17. Расчет зоны видимости рлс в свободном пространстве

17.1. Расчет зоны видимости рлс в свободном пространстве.

Зона видимости радиолокационной станции – это областьморской поверхности и воздушного пространства, в пределах которой возможно обнаружение целей с заданными свойствами (усредненная ЭПР и закон флуктуаций амплитуды или мощности отраженного сигнала, диапазон линейныхи угловых скоростей) и определение их координат с требуемыми характеристиками качества (вероятностью правильного обнаружения, вероятностью ложной тревоги, дисперсиями ошибок измерения информативных параметров). Форма и размеры зоны видимости радиолокационной станции определяются ее энергетическим потенциалом, сектором обзора пространства, высотой антенны над уровнем моря и другими факторами.

Мощность сигнала, отраженного от цели на входе приемника РЛС, как функцию от дальности до цели найдем исходя из основного уравнения радиолокациивида (2.1):

L²,^,.1)

где R– текущее значение дальности.Запишем отношение сигнал/шум какотношение мощностей принимаемого сигнала и шумов приемника: .Учитывая (3.2), можно записать, что вероятность правильного обнаружения в свободном пространстве, как функция от дальности, определяется по формуле:

, (5.1)

зоной видимости будет являться тот участок дальности, где вероятность правильного обнаружения будет превышать заданную.

17.2.Расчет зоны видимости рлс с учетом подстилающей поверхности

Расчет зоны видимости с учетом помех также производится по формуле (5.1), однако в ней это уже не отношение сигнал/ шум как для РЛС в свободном пространстве, а отношение сигнал/(шум+помеха).

(6.1)

Отношение сигнал/(шум+помеха) зависит от расстояния на котором обнаруживается цель, так как и мощность помехи от моря и мощность отраженного от цели сигнала зависят от дальности.

ЭПР морской поверхности определяется как произведение площади облучаемой поверхности на удельную ЭПР моря. Удельной ЭПР в свою очередь называют безразмерную величину, показывающую отношение ЭПР поверхности к ее геометрической площади. Облучаемую поверхность можно оценить как площадь соответствующего элементу разрешения РЛС.

Если антенна РЛС находится на высоте над поверхностью моря, то она облучает морскую поверхность под углом . В результате протяженность облучаемого участка морской поверхности соответствующего одному участку разрешения уменьшается в .

Найдем площадь облучаемой поверхности моря (рис. 4). Эта площадь равна разности площадей секторов с радиусами и , R – расстояние до элемента разрешения. Ширина сектора равна ширине диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости .

Рисунок 4

Если антенна РЛС находится на высоте над поверхностью моря, то она облучает морскую поверхность под углом (рис. 5).

Рисунок 5

В результате протяженность облучаемого участка морской поверхности соответствующего одному участку разрешения уменьшается в : . Общая облучаемая площадь тогда равна:

.

Соответственно ЭПР моря равна , – удельная ЭПР моря.

Удельная ЭПР морской поверхности зависит от ряда факторов: состояние моря ; угол скольжения, под которым облучается участок водной поверхности ; вид поляризации сигнала; несущая частота облучающего сигнала или длина волны ; длительность импульса облучения; направление ветра. Основными являются состояние моря, угол скольжения и частота облучения.

Для расчета будем использовать модель средней удельной ЭПР моря, разработанную в Технологическом институте Джорджии.

,

где: – средняя удельная ЭПР на горизонтальной поляризации, дБ; λ – длина волны РЛС, м; ψ – угол скольжения, рад; – коэффициент многолучевого распространения радиоволн; – коэффициент направления морских волн; – коэффициент скорости ветра.

