью, для решения соответствующих рефракционных задач можно пользоваться методом эффективного радиуса Земли. При этом следует пользоваться таблицами Бина и Даттона (5), в которых даны значения коэффициента А = а га и других переменных величин, определяющих Рефракцию радиоволн. При использовании концепции эффективного радиуса Земли высота над земной поверхностью й рассчитывается кан функция дальности д для горизонтального луча с углом места Ол = 0 по формуле Л = йл(2йа.
Ошибка, нноснмая прк использовании этого соотношения по сравнению с расчетаын, проведенными для фактически существующего экспонен. цызльного вертикального распределения индекса рефракции М (Й) (см. следуюпгнй параграф), не должна превышать 5% для высот до 1 км. Логическую последовательность моделей (или принятых предположений), описывающих рефракционные свойстна атмосферы, можно представить следующим образом. 1.
Предполагается, что атмосфера инвариаытнз н по своим свойствам близка к реальным средним характеристикам атмосферы; такая модель соответствует й = аг/а = 4/3, и ее использование облегчает расчеты напряженности поля электромагнитных волн. 2. Предполагается, что коэффициент Ф, определяющий величину эффективного радиуса Земли, представляет собой переменнуто величину, что позволяет вычислять напряженность поли радиоволн в различных климатических районах. Этот подход был предложен Нортояом, Рвйсом и Воглером (14).
В тех случаях, когда концепция эффективного радиуса Земли оказывается неприменимой, следует перейти к более сложной модели 3. 3. Модель, основанная иа концепция эффективного радиуса Земли, в тех интервалах высот, где ее использование приводит к наиболее значительным погрешностям, корректируется введеииеы более близкого к действительности вертикального распределения индекса рефракции.
Такая модель лмодофицироганного эффективного радиуса Зглщил (описываемая в конце этого параграфа) для некоторых применений сохраняет все преил~ушества первоначальной модели. 4. Принимается совершенно новая модель вертикального распределения индекса рефракции, соответствующая усредненному фактическому распределению М в атмосфере (эта модель описывается в следующем параграфе). Предполагается, что модели 3 н 4 используются прн необходимости учета сезонных и климатических иочсиеной среднего распределения индекса рефранции в ат- б.б. Эксаоненкиальная модель атмосферы В рассматриваемой ниже модели рефракционной атмосферы, базирующейся иа модифицированном эффективном радиусе Земли, предполагается, что в пределах высот до 1 им иад земной поверхностью полностью справедлива концепция аффективного радиуса Земли.
Из этого следует, что индекс рефракции А7 линейно уменьшается с высотой в интервале высот от й, — высоты земной поверхности над уровнем моря — до И, + 1. Таким образом, для интервала высот й, < й < <й,+! Д (7!) ~ е+ (й Л!) А'У (15а) О,ООЬЬ77М где -ЛУ=7,32е ' Величина — ЛЛ7 = 7!7! — М! представляет собой разность значений индекса рефракции атмосферы у земной поверхности и на высоте 1 км. Она определена в результате усреднения данных 6 — 6-летних циилов ежедневных наблюдеаий. Далее предполагается, что начиная с высоты й, + ! км величина Л' умень шается по зкспопенцнальиому закону до постоянного значения, равного !05 Кдединиц на высоте 9 км над уровнем моря. Таким образол7, для интервала высот ба+ ! км < й < 9 км — г(ь — ь — !; ®=Л!1 е 3 (156) 1 Л7! где а= — )ив 6 — Д, 165 На высотах более 9 ям, вклад которых в общее искривление луча оказывается менее 10 , можно пользоваться единой экспоненциальной зависимостью А7 от высоты для всех климатических районов и сезонов года.
Мо кно считать, что при й>9км д 165 — О,!424 7ь — Оу (!5 ) где коэффициент экспоненциальности определен путем обработки данных Комиссии ао ракетам (Косйе1 Ране!) (63] методом наименыпих квадратов. Это соотношение хорошо согласуется и с моделью атмосферы, предложенной в 1956 г. Управление!! научно-исследовательских и оаы7пно-конструкторских работ ВВС США (АК()С) (64), и выводом о том, что стандартное распределение плотности атмосферы можно использовать для расчета распределения коэффициента преломления атмосферы на высотах, превышающих 7 км (65). Трехэлементная модель атмосферы, описываемая соотношениями (!5а)— (15в), сохраняет преимущества концепции эффективного радиуса Земли и в то же время достаточно хорошо согласуется с действительным средним вертикальным расиределением в атмосфере. б.б.
Экспонен!4нальная модель атмосферы Эта молель преломляющей атмосферы сводится к тому, что вертикальное распределение !у во в с е й толще атмосферы описывается одной общей экспоненциальной зависимостью. А =А!, ехр ( — с,(й — й,)), (16а) где й„как это определено на рис. 1, представляет собой высоту земной поверхности над уровнем моря, а с,=1п — =)п Л7е )Уе (166) У! д'!+Ад! Эти соотношении служат для определения Ф на всех высотах.
