Уравнение дальности радиолокации для свободного пространства

Уравнение дальности радиолокации

Уравнение дальности радиолокации (часто для краткости – уравнение радиолокации ) в простой и наглядной форме связывает между собой максимальную дальность действия радиолокатора, его параметры, а также параметры цели. В зависимости от требуемого результата уравнение радиолокации может быть записано относительно максимальной дальности действия радиолокатора или относительно мощности электромагнитной волны на входе приемной антенны. Во втором случае мощность P_e у приемной антенны радиолокатора выражается зависимостью от излучаемой мощности P_S , дальности цели R и отражающих характеристик цели, описываемых ее эффективной поверхностью рассеяния σ . Если известна чувствительность радиолокационного приемника, то с помощью уравнения радиолокации можно определить максимальную теоретически достижимую дальность действия радиолокатора. Таким образом, уравнение радиолокации может использоваться для оценки тактико-технических характеристик радиолокатора.

Вывод уравнения радиолокации

Прежде всего предположим, что распространение радиоволн происходит в идеальных условиях, то есть без потерь.

Рисунок 1. Плотность мощности, излучаемая ненаправленным излучателем, уменьшается при геометрическом расширении луча (при удалении от излучателя)

Рисунок 1. Плотность мощности, излучаемая ненаправленным излучателем, уменьшается при геометрическом расширении луча (при удалении от излучателя)

Если высокочастотная энергия излучается изотропным излучателем, то она распространяется равномерно во всех направлениях. Следовательно, поверхности с одинаковой плотностью мощности представляют собой сферы, площадь которых в зависимости от расстояния от излучателя определяется как ( A= 4 π R² ) . Одно и то же количество энергии с увеличением радиуса сферы распределяется на все большую площадь ее поверхности. Это означает, что плотность мощности электромагнитной волны на поверхности сферы обратно пропорциональна квадрату радиуса сферы. Таким образом, можно записать уравнение для вычисления плотности мощности S_u , излучаемой ненаправленным излучателем

• P_S = излучаемая мощность [Вт]
• R₁ = расстояние от передающей антенны до цели [м]

Рисунок 2: Усиление антенны, умноженное на плотность мощности, дает направленную плотность мощности.

Рисунок 2: Усиление антенны, умноженное на плотность мощности, дает направленную плотность мощности.

Если же передающая антенна является направленной, то это приводит к увеличению плотности мощности, излучаемой в определенном направлении. Этот эффект называют усилением антенны. Таким образом, выражение для плотности мощности направленного излучателя S_g можно записать в виде

• G = коэффициент усиления антенны.

Конечно, в действительности антенны радиолокаторов не являются «частично излучающими» изотропными излучателями. К антеннам радиолокаторов предъявляют требования малой ширины луча и коэффициента усиления на уровне 30 или 40 дБ (например, зеркальная параболическая антенна или фазированная антенная решетка).

Обнаружение цели зависит не только от плотности мощности в районе цели, а также от того, какая часть этой мощности отражается в направлении на радиолокатор. Для того, чтобы определить полезную отраженную мощность, необходимо знать эффективную поверхность рассеяния σ цели. Ее значение зависит от многих факторов, однако можно утверждать, что цель с большей площадью отражает больше мощности, чем цель с меньшей площадью. Это означает, что, при одинаковых условиях наблюдения пассажирский авиалайнер обладает большей площадью рассеяния, чем спортивный самолет.

Из приведенного выше следует, что отраженная от цели мощность P_r зависит от плотности мощности S_u , коэффициента усиления антенны G и изменяющейся эффективной поверхности рассеяния σ :

У упрощенном виде цель может рассматриваться как излучатель. При таком подходе отраженная мощность P_r рассматривается как излученная мощность.

Применив к отраженной мощности те же рассуждения, что и к излученной, по аналогии с формулой (1), можем записать выражение для плотности мощности S_e у приемной антенны:

Рисунок 3. Связь между выражениями (3) и (4)

• R₂ = расстояние между целью и приемной антенной.

Рисунок 3. Связь между выражениями (3) и (4)

Принятая в приемной антенне мощность P_e зависит от плотности мощности в точке приема S_e и эффективной площади антенны A_W .

