4. Основные задачи радиолокации

К основным задачам современной радиолокации относят:

• обнаружение отраженных от объектов сигналов с заданными вероятностными характеристиками при воздействии различных помех естественного и искусственного происхождения (отражения от морской поверхности и береговой черты, метеообразований типа дождя и снега, восходящих потоков воздуха, стай птиц и насекомых; сигналы других радиоэлектронных средств, помехи от силовых электротехнических установок, организованные активные и пассивные помехи)

• измерение (оценивание) координат и параметров движения объектов, других информативных (несущих полезную для пользователя информацию) параметров и характеристик отраженных сигналов;

• обнаружение и построение траекторий и сопровождение объектов;

• решение навигационных задач судовождения, информационное обеспечение и электронное картографирование обстановки при судовождении;

• прогнозирование (моделирование) радиолокационной обстановки с целью принятия управленческих решений (безопасное мореплавание и проводка судов, расхождение судов, боевое применение);

• распознавание (классификация) объектов;

К дополнительным задачам радиолокации можно отнести:

• обеспечение электромагнитной совместимости РЛС с другими радиоэлектронными средствами;

• обеспечение живучести и скрытности работы РЛС;

• обеспечение экологической безопасности эксплуатации для живого мира и человека;

• измерение и контроль параметров окружающей среды, экологический мониторинг, обнаружение и прогнозирование развития чрезвычайных ситуаций (технологии двойного использования информации);

• информационный обмен при открытом сетевом взаимодействии группы РЛС;

• протоколирование и архивирование информации, создание баз знаний.

Этот перечень не является исчерпывающим и может дополняться в зависимости от функционального назначения и условий применения РЛС.

2. Влияние морских условий на работу радиолокатора

2.1.Основное уравнение радиолокации для морских условий

Для рассмотрения влияния морских условий на работу РЛС на качественном уровне запишем основное уравнение радиолокации в упрощенном виде (без учета потерь в антенно-фидерном тракте и приемо-передающей аппаратуре РЛС):

, (2.1)

где: Р_ср – средняя излучаемая мощность передатчика; G – коэффициент усиления приемо-передающей антенны; λ – длина радиоволны; σ_ц – эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели (объекта); Р_с – мощность отраженного сигнала; L – множитель ослабления сигнала на трассе распространения до цели и обратно, определяемый как отношение напряженности поля в свободном пространстве Е₀ к напряженности поля с учетом потерь в среде Е₁ (L=Е₀/Е₁). Поскольку для обнаружения полезного сигнала с заданными вероятностными характеристиками правильного обнаружения D и ложной тревогиF его мощность Р_с должна в раз превышать мощность совокупного мешающего сигнала, состоящего в общем случае из мощности собственных шумов приемника Р_ш имощности помех Р_п, уравнение (2.1) можно переписать в виде:

, (2.2)

где отношение сигнал/(шум + помеха) равно:

. (2.3)

Специфика использования РЛС в морских условиях по-разному влияет на параметры, входящие в основное уравнение радиолокации. Как уже отмечалось, рабочая длина волны выбирается исходя из физических особенностей распространения сигнала над морской поверхностью. Основными факторами при выборе являются низкие потери сигнала в приводном слое атмосферы, слабое влияние метеоосадков и минимизация мешающего влияния отраженных морем сигналов. Для длин волн λ=3 см и λ=10 см потери на трассе оцениваются в среднем как L_3см= дБ/км и L_10см= дБ/км соответственно.

Поскольку морская поверхность за счет солености является хорошо проводящей поверхностью, при низком расположении антенн радиолокатора, когда морская поверхность оказывается в ближней зоне формируемого электромагнитного поля, за счет наведенных на поверхности моря токов возможно изменение характеристик направленности антенн. Эти изменения могут быть существенными и зависят от поляризации, типа антенны, характера волнения и рабочей длины волны. Например, при вертикальной поляризации у низко расположенной антенны в метровом и декаметровом диапазоне при спокойном море может формироваться антипод, который практически удваивает коэффициент усиления антенны G. В то же время, при некоторых условиях у низко расположенных горизонтально поляризованных антенн может наблюдаться так называемое отжатие луча (формирование глубокого провала при нулевых углах места в диаграмме направленности антенны в вертикальной плоскости).

Серьезное влияние морские условия оказывают на ЭПР надводных объектов (целей). В простейшем случае гладкой поверхности моря существует две возможные траектории распространения зондирующего сигнала (рис. 2.1). Излучаемый сигнал может распространяться до отражающего объекта как по траектории 1, так и по траектории 2. Суммарное электромагнитное поле, облучающее объект, наводит в нем токи, в результате чего формируется вторичное излучение, при этом часть энергии вторичного поля возвращается в антенну радиолокатора также по двум траекториям (пунктирные линии). При низком расположении объектаh_ц и антенны радиолокатора h_a углы падения α_пад и отражения α_отр от морской поверхности малы, поэтому разность хода δR=(R₂-R₁) по двум траекториям незначительна: δR<<λ. Как известно, за счет переотражения сигнала хорошо проводящей морской поверхностью происходит изменение фазы сигнала на 180^о, поэтому прямой (траектория 1) и отраженный морем (траектория 2) сигналы оказываются практически противофазными, что приводит к резкому уменьшению вторичного излучения и, следовательно, результирующей величины ЭПР объекта. При нормальной солености моря мощность сигнала, прошедшего по траектории 2, может достигать 90% и более от мощности прямого сигнала, прошедшего по траектории 1. Это означает, что совокупный сигнал от объекта может быть ослаблен на порядок и более.

При переотражении сигнала от взволнованной морской поверхности наблюдается многотрассовое распространение (распространение по множественным траекториям) (рис 2.2). Это приводит к флуктуациям совокупного отраженного сигнала: помимо постоянной (когерентной) составляющей появляется флуктуационная (некогерентная) составляющая. Описание физической сущности данного явления и методика расчета постоянной и флуктуационной составляющих отраженного объектом сигнала приведены в работе [3]. Расчеты показывают, что с увеличением степени волнения уменьшается постоянная (когерентная) составляющая и, следовательно, снижается эффект взаимного вычитания сигналов, прошедших по траекториям 1 и 2. В тоже время, отраженный совокупный сигнал становится случайным по уровню, что приводит к снижению вероятности его правильного обнаружения D. Для восстановления исходной вероятности правильного обнаружения приходится увеличивать излучаемую мощность передатчика РЛС.