Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 1 - 1976 г. (1151800), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Необходимо отметить, что ослабление, вносимое туманом или облаками на волне 3,2 см, на порядок больше, чем на волне 1О см; в свою очередь, такое ослабление на волне 1,25 см примерно иа порядок больше, чем на волне 3,2 см. 6.17. Радиолокационные отражения от метеорологических образований 231 Атлас (51) указывает, что датой рождения радиолокационной метеорологии кан науки следует считать 20 февраля !941 г., когда с помощью РЛС диапазона !О см, расположенной на берегу Англии, иа расстоянии свыше !! км была обнаружена зона дождя.
С начала 40-х гг. проведено множество исследований и затрачены большие усилия в области радиолокационной метеорологии. Историю радиолокационной метеорологии, приблизительно, можно разделить на два периода. Первый период, охватывающий интервал от середины 40-х гг.до конца 50-х, был в основном описательным, когда производились наблюдения отражений от метеорологических образований и их классификация и устанавливалась связь Га б. Влияние метеоусловий иа работу РЛС отражений различного вида с синоптическими данными.
Начиная с 1960 г. усилия ученых направлены на количественную интерпретацию радиолокационных отражений и поиски зависимостей этих отражений от таких параметров„как распределение интенсивности дождя и размеры водянык капель, скорость частиц, интенсивность турбулентности атмосферы и т. д. Множество споров относится к оценке точности количественных радиолокационных измерений интенсивности эхо-сигналов от метеорологических образо. ваний. Большикство спорных вопросов является результатом того важного об. стоятельства, что <лабораторией» для исследований в области радиолокационной метеорологии служит тропосфера и «лабораторные условия» находятся за пределами возможностей регулирования по желанию ученых.
Эти краткие замечания имеют своей целью предостеречь читателей этой главы. Проведение точных радиолокационных измерений метеорояогических объектов связано с исключительными трудностями. Если требования к точности радиолокационных измерений отражений от метеорологических объектов таковы, что допустимая ошибка не должна превышать ~3 дБ, то экспериментатор должен сопоставлять свои данные с результатами всех доступных экспериментальных данных в области радиолокационной метеорологии, полученных за последнее время. е.тЗ. Уравнение дальности радиолокации для рассеяния макрочастицами Наиболее общая форма уравнения дальности радиолокации, позволяющего определить сигнал, отраженный от множества некогерентна рассеивающих эле.
ментов, распределенных в большом объеме пространства, имеет вид Р„(3) = ) е Хаб»хз Г Р,(<( — 2РГ)с) Н> ) )«(О, Ф) Ий ) л(а) п<(а, (32) (4л)а ) )гя Ь <я о где <( — время запаздывания отраженного сигнала; Є— усредненная по времени мощность множества отраженных сигналов; Р» — мощность передатчика в импульсе; д — длина волны зондирующего сигнала; я — дальность, соответствующая времени запаздывания; с — скорость распространения радиоволн; о — эффективная площадь рассеяния. Усиление антенны 6«представляет собой усиление в направлении оси луча; )э(0, Ф) щ ! характеризует угловую диаграмму направленности луча по мощности.
Функция плотности л(о)йа характеризует число рассеивающих элементов в единице объема, ЭПР которых лежит в интервале а и о + Во. Множитель ехр ( — 2а) введен для учета ослабления энергии сигнала на пути от РЛС до объекта и обратна. Величина а определяется соотношением и в = ') (уз+у +ур) <(л а где индексы з, с и р относятся к значениям ослабления, вносимого при распро. странении радиоволн в одном направлении атмосферными газами, облаками и осадками соответственно.
Рассмотрение (32) указывает на некоторые трудности точного измерения обратного рассеяния осадками. На первый взгляд, все три интеграла в (32) представляются взаимонезависимыми. Однако более тщательный анализ проблемы позволяет установить, что интеграл рассеяния (последвий в формуле) являетса функцией дальности Р и телесного угла й. Если среднее значение ЭПР не претерпевает существенных изменений нв интервале дальностей, соответствующем по- 232 б.)8. Уравнение дальности радиолокации для рассеяния .иикрочаттацани лозине длительности зондирующего импульса РЛС, то интеграл рассеяния можно считать не зависящим от дальности.
