Глава III

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

3.1. СПЕКТР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Электромагнитные колебания занимают диапазон волн от КН¹ до 3-Ю¹⁰ см. В его составе выделяют радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновы лучи и гамма-лучи. В спектре электромагнитных колебанчй радиоволны занимают интервал длин воли от 100 км до 0,3 мм, или в частотах от 3 кгц до 10⁶ Мгц.

В СССР радиоволны делятся на диапазоны, указанные в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Классификация диапазонов радиоволи, принятая в СССР

Название диапазона	Сверхдлинные волны (СДВ)	Длинные волны (ДВ)	Средние волны (СВ)	Короткие волны (КВ)	Ультракорот­кие волны (УКВ)
Длина волны,	100000— 10000	10000—1000	1000—100	100—10	10—0,0003
Частота, Мгц	З-Ю-з— 3-10-2	З.Ю-2— 3-10-1	3-10-1-3	3-3-10	3-10—10е

Диапазон УКВ разбит на поддиапазоны, указанные в табл. 3.2.

В США и Англии приняты классификация и обозначения диапазонов радиоволн, приведенные в табл. 3.3.

Таблица 3.2 Классификация диапазона УКВ, принятая в СССР

Название поддиапазона	Метровые волны	Дециметро­вые волны	Сантиметро­вые волны	Миллиметро­вые волны
Длина волны, м	10—1	1-0,1	0,1—0,01	0,01—0,0003
Частота, Мгц . .	3-10—3.102	3-102—3103	3. юз—з. к)4	3-104—106

Таблица 3.3 Классификация диапазона УКВ, принятая з США и Англии

Принятые обозначения		Диапазон частот, Ггц	X, см
в США	в Англии
Р	Р	0,225—0,390	133,5-76,90
Ьр — Ьг	I.	0,390—1,550	76,90-19,30
5е — 5Ь	5	1,550-3,90	19,3-7,69
С	С	3,90—6,20	7,69—4,84
Х<3 — Хк	X	6,20-10,90	4,84-2,75
Кр-Ки	^	10,90—17,25	2,75-1,74
К1-К1	к	17,25—33,0	1,74—0,91
Ка — С}е	<3	33,0—46,00	0,91—0,65
Уа — Уе	V	46,0—56,0	0П 65—0,54

3.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Скорость свободного распространения радиоволны в не­ограниченной среде, имеющей диэлектрическую проницае­мость е и магнитную проницаемость определяется по фор­муле

36*10°

В свободном пространстве (пустоте) эта скорость равна скорости света с. Для свободного пространства

— Г-2-1

1м ^

и г п (3.2)

Но = 4¹10-'

Электромагнитное поле характеризуется напряжениями электрического ^Е, ^ и магнитного полей.

Переносимая электромагнитной волной энергия сосредо­точена частью (№_е) в электрическом, а частью (№_н) в маг­нитном полях. Объемные плотности этих энергий

^ = (3-4)

Интенсивность переноса энергии характеризуется плотно­стью потока мощности , т. е. потоком энергии, кото­рый проходит через единицу поверхности в секунду. Направ­ление переноса энергии определяется вектором Умова-Пойн- тинга

П= [ЕИ]. (3.5)

В электромагнитном поле, созданном изотропным * излу­чателем, величина плотности потока мощности, усредненная за период колебаний, равна

где Рд—излучаемая источником мощность; /?— расстояние.

Волновым фронтом называется поверхность, все точки которой имеют одинаковую фазу, т. е. поверхность, в каждую точку которой радиоволны, излученные антенной в разных направлениях, приходят в одно и то же время. У точечного источника волновой фронт сферический, а у линейного — ци­линдрический. На больших расстояниях от источника неболь­шой участок волнового фронта является плоскостью, которая перпендикулярна к направлению распространения. Волна в этом случае называется плоской.

Амплитуда поля в плоской волне, распространяющейся без затухания, с расстоянием не изменяется. В сферической

волне она изменяется пропорционально а в цилиндриче-

1

скои пропорционально .

Отношение амплитуд поля в плоской волне, распростра­няющейся в любой среде, постоянно и называется волновым сопротивлением среды:

где Е и Н — амплитудные значения.

