УЧЕБНИК САРП100

Таблица 1.5

	Состоя-	Поляри-	Усредненная SМ, уд, дБ, на различных частотах, ГГц
			0,5	1,25	3,0	5,6	9,3	17	35
	ние моря	зация
					Угол cкольжения 0,1о
	0	В	–	–	–	–	–	–	–
		Г	–	–	–90	–87	–	–	–
	1	В	–	–	–	–	–	–	–
		Г	–	–	–80	–75	–71	–	–
	2	В	–90	–87	–72	–64	–56	–	–
		Г	–95	–90	–75	–67	–61	–	–
	3	В	–	–	–	–56	–51	–	–
		Г	–90	–82	–68	–60	–53	–	–
	4	В	–	–	–	–53	–48	–	–
		Г	–	–	–58	–55	–48	–	–
	5	В	–	–	–	–	–44	–	–
		Г	–	–65	–53	–48	–42	–	–
					Угол c	кольжения	0,3о
	0	В	–	–	–	–	–	–	–
		Г	–	–	–83	–79	–74	–	–
	1	В	–	–	–62	–60	–58	–	–
		Г	–	–	–74	–71	–66	–	–
	2	В	–	–	–59	–55	–52	–	–
		Г	–	–	–66	–60	–56	–	–
	3	В	–	–	–55	–48	–45	–	–
		Г	–	–	–58	–50	–46	–	–
	4	В	–	–	–54	–	–43	–	–
		Г	–	–	–50	–	–42	–39	–
	5	В	–75	–	–50	–	–39	–	–
		Г	–	–	–44	–41	–39	–39	–
					Угол c	кольжения 10о
	0	В	–	–45	–	–	–49	–45	–44
		Г	–	–60	–	–	–56	–	–
	1	В	–	–	–	–44	–42	–40	–38
		Г	–56	–	–	–53	–41	–	–
	2	В	–35	–37	–38	–39	–36	–34	–33
		Г	–53	–53	–51	–46	–43	–	–
	3	В	–34	–34	–34	–34	–32	–32	–31
		Г	–50	–48	–46	–40	–37	–33	–31
	4	В	–	–31	–31	–32	–31	–29	–29
		Г	–48	–45	–	–36	–34	–31	–29
	5	В	–25	–28	–28	–28	–26	–26	–26
		Г	–46	–43	–38	–	–31	–29	–27

31

Если высота антенны РЛС над уровнем моря h, то различным углам скольжения β соответствуют дальности D, которые можно получить из выражения

	D =	57,3h	, где h (м); D (м); β (град).
		β

Для h = 30 м и β = 0,1; 0,3; 10o cоответствующие значения дальностей D будут 17100; 5700; 1710 м.

Из таблицы 1.5 следует, что для случая: удаление D ≥ 17км; β=0,1о; λ= 3 см; горизонтальная поляризация; состояние моря – 5, – значение

Sм,уд = –42дб = 6,3 10-5.

Если αг =1o; τи = 1 мкс; D = 17000м, то с учетом (1.5)

Sр = 44200 м2. Тогда эффективная поверхность рассеяния при очень бурной морской поверхности

Sм = Sм,уд Sр = 6,3 10-5 44200 = 2,78м2 .

Величина Sм при заданных условиях соизмерима с ЭПР буя без отражателя.

Отражения, как отмечалось выше, носят диффузный характер с нормальным распределением мгновенных значений шума.

Экспериментально получены значения удельных эффективных поверхностей рассеяния для дождя VД,УД,, снега VСН,УД, тумана VТ,УД, размерность которых (1/м).

1.13. Эффективная поверхность рассеяния гидрометеоров

Эффективная поверхность рассеяния гидрометеоров (дождь, снег, туман) определяется соответствующими выражениями:

S Д =V VД.УД ; SСН =V VСН,УД ; SТ =V VТ,УД , (1.11)

где V – разрешающий объем.

32

Значения удельных ЭПР зависят от длины волны, плоскости поляризации и интенсивности гидрометеоров.

Если λ = 3см, то VТ,УД ≈10−121 / м; VД,УД ≈10−51 / м.

На удалении D= 1000 м, если αг = 1o; θ= 20o; τи= 0,1 мкс,

то с учетом (1.6) эффективная поверхность рассеяния дождя

SД = V VД,, УД = 0,045 106 20 0,1 10-5 = 0,90м2.

При увеличении дальности D до 10 км эффективная поверхность рассеяния от дождя увеличится в 100 раз и составит 90м2. На фоне мешающего действия помех от дождя будут трудно различимы объекты, ЭПР которых соизмерима с полученной величиной 90 м2 (например, катера, для которых ЭПР составляет величины 75...250 м2).

Удельная ЭПР гидрометеоров уменьшается с увеличением длины волны λ. Так, например, при интенсивности дождя 100

мм/ч для λ = 3 см величина VД,,УД = 7 10-5 1/м, а для λ = 10 см

– VД,УД = 7 10-71/м, т. е. удельная ЭПР уменьшается на 2 порядка.

