книги из ГПНТБ / Пелюхов П.И. Основы радиолокации учебное пособие
.pdfМаксимальную дальность обнаружения Д шах найдем из условия Рпр ——Рпр niini где ЯПр mi» — мощность, характери зующая чувствительность приемного устройства:
|
Д ш ах ~ \ |
С ■ |
|
( V I I , |
|
I |
(4 ТС)2 Р„р mi,. |
|
|
Уравнение |
(VII, 5) |
называется основным |
уравнением |
|
активной радиолокации. При использовании одной |
и той |
|||
же антенны для передачи и приема G,„ = 4 |
~ А |
Тогда, |
||
заменяя Лэфф, |
уравнение (VII, 5) можно записать в |
другом |
||
виде: |
|
|
|
|
|
Д шах |
ЯиС„,2>-2а |
|
(VII, 6) |
|
|
|
||
(4-у<ЯпрпИп
Полученные соотношения (VII, 5) и (VII, 6) позволяют сде лать ряд важных выводов.
1. Максимальная дальность обнаружения пропорциональ на корню четвертой степени из мощности излучения. Это зна чит, что если мощность излучения одной РЛС в два раза больше мощности излучения другой, го при прочих равных условиях различие в дальности обнаружения будет всего по рядка 19%. Для увеличения дальности обнаружения в два ра за необходимо увеличить мощность излучения в 16 раз.
2. Увеличение мощности излучения (т. е. мощности генера тора СВЧ) и улучшение чувствительности приемника в равной мере влияют на увеличение Днях. С энергетической точки зре ния оказывается целесообразнее увеличивать £>П1ах путем по вышения чувствительности радиолокационного приемника, так как устройства, повышающие чувствительность, потребляют значительно меньшую мощность от источников питания в срав^ нении с дополнительной мощностью, потребляемой передатчи ком при увеличении Dmax за счет увеличения мощности излу чения.
3. Существенное влияние на Д гаах оказывает изменение коэффициента направленного действия антенны, так как
Дтах I От , что равносильно при заданной длине волны изменению геометрических размеров антенны: чем боль ше размеры анте-нны, тем больше Gm и, следовательно, Дтах. Аналогичную зависимость можно получить, заменив
в уравнении (VII, 5) Gm = |
4: It |
и <-), — ширина |
--- -- , где |
211
игольчатой диаграммы направленности в радианах соот ветственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне 0,5 по мощности. Тогда
ТТпах — |
[ \ |
д X3 |
|
(VII, 7) |
|
|
(4 -) в ,2 (»Х2 Я,пр rmn |
|
4. Если величина Gm задана и Gm —const, то, как это следует из (VII, 5), дальность обнаружения уменьшается
при уменьшении длины волны: Dmax — V X. Объясняется это тем, что при Gm = const уменьшение X означает умень шение эффективной площади приемной антенны и, следо вательно, уменьшение энергии принимаемых сигналов.
5. Дальность обнаружения пропорциональна корню четвер той степени из эффективной площади цели. Эта зависимость позволяет определять дальность обнаружения до другой цели, если известна ее эффективная площадь:
|
/л = /Л у |
31 |
(VII, 8) |
|
|
|
|||
6. Обращаясь к уравнениям (И, |
87) и (II, 88), имеем: |
|||
|
Pnpmm = q N k T b f , |
Д /= -- . |
||
Тогда |
|
2 q k Т |
|
|
|
|
(VII, 9) |
||
|
пр min — |
|
||
Подставляя (VII, 9) |
в уравнение (VII, 7), получим: |
|||
Dr |
5 |
Р |
|
(VII, 10) |
V |
|
|
||
|
(4 тг)2 • 2 qk Т |
|||
Произведение Р ит есть энергия в импульсе. Отсюда следует, что нельзя увеличить Dmn путем одновременно
го увеличения Я„ и уменьшения т, так как Dmax = у Яи т.