Очевидно, что значение эффективной площади антенны характеризует ту часть мощности, которую антенна может «собрать» из всего потока мощности, отраженной от цели. Чем больше площадь антенны, тем больше мощности она может на себя «собрать». Кроме того, этот параметр обусловлен наличием потерь в антенне. По этой причине принятая антенной мощность не равна падающей на нее мощности. Эффективность антенны количественно описывают при помощи коэффициента эффективности K_a , значение которого для реальных антенн, как правило, составляет около 0,6 … 0,7.

Коэффициент эффективности антенны связывает между собой ее геометрическую и эффективную площадь, то есть

• A = геометрическая площадь антенны [м²]

С учетом введенных величин выражение для принятой мощности P_e может быть записано в виде:

В приведенных выше выражениях излученная и отраженная волны рассматривались по отдельности. Следующим шагом является получение выражения, связывающего их параметры вместе. Для этого подставим выражение для отраженной мощности (3) в формулу для принятой мощности (8). В дальнейшем учтем, что для случая совмещенного радиолокатора R₁ = R₂ .

Коэффициент усиления антенны G может быть выражен через длину волны λ . Не приводя здесь вывода этого выражения, запишем окончательную формулу:

Выразив из (10) геометрическую площадь антенны А и подставив полученное выражение в (9), после упрощения получим:

Решая полученное уравнение относительно дальности цели R , мы получим классическое уравнение дальности радиолокации:

В полученном уравнении учитываются все величины, оказывающие влияние на распространение радиолокационных сигналов. Перед тем, как попробовать применить уравнение радиолокации на практике, например, для оценки эффективности радиолокатора, необходимо привести некоторые дополнительные соображения.

Для конкретного радиолокатора большинство параметров (в частности, P_s, G, λ ) можно считать постоянными, поскольку их значения изменяются в небольших пределах. С другой стороны, эффективная поверхность рассеяния изменяется достаточно сильно. Однако, для практических задач ее часто полагают равной 1 м².

Наименьшую принимаемую мощность, при которой отраженный сигнал может быть обнаружен, обозначают P_Emin . Сигналы меньшей, чем P_Emin мощности, не могут использоваться, поскольку они будут потеряны в шумах приемника. Поэтому P_Emin еще называют чувствительностью приемника. Значение P_Emin определяет максимальную дальность действия R_max радиолокатора:

Использование этого уравнения радиолокации позволяет легко объяснить влияние той или иной характеристики радиолокатора на дальность его действия.

Учет потерь

Приведенный выше вывод уравнения радиолокации выполнен в предположении идеальных условий распространения электромагнитных волн, то есть распространения без потерь. В реальности необходимо учитывать разнообразные потери, поскольку они могут существенно влиять на эффективность радиолокатора. С этой целью уравнение радиолокации дополняется коэффициентом потерь L_ges .

Этот коэффициент учитывает следующие потери:

• L _D = внутренние потери в передающем и приемном трактах радиолокатора;
• L _f = флуктуационные потери во время отражения от цели;
• L _Atm = атмосферные потери – потери на поглощение электромагнитных волн при распространении их в атмосфере от радиолокатора до цели и обратно.

В высокочастотных компонентах радиолокатора, таких как волноводы, фильтры, а также в антенных обтекателях также возникают внутренние потери. Для конкретного радиолокатора эти потери относительно постоянны и могут быть легко измерены.

Атмосферное ослабление и отражение от поверхности Земли являются постоянными факторами.

Влияние Земной поверхности

Расширенная, однако реже используемая, форма записи уравнения радиолокации учитывает дополнительные факторы, такие как поверхность Земли, однако не учитывает чувствительность приемника и атмосферное ослабление.

В этом выражении, помимо уже известных величин, появляются следующие:

• K_α – коэффициент потерь вместо L_ges.;
• A_z – эффективная поверхность отражения вместо σ;
• t_i – длительность импульса;
• n_R – коэффициент шума приемника;
• d – коэффициент четкости экрана индикаторного устройства;

• R_e – толщина слоя поглощающей среды;
• γ – угол отражения луча;
• K – постоянная Больцмана;
• T₀ – абсолютная температура в К;
• δ_R – коэффициент ослабления в поглощающей среде.

