Лекція 1.

ТЕМА: Системи виміру дальності

Навчальний клас

Час: 2 години

Місце : УК-1, прим.- клас.

Навчальна та виховна мета:

- дати характеристику системам вимру дальності: призначення,склад, принцип дії;

- розглянути динамічні властивості системи.

Навчальні питання та розподіл часу:

№ п/п	Основні питання теми	Час (хв)	Організаційно-методичні указівки
	Перевірка наявності студентів, форми одягу, зовнішнього вигляду	2	Контроль відповідності записки старшини журналу
	Вступ: -оголошення теми, навчальних цілей, питань лекції, рекомендованної літератури	3
	Контрольне опитування студентів по пройденій темі	5
	Основна частина: 1. Загальні відомості. Дальність дії РЛС у вільному просторі . 2. Дальність дії РЛС при активній відповід.	25 50	звернути увагу на: - місце використання електромеханічної системи АСД, відмінність її від електронної системи;
	Заключна частина: - висновок, відповіді на питання	5

Учбово-матеріальне забезпечення:

- Функціональна схема електромеханічної системи АСД

Навчальна література:

1. О.Г. Сатыга. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. ВМФ, 1991г.

2. М.И. Финкельштейн. Основы радиолокации. М.,»Радио и связь» 1983г.

Зміст лекції та методика її викладання.

Сьогодні тема нашого заняття: » Системи виміру дальності»

На вивчення цієї теми відводиться 2 години.

За цей час ми розглянемо дальність дії РЛС і фактори, що впливають на неї.

Перше питання: Дальність дії РЛС у вільному просторі

Спочатку дамо визначення дальності дії.

Дальністю дії РЛС називається найбільша відстань між РЛС і цілю, при якій виявлення цілі проводиться з заданими імовірностями правильного виявлення і помилкової тривоги.

Імовірностю помилкової тривоги називається імовірність перевищення деякого заданного порогового рівня Zo при умові вітсутності сигналу.

F = Pn (Z>Zo)

Імовірностю правильного виявлення називається імовірність перевищення деякого заданного порогового рівня Zo при умові наявності сигналу.

D = Pn (Z>Zo)

Дальність дії залежить від технічних параметрів станції, характеристик цілі, умов поширення хвиль, рівня перешкод.

Розглянемо дальність дії РЛС без обліку впливу земної поверхні і атмосфери, тобто у вільному просторі.

Допустимо, що передаючий пристрій, розташований в точці О (рис. 30.1), випромінює потужність в імпульсі Рі.

0^’

Ц

R

0

РЛС

Рис. 30.1

При ненаправленій передаючій антені щільність потоку потужності Пц на відстані R від станції по напрямку цілі, можна знайти, розділивши випроміню-вану потужність на площу кулі рівну 4R²

(30.1)

Для спрямованої антени щільність потоку потужності Пц у напрямку макси-мального випромінювання в Gпрд разів більше

(30.2)

Gапрд - КНД антени передатчика.

Відбита цілю потужність Рвідб. пропорційна ЕПР цілі ц:

(30.3)

Щільність потоку потужності відбитого сигналу в прийомній антені РЛС

можна одержати, розділивши величину повної відбитої потужності на пло-

щу кулі радіуса R.

(30.4)

Позначимо ефективну площу прийомної антени через Sа прм еф

Під ефективною площею антени розуміють площу ідеальної синфазної

поверхні в площі розкрива антени, що забезпечує таке же випромінювання і прийом як і реальна антена.

Для параболічної антени ефективна площа складає частину площі параболіч-ного дзеркала в перетині розкриву Sр.

Sа прм еф = Sр (30.5),

де  = 0,5...0,7 - коефіцієнт використання площі антени.

Повна величина потужності відбитого сигналу, прийнята антеною, буде

дорівнювати

(30.6)

цей вираз являється основним рівнянням радіолокації.

Воно показує залежність потужності відбитого сигналу від параметрів стан-

ції, ЕПР цілі і її дальності. При збільшенні дальності до цілі потужність сигна-лу Рс на вході антени буде зменшуватися (рис. 30.2) і при деякому R = Rmax стане рівною граничній потужності (чутливості приймача).

Рс

Рпор.

R

Rмакс.

0

30.2

При подальшому збільшені R вхідний сигнал буде менше граничного і він не буде виявлятися.

Граничній потужності сигналу на вході приймача відповідає максимальна дальність дії РЛС, визначаєма із формули (30.6) при Рс = Рпор.

(30.7)

Величина граничної потужності обчислюється виходячи з заданих імовірнос-тей правильного виявлення і помилкової тривоги по характеристикам виявлен-ня прийомного пристрою.

Якщо дані про характеристики виявлення відсутні, то можна скористатися формулою визначення реальної чутливості приймача:

Pпрм.мін = k^о2fКшq , де

k - постійна Больцмана, рівна 1,38 10^-23 Дж/град.;

Т  - абсолютна температура;

2f - смуга пропускання приймача;

Кш - коефіцієнт шуму приймального пристрою;

q - коефіцієнт розрізнення = Рс/Рш.

З урахуванням цієї формули

(30.8)

Вираження (30.8) може бути представлене в інших еквівалентних виглядах,

якщо використовувати відому залежність між КНД антени і її ефективною площею.