Скорость набега фазы (<р) волны с расстоянием

•-■&-Т <³-'°)

называется фазовым коэффициентом или фазовой по­стоянной.

В поглощающей среде амплитуда поля в плоской волне с расстоянием убывает:

Л*

Е = Е₀10 ²⁰ , (3.11)

или

Е = Е₀е ^Р'^Лп, (3.12)

НЭП

где р'—постоянная затухания в "^Г»

а V ^дб

Р ^оТВ^- постоянная затухания в — ;

Е₀—амплитуда поля на входе поглощающей среды; Е—амплитуда поля на расстоянии Д_и от входа в поглощающую среду.

Рис. 3.1. Область, существенно влияющая на распространение ра- диоволн

Область, существенно влияющая на распространение радиоволн

Распространение радиоволн (РРВ) от источника до точки наблюдения в основном совершается в определенной области. Эта область представляет собой эллипсоид, охватывающий несколько первых зон Френе­ля (рис. 3.1). Зоны Френеля-— это участки фронта волны, которые имеют такие размеры, что фаза волны, идущей от источника через начало зоны, отличается от фазы волны, идущей через край этой зоны, на 180°.

Первая зона Френеля пред­ставляет собой окружность, центр которой лежит на линии источник — точка наблюдения, и является началом зоны. Вто­рая и последующие зоны — это кольцевые полосы, каждая из которых охватывает предыдущую зону. Фазы полей на грани­цах соседних зон отличаются на 180°.

3.3. ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Влияние земли на РРВ сказывается в том, что часть энер­гии источника излучения падает на землю и отражается от

Рис. 3.2. Интерференция прямой и отраженной волны

нее. Поэтому в месте наблюдения действуют две волны—■ прямая и отраженная (рис. 3.2). Часть энергии поглощается землей.

Коэффициенты отражения

Комплексная амплитуда поля отраженной волны (Ё_ОТр) определяется через амплитуду поля падающей волны (^_Пад) путем умножения последней на некоторый коэффициент, на­зываемый коэффициентом отражения (/?_ОТр)- По определению

^пад

где (Зотр — изменение фазы волны при отражении или фаза коэффициента отражения.

Модуль и фаза коэффициента отражения зависят от по­ляризации падающей волны и электрических параметров поч­вы— диэлектрической проницаемости и проводимости о.

При горизонтальной и вертикальной поляризациях коэф­фициенты отражения определяются формулами:

п _ 0 - V* - соз- в _ | о |д _{п 14}ч

/?в = = I IЛ (ЗЛ5)

е' 81П 0+ У * — сов² 0 где 0 —угол скольжения радиолуча (рис. 3.2);

е' = — = е_г—/^ — относительная диэлектрическая прони-

О

цаемость почвы; т) = 60Ха — мнимая часть е';

е_г—действительная часть е'.

Определение модулей и фаз коэффициентов отражения производится при помощи графиков (рис. 3.3—3.8), которые рассчитаны по формулам (3.14) и (3.15). Параметром каж­дого графика является величина т), значения которой нане­сены на наклонных шкалах отдельно для вертикальной и го­ризонтальной поляризаций.

Электрические параметры некоторых почв и воды пред­ставлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Электрические параметры некоторых почв и воды

В метровом диапазоне волн

Почва, вода	а	г	сим м
	от	ло	от	до
Морская вода	80	_	0,66	6,6
Влажная земля	5	20	Ю-з	10—2
Сухая земля	2	6	10-*	4-Ю-з
Пресная вода	80	—	Ю-з	5-10—3

Продолжение

В сантиметровом диапазоне волн

Почва, вода

Морская вода, 20—25° С Сухая песчаная . . . . Влажная песчаная . ,

10 9

10. 3

69 2 24 79 64

5. 0,03 0,6

6. 18,4

Пресная вода, +20°С .*,

Пример. Определить модуль и фазу коэффициента отражения при вертикальной поляризации при ©=1°. РЛС с Х=3 м находится на пози­ции, почву которой можно рассматривать как влажная земля.

По табл. 3.4 принимаем с_г = 10; о= Ю-² . Определяем мнимую часть диэлектрической проницаемости

^ = 60Ха = 60-3-10~² = 1,8.