Отражение от плоской земной поверхности

Геометрическое представление (Рисунок 3) поясняет влияние поверхности Земли. Плоскость Земли вблизи антенны радиолокатора оказывает существенное влияние на диаграмму направленности антенны в вертикальной плоскости. Взаимодействие прямой и переотраженной от поверхности грунта волн изменяет диаграмму направленности антенны на передачу и на прием. Это влияние значительно в диапазоне очень высоких частот (ОВЧ, VHF), к которому относятся частоты 30 … 300 МГц. С увеличением частоты такое влияние уменьшается. Для обнаружения маловысотных целей использование отражения от земной поверхности является необходимым. Однако это возможно, только если размеры неровностей поверхности в первой зоне Френеля (радиуса R_F ) относительно антенны не превышают значения 0,001· R_F (то есть, если радиус первой зоны Френеля R_F = 1000 м, то на этом расстоянии от антенны радиолокатора не должно быть неровностей больше 1 м!).

Рисунок 4. Геометрия отражений от земной поверхности

Рисунок 4. Геометрия отражений от земной поверхности

Специализированные радиолокаторы, работающие в диапазоне ОВЧ (VHF), используют отражение от земной поверхности для увеличения дальности действия на малых высотах. На больших высотах влияние этого отражения приводит к нежелательным эффектам, а именно, к изрезанности зоны обзора в вертикальной плоскости. На Рисунке 4 показано изменение формы диаграммы направленности антенны под влиянием отражения от земной поверхности. Изрезанность зоны обзора приводит к пропаданию сигнала от цели во время ее нахождения между лепестками. Указанный эффект использовался в наземных радиолокаторах управления воздушным движением, при этом лучшие результаты наблюдались на более низких частотах, где лепестки получались довольно широкими и обеспечивали достаточное покрытие на больших высотах. С увеличением рабочей частоты радиолокатора влияние отражения от земной поверхности на форму диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости ослабевает.

Рисунок 5. Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости с учетом влияния отражений от земной поверхности.

Рисунок 5. Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости с учетом влияния отражений от земной поверхности.

Рисунок 5. Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости с учетом влияния отражений от земной поверхности.

Увеличение высоты антенны приводит к тому, что количество лепестков увеличивается и они становятся более узкими, тем самым уменьшается количество пропаданий сигнала от цели, двигающейся на постоянной высоте. Однако вместе с этим, увеличение высоты антенны приводит к увеличению размеров первой зоны Френеля, то есть зоны, существенной для формирования диаграммы направленности антенны. А это, в свою очередь, ужесточает требования к позиции радиолокатора.

Таким образом, отражение от земной поверхности может оказывать как позитивное, так и негативное влияние на эффективность функционирования радиолокатора. Степень этого влияния зависит от многих факторов, таких как длина волны, высота подъема антенны, наличие и размер неровностей поверхности позиции на расстоянии, соответствующем первой зоне Френеля. Отсюда следует, что для конкретного радиолокатора, когда на первые два фактора влиять не представляется возможным, особое значение приобретает выбор и подготовка позиции.

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрій Музиченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Видео:Распространение радиоволн. Радиолокация. 11 класс.Скачать

Основное уравнение радиолокации. Дальность действия в свободном пространстве Выполнила: Темербекова А.Т. КТиТ-43 Проверила: Жумабаева А.С. — презентация

Презентация была опубликована 4 года назад пользователемарн тем

Похожие презентации

Видео:Лекция 4. Радиотехнические методы определения координат.Скачать

Презентация на тему: » Основное уравнение радиолокации. Дальность действия в свободном пространстве Выполнила: Темербекова А.Т. КТиТ-43 Проверила: Жумабаева А.С.» — Транскрипт:

1 Основное уравнение радиолокации. Дальность дедедействия в свободном пространстве Выполнила: Темербекова А.Т. КТиТ-43 Проверила: Жумабаева А.С.

2 Что такое основное уравнение радиолокации?

3 Основным уравнением радиолокации называется уравнение, связывающее максимальную дальность дедедействия активной РЛС в свободном пространстве с ее основными техническими характеристиками и отражающей способностью объекта.

4 Допустим что.. В точке О расположен передатчик РЛС, излучающий импульсную мощность P I, а в точкеО 1, расположенной на расстоянии D от РЛС, находится отражающий объект(Рис.1). Рис.1. Определение максимальной дальности дедедействия РЛС.