Переотражения от гидрометеоров приводят к дополнительному шуму на входе приемника РЛС.

Повысить эффективность радиолокационного наблюдения при наличии гидрометеоров можно не только увеличением длины волны, но и путем использования круговой поляризации сигналов. Для этих целей должен быть предусмотрен специальный режим работы РЛС, т. к. по требованию ИМО все судовые РЛС должны работать с горизонтальной поляризацией.

В реальных условиях работы на море возможны также отражения от термиков – замкнутых объемов воздуха с повышенной влажностью и температурой относительно окружающей атмосферы и сохраняющих эти характеристики в течение длительного времени.

Термики играют основную роль в образовании облаков, поэтому вероятность образования невидимых глазом термиков при низкой облачности высока.

Удельная ЭПР термика составляет 10-101/м.

33

Контрольные вопросы

1.Чем отличаются точечные цели от протяженных?

2.Назовите ориентировочное число импульсов в пачке при отражении от точечных целей.

3.Почему огибающая пачки отраженных импульсов имеет колокольную форму?

4.Какие цели называются дисперсными?

5.Каково распределение вероятности мгновенных значений отраженных сигналов от точечной и протяженной цели?

6.Чем определяется минимальная дальность обнаружения цели и мертвая зона РЛС?

7.Как определяются разрешающие способности по дальности, по азимуту?

8.Могут ли две и более точечных целей, находящихся внутри разрешающей площади или разрешающего объема, индицироваться на экране РЛС раздельно?

9.Назовите составляющие погрешностей измерения навигационных параметров цели.

10.Что такое «двухлучевая» модель распространения радиоволн?

11.Почему скорость распространения электромагнитных волн в земной атмосфере меньше, чем в пустоте?

12.На сколько миль возрастает дальность действия РЛС по сравнению с прямой видимостью с учетом положительной рефракции радиоволн?

13.Возрастает или уменьшается дальность действия РЛС при сверхрефракции?

14.Назовите сезоны года, в которые появляется сверхреф-

ракция.

15.Как меняется максимальная дальность обнаружения целей от зимы к лету?

16.Возможна ли засветка на экране РЛС от нижней кромки облаков, от тумана, от дождя?

17.Какова величина эффективной поверхности рассеяния для шлюпки, катера, судов с разным водоизмещением?

34

18.Как отличается величина эффективной поверхности рассеяния для ракурсов «корма» и «нос» судна от средней эффективной поверхности рассеяния судна?

19.Чем вызывается «дружная» флюктуация амплитуд импульсов в пачке?

20.Чем вызвано наличие «блестящих» точек в диаграмме вторичного рассеяния судна?

21.Одинаковы ли дальности радиолокационного обнаружения айсбергов и судов с одинаковыми геометрическими размерами?

22.Какова величина эффективной поверхности рассеяния взволнованной морской поверхности?

23.Как меняется эффективная поверхность рассеяния гидрометеоров с увеличением ширины полос дождя, снега, тумана?

35

ГЛАВА II. ДАЛЬНОСТЬ РАДИОЛОКАЦИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЦЕЛЕЙ

2.1.Расчетная дальность радиолокационного наблюдения

всвободном пространстве

Понятие «радиолокационное наблюдение» включает в себя совокупность задач:

•обнаружение целей;

•определение координат;

•определение параметров движения целей.

Дальность радиолокационного наблюдения определяется мощностью Pпр отраженных сигналов на входе приемника, которая должна быть не меньше пороговой величины, определяемой чувствительностью приемника Pпр,min.

При расчете дальности радиолокационного наблюдения в свободном пространстве не учитываются затухание сигналов в атмосфере Земли при различных метеоусловиях, наличие дополнительных помех из-за переотражений от гидрометеоров и взволнованной поверхности, влияние двухлучевого распространения радиоволн, рефракция и пр.

Такой расчет дальности позволяет получить лишь приближенную величину реальной дальности радиолокационного наблюдения.

Если антенна РЛС является изотропным излучателем, то излучаемый поток мощности равномерно распределяется по

поверхности сферы с общей площадью 4 πD2 , где D (м) – расстояние от РЛС до цели.

Плотность потока мощности П (Вт/м2) у цели

П = 4Pπи Dη21 ,

где Pи (Вт) – импульсная мощность передатчика, η1 – к. п. д. антенно-волноводного тракта передатчика.

36

Величина Pиη1 представляет собой мощность излучаемого

зондирующего импульса.

Однако следует учитывать, что реальная антенна РЛС обладает высокими направленными свойствами, благодаря которым плотность потока мощности у цели намного возрастает и составляет величину

	П1 =	PиGAη1	,	(2.1)
		4πD2

где GA – коэффициент направленного действия антенны.

Цель поглощает и частично переизлучает в направлении к РЛС мощность

						=	PиGA		эη1
	P	= П						S		,
				S	э
	1	1					4πD2

где Sэ (м2) – эффективная поверхность рассеяния цели.