На графике (рис. 3.5) по левой наклонной шкале значений Заходим сплошную линию с г\— 1. Параллельно этой линии проводим линию, со­ответствующую т)=2, до пересечения ее с вертикальной линией 0=1°. Точку пересечения сносим вправо на ось значений /?_в, где находим #„ = 0,88. На графике фаз коэффициента отражения (рис. 3.6) точка пе­ресечения линии г\—2 лежит ниже основания графика. Принимаем по­этому приближенно р_в = 180°.

Интерференционный множитель (множитель земли)

Поле в любой точке, находящейся над землей, получается как результат наложения (интерференции) поля падающей и поля отраженной от земли волн. Комплексная амплитуда ре­зультирующего поля (^_Рез) определяется через амплитуду ^ поля падающей волны путем умножения последней на коэф-' фициент, называемый интерференционным множителем или «множителем земли» (Ф(в)]. Интерференционный множитель при горизонтальной [Ф_г(©)] и вертикальной [Ф_в(©)] поляриза­циях определяется по формуле

Фг,в (®)= \/1 + \Йг, в 1^:2 + 2 I Й_г, в IС03 (^г- ^81п0+ Рг. в), (3.16)

где На — высота источника излучения над поверхностью земли.

В тех случаях, когда почву можно считать хорошим про­водником (т)^>е_г), множители земли равны

Ф_г (0)= 2 51П зшв) , (3.17)

(2 \

-у^-зшв). (3.18)

9 в минута;

/ 2 ЗА 5 Ю 20 30 50 1

2 3 4 5

в в градусах

/5 20 30 50 90

Зт в

о оо

О в ни ну та л

в б градусах

в в минутам — ' ; ? >< ?

2р зд 50 1 2 3 4 5 /0 1520 30 50 ВО

Лпв'

- В в градусах ,

5 10 15 20 30 50 30

О е градусах-

9 в минутах

2 3 4 5 Ю 20 30 50 1 3 4 5 10 15

ЩЬ 180,5

1 2 3 4 56 81 2 34 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 V 2 3 4 5 68 1 ' 0.00001 0,000/ я001 0,01 0,1 \0

в в минутая

в в градусах.

1 2 3 4 5 10 20 30 50 I 2 3 4 5 10 15 20 30 50 30

_х%/\о,т

1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8/

О 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 Ю

Ллв

Со

Область, существенно влияющая на отражение

Поскольку имеется область пространства, существенно влияющая на РРВ, есть и область на поверхности земли, су­щественно влияющая на отражение. Эта область представ­ляет собой сечение поверхностью земли эллипсоида, охваты­вающего по крайней мере первую зону Френеля (рис. 3.9).

Поэтому область, существенно влияющая на отражение,— это эллипс, содержащий по крайней мере первую зону Френеля.

В случае локации воздуш­ных целей, когда высота ан­тенны (А_а) значительно мень­ше высоты цели, положение и размеры указанного эллип­са определяются следующи­ми приближенными соотноше­ниями:

• расстояние от антенны до центра эллипса

(3.19)

• размер большой полу­оси эллипса

Лд

а^ 11,3-^-; (3.20)

— размер малой полуоси эллипса

*,ж2,82Й_а. (3.21)

В области, существенно влияющей на отражение, харак­тер отражения должен быть зеркальным. Это означает, что допустимые неровности (ДЛ_Н) площадки отражения должны отвечать условию

^4А-<1Ш' (3-22)

Радиус площадки вокруг РЛС в случае зеркального от­ражения

"а

/?пл = *01 + «1 ж 23,3-А _{в (}з 23)

Рис. 3.9. Область, существенно влияющая на отражение радио­волн от поверхности Земли:

а — в вертикальной плоскости; б — в горизонтальной плоскости

Пример. Определить размер и допустимые неровности площадки во­круг антенны, поднятой на высоту Лд=6 м. РЛС работает в режиме кругового обзора, длина волны Х=2 м.

Решение.

^лА 62

« 12—^ = 12 ,_г = 216 м_у А Л

11,3 -у- = 11,3-^- = 202 лг,

Ь_х « 2,82Л_А = 2,82-6 = 16,8 л/. Радиус площадки вокруг антенны

*пл - Х₀₁ + в| = 216 + 202 = 418 л/.