Максимальная дальность обнаружения при радиолокации с активным ответом может быть определена следующим путем. Плотность потока мощности у ответчика (ретранслятора) ана логично (VII, 1):
|
5„ад= — ; % |
- Д- |
|
(VII, 11) |
|
4 тг /Я |
|
|
|
Мощность на входе приемника ответчика: |
|
|
||
п, |
Ри вперед Д о т в |
Р наперед ‘ ^отв |
X |
(VII, 12) |
пр.отв |
4 - D 2 |
(4*)2D2 |
|
|
|
|
|
||
где |
Лоти — эффективная |
площадь |
приемной |
антенны |
от |
||||
ветчика. |
12) |
имеем: |
|
|
|
|
|
||
|
Из (VII, |
|
|
|
|
|
|||
D' |
|
|
п е р е д ( Т о т в |
|
'' .. |
/~ Ри Вперед G0 |
13) |
||
|
|
|
|
4 - \ |
|
(VII; |
|||
|
|
|
u p |
п п п |
пр. ОТВ |
|
|||
|
Если передатчиком ответчика излучаются сигналы мощ |
||||||||
ностью Ри.отв >то, рассуждая аналогично, получим: |
|
||||||||
|
ту |
— |
f. |
Я„. |
Gnотв-гн |
G'-'перед |
(VII, |
14) |
|
|
L J |
m a x — |
4 7Г |
|
Я,п р |
m i n Р Л С |
|||
где |
Яир ruin p;iC |
— чувствительность приемника |
РЛС. |
|
|||||
Максимальная дальность действия радиолокационной си стемы определяется двумя уравнениями: (VII, 13) и (VII, 14). Обычно при расчетах полагают ГУ —D". Суще
ственно отметить, что D max = ] ' Я„ , и эта закономерность позволяет осуществить радиолокацию в сравнении с актив ным методом на значительно большие расстояния при по вышенной вероятности обнаружения.
Максимальную дальность обнаружения при пассивном методе радиолокации можно определить согласно уравнению
(VII, 13):
Я-Лнах — ‘ — !/ |
Яим -С1ГЛЛG\ij\c |
|
(VII. 15) |
Я,up min РЛС |
|
||
4 it Г |
|
|
|
где Яизл — мощность излучения; |
действия |
антен |
|
бизл — коэффициент |
направленного |
||
ны обнаруживаемой цели; |
действия |
прием |
|
Срлс — коэффициент направленного |
|||
ной антенны |
Р Л С ; |
радиолокацион |
|
Япр min р л с -- чувствительность приемника |
|||
ной станции. |
|
|
|
§ 33. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ
На дальность радиообнаружения оказывают влияние усло вия распространении радиоволн УКВ диапазона в атмосфере. Наиболее существенное влияние оказывают такие явления, как затухание и радиорефракция радиоволн.
Затухание радиоволн в тропосфере обусловлено:
— поглощением энергии радиоволн каплями воды, части цами снега и молекулярным поглощением в кислороде и водя
ных парах;
213
- рассеиванием энергии радиоволн каплями дождя и раз личными неоднородностями атмосферы.
Дальность обнаружения с учетом затухания можно опре делить следующим путем.
Определим затухание р, выраженное в децибеллах, как от ношение
з |
- - 1 0 ]g |
, |
( V I I , 16) |
|
* |
п р |
|
где Р„р 0 — мощность |
отраженного |
сигнала при ' отсутствии |
|
потерь е атмосфере; |
сигнала при наличии |
||
Рпр— мощность |
отраженного |
||
потерь.
Если атмосфера вдоль всей трассы распространения радио волн однородна, то величину Р представим как:
Э = а • 2 D,
где и — коэффициент поглощения в дб/км; D — расстояние до цели в км.
Тогда |
|
|
|
|
|
PnP = P,ipo - 1 0 - ° '2aD . |
(VII, 17) |
||||
Согласно уравнению (VII, 4) |
|
|
|
|
|
|
РпР 0 : |
Ри G*m |
|
, |
|
|
(4 тс)1D 4 |
||||
|
|
|
|||
Р,п р |
Р и G ~ m А“ 3 |
— 0,2 a. D |
|||
(4 тг)3 |
D 4 |
|
|
||
|
|
|
|||
Полагая Рпр = Р пр min, получим:
n |
— i f |
Ри С 2,„ Xs а |
10 |
— 0,05 а /Р тах |
^тах |
I / |
---------------- • |
|
|
|
К |
(4 ")3 n Р / - пр Пп , m i n |
|
|
— |
|
~0,05 а Dmax |
|
(VII, 18) |
E ) niax 0 * 1 0 |
|
|||
где Р 1Пахо'— дальность радиолокации в свободном простанстве.
Уравнение (VII, 18) является трансцендентным и его обыч но решают графическим методом. На рис. 139 представлены
графики зависимости
Dmax = / ( Е ) m a x 0 ) •
214
На рис. 140 представлены графики зависимости а =/(?„) для кислорода и ларов воды. Из этих кривых видно, что, во-пер вых, поглощение энергии радиоволн кислородом и парами воды на волнах длиннее 10 см незначительно; во-вторых, в кислороде и водяных парах наблюдается резонансное поглощение: моле кулы кислорода резонируют на волнах 0,5 и 0,25 см, а моле кулы паров воды — на волне 1,35 см.
®утюх
Кроме поглощения энергии радиоволн молекулами кисло рода и водяных паров наблюдаются поглощение и рассеивание энергии атмосферными образованиями (гидрометеорами) — каплями воды, частицами снега и т. д.
215
Ослабление радиоволн происходит как вследствие того, что водяные капельки не являются совершенным диэлектриком, так и в силу рассеивания энергии этими капельками как эле ментарными отражателями. На рис. 141 приведена зависи мость « = /(/.) для различных интенсивностей дождя (сплош ные кривые) и тумана (пунктирные кривые).
Cl И
КМ
Знание степени поглощения энергии радиоволн в зависимо сти от длины волны позволяет правильно выбрать диапазон волн радиолокационной станции, предназначенной для реше ния конкретных тактических задач.
§ .44 ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ
На дальность обнаружения могут оказывать существенное влияние такие факторы, как кривизна земной поверхности, от ражение от нее радиоволн и неровности рельефа местности.
В диапазоне УКВ кривизна земной поверхности ограничи вает дальность обнаружения дальностью прямой видимости, которая с учетом радиорефракции определяется по формуле:
А,р. вид = 1 3 0 ( К я 7 I I Щ .
При полете па заданной высоте Н->дальность прямой види мости увеличивается только при увеличении высоты установки антенны Hi.
Отражение от земной поверхности радиоволны оказывает
216
влияние на дальность обнаружения как наземными, так и са молетными радиолокационными станциями.
Проследим, прежде всего, воздействие отраженных радио волн на дальность обнаружения наземными РЛС. Это воздей ствие в конечном итоге определяется мощностью и фазой отра женного от земли сигнала на входе радиолокационного прием ника.
В свою очередь, мощность сигнала, отраженного от земли, будет зависеть от ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости, степени шероховатости и электри ческих характеристик отражающей поверхности вблизи антен ны РЛС.
Чем шире диаграмма направленности, тем больше энергии падает на землю. С широкими диаграммами направленности мы встречаемся на метровых и дециметровых волнах.
Степень шероховатости определяет вид отражения: рассеян ное (диффузное) или зеркальное. При /. —10 см согласно крн-
. |
/- |
10 |
|
тсрию гладкости высота неровности /(< — |
- |
- — |
— . |
16sins |
16 sin s |
||
Полагая 8 = 30°, имеем /г<1,25 см. Следовательно, |
для |
волн |
|
сантиметровых и частично дециметровых земную поверхность вблизи антенны необходимо рассматривать как шероховатую, а отражение — диффузным. На метровых и частично на де циметровых волнах в большинстве случаев отражение будет зеркальным.
Определим вначале влияние отражения радиоволн от глад кой проводящей поверхности на форму диаграммы направлен ности передающей антенны, расположенной на высоте /га (рис, 142;б). Ось диаграммы направленности будем полагать параллельной земной поверхности.
Р
h,
h
Рис. 142
217
\
В точке А результирующее поле будет возникать в резуль тате сложения прямой Е п и отраженной Аотрволн:
Ер е з ~ Е п - ; |
Еот р • |
|
Нели точка А достаточно удалена, то лучи 0/1 |
и МА можно |
|
полагать параллельными. Кроме |
того, можно |
считать, что |
амплитуды Е п = £ 0тр • |
|
|
Амплитуда результирующей напряженности поля в точке А
определяется фазовым сдвигом |
ф между прямым и отражен |
|
ным полями. Согласно рис. 142,6. |
|
|
А р е з = 2 Еп c o |
6 |
(VII, 19) |
s . |
||
' Фазовый сдвиг ф может быть представлен в виде:
|
|
ф —; + ср, |
(VII, 20) |
|
где ? — изменение |
фазы в точке отражения; |
разности |
||
о — фазовый |
сдвиг, возникающий за счет |
|||
хода |
AD = 2 Aasini |
(рис. 142, а). |
|
|
Фазовый |
сдвиг |
|
|
|
|
* -= |
" " A D - |
l ' h ‘ sin s. |
(VII, 21) |
л/.
Для горизонтальной поляризации фазовый сдвиг при
отражении от |
идеально |
проводящей |
поверхности |
- ----- |
||
при вертикальной |
; — 0. |
|
|
|
|
|
Следовательно, для горизонтальной поляризации поля: |
||||||
Ерез —2 Е'пcos |
+ e JE- |
sin 3 j == |
|
|
||
|
- 2 |
sin ^ —— Aasinej; |
|
(VII, 22) |
||
для вертикальной |
поляризации: |
|
|
|
||
E,рез —2 E„ cos ( AE- Ла sin s |
|
(VII, 23) |
||||
Полученные результаты позволяют утверждать, что |
||||||
результирующая напряженность поля |
за счет |
отражения |
||||
от земли 'для |
одних направлений возрастает |
до |
2 Еп, а |
|||
для других обращается в нуль, и диаграмма направленно го
сти вместо одного основного лепестка может иметь не сколько лепестков.
Представим (VII, 19) в виде:
Д р е з |
( $ ) |
<»рез |
m a x |
или
Д р е з
ГДе Дрез(з)^ . Д р е з ( з )
Д р е з m a x
Д, (з) .9 COS v |
(VII, 24) |
E\i ш а х |
|
( г ) Д ' о ( г ) Д > е м ( - ) , |
|
—функция направленности |
с уче- |
|
|
|
том отражения от земли; |
сво |
|||||
|
|
Кп(з) — функция |
направленности |
в |
|||||
|
|
|
бодном |
пространстве; |
|
|
|||
Дзем (з) — 2 cos - ^ |
коэффициент, учитывающий в.тия- |
||||||||
|
|
|
ние |
земли. |
|
|
|
|
|
Для горизонтальной поляризации Д зем(£) |
2 sin ( — //., sin s ). |
||||||||
Дальность обнаружения с учетом влияния земли мож |
|||||||||
но определить, |
если в уравнении |
(VII, 6) |
величину |
|
|||||
|
|
G (з) = |
G,„ До2 (0 |
|
|
|
|||
заменить величиной |
|
|
|
|
|
|
|
||
G '(s)= GfnД2рез(з) = |
Д,г(0Д2зем(з). |
|
|
||||||
В результате подстановки получим: |
|
|
|
|
|||||
D (s):= |
I4 |
i \ |
а „г >.2 з |
|
Д,(з) ДЗСИ(3) |
|
|
||
|
V |
(4 тс)3 Рпр |
min |
|
|
|
|
|
|
|
— |
D ш а х 0 |
Д о ( - ) |
Д з с . м |
( з ) . |
|
|
(VII, |
25) |
Для горизонтальной |
поляризации |
|
|
|
|||||
D (г) = DmaxO До (-) • 2 sin |
2 ~ Aa sin г I . |
(VII, |
26) |
||||||
Из этой формулы следует, что |
2 - |
|
п -, т. е |
||||||
при _ —Aasin |
|||||||||
для з = arcsin |
2 А„ А |
где гс |
0,1,2,3,..., |
дальность равна |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
219
нулю, а при равенстве |
^^-Aasins |
2 п ; 1 |
т. е. при |
||
') |
|||||
arcsm 2 л + 1 , дальность |
|
|
|||
оонаружения |
будет равна: |
||||
4 А а |
|
|
|
|
|
А Л п а х ( £ ) |
— 2 А ) т |
а х О А о ( г )> |
(VII. 27) |
||
поэтому за счет влияния земли увеличивается вдвое но сравнению с дальностью обнаружения в свободном про странстве.
При малых углах места, когда можно принять:
2 sin ( - |
Аа sin |
^ |
— A sin s, |
АГ0(г):^е1, a |
sins -•= ^ , |
||
\ |
>- |
/ |
>- |
|
|
|
А) |
дальность до цели определяется по формуле |
|
||||||
О (-) — Л/ |
|
~ |
• |
^ ~ |
н |
(VII, 2ч) |
|
|
V |
(4~)3А>пр min |
' |
). |
' D |
|
|
После несложных преобразований максимальную дальность обнаружения целей, наблюдаемых под малыми углами места, можно рассчитать по формуле
ААпах (з) -- 1Sf |
р* ^'”2 3 |
/ |
/ |
Ar.hzH |
(VII, 29) |
|
■). |
||||
У |
Рпр min -(4 Г)3 |
|
|
’ |
т. е. максимальная дальность обнаружения при малых углах места пропорциональна корню восьмой степени из мощности излучения Р й.
Сигналы отраженные от земли и воздействующие на са молетные РЛС обнаружения и прицеливания, являются поме хой и сокращают дальность обнаружения, в особенности при
'’полетах на малых высотах.
, § 35. ЗОНЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫМИ СТАНЦИЯМИ
Зоной обнаружения цели называется часть пространства, внутри которого при помощи РЛС можно обнаружить цель с заданной величиной эффективной отражающей поверхности.
В общем случае зона обнаружения должна строиться в трехмерной системе координат.
Поверхность, ограничивающая зону обнаружения, соответ ствует поверхности равных значений напряженности поля, соз даваемого антенной РЛС.
220