5 Под дальностью дедедействия в свободном пространстве подразумевается дальность, зависящая от технических характеристик РЛС и от отражающих свойств объекта (цели). Влияние атмосферы, формы Земли и подстилающей поверхности в этом случае не учитывается.

6 Основное уравнение радиолокации

7 Мощность передатчика Мощность передатчика. Распространено заблуждение, что «мощность и дальность одно и то же». Две радиостанции с одинаковыми мощностями могут отличаться по дальности, например, в десять раз. Гораздо важнее мощности эффективность антенны, чувствительность приёмника и избирательность. Мощность же важна в присутствии электромагнитных помех, тогда увеличение мощности в 4 раза увеличит дальность связи примерно в 1,5 раза. В поле для увеличения дальности в 2 раза мощность надо увеличить в 24=16 раз.

8 Коэффициент напоравоенного де́дедействия антенны Коэффицие́нт напора́военного де́дедействия (КНД) антенны отношение квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном напоравлении, к среднему значению квадрата напряженности поля по всем напоравлениям.

9 Эффективная площадь антенны Эффективная площадь антенны площадь эквивалентной плоской антенны с равномерным амплитудно- фазовым распределением, обладающей тем же максимальным значением коэффициента напоравоенного дедедействия, что и данная антенна.

10 Эффективная площадь рассеяния ЭПР является количественной мерой свойства объекта рассеивать электромагнитную волну

11 Чувствительность приемника Одним из важнейших показателей качества тракта приема является чувствительность приемника. Она характеризует способность приемника принимать слабые сигналы.

12 Основное уравнение показывает, что Максимальная дальность дедедействия РЛС в свободном пространстве зависит от параметров РЛС и отражающих свойств цели. Максимальная дальность дедедействия РЛС тем выше, чем больше излучаемая мощность передатчика, КНД антенны, ЭПР цели и чем меньше значение чувствительности приемника.

13 Выводы: 1. Увеличение максимальной дальности дедедействия РЛС возможно только за счет увеличения энергии зондирующих импульсов путем увеличения средней мощности передатчика (т.е. за счет увеличения мощности источника питания).

14 2. Увеличение дальности Дмакс в два раза достигается ценой увеличения мощности передатчика Рt или чувствительности приемника (уменьшения Рrмин) в 16 раз

15 3. Для увеличения дальности Дмакс в два раза достаточно увеличить площадь антенны в четыре раза 4. Дальность дедедействия не зависит от формы сигнала.

16 Влияния ВЛИЯНИЕ ВОДНОЙ (ЗЕМНОЙ) ПОВЕРХНОСТИ ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫСЖАТИЕ ИМПУЛЬСОВ

17 ВЛИЯНИЕ ВОДНОЙ (ЗЕМНОЙ) ПОВЕРХНОСТИ Водная или земная поверхность влияет на дальность дедедействия судовой навигационной РЛС из-за отражения электромагнитной энергии от подстилающей поверхности, а также вследствие сферичности Земли, ограничивающей дальность радиолокационного обнаружения.

18 ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ Влияние атмосферы выражается в следующем: из-за атмосферной рефракции радиоволны отклоняются от прямолинейного распространения; поглощается и рассеивается энергия радиоволн в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Атмосферная рефракция, т.е. преломление радиоволн в нижних слоях атмосферы

19 СЖАТИЕ ИМПУЛЬСОВ Увеличение длительности зондирующих импульсов снижает разрешающую способность РЛС по дальности, уменьшает потенциальную точность измерения расстояний до объектов.

Видео:Радиолокация | Физика 11 класс #24 | ИнфоурокСкачать

ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ

5.1. ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РЛС В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Дальность действия радиолокационной станции определяется максимальным расстоянием между радиолокатором и объектом (целью), который должна обнаружить РЛС.

Обнаружением называется процесс принятия решения о наличии или отсутствии радиолокационных сигналов в условиях помех. При обнаружении могут возникать следующие ситуации: при условии, что сигнал фактически есть, решение о наличии сигнала – правильное обнаружение, а решение об отсутствии сигнала – пропуск объекта или цели.