Размеры допустимых неровностей определяем в начале площадки (в = в„) и в центре ее (6=в_с).

При этом

31П. е_н= —=^==== = -г|- ж 0,4,

X

31П в_с=-

Л₀₁ 12//Д •

Допустимые неровности в начале площадки

^ААнн< 16₅1п©_н ⁼ 16^4 ~ °>^{3 М}* Допустимые неровности в центре площадки

x ^зла

^АА«^С < 16 $ш е_с ⁼ ~Т" ~ ⁴>^{5 М}*

Приведенные высоты. Дальность прямой видимости

При расчетах при помощи интерференционных формул необходимо пользоваться так называемыми приведенными вы­сотами (Н_А и //'), которые берутся с учетом сферичности Земли. Вычисления их производятся по следующим фор­мулам;

" = (3.25)

где Д—расстояние между точками наблюдения и излу­чения;

/?₃ =6370 км — радиус Земли.

Сферичность Земли обусловливает наличие под линией горизонта области тени (рис. 3.10), из-за которой локация становится возможной лишь с границы этой области, когда

цели:

Д_в — геометрическая; Дь — с учетом рефракции радиоволн

устанавливается прямая видимость цели. Дальность прямой видимости (Д_а) определяется по формуле

Дв = УЩ (УГ_А + УП) . (3.26)

3.4. ВЛИЯНИЕ ТРОПОСФЕРЫ НА РРВ

Тропосфера — это нижняя граница атмосферы, прости­рающаяся до высот 10—12 км. В ее состав входят газы воз­духа, водяные пары и гидрометеоры. Электрические пара­метры тропосферы определя­ются ' ее метеорологическим состоянием и атмосферными процессами, зависящими от режима нагревания тропосфе­ры Землей и от условий пого­ды. В зависимости от этого в тропосфере по-разному прояв­ляются следующие эффекты:

• рефракция радиоволн;

• рассеяние радиоволн не- однородностями;

• поглощение энергии ра­диоволн;

• ослабление радиоволн гидрометеорами.

Рефракцией называется искривление пути распростране­ния радиоволн.

в тропосфере

Тропосферная рефракция обусловлена плавным измене­нием показателя преломления (/*= У г') тропосферы с вы­

сотой (г). Степень искривления радиолуча (рис. 3.11) оцени- вается радиусом кривизны

Рр = ^Г = (3.27)

— сов ©о

где в₀ — угол места начального направления радиолуча; к — коэффициент кривизны радиолуча;

^ — скорость изменения (градиент) показателя пре­ломления с высотой.

Нормальной называют тропосферу при таком ее состоя­нии, когда абсолютная температура (Т) и давление водяного пара (е) убывают с высотой по линейному закону:

Т° = 288 — 0,0065г. е [мбар] = 10 — 0,00352.

В нормальной тропосфере градиент показателя преломле­ния равен

—4-10-4"

Рефракция при этом называется нормальной. Наимень­ший радиус кривизны луча будет при излучении вдоль гори­зонта (во = 0). В случае нормальной рефракции р^4/?₃ (6 = 4).

Различные случаи рефракции в тропосфере показаны на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Различные случаи рефракции

в тропосфере при 6о=0: / — рефракции нет 2 — отрицательная

рефракция (к < 0); 3—нормальная рефракция (А-4); 4 — повышенная рефракция (к-1); 5 — сверхрефракция (к < 1)

При увеличении показателя преломления с высотой радиолуч выгибается книзу, происходит отрицатель­ная рефракция (А'<0). В случае меньшего или большего от­носительно нормального изменения показателя преломления

с высотой происходит пониженная или же повышенная ре­фракция.

Случай, при котором коэффициент кривизны к< 1, назы­вается сверхрефракцией или атмосферным волноводом. Ра­диолуч при этом распространяется в приземном слое, много­кратно отражаясь от поверхности Земли.

Отрицательная рефракция обычно встречается зимой во время снегопада и в полярных районах над морем. Она при­водит к уменьшению дальности прямой видимости.