або

Заміняючи в виразі (30.8) Gпрд і Sапрм відповідно до формул одержуємо:

(30.9)

(30.10)

Якщо в РЛС для випромінювання і прийому використовується одна і таж антена, то у формулах (30.9), (30.10) замість добутків Sа прд  Sа прм і

Gа прд, Gа прм потрібно підставити Sа² і Gа² відповідно.

Аналізуючи вираження для Rmax можна зробити висновки:

1. Дальність дії РЛС досить слабко збільшується з ростом потужності випро-мінювання і збільшення чутливості приймача. Так для збільшення дальності дії РЛС у 2 рази випромінювану потужність чи чутливість приймача варто підви-щити в 16 разів.

Іншими словами, дальність дії РЛС слабко залежить від так називаємого

енергетичного потенціалу РЛС, рівного Рі / Рпрм.мін.

2. Досить слабко на дальність виявлення впливає ЕПР цілі. У наслідок цього різниця в дальності виявлення цілей, що помітно відрізняються по своїх розмі-рах, може бути не дуже великою.

3. Істотне збільшення дальності дії може бути досягнуте за рахунок збільше-ння розмірів антени. При використанні однієї антени для випромінювання і прийому максимальна дальність пропорційна кореню квадратному з площі антени.

R R

4. У великому ступені дальність дії залежить від , тому що iз зменшенням  зростають спрямовані властивості випромінювання.

Друге питання лекції: Дальність дії РЛС при активній відповіді

Для рішення деяких радіолокаційних задач (наприклад, для управління раке-тами, розпізнання цілей) на об'єктах, що підлягають радіолокаційному спосте-

реженню, установлюють радіолокаційні відповідачі (ретранслятори).

На прийомну антену відповідача надходить прямий (запитальний) сигнал пе-

редатчика РЛС (рис. 30.3).

РЛС (Запрозчик)

Сигнал запиту

ПРД

Рі запр, Ga прд з

Сигнал відповіді

ПРМ

Рис.30.3

Потужність сигналу на вході приймача відповідача

(30.11)

R – віддаль між РЛС і відповідачем;

Різап – потужність, яку випромінює запрозчик;

Gпрд зап – КНД антени запрозчика;

Sапрм відп. – ефективна площа антени відповідача;

По аналогії потужність приймаємого РЛС відповідного сигналу дорівнює:

(30.12)

Якщо чутливість приймача відповідача дорівнює Рпрм. мін.відп., то дальність

зв'язку по лінії “ РЛС – відповідач “

(30.13)

Відповідно дальність зв'язку по лінії “ відповідач – РЛС “

(30.14)

Очевидно, що для радіолокаційної системи з активною відповіддю параметри

системи доцільно вибирати таким чином, щоб

Rмакс запрос = Rмакс відп.

тому що в противному випадку дальність дії системи буде визначатися наймен-шим значенням дальності по одному з каналів ( запиту чи відповіді), а можли-вості іншого каналу не будуть цілком реалізовані. Прирівнючи вирази (13) і (14) одержимо рівняння, що зв'язує параметри РЛС і відповідача.

=

= (30.15)

Якщо запит і відповідь здійснюється на одній частоті, а для передачі і

прийому в запросчика, так само як і у відповідача, використовується та сама

антена, то

=

або = (30.16)

Рівняння (30.15) називається рівняння збалансованої системи з активною відповідю і дозволяє правильно вибрати потужність передатчика і чутливість приймача відповідача.

На дальність дії РЛС впливають:

- загасання електромагнітних хвиль в атмосфері;

Загасання електромагнітних хвиль в атмосфері обумовлена двома причинами:

-поглинанням енергії електромагнітних хвиль газами атмосфери, частками

пилу і диму;

-розсіюванням електромагнітних хвиль рідкими і твердими частками.

При поглинанні енергія електромагнітних хвиль переходить у теплову енергію поглинаючих частин. При розсіюванні падаюча електромагнітна хвиля розсію-ється в усі сторони. Вираження для дальності дії РЛС

з урахуванням загасання електромагнітних хвиль в атмосфері має вигляд:

(30.17)

де Rмакс - дальність дії РЛС без обліку загасання.

-кривизна земної поверхні і атмосферна рефракція.

а) Вплив кривизни земної поверхні.

Здатність радіохвиль діапазону УКВ, які застосовуються у радіолокації, до оги-

нання опуклих поверхонь виражена дуже слабко. Тому кривизна земної повер-хні обмежує дальність дії РЛС дальністю прямої видимості (рис. 30.4).

Rпр

С

В

A

Нц

Rз

ha

о

Рис.30.4

Rпр = АВ = ОС = (30.18)

де Rз = 6370 км.

Так як Rз >> ha і Hц, то

Rпр  (30.19)

Підставив в формулу (19) величину радіуса земної поверхні, получим

Rпр  (30.20)

де ha і Hц – у метрах, 8ор- у км.

Б) Вплив атмосферної рефракції на дальність дії РЛС.

Рефракцією називається скривлення траєкторії радіохвиль, викликане неод-

норідністю тропосферних шарів атмосфери по висоті. Величина і характер рефракції залежить від знака і величини швидкості зміни коефіцієнта преломлення n по висоті Н (dn/dн).

Явище рефракції приводить до збільшення або до зменшення Rmax.