Если сигнала фактически нет, то решение, что сигнал отсутствует, – правильное необнаружение, а решение о наличии сигнала – ложная тревога. Значит, пропуск сигнала и ложная тревога – ошибочные решения при обнаружении. Результаты обнаружения радиолокационных сигналов в условиях помех носят вероятностный характер. Поэтому возможность возникновения тех или иных ситуаций характеризуют вероятностями правильных и ошибочных решений. В соответствии с этим различают вероятности: правильного обнаружения, правильного необнаружения, пропуска сигнала (цели), ложной тревоги.

Выделение полезных сигналов из помех, принятие решения о наличии или отсутствии цели в наблюдаемой области и определение координат называется первичной обработкой радиолокационных сигналов. Источник сигналов для производства обработки – напряжение, снимаемое с выхода приемного устройства.

Устройства, обнаруживающие сигналы, относятся к классу решающих устройств. В простейшем случае решающее устройство представляет собой ограничитель, на вход которого подается выходной сигнал приемника U(t) и пороговое напряжение U₀. Если выброс напряжения смеси «сигнал плюс помеха» U(t) превышает некоторый уровень U₀ , то сигнал есть. Наоборот, когда выброс напряжения смеси U(t) меньше уровня ограничения U₀ , то сигнала нет (рис. 5.1).

Поскольку шумы – процесс случайный, то не исключено, что некоторые всплески шумового напряжения могут превысить уровень ограничения U₀ и появится решение о наличии сигнала, хотя в действительности объект отсутствует. Этот случай соответствует ложной тревоге. Могут иметь место также случаи, когда напряжение смеси U(t) оказывается ниже уровня U₀. Тогда решающее устройство зафиксирует отсутствие сигнала, хотя фактически объект или цель находятся в данном направлении.

Радиолокационные сигналы обрабатываются в течение одной или нескольких смежных разверток по дальности, поэтому в случае индикатора кругового обзора за вероятность обнаружения принимается обычно отношение числа обзоров (оборотов антенны), при которых отметка от надводного объекта того или иного типа четко просматривается на экране индикатора, к общему числу последовательных обзоров за данный промежуток времени. Например, при вероятности обнаружения 0,5 отметка цели на экране ИКО появляется за каждый второй поворот антенны; при вероятности 0,7 отметка цели на экране будет появляться 2 раза за 3 оборота антенны и т.д.

Дальность действия РЛС определяется мощностью Р_пр принимаемых отраженных сигналов на входе приемника, которая должна быть не меньше пороговой мощности Р_пр(min) , называемой чувствительностью приемника. Кроме чувствительности, дальность действия зависит от мощности передатчика, направленности антенны, ЭПО объекта, состояния атмосферы, подстилающей поверхности и пр.

Под дальностью действия в свободном пространстве подразумевается дальность, зависящая от технических характеристик РЛС и от отражающих свойств объекта (цели). Влияние атмосферы, формы Земли и подстилающей поверхности в этом случае не учитывается.

Если антенна РЛС – изотропный (ненаправленный) излучатель, то вся излучаемая мощность равномерно распределяется по объему сферы. Тогда плотность потока мощности на поверхности сферы у объекта

,

где Р_И – излучаемая импульсная мощность передатчика;

D – расстояние до объекта;

4πD 2 – площадь сферы.

Благодаря направленным свойствам антенны плотность потока мощности в направлении максимального излучения увеличится в G_А раз:

,

где G_А – коэффициент направленности антенны.

Под действием облучающего поля объект вновь переизлучает в окружающее пространство мощность

.

Переизлучаемая объектом мощность рассеивается в окружающем пространстве, и часть ее, достигая РЛС, создает у антенны плотность потока мощности

,

которая создает на входе приемника, согласованного с антенной, мощность отраженного сигнала

,

где S_А – эффективная площадь антенны.

Тогда при условии, что для передачи и приема сигналов используется одна и та же антенна, то эту формулу можно представить следующим образом:

, (5.1)

исходя из того, что ,

где а,b – размеры антенны.

Формула (5.1) представляет собой основное уравнение радиолокации. Она отражает зависимость мощности отраженных сигналов на входе приемника от технических характеристик РЛС, ЭПО объекта (цели) и расстояния до него.

