3.2.1. Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на дальность обнаружения целей

Как известно из теоретических основ радиолокации, максимальная дальность действия РЛС определяется соотношением:

, (3.1)

где Э_и - энергия излучаемого сигнала;

G_пер - коэффициент усиления передающей антенны;

А_пр - эффективная площадь приемной антенны;

_ц - ЭПР цели;

 - коэффициент различимости (т.е. необходимое отношение “сигнал/шум” по мощности на выходе оптимального фильтра):

,

Nо - спектральная плотность мощности собственного шума, пересчитанная ко входу приемника;

Э_пр - энергия принимаемого сигнала при обнаружении цели на максимальной дальности с заданными показателями качества.

Величина  называется также параметром обнаружения. Она определяется по кривым обнаружения исходя из заданных значений показателей качества обнаружения - вероятности правильного обнаружения D и вероятности ложной тревоги F.

Выясним, как влияют параметры зондирующего сигнала на дальность действия РЛС.

Энергия излучаемого сигнала определяется как

Э_и = Р_и  _и  М .

где М - число импульсов в пачке.

Таким образом, для увеличения дальности действия РЛС необходимо увеличивать:

импульсную мощность;

длительность импульса;

число импульсов в пачке.

Однако возможности по увеличению этих параметров имеют свои ограничения. Увеличение импульсной мощности сопровождается повышением требований к электрической прочности тракта генерирования и излучения сигнала, а также приводит к снижению скрытности РЛС и защищенности ее от самонаводящегося оружия. Увеличения длительности импульса (если это простой радиоимпульс) приводит к снижению разрешающей способности по дальности. Для увеличения числа импульсов в пачке необходимо либо увеличивать частоту повторения F_n, что связано с уменьшенными значениями однозначно измеряемой дальности:

r_одн = ( 0,8...0,9 ) ,

либо уменьшать скорость обзора по азимуту, либо увеличивать ширину диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости, поскольку

,

где - ширина ДНА в радианах;

Т_обз - период обзора;

Т_п - период повторения зондирующих импульсов.

Выясним, как влияет длина волны на дальность действия РЛС.

Во-первых необходимо учесть, что в радиолокации чаще всего используется одна антенна на передачу и прием, для которой эффективная площадь и коэффициент усиления связаны соотношением:

.

Поэтому выражение (3.1) можно переписать следующим образом:

. (3.2)

Непосредственно из формулы (3.2) следует, что при А=const увеличение длины волны приводит к уменьшению дальности.

Однако при изменении длины волны остальные величины, входящие в формулу (3.2), не остаются постоянными. Так, от длины волны зависит среднее значение ЭПР цели _ц: в метровом диапазоне волн она больше, чем в дециметровом и тем более в сантиметровом. Таким образом, с этой точки зрения, увеличение длины волны приводит к увеличению дальности действия.

Кроме того, на дальность действия РЛС существенное влияния оказывает затухание радиоволн, вызванное поглощением и рассеянием электромагнитной энергии в тропосфере:

R_maxз = R_maxо 10^-k ,

где k = 0,05    R_maxз;

 - коэффициент затухания в дБ/км;

R_maxo и R_maxз - максимальная дальность без учета и с учетом затухания соответственно.

На рис.3.8 показано значение суммарного затухания, вызванного дождем и атмосферными газами, для средних климатических условий в зависимости от частоты и дальности действия РЛС:

 =   R_maxз (дБ) .

Из рисунка видно, что для РЛС дальнего обнаружения нецелесообразно применять волны короче 10 см; при этом чем больше должна быть дальность действия РЛС, тем больше, с точки зрения обеспечения допустимого затухания, должна быть длина волны.

Спектральная плотность шума N₀ в радиодиапазоне определяется соотношением

N₀ = КТ₀(К_ш + - 1),

где К = 1,3810^-23 Дж/К - постоянная Больцмана;

Т₀ = 290 К - абсолютная температура приемника;

К_ш - собственный коэффициент шума приемника;

Т_а - шумовая температура антенны, которая учитывает прием мешающих излучений в зависимости от длины волны, формы диаграммы направленности антенны и ее ориентации.

Отношение Т_а/Т_о = t_а называется относительной эффективной шумовой температурой антенны.

В диапазоне метровых волн (при f=30...120 МГц) величина t_а рассчитывается по эмпирической формуле:

. Например, при f=100 МГц (3.3)

В то же время собственный коэффициент шума малошумящих приемников составляет величину

К_ш=2...3.

Следовательно, в метровом диапазоне необходимо учитывать шумы внешних источников, которые в соответствии с (3.3) существенно зависят от частоты: чем она выше, т.е. чем короче длина волны, тем меньше влияние внешних шумов. В дециметровом и сантиметровом диапазонах влиянием внешних шумов можно пренебречь.

Длина волны оказывает влияние на дальность действия РЛС также вследствие отражений от земной поверхности: в метровом и длинноволновой части дециметрового диапазона увеличивается дальность действия по целям на больших и средних высотах и уменьшается по маловысотным целям.

Таким образом, зависимость дальности действия РЛС от длины волны имеет весьма сложный неоднозначный характер.