Атмосферный волновод образуется слоем теплого воздуха, находящегося над слоем более охлажденного влажного воз­духа. Обычно это встречается над морем и в утренние часы летом над сушей в безветренную погоду.

Положительная рефракция (/г>0) способствует проник­новению радиолуча в область тени (рис. 3.10), что увеличи­вает дальность прямой видимости. Влияние рефракции на дальность прямой видимости учитывается путем замены ра­диуса Земли, эквивалентным ему радиусом (/?_э), который определяется из соотношения

-к-к-1;- ⁽³²⁸⁾

В случае стандартной рефракции

/?_э = ~ /?_з — 8500 км.

При этом дальность прямой видимости определяется форму­лой (2.1).

Рассеяние радиоволн неоднородностями тропосферы об­условлено беспрерывным и беспорядочным перемещением воздушных масс с различными электрическими параметрами. Рассеиваясь на неоднородностях, радиоволны проникают и в область тени (рис. 3.13). Амплитуда рассеянного поля в обла­сти тени значительно больше амплитуды дифракционного поля. Это явление делает возможной дальнюю тропосферную связь на расстоянии до 600—700 км. Эта связь осущест­вляется при помощи специальных станций с мощными пере­датчиками и остронаправленными антеннами, направленными одна на другую.

Поглощение радиоволн в тропосфере происходит в кисло­роде и в водяном паре. Оно зависит от частоты (рис. 3.14). Линии поглощения других газов находятся вне диапазона радиоволн. Рассеяние радиоволн в газах тропосферы незна­чительно.

Ослабление радиоволн гидрометеорами вызвано рассея­нием и поглощением их энергии. Коэффициенты ослабления в дожде и в тумане в зависимости от их интенсивности

Область

^ ^ неоднородностей

Рис. 3.13. Рассеяние радиоволн неоднород- ностями тропосферы

в*

0,1 0,01 0,001

г »нм

/00

	л		Л
	\	о II . 11	/' 1	\	Чиь	П0р(	од
		41 ■ К/	/	\	\ \		V
У	/					(		^ Водят (Ь	ые пары

10

0,1 0,15 0,2 0,4 0,50,6 1 1,5 2

10

Х,см

Рис. 3.14. Кривые зависимости коэффициента ослабления радиоволн от длины волны для кислорода и паров воды

а М

? 'КМ

Рис. 3.15. Коэффициент ослабления в зависимости от интенсивности дождя для различных длин волн

представлены на рис. 3.15 и 3.16. Ослабление в сухом снеге и в граде незначительно. Если снег мокрый, то ослабление та­кое же, как и в дожде той же интенсивности.

Рис. 3.16. Коэффициент ослабления в тумане различной интенсивности в сантиметровом диапазоне волн (цифры на кривых — дальность ви­димости в тумане)

Дальность действия РЛС (Д) с учетом поглощения ра­диоволн определяется так:

л=ДоЮ-^0,05М,

где Д₀ — дальность действия при отсутствии поглощения;

Р — коэффициент ослабления в—.

км

3.5. ВЛИЯНИЕ ИОНОСФЕРЫ НА РРВ

Над тропосферой выше 12 км и до 60—70 км распола­гается стратосфера. РРВ здесь происходит так же, как и в вакууме. Верхний слой газовой оболочки Земли, располо­

женный выше 60—70 км, называется ионосферой. Ионосфера по современным представлениям простирается до несколь­ких тысяч километров от Земли.

Ионосфера — это ионизиро­ванные газы с примесью ней­тральных атомов и молекул.

Источником ионизации яв­ляется солнечное излучение, особенно ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излуче­ние. По мере проникновения в глубь атмосферы энергия этих излучений уменьшается. Поэтому электронная концен­трация (М) изменяется с вы­сотой от незначительной в нижних слоях ионосферы до Рис. 3.17. Зависимость концентра-Некоторого максимума (Л^макс) ции от высоты в простом слое на определенной высоте

(^макс)- Еще выше она умень­шается за счет разрежения воздуха. Эта упрощенная модель строения ионосферы (рис. 3.17) называется простым слоем.