Если мощность на входе приемника ограничить его чувствительностью, то условию соответствует . Тогда дальность действия в свободном пространстве

. (5.2)

Следовательно, максимальная дальность действия РЛС в свободном пространстве зависит от импульсной мощности передатчика, направленности антенны, импульсной чувствительности приемника, ЭПО объекта. Как следует из формулы (5.2), среди перечисленных факторов наибольшее влияние на дальность действия оказывает направленность антенны. Например, для увеличения дальности в 2 раза импульсную мощность передатчика необходимо увеличить в 16 раз, или на столько же повысить чувствительность приемника, уменьшая . Такое же увеличение дальности обеспечивается повышением коэффициента направленности действия антенны в 4 раза. Из формулы (5.2) также следует, что максимальную дальность действия РЛС влияет и длина волны. Это объясняется тем, что неизменное значение ширины диаграммы направленности антенны при увеличении длины волны может быть достигнуто увеличением S_A, что соответственно увеличивает ее направленность.

5.2. ВЛИЯНИЕ ВОДНОЙ (ЗЕМНОЙ) ПОВЕРХНОСТИ

Водная или земная поверхность влияет на дальность действия судовой навигационной РЛС из-за отражения электромагнитной энергии от подстилающей поверхности, а также вследствие сферичности Земли, ограничивающей дальность радиолокационного обнаружения.

Если длина волны РЛС во много раз меньше высоты установки антенны h₁ и облучаемого объекта h₂ , то вследствие отражения радиоволн от водной (земной) поверхности сигналы РЛС достигают объекта и отражаются обратно двумя путями: непосредственно прямым путем и путем отражения от водной поверхности (рис. 5.2, а).

Если поле прямой волны у объекта равно Е₁ , то напряженность поля отраженной волны Е₂ имеет фазовый сдвиг, равный углу ψ, и амплитуду

где ρ – коэффициент ослабления поля при отражении от водной поверхности.

Угол ψ фазового сдвига состоит из скачка фазы φ при отражении энергии от водной поверхности и угла β, обусловленного разностью хода прямой и отраженной волн, т.е. Dd=(d₁+ d₂)–D. В связи с высокой проводимостью морской поверхности можно допустить, что ρ=1 и φ = π. Тогда суммарное поле у объекта

.

Разность хода лучей Dd прямой и отраженной волн при условии, что D>>h₁ и D>>h₂ ,

,

.

Следовательно, суммарное поле у объекта

.

Из этой формулы следует, что напряженность поля у объекта в зависимости от h₁, h₂ и D изменяется по синусоидальному закону. Например,

при и т.д. .

Если и т.д. .

Соответственно суммарная плотность мощности П₀ у объекта:

, (5.3)

где П₁ – плотность потока мощности у объекта прямой волны.

На рис. 5.2,б представлен график зависимости Е₀ для разных направлений диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости в координатах h₂, D при фиксированной высоте h₁. Как следует из этого графика, суммарное поле оказывается неравномерным и в пределах диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости носит лепестковый характер. Число лепестков n зависит от высоты h₁ и длины волны .

Для обнаружения низко расположенных надводных объектов большое значение имеет наклон лепестка, т.е. угол q относительно водной поверхности, который определяется из условия первого максимума суммарного поля . Тогда допуская, что при h₂ > h₁h₂, то

. (5.5)

В этом случае выражение (5.4) с учетом формул (5.1) и (5.5) можно представить следующим образом:

.

Ограничивая мощность на входе приемника его чувствительностью Р₀=Р_пр(min), получим следующее выражение для определения максимальной дальности радиолокационного обнаружения с учетом влияния подстилающей поверхности:

.

Отсюда следует, что отражение от водной (земной) поверхности уменьшает дальность действия РЛС в зоне, лежащей ниже первого максимума диаграммы направленности антенны (ниже первого лепестка). В этом случае увеличение мощности зондирующих импульсов и повышение чувствительности приемника мало влияют на увеличение дальности действия РЛС, так как в этом случае D | _max пропорционально корню восьмой, а не четвертой степени из отношения Р_и /Р_пр(min), как это имело место в свободном пространстве.

Увеличение дальности действия РЛС в этом случае можно достигнуть снижением угла q наклона нижнего лепестка, для чего, как отмечалось, необходимо укорачивать длину волны РЛС и увеличивать высоту установки антенны. Однако с уменьшением длины волны увеличивается затухание электромагнитной энергии в атмосфере. Повышение высоты h₁ увеличивает минимальную дальность (мертвую зону) РЛС. Поэтому при выборе длины волны учитываются эти особенности.