Экспоненцнальная модель преломляющей атмосферы хорошо согласуется со средним рас- 231 Гл. б. Влияние метеоусловий па работу РЛС пределеиием индекса рефракции в пределах первых трех километров. Оиа обладает также тем преимуществом, что благодаря использованию единой фуикпиоиальиой зависимости облегчает проведение теоретических исследований. Эта модель атмосферы прива!а для использования Национальным Бюро Стандартоо США при соответствующих значениях постоянных коэффициевтов в (16а) и (165).
Эти значения, относящиеся к «экоаонеяциальнсй стандартной атмосфереь, предложеииой в 1958 г. Центральной лабораторией распространения радиоволн Национального Бюро Стаидартоо США (СВР(.), приведены в табл. 2. даа гаа 100 70 50 ы ба р га В !а ~ь 7 гы 5 сх й г 0,7 ()5 03 аг ' 0 б )б 24 юг 40 40 50 а! бы(ото лад средоиоу уроблем ларя, км Рнс. 4.
Сравнение вертнквльных рвспределеннй индекса реФракции длн рвьлиеных моделей атмосФеры: подели. основвнной нв концепнин еффектнвиого радиуса земли при й 4!3! подели ыоднфнпнроввнного эффективного радиуса Зеылн (ствндвртиой преломлнющей втыосФеры сиры!эззу; експоненпнвльной подели скрал подели комиссии по ракетам; подели дяпс. (%4. На рис. 4 приведены вертикальные распределения индекса рефракции соответствующие рассмотренной экспоиеипиальиой модели, а также моделям, основанным иа концепциях эффективного (прн й = 4г3) и модифицированного эффективного радиуса Земли (последияя модель обозначена иа рис. 4 как стандартная прелсмллющая атмосфера (СКР(.-19сгВ).
Как видно, модель эффективного радиуса Земли при й = 473 хорошо согласуется с моделью стандартной атмосферы в интервале высот до 1 км; этого и следовала ожидать, так как именно исходя из значения % = 301 определяется градиент для модели эффективисго радиуса Земли при й = 4!3. Из рис. 4 следует также, что имеет место хорошее совпадение модели преломляющей атмосферы, предложенной Центральной лабораторией распространения радиоволн, с моделями, построенными иа осисве данных Комиссии по ракетам (63) и Управления яаучио-исследовательских и опытно коиструкторских работ ВВС США (64) (модель А)(ОС-1956).
'232 5.7. Ослабление радианов« ари распространении в а»ми»тэер» Таблица 2 Значения коэффициента с, для экспоненциальной модели атмосферы )У = 7У» е '»1Ь е )нв 1 «и) со (нв 1 кн) На рисунке показано также распределение для экспоненциальной стандартной атмосферы при М = 313, )то соответствует среднему значению для территории США. Экспоненциальная стандартная атмосфера во всем интервале высот в представленном на рнс. 4 полулогарифмическом масштабе изображается одной прямой линией.
20 0 2 д 70 72 74 70 70 20 77 уз, КМ Рнс. а. Зависимости искр«в»он«в авкновтчва от высоты. Зависимости полной угловой рефракции радиолуча !исиривлении его траектории) от высоты для экспоненциальной стандартной атмосферы и для модели эффективного радиуса Земли при и = 473 показаны на рис. 5. Здесь же приведена зависимость искривления луча для «средней» атмосферы, которая получена в результате усреднения данных 5-летних циклов раднозондовых наблюдений в зимние и летние месяцы на 11 метеостанциях США; такие усредненные данные до. статочно хорошо характеризуют средние условия.
6.7. Ослабление радиоволн при распространении в атмосфере Поглощение радиоволн в газах, рассеяние и ослзбление их осадками и обланами влияют на требования, предъявляемые к мощности РЛС, и поэтому указанные явления необходимо специально рассмотреть. Они имеют важное прикладное значение для метеорологических исследований, в особенности в области физики облаков и осадков, хотя другие применения !такие, как изучение турбулентности «чистого неба») также вэжиы. Результаты радиолокационных весле 233 0 22,3318 29,5124 30,0000 39,2320 41,9388 ~~ 70 5 0 200,0 250,0 252,9 301,0 313,0 0 0,118400 О,!25625 0,126255 О,!39632 0,143859 50,0000 51,5530 60,0000 68,1295 70,0000 90,0406 344,5 350,0 3?7,2 400,0 404,9 450,0 О, 156805 0,159336 0,173233 0,186720 0,189829 0,223256 дований метеорологических явлений хорошо обобщены в ряде работ (напримс;, ]15, 16]), и детальный нх анализ не является предметом рассмотрения.
Поэтот: ниже изложены лишь принципиальные основы этих явлений и приведены данны,, характеризующие рассеяние и ослабление радиоволн в атмосфере, причем ановнае внимание уделено вопросам ослабления (поглощения] радиоволн. Ослабление радиолокационного сигнала в атмосфере, обусловлено двум« явлениями: поглощением и рассеянием. На волнах длиной выше нескольких сантиметров поглощение атмосферными газами, вообще говори, онаэывается пренебрежимо малым, за иснлючением случаев распространения радиоволн ит очень большие расстояния. Однако ослабление в облаках и в дожде должно у !и. тываться во всем диапазоне волн короче 10 см. Особенно сильно это явление склаываетсн на волнах длиной ! см и 3 см, а также иа еще более коротких волнах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