2ЩО КС

МОКС

Электрические параметры ионосферы имеют следующие значения:

е' = 1

^{6 1} г.,2 »

с = е,у ■

где

электронов в единицу

—плазменная частота, т. е. собственная частота сво­бодных колебаний электронов ионизированной сре­ды К=2 «КШГЛГ); N—электронная концентрация в

V— количество столкновении времени.

РРВ в простом ионосферном слое

Показатель преломления в ионосфере

(3.31)

(где / — частота электромагнитных колебаний) может быть меньше 1, быть нулем и быть мнимым. При нулевом и мни­мом его значениях распространение радиоволны невозмож­но. При любом значении N в слое есть частота, при которой

радиоволна отражается от данного слоя. Наибольшая из этих частот

/кр = КЩ8ЛйГс, (3.32)

при которой радиоволна, падающая вертикально на простой слой, еще отражается от него, называется критической. Ра­диоволны с частотой больше /_кр проходят сквозь ионосферу.

При наклонном падении радиоволны под углом в₀ наи­большая частота

называется максимальной.

Усредненные по многолетним данным значения электрон­ной концентрации, которые обычно имеют место, дают крити­ческие и максимальные частоты, лежащие в пределах 16—48 Мгц. Радиоволны с частотой ниже этих значений сквозь ионосферу не проходят.

113

б

Рис. 3.18. Усредненное распределение концентрации электронов по высоте летом (а) или зимой (б)

N 10

2,КМ ЮООг

тронная концентрация в слоях и высоты слоев меняются в зависимости от времени суток и времени года, а также от степени солнечной активности. Ночью ионизированные атомы в более плотных слоях быстро рекомбинируют, нижний слой Ф) исчезает, а электронная концентрация в остальных

5—93

Действительный механизм образования ионосферы более сложен, чем механизм образования простого слоя. Ионосфе­ра состоит из отдельных слоев Д Е, Р₂ (рис. 3.18). Элек-

слоях уменьшается. Зимой атмосфера уплотняется, максимум концентрации увеличивается и опускается ниже. Слой Л зимой исчезает.

Влияние ионосферы на распространение волн различного диапазона

СДВ и ДВ распространяются между ионосферой и по­верхностью Земли, как в волноводе. Поверхность Земли на­правляет волны этого диапазона, способствуя распростране­нию их так называемым поверхностным лучом, огибающим Землю.

СВ распространяются как поверхностным, так и простран­ственным лучами. Радиоволны поверхностного луча сравни­тельно быстро затухают. Радиоволны пространственного луча проникают в слои и Е_у интенсивно поглощаются ими и, от­разившись, попадают на Землю. Из-за поглощения эти волны днем проходят сравнительно недалеко. Ночью, когда слой В исчезает, а концентрация электронов в слое Е уменьшается, дальность прохождения СВ значительно больше, чем днем.

КВ распространяются пространственным лучом, много­кратно отражаясь от ионосферы и от Земли. За счет этого дальности радиосвязи на этих волнах очень большие.

Эффект Кабанова Н. И.

В диапазоне КВ имеет место эффект Кабанова, сущность которого состоит в том, что радиоволны, достигшие после отражения от ионосферы поверхности Земли, могут рассеи­ваться ею. Некоторая часть рассеянного излучения обратным путем возвращается к источнику излучения, где может быть зарегистрирована. Возвратно-рассеянные сигналы могут при­ниматься с дальностей от нескольких сот до нескольких ты­сяч километров.

Если отражающая поверхность создает зеркальное отра­жение, то возвратно-рассеянного сигнала не будет.

УКВ проходят через ионосферу, за исключением длинно­волновой части этого диапазона. При этом происходит по­глощение и рассеяние их энергии, рефракция и изменение скорости распространения.

3.6. ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРОВАННЫХ ОБЛАСТЕЙ АТОМНЫХ ВЗРЫВОВ НА РРВ [Л5]

Ионизированные области атомных взрывов обладают свойствами ионосферы. Размеры этих областей могут дости­гать десятков километров, а плотности электронной концен­

трации в них достигают величин, близких к тем, которые имеются в ионосфере.