Для остронаправленных антенн обычно можно считать, что ЭПР единицы объема полностью заполняет все сечение луча, и поэтому интеграл рассеяния ие зависит от И. Зондирующий импульс обычно аппроксимируется прямоугольным импульсом, вследствие чего первый интеграл можно приближенно представить как РПс!2, где т — длительность зондирующего импульса на уровне половинной мощности. Второй интеграл, описывающий диаграмму направленности антенны, обычно приближенно выражается как пОьФь!4, где Оь и Ф, — углы раствора луча антенны е горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне половинной мощности.
Последний интеграл можно представи~ь как йо, где о — средняя ЭПР.частицы; )у — число рассеивающих частиц в единице объема. Произведение )Уо часто обозначается как отражательная способность илн коэффнанент отражения О. Вводя рассмотренные выше приближенные выражения ь 132), можно уравнение дальности радиолокации записать в виде е Я" Ра Оч ьт Оь Фе стЦ Р,= (33) 512пт Кз Во многих экспериментах по радиолокационному обнару>кению дождей величину ослабления для Л м 3 см можно считать равной нулю во всех случаях, кроме наиболее сильных ливней.
Такое предположение справедливо, поскольку радиолокационные измерения дождей проводятся на сравнительно небольших дальностях в пределах зоны расположения фиксированной сети наземных дождемеров, которая обычно охватывает небольшую площадь. Радиолокационные измерения отражений от зон дождей в обычных эксплуатационных условиях могут потребовать введения корректирующего фактора в несколько децибел, чтобы учесть ослабление радиоволн при распространении сквозь зону дождя большой протяженности. Формулу (ЗЗ) можно еше более упростить, если ввести значения 0 4п)ОеФе (при передаче) и 0 = 4пАейз (при приеме). Таким об.
разом, получается следующая наиболее часто встречающаяся форма уравнения дальности радиолокации для объемного рассеяния макрочастицами: Рт=Рг Ае стт)(32йз. (34) Уравнение дальности радиолокации для метеорологических объектов было заново выведено Проберт-Джонсом (53). При ятом выводе особое внимание уде- лено взаимосвязи усиления антенны, ее эффективной площади раскрыва и ши- рины луча.
Было показано, что если объем рассеяния ограничивается шириной луча антенны на уровне половинной мощности, то уравнение дальеости радио- локации дает завышенные значения мощности принимаемого сигнала в 21п2 раз, усиления антенны — в 16/пз раз. Хотя можно считать, что выводы Проберт- Джонса базируются на солидной основе, в статьях, опубликованных в тру- дах 12.й ионференции по радиолокационной метеорологии )54), вопросам введе- ния поправочвых коэффициентов, связанных с характеристиками антенн, уделе- но все же мало внимания.
Существуют дополнительные факторы (при радио- локационных измерениях отражений от дождей), которые могут компенсировать поправки, введенные Проберт-Джонсом. ЭПР одиночной сферической частицы пь аз=64 — ) К)з аз, Л' (35) где )К 1з= )(ве — 1)Дес + 1) )з и ее — комплекснаЯ диэлектРическаЯ пРо- ницаемость частицы. Для воды при температуре 1О' С на волне 10 см величина )К('=0 9313. Для льда во всем диан-зоне сантиметровых волн ) К)' =- 0,197 253 Гл. 6. Влияние метеоусловий на работу РЛС независимо от температуры.
Соотношение (Зо) применимо для расчета рассеяния всех частиц сферической формы, длина окружности которых мала по сравнению с длиной волны, т. е. при выполнении условия 2паг « )г. Учитывая, что т) = Л'о = Бог соотношение (34) можно записать в виде 2и'.Рг А Рт(К(з ч~~ э Р,= 1,а Кз Ли аы (36) Выражение (36) представляет собой основную форму уравнения дальности радиолокации, позволяющего определить мощность сигнала, принимаемого РЛС при отражении радиоволн гидрометеорами.
Известны различные модификации этого уравнения. Одна нз наиболее часто встречающихся модификаций получается прв замене А, = 2Ар/3, где Ар — фактическая площадь апертуры ан тенны 115), Если в (36) ввести множитель отражения 2 иэ формулы (28) (с учетг и того, по Рг = 2а;), го получим лэ Рг А,ст) К (зЯ 3ль~ г<з (37) В этой формуле все параметры, за исключением Я и )г, относятся к радиолокационной станции Так как эти параметры известны, их можно свести к некого. рому постоянному коэффициенту С, так чтв Р, СХ(кз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
