Добавил:
AverageTusurEnjoyer
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебники / 1664-itog
.pdf
111
sin(0,5),1,2,3....
4
h
λ
1
β
11
ββ
≈
1
β
4hλ
nn
β =−=
n
Угловое положение максимума первого лепестка
числим, полагая
sin
вследствие малости
β =
1
.
. Получим
вы-
Для того, чтобы «прижать к Земле» первый парциальный
лепесток диаграммы видимости, антенны наземных РЛС располагают как можно выше. Радикальным средством обнаружения низколетящих объектов является расположение РЛС на летательных аппаратах.
Если модуль коэффициента отражения меньше еденицы,
то в максимумах диаграммы видимости дальность действия увеличивается менее, чем в двое, а в минимумах не равна нулю.
4.3. Влияние затухания радиоволн в атмосфере на
дальность действия РТС
При расчете дальности действия РТС приходится учиты-
вать затухание радиоволн в тропосфере.
В тропосфере имеют место:
1) Поглощение и рассеяние радиоволн гидрометеорами
(дождь, снег, туман, град).
2) Поглощение радиоволн молекулами газов, составляю-
щих воздух.
Рассчитаем дальность действия активной РЛС в присутствии
поглощения.
Рисунок 4.4. РЛС и цель в поглощающей среде
112
0
ПР
ПР
P
P
0,1
β
2
R
βα
=
R
α
(
)
ПРПР MIN
2
ИИЭA
PGS
ПР MIN
σ
MAXMAX
MAX
0
MAX
R
α
4
ИИА
PGS
R
Пусть Р
- мощность сигнала, который принимался бы
ПРО
в отсутствии поглощения, РПР - мощность фактически принимаемого сигнала.
Затухание сигнала на трассе распространения выразим в
логарифмической мере,
10lg
β =
,
Откуда
−
PP
=⋅
ПРПР
0
10
.
Введём погонное ослабление α (затухание на единицу длины
пути). Для активной локации
,
так что
PP
=⋅
ПРПР
0
10
−
(4.7)
0,2
Примем следующую схему рассмотрения задачи: составим уравнение
PRP=
P
=
0
ПР
4
( )
, решая его, находим R = R
.
PGS
ИИЭA
2
Rσπ
;
4
π
( )
2
R
4
0,05
R
α
−
10
⋅=
MAX
MAX
P
.
.
,
откуда получаем:
PGS
RR
4
=⋅=⋅
MAXMAX
2
(4)
P
π
.
ПР MIN
σ
ИИЭА
0,050,05
RR
αα
−−
1010
0
.
Перепишем последнюю формулу в виде
0,05
R
α−
RR
=⋅
MAXMAX
где
R - дальность действия РЛС в свободном пространстве.
10
0
(4.8)
Рассматривая подобным образом линию связи передат-
чик-приемник, получаем аналогично (4.7)
0,1
−
,
где
PP
=⋅
ПРПР
P
=
0
ПР
π
.
2
10
0
113
MAX
(,)
α
MAX
α
α
α
α
α
α
α
α
α
Из последних соотношений опять приходим к уравнению
(4.8).
К сожалению, выразить из уравнения (4.8)
R как фун-
кцию затухания и дальности действия в свободном пространстве невозможно. Поэтому при практических расчетах пользу-
ются семейством кривых
RfR
= , которые на осно-
0
MAXMAX
вании формулы (4.8) строятся просто. Вид кривых иллюстрируется рисунком 4.5. По заданной дальности действия РТС
R
и коэффициенту поглощения α, который принимается постоянным на всей трассе, находится дальность действия РТС в свободном пространстве.
Затем параметры РТС выбирают исходя из соответствующей формулы. Методика расчета дальности действия РТС при
условии, что затухание приходит не на всей трассе, а на её отдельных участках изложена в книге [8].
R
MAX
α
= 0
>
1
>
2
>
3
>
1
>
>
2
1
R
MAX 0
Рисунок 4.5. Зависимость дальности действия от коэффициента погло-
щения
Оценим затухание количественно.