Указанные области могут оказать следующее влияние на работу РЛС:

• вызвать искривление пути радиоволн (рис. 3.19), что приводит к ошибке в определении высоты цели

где А_об — вертикальный размер области;

9—угол падения луча на границу области;

• в ионизированной_области изменяется групповая ско­рость сигнала (о_Гр =

сУ е'), что приводит к ошибкам в опре-. делении дальности до цели, равным

ДД = (3.35)

где и—протяженность ионизированной области по рас­стоянию;

• в ионизированной области часть энергии поля погло­щается, рассеивается и отражается, а значит уменьшается дальность действия РЛС.

5*

Рис. 3.19. Ошибка в определении высоты цели, находящейся за ионизированной областью атом­ного взрыва

115

Рассеянн5е ионизированной областью излучение может быть принято на РЛС так же, как и рассеянное излучение от любой цели. На этом основана возможность определения координат атомных взрывов и приближенного определения их характеристик.

3.7. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАЖА­ЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЦЕЛИ

Эффективной отражающей поверхностью (ЭОП) цели на­зывается площадь ненаправ­ленного излучателя, которая определяет величину переиз-, лученной мощности \\ создает в месте приема такой же по­ток энергии, как йот реальной цели.

ЭОП зависит от размеров цели, ее формы, материала и длины волны РЛС. Диаграмма направленности вторичного излучения цели сильно изрезана из-за сложной конфигура­ции цели. При движении цели характер этой изрезанности непрерывно меняется вследствие случайных изменений поло­жения цели и изменения направления облучения. Это приво­

дит к флуктуации мощности отраженного целью сигнала. По­этому ЭОП цели — величина случайная. Вероятность того, что оц будет не менее выбранной величины (л:), можно опре­делить при помощи графика рис. 3.20.

		Щ*х)
		0.8
		0,6
		о/
	/	0,2
/	/

-4 -8 42 46

Рис 3.20. График вероятности того, что эффективная отражающая поверхность цели оц будет не менее выбранной расчет­ной величины х

В табл. 3.5 приведены средние значения ЭОП (о_цо) неко­торых целей.

Таблица 3.5

°ц0. *^я

34-5 20 0,2 50 0,8

Средние значения ЭОП некоторых целей

Тип цели

Истребитель

Дальний бомбардировщик . . Головка баллистической ракеты Транспортный самолет . . . . Человек

3.8. ЗОНЫ ВИДИМОСТИ РЛС

Зоной видимости называется область пространства, на границе которой цель обнаруживается с заданной вероятно­стью. Граница зоны видимости определяется уравнением ра­диолокации

4

(3.36)

Г сия <Г_Пр._М11и*р

где е)—нормированная диаграмма направленности

б_и

антенны (см. гл. IV).

Случайный характер положения границы зоны видимости обусловлен вуалированием сигнала шумом и флуктуацией ЭОП цели. Вследствие этого обнаружение сигнала происхо­дит случайно, т. е. может произойти, может и не произойти. В уравнении (3.36) это учитывается посредством коэффи­циента различимости у_р. Необходимые значения последнего для обеспечения заданных вероятностей правильного обна­ружения цели (Рпо) и ложной тревоги (Р_Л1) на определен­ных дальностях определяют границу зоны видимости.

Зона видимости РЛС в вертикальной плоскости

Граница зоны видимости определяется результирующей диаграммой направленности (ДН) антенны. В РЛС обнару­жения и целеуказания ДН известна раздельно в горизон­тальной и в вертикальной плоскостях. Зоны видимости по­этому тоже строятся в этих плоскостях. Зона видимости в вертикальной плоскости берется по максимуму ДН в гори­зонтальной плоскости. Поэтому ее уравнение имеет вид

(3.37)

где ^(е)—ДН антенны РЛС в вертикальной плоскости.

Д²

2Й₉ '

(3.38)

(3.39) 117

В РЛС метрового и дециметрового диапазонов, ДН кото­рых формируются с участием отражения энергии от Земли, уравнение (3.37) имеет вид

Д(е)=Д₀Р(г)Ф(е\

где Д>—максимальная дальность действия РЛС в свобод­ном пространстве;

Р(в)—нормированная ДН антенны в свободном про­странстве;

Ф(е)— множитель Земли (см. выражения 3.16—3.18).