В диапазоне ультракоротких волн, особенно на сантиметровых и миллиметровых волнах, дифракция, т.е. способность радиоволн огибать выпуклую поверхность Земли, выражена очень слабо. Поэтому радиоволны сантиметрового и миллиметрового диапазонов распространяются почти прямолинейно и кривизна земной поверхности ограничивает дальность действия РЛС дальностью прямой радиолокационной видимости.

Как следует из рис. 5.3, дальность D_ПР прямой радиолокационной видимости будет равна:

,

где R_Э – эффективный радиус Земли.

В связи с тем, что D_ПР >> h₁ и D_ПР >> h₂, то .

Для так называемой стандартной атмосферы R_Э = 1,33·6370 = 8460 км.

,

5.3. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ

Влияние атмосферы выражается в следующем: из-за атмосферной рефракции радиоволны отклоняются от прямолинейного распространения; поглощается и рассеивается энергия радиоволн в сантиметровом и миллиметровом диапазонах.

Атмосферная рефракция, т.е. преломление радиоволн в нижних слоях атмосферы, возникает вследствие того, что давление, температура и влажность воздуха медленно убывают с высотой. Это в свою очередь уменьшает диэлектрическую проницаемость воздуха и, следовательно, вызывает увеличение скорости распространения радиоволн с ростом высоты. По этой причине траектории радиолучей искривляются в направлении земной поверхности, и дальность действия РЛС повышается, так как для данной высоты антенны и объекта предельное расстояние, на которое будут распространяться радиоволны, увеличивается. Случаи повышенной рефракции наблюдаются в весенне-летний период в средних широтах, а в тропических районах могут иметь место в течении всего года.

При увеличении влажности воздуха с высотой или резком против нормального падении температуры может возникнуть субрефракция (пониженная рефракция). Это вызывает искривление лучей вверх, отчего дальность радиолокационного обнаружения уменьшается. Погода с такими метеорологическими условиями бывает, например, во время снегопада в осеннее и зимнее время в полярных районах. В этом случае максимальная дальность обнаружения объектов может уменьшиться на 20-30 % по отношению к дальности обнаружения при нормальной (стандартной) рефракции, имеющей место при температуре 15°С на уровне моря, при равномерном падении температуры с высотой на 0,0065°С/м и постоянной влажности на различных высотах.

На дальность действия РЛС значительное влияние оказывает затухание энергии радиоволн в кислороде, парах воды, гидрометеорах и т.д. С укорочением длины волны затухание увеличивается. Затухание в кислороде и парах воды особенно сильно проявляется на некоторых волнах и обусловлено явлением резонансного поглощения. Максимальное поглощение энергии парами воды имеет место на радиоволнах 1,34 и 0,16 см, кислородом воздуха – на радиоволнах 0,5 и 0,25 см.

Затухание радиоволн, вызываемое дождем, туманом, снегом, происходит по двум причинам. Во-первых, капли воды в атмосфере – несовершенный диэлектрик для сантиметровых волн и поэтому возбуждаемый в каплях воды ток СВЧ создает тепловые потери энергии. Во-вторых, при значительных размерах водяных капель имеет место отражение и рассеяние радиоволн. Затухание зависит также от плотности завесы (содержание воды в 1 м 3 воздуха), формы частичек воды, температуры и т.п. Например, затухание энергии радиоволн, вызываемое туманом, обратно пропорционально дальности визуальной видимости. Иными словами, чем больше воды содержится в тумане, тем хуже видимость и меньше дальность действия РЛС. Установлено, что туманы в полярных областях (температура 0°С) сильнее сокращают дальность радиолокационного обнаружения, чем туманы в умеренной зоне (температура 15°С). Последние в свою очередь оказывают более сильное влияние на затухание радиоволн, чем туманы в тропической зоне (15 – 30°С).

При визуальной видимости более 80 м влияние тумана сказывается слабо. При уменьшении визуальной видимости ниже 50 м дальность радиолокационного обнаружения сокращается. Ввиду того, что частицы воды, образующие туман, очень малы, отражение энергии радиоволн от частиц тумана практически не обнаруживается.

