2.3. Влияние способа обзора на дальность обнаружения рлс

РЛС обнаруживает цели в пределах заданной зоны _обн. (рис.2.11) при условии, что плотность потока энергии облучения J_обл на границе зоны и эффективная площадь приемной антенны А достаточно велики, чтобы обеспечить минимально необходимое превышение  энергии эхо-сигнала (с ЭПР _ц) над уровнем суммарного шума приемного канала:

A  (J_обл  _ц)/4r²   ^. (N_o+N_п), (2.1)

где r - дальность до цели;

N₀, N_п - спектральные плотности мощности шума и внешних помех.

В режиме обзора по жесткой программе энергия пачки импульсов Э_ зависит от длительности пачки, а значит, от ширины диаграммы направленности _0,5р и коэффициента усиления антенны G.

Проанализируем произведение Э_  G. Если число импульсов в пачке М, а энергия каждого импульса Э_и, то

Э_ = Э_и  М.

В свою очередь, число импульсов в пачке определяется временем обзора t_обз сектора обзора _з и периодом повторения РЛС Т_п:

.

При обзоре излучаемая энергия распределяется по всему сектору обзора _з за время t_обз. Поэтому необходимо ввести такое понятие, как эквивалентный коэффициент усиления G_экв, с помощью которого учитывается отличие формы зоны от сферической G_экв=4/_з.

Учтем, что

.

Тогда

. (2.2)

В этом случае

.

По определению:

.

Тогда

Э_  G = Р_ср  t_обз  G_экв .

Величина плотности потока энергии облучения

J_обл. = Р_ср  t_обз . (2.3)

Как следует из (2.3), величина J_обл определяется лишь средней мощностью излучения передатчика РЛС Р_ср, требуемым временем обзора t_обз и формой (телесным углом _з) зоны обнаружения и не зависит от способа облучения (формирования) зоны и модуляции зондирующего сигнала.

Таким образом, большие максимальные дальности Д_макс и высоты Н_макс обнаружения обеспечиваются за счет больших средних мощностей излучения (Р_ср = 1-30 кВт) и максимально возможных геометрических площадей приемных антенн РЛС ( от единиц до сотен квадратных метров).

Выбор эффективной площади приемной антенны А и длины волны  определяет величину телесного угла _а  ²/А, обслуживаемого одним приемным каналом, а следовательно, и число элементов разрешения по угловым координатам: n_ = _з/_а  1. Последнее возрастает при стремлении увеличить дальность обнаружения за счет роста А при выбранной l. Уменьшение _а означает сужение луча ДНА _а = _a  _a и пропорциональный рост коэффициента усиления антенны:

.

Уменьшение _а улучшает пространственную избирательность приемной антенны, благодаря чему уменьшается внешний помеховый фон (N_п), улучшается разрешение по угловым координатам и повышается точность измерения угловых координат.

Достижение больших относительных площадей антенн ограничено (А/² < 10⁴ ) реально достижимой относительной точностью изготовления антенн, трудностью обзора и ростом сложности приемной аппаратуры при увеличении числа n_ .

Возможности применения в РЛС антенн больших геометрических размеров ( горизонтального L_г и вертикального L_в) и повышения за счет этого значения эффективной площади антенны также ограниченны в связи с ростом габаритов, массы, момента инерции, сложности монтажа и транспортировки антенн, а также их технического обслуживания и ремонта. Эти ограничения становятся особенно существенными при необходимости подъема антенны над поверхностью Земли на высоту h_а  L_в для обеспечения радиолокационной видимости маловысотных целей.

Подъем излучающей антенны осложняет решение задачи канализации СВЧ-энергии. При наземном расположении передатчика неизбежны заметные потери энергии (от 1 до 2...3 дБ) в длинном фидере; размещение же СВЧ-генератора вблизи антенны, поднятой на 30...50 м, резко утяжеляет и усложняет конструкцию РЛС.

Анализ возможностей РЛС по обеспечению требуемой зоны обнаружения и выбор основных параметров РЛС А, Р_ср удобно производить на основе обобщенного уравнения радиолокации. Используя соотношения (2.1 - 2.3), для случая равномерного кругового обзора по  получаем уравнение границы зоны обнаружения r_обн в отсутствие внешних помех:

. (2.4)

, (2.5)

где F_и(), F_пр() - нормированные диаграммы направленности передающей и приемной антенн РЛС по углу места;

Р_ср - средняя мощность излучения;

Т_обз - время обзора пространства;

 - коэффициент различимости, характеризующий необходимое для обнаружения сигнала отношение “сигнал-шум” на выходе оптимального фильтра.

Форма зоны описывается в (2.4) множителем , который при использовании одной приемо-передающей антенны переходит в ДНА F_л(), и выражение (2.4) упрощается:

r_обн() = r_о  F_л() . (2.6)

Величина _з рассчитывается на основании требуемой либо фактической функции F_л():

_з = ,

где cos  - якобиан преобразования.

Воздействие внешних шумовых помех (N_п  0) уменьшает в (2.4) величину r_о, которая становится функцией  и  ; уравнение (2.4) переходит в форму уравнения противорадиолокации:

,

.

Здесь N_i, _i, _i - спектральная плотность мощности излучений i-го ПАП в канале приема и его угловые координаты,  - текущий азимут оси ДНА РЛС, m - число ПАП.

С учетом сжатия зоны под воздействием помех приходится выбирать Р_ср  A с учетом 2-3 -кратного запаса по дальности обнаружения r₀.

Из (2.6) следует, что при равномерном обзоре ( по жесткой программе) дальность действия РЛС не зависит от коэффициента усиления антенны G в режиме излучения. Это объясняется тем, что, например, при увеличении G за счет сужения луча по  во столько же раз уменьшаются время облучения цели t_обл и число импульсов в пачке М, а величина произведения Р_и  _и  M  G остается неизменной.

При ограниченном времени обзора t_обз для увеличения дальности обнаружения необходимо увеличивать среднюю мощность излучения РЛС Р_ср и (или) концентрировать излучение в меньшем просматриваемом секторе _з.

Формула (2.6) имеет практическое значение при сравнении РЛС, отличающихся способом обзора пространства. Из нее, в частности, следует, что при условии Р_ср  G_э  Т_обз  А = const дальность действия практически не зависит от способа осуществления обзора. Величина r_обн() зависит от эффективной поверхности приемной антенны.

При обзоре раздельными приемной и передающей антеннами их характеристики направленности F_пр(,) и F_и(,) должны быть согласованы, иначе часть излучаемой энергии не будет использована. Поэтому увеличение дальности обнаружения за счет эффективной поверхности приемной антенны А возможно лишь при переходе к парциальным приемным каналам, осуществляющим параллельный прием эхо-сигналов из сектора облучения.

Действительно, при увеличении геометрических размеров приемной антенны в n раз эффективная поверхность А возрастает примерно в n раз, но во столько же раз уменьшается телесный угол приема, что и требует (n-1) дополнительных пространственных приемных каналов, реализуемых на той же апертуре.