Примерный вид зоны видимости РЛС, ДН которой фор­мируется при отражении энергии от Земли, показан на рис. 3.21. В зависимости от профиля позиции и характера почвы вид зоны видимости может меняться. На каждой по­зиции необходимо располагать этими зонами видимости для характерных азимутальных направлений.

Зона видимости в вертикальной плоскости (рис. 3.21, а) обычно строится в прямоугольной системе координат: высота (Н) —дальность наклонная (Д). На координатную сетку наносятся линии углов места, линии приведенных высот (//') и изовысотные кривые с учетом сферичности Земли. Пониже­ния (АН) последних под линиями приведенных высот опре­деляются из (3.25):

6

Рис. 3.21. Примерный вид зоны видимости в вер­тикальной (а) и в горизонтальной (б) плоскости для РЛС, расположенной иа ровной, однородной позиции

неодинаковы. В этом случае боевые возможности РЛС оце­ниваются совокупностью зон видимости, взятых для харак­терных азимутальных направлений.

Зона видимости РЛС в горизонтальной плоскости

Зона видимости в горизонтальной плоскости представляет собой горизонтальное сечение на определенной высоте зон видимости в вертикальной плоскости. На ровной однородной позиции зона видимости в горизонтальной плоскости является окружностью (рис. 3.21,6) с непросматриваемыми кольце-

Изовысотные кривые используются при оценке боевых возможностей РЛС по целям, летящим на разных высотах. В зависимости от характера позиции РЛС зоны видимости в вертикальной плоскости в разных направлениях могут быть

выми полосами внутри. Они образуются в месте провалов в ДН.

На неровной позиции зона видимости в горизонтальной плоскости определяется из совокупности зон видимости в вер­тикальной плоскости для характерных азимутальных направ­лений с учетом экранирующего действия местных предметов на заданной высоте.

Максимальная дальность действия, дальность действия на определенной высоте, диаграмма направленности антенны на позиции уточняются на основе данных, полученных в реаль­ных условиях эксплуатации РЛС. В необходимых случаях уточнение может производиться путем облета.

3.9. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНФРАКРАСНОГО СПЕКТРА

Инфракрасные лучи занимают диапазон от 0,3 мм до 0,75 мк, т. е. между миллиметровыми волнами и видимым светом. Инфракрасные лучи практически излучаются всеми телами, имеющими температуру выше абсолютного нуля.

При распространении в атмосфере лучистый поток инфра­красного спектра ослабляется за счет рассеяния и поглоще­ния. Рассеяние вызывается преломлением, отражением и дифракцией лучистого потока на неоднородностях. Коэффи­циент ослаблений за счет рассеяния может быть определен нз соотношения

где X — длина волны в мк\

р₀ — коэффициент ослабления видимого света = 0,55 мк).

Значения коэффициента (Зо в зависимости от состояния атмо­сферы представлены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Коэффициенты ослабления энергии видимого света в зависимости от состояния атмосферы

й ⁶⁰

а неп

Ро»

Состояние атмосферы

Очеиь сильный туман Сильный туман . . . Умеренный туман . . Слабый туман . . . Сильная дымка . . . Слабая дымка . . .

Ясно

Очень ясно

>48 48 12

4,75

Ч 0,6

0,24

0,12

0,01

>416 416 104 41

10,4 5,2 2,1 1,04 0,35

Исключительно ясно

При поглощении лучистого потока происходит переход части энергии излучения в другие виды энергии. В молекулах и газах атмосферы поглощение носит резонансный характер.

Озон в инфракрасной области спектра имеет линии по­глощения в диапазонах длин волн 4,63—4,95; 8,3—10,6 и 12,1 — 16,4 мк.

Углекислый газ имеет наиболее значительные полосы по­глощения в диапазонах 4—4,8 и 12,9—17,1 мк.

Водяной пар имеет сильные и широкие полосы поглоще­ния в диапазонах 0,926—0,978; 1,095—1,165; 1,319—1,498; 1,762—1,977 и 2,52—2,845 мк. Ширина полос и интенсивность поглощения парами воды и углекислым газом наибольшие у поверхности Земли. С увеличением высоты над уровнем моря они уменьшаются.