Рассмотрим вычисление коэффициентов Λ:

,

где: , h_c - средняя высота морских волн, которая равна , здесь – среднеквадратическое отклонение ординат z волнового профиля. Для оценки интенсивности волнения также используют высоту волны 3%-й обеспеченности h_3%. Под ней понимают такую высоту волны, вероятность превышения которой составляет 3%. Параметры и h_3% связаны соотношением: . h_3% примерно в 2 раза больше средней высоты волн. Существует несколько способов оценивания волнения моря, из-за этого в различных источниках соотнесение высоты волны и бальности расходится. Будем использовать оценку по Бофорту относительно высоты h_3%.

В табл. 3 приведены значения высот волн в зависимости от бальности волнения моря.

Коэффициент имеет вид:

,

где φ – угол между направлением против ветра и линией визирования. В курсовом проекте для расчетов будем рассматривать худший случай, угол φ=0 и, соответственно, cosφ=1.

Таблица 3

Волнение моря, баллы	Описание волнения	h3%
0	отсутствует	0
1	слабое	0,25
2	умеренное	0,25-0,75
3	значительное (умеренное)	0,75-1,25
4	значительное	1,25-2
5	сильное	2-3,5
6	сильное (крупное)	3,5-6
7	очень сильное (штормовое)	6-8,5
8	очень сильное (жесткое)	8,5-11
9	исключительное (ураган)	>11

Коэффициент определяется выражением:

,

где , – скорость ветра. В стационарном состоянии при полностью развитом волнении средняя высота морских волн связана со скоростью ветра формулой: , где измеряется в м/с, h_с – в метрах.

На вертикальной поляризации в исследуемом диапазоне частот средняя удельная ЭПР моря:

Подставим выражение для ЭПР моря в уравнение радиолокации, для того чтобы рассчитать мощность сигнала отраженного от морской поверхности.Заметим, что приведенные выше формулы дают значение удельной ЭПР в децибелах. Для последующих расчетов ее следует перевести в разы.

.

Получается, что мощность отраженного от моря сигнала обратно пропорциональна . Что справедливо для всех распределенных целей, так как с увеличением расстояния до цели пропорционально увеличивается и облучаемая площадь.

. (6.2)

Как видим, при ухудшении разрешающей способности по углу и по дальности отношение сигнал/помеха падает. Считать, что при увеличении дальности отношение сигнал/помеха тоже падает – нельзя, так как при увеличении дальности уменьшается угол облучения морской поверхности и резко падает удельная ЭПР моря. Поэтому цель не видная вблизи может быть обнаруживаться на фоне морской поверхности на большей дальности.

Помеху, которая получается при отражении зондирующего сигнала от морской поверхности соответствующей тому элемента дальности, где находится цель, называют коррелированной. Для удобства расчетов выразим дальность R через номер элемента разрешения: , тогда (6.2), описывающее коррелированную помеху, примет вид:

При использовании станции со сложным сигналом, в дальностном канале, где находится цель, дает отклик помеха, находящаяся в соседних дальностных каналах – помеха по боковому лепестку (некоррелированная помеха).

Ее уровень от i-того элемента дальности в j-том канале равен мощности отраженного сигнала от i-того элемента дальности, но ослабленного из-за некоррелированности опорного сигнала, настроенного на j-тый канал с сигналом отраженным от i-того элемента. Уровень ослабления равен уровню ВКФ отраженного зондирующего и опорного сигнала имеющего соответственно задержки i и j квантов.

Без учета квазинепрерывного режима и если нет рассогласованной обработки, то этот уровень определяется уровнем АКФ сигнала для разницы задержек .

Таким образом, помеха от i-того элемента дальности, для j-того канала (некоррелированная помеха) равна

Некоррелированную помеху необходимо просуммировать для всех элементов дальности, для которых уровень бокового лепестка не равен нулю.

Соответственно, суммарная некоррелированная помеха равна:

Суммарная помеха от подстилающей поверхности будет равна: . Учитывая это и принимая во внимание зависимость от дальности, формула (6.1) примет вид:

. (6.3)

Расчет вероятности правильного обнаружения следует проводить в соответствии с (5.1), подставляя отношение сигнал/(шум +помеха) из (6.3).