Дожди вызывают заметное ослабление дальности действия РЛС. Степень ослабления зависит от интенсивности осадков. Уменьшение дальности зависит также от расположения объектов относительно зоны дождя. При нахождении объекта внутри зоны дождя дальность обнаружения уменьшается сильнее, чем при расположении объекта позади зоны дождя.

Отражение энергии в сторону РЛС, вызываемое дождем, часто бывает значительным. В этом случае на экране РЛС появляется мерцающее свечение. Мелкие дождевые капли дают слабое отражение энергии. Поэтому при мелких дождевых каплях в диапазоне сантиметровых (3,2 см) волн на экране индикатора отраженные сигналы практически обычно не обнаруживаются. Град и снег по сравнению с дождем при одинаковом количестве осадков вызывают меньшее поглощение энергии. Дождевые облака, особенно грозового характера, дают заметное отражение электромагнитной энергии, которое фиксируется на экране индикатора в виде светлых пятен с мягко очерченными границами. Грозовое облако может создавать и более резкое очертание светлых пятен на экране.

5.4. СЖАТИЕ ИМПУЛЬСОВ

Для увеличения дальности радиолокационного наблюдения необходимо повышать энергию зондирующих импульсов, т.е. увеличивать импульсную Р_И мощность РЛС и длительность τ_И зондирующих импульсов. Однако увеличение импульсной мощности РЛС ограничивается средней мощностью генератора СВЧ, диэлектрической прочностью элементов передающего устройства и пр.

Увеличение длительности зондирующих импульсов снижает разрешающую способность РЛС по дальности, уменьшает потенциальную точность измерения расстояний до объектов. Для устранения отмеченного недостатка применяют метод сжатия импульсов, позволяющий РЛС излучать импульсы большой длительности, а на выходе приемника получать отраженные импульсы меньшей длительности.

В радиолокационной системе со сжатием импульсов обычно используют внутриимпульсную частотную модуляцию.

Структурная схема РЛС со сжатием импульсов методом частотной модуляции изображена на рис. 5.4, а временные графики процессов – на рис.5.5.

Модулятор передатчика изменяет несущую частоту заполнения зондирующих импульсов (рис.5.5,а) по определенному закону. Например, линейному закону (рис. 5.5,б), т.е. в интервале времени от t₁ до t₂ частота заполнения импульсов линейно изменяется от f₁ до f₂.

Отраженные частотно-модулированные импульсные сигналы длительностью τ_И, принимаемые РЛС после преобразования и усиления по промежуточной частоте, проходят через сжимающий фильтр, скорость распространения сигналов через который увеличивается с повышением частоты. Тогда сжимающий фильтр ускоряет составляющие импульсного сигнала с более высокими частотами у заднего фронта импульса и замедляет составляющие сигнала с более низкими частотами у переднего фронта импульса. В результате на выходе сжимающего фильтра приемника получаем импульсы с постоянной частотой заполнения и длительностью τ_И2 , которая будет меньше длительности τ_И1 зондирующих импульсов: τ_И2

Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 962 ; Нарушение авторских прав

📺 Видео

Принципы радиосвязи и телевидения | Физика 9 класс #46 | ИнфоурокСкачать

Распространение радиоволн | Физика 11 класс #23 | ИнфоурокСкачать

Особенности распространения радиоволн [ РадиолюбительTV 16]Скачать

Дальность действия радиосистем.Скачать

Урок 388. Радиолокация. Физические основы телевиденияСкачать

Распространение радиоволн. Радиолокация. Практическая часть. 11 класс.Скачать

Предельные вероятности состоянийСкачать

Урок 387. Принципы радиосвязи. Распространение волн различных диапазоновСкачать

Урок 1. Mathcad. Рассчитываем затухание в канале связи при помощи модели свободного пространстваСкачать

Урок №45. Электромагнитные волны. Радиоволны.Скачать

Основное уравнение динамики вращательного движения. 10 класс.Скачать

Теория: радиоволны, модуляция и спектр.Скачать

Лекция 7. Коэффициент усиления антенны.дБи. Модель распространения сигналов в свободном пространствеСкачать

Методы и устройства измерения дальности.Скачать

Составляем уравнение прямой по точкамСкачать