Отраженная от цели мощность создает у антенны РЛС плотность потока мощности

				P1		PиGA		эη1
	П		=		=		S		,
		2		4πD2		(4π )2 D4

На выходе приемного антенно-волноводного тракта РЛС (на входе приемника) получим мощность

PиGАSэS Aη1η2

	Pпр = П2 S Aη2	=			,	(2.2)
			(4π )2	D4

где S A (м2) – эффективная площадь раскрыва (апертуры) антенны РЛС,

η2 – к. п. д. приемного антенно-волноводного тракта.

Известна связь между шириной диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях с величинами ее апертуры и длиной волны в виде

37

αг	=	λ	;	θ =	λ	,
		a			b

где λ (м) – длина волны, αг (рад), θ (рад) – ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях; a (м), b (м) – размеры раскрыва антенны по длине и высоте.

Телесный угол направленного луча антенны

λ2 λ2

αгθ = ab = S A .

Коэффициент направленного действия антенны рассчитывается как отношение телесного угла сферы, равного 4π, к телесному углу направленного луча антенны

GA =	4πS A	,	(2.3)
	λ2

или S A = G4Aπλ2 .

С помощью (2.2) и с учетом последнего соотношения мощность принимаемых отраженных сигналов

		P G2			λ2η η
P			S
	=	и A э			1 2	.	(2.4)
пр		(4π)3 D4

Если принимаемую мощность на входе приемника Pпр принять равной чувствительности приемника Pпр,min , то дальность радиолокационного наблюдения представится в виде

	P G 2			λ2η η
		S
Dmax = 4	и A э			1 2	.	(2.5)
	P
				(4π )3
	пр,min

Чувствительность радиоприемника Pпр, min (Вт) определяется уровнем собственных шумов, приведенных ко входу, в виде

38

			Pпр,min = N шkT0 f ,		(2.6)
где	Nш	–	коэффициент	шума	приемника;

k =1,38 10−23 Дж / градабсолютной температуры – посто-

янная Больцмана; Т0 (град) – эквивалентная шумовая температура приемника; f (Гц) – полоса пропускания приемника.

При определении коэффициента шума N ш предполагается,

что внутреннее сопротивление антенны равно сопротивлению излучения антенны, а температура антенны равна температуре приемника.

При выполнении равенства Pпр = Pпр,min отношение сигналшум q2 (по мощности) на выходе приемника равно единице.

Для надежной работы систем радиолокационного наблюдения отношение сигнал-шум (по мощности) q2 должно быть

больше единицы Pпр = mPпр,min .

Известно, что для колокольного радиоимпульса длительностью τи оптимальная полоса пропускания f фильтра с

частотной характеристикой колокольной формы (отсчеты длительности и полосы пропускания берутся на уровне 0,46)

определяется из соотношения f =1/τи . Для прямоугольного импульса длительностью τи оптимальная полоса пропускания

фильтра с прямоугольной частотной характеристикой f =1,37 /τи . В дальнейшем будем считать, что f =1/τи . И

тогда окончательное выражение для дальности радиолокационного наблюдения представится в виде выражения, которое носит название «Основное уравнение радиолокации»:

P G 2

τ

λ2η η

D

=

и

S

max

4

и A

э

1 2

.

(2.7)

NшmkT0 (4π)3

Из выражения (2.7) следует, что для увеличения дальности действия Dmax наиболее целесообразно увеличивать GA и λ .

39

Необходимая величина коэффициента различимости m зависит от структурной схемы приемника, требуемых вероятностей обнаружения и пропуска целей, погрешностей измерения параметров движения целей. Для надежного обнаружения сигнала необходимо выбирать m ≥15 .

В судовых радиолокаторах излучается периодическая последовательность одиночных импульсов. При обзоре точечных объектов отраженный сигнал представляет собой пачку из N импульсов, поэтому отношение сигнал – шум (по мощности) при обработке не одиночного импульса, а пачки импульсов возрастает в N раз. Если N = 7 (эта величина реальна для судовых радиолокаторов), то следует выбирать m ≥ 2 .

	Величину C =	P G2τ	и	λ2η η
		и A		1 2	принято называть энергопо-
		Pпр,min	(4π)3 m

тенциалом РЛС.

Обобщенное выражение для энергопотенциала, учитывающего все возможные формы зондирующих сигналов, имеет вид

			P BG 2			λ2η η
		C =	и	A		2 2	,	(2.8)
			P		(4π)3 m
			пр,min
где B =	fτиTи	- база сигнала.
	Q

Здесь Tи – период следования зондирующего сигнала, Q –

скважность сигнала.

Зондирующий сигнал при использовании этого выражения может быть любой формы: в виде пакетов фазоманипулированных импульсов, посылок с линейной частотной модуляцией

ит. д.

Впростейшем рассматриваемом нами случае, когда излу-

чается последовательность одиночных импульсов, fτи = 1, а величина B = τи.

40