Затухание радиоволн в дожде и тумане иллюстрируется графиком на рисунке 4.6. Ослабление радиоволн в результате снега и
града значительно меньше, и их влиянием обычно пренебрегают.
114
Рисунок 4.6. Зависимость коэффициента поглощения энергии радио-
волн от длины волны и вида гидрометеоров:
------ дождь: 1 - очень слабый (0,2 мм/ч), 2 - слабый (1 мм/ч), 3 - средний
(4 мм/ч), 4 - сильный (16 мм/ч); - - - - туман: 5 - видимость 600 м, 6 -
видимость 130 м, 7 - видимость 30 м
Как видно из рисунка 4.6 с увеличением λ затухание
сильно уменьшается. Поэтому РЛС с дальностью действия
более 300 км обычно работают на волне λ > 10 см.
Поглощение энергии радиоволн молекулами газов зависит от частоты. Существуют области резонансного поглощения, где его интенсивность резко возрастает. Частоты резонансного поглощения близки к частотам собственных внутримолекулярных переходов или совпадают с
ними.
Резонансные линии всех газов атмосферы за исключением кислорода и водяного пара расположены вне диапазона радиоволн, поэтому существенно влияет на дальность действия РТС только поглощение молекулами кислорода и водяного пара. Поглощение молекулами водяного пара максимально на волне λ=0,18 и λ=1,05 см, а мо-
лекулами кислорода - волнах λ=0,25 и λ=0,5 см.
115
Коэффициент затухания радиоволн в реальной атмосфере равен сумме коэффициентов затухания в гидрометеорах и на молекулярном уровне. На рисунке 4.7 показана
зависимость коэффициента затухания в воздухе у поверхности Земли от длины волны [8]. Ясно виден резонансный характер поглощения. Кроме того из рисунка 4.7 следует, что на волнах длинее λ=10 см молекулярным поглощением радиоволн можно пренебречь.
Таким образом, на выбор длины волны с энергетической точки зрения влияют два противоречивых фактора: уменьшение длины волны приводит к увеличению направленности антенн фиксированных размеров, но увеличивает затухание радиоволн в тропосфере. Для каждой
дальности действия существует оптимальная длина волны.
Рисунок 4.7. Зависимость коэффициента затухания в воздухе от длины
волны
116
АФРРВ
RLL
σ
0
2
EqN
RLLTkc
σ
⋅
ШШ
NkkTkT
0
TkT
4.4. Обобщённое уравнение радиолокации
Введем в основное уравнение радиолокации, определяющие дальность действия РЛС в свободном пространстве, факторы, влияющие на дальность действия РЛС в тропосфере.
Мощность принимаемого сигнала определим по формуле
PGS
=
4
( )
ИИAЭ
2
4
π
.
P
ПР
где LАФ - потери энергии в антенно-фидерном тракте;
L
- потери энергии на распространение в тропосфере.
РРВ
Учтем, что характеристики оптимального обнаружения за-
висят от отношения сигнал /шум по энергии
= , и вве-
дем этот параметр в уравнение. Получим,
22
4
π
( )
PGSTPT
ИИЭAНПРН
2
4
АФРРВШ
2
q
==
N
0
- по сути это обобщённое уравнение радиолокации. В нем ТН время наблюдения; с - потери на неоптимальность обработки;
=⋅= ;
00
= - эффективная шумовая темпера-
ШШ
тура приемника.
4.5. Загоризонтные РЛС
Этим термином называют локаторы коротковолнового диапазона (λ=10-15 м), которые используют эффект
Н. И. Кабанова - явление дальнего рассеянного отражения
радиоволн ионосферой и земной поверхностью. В таких
РЛС, как обычно, дальность до объекта наблюдения оценивается по задержке принятого сигнала относительно излученного, а его угловое положение фиксируется с помощью направленных антенн. Объекты наблюдения загоризонтных РЛС должны иметь очень большую эффективную
поверхность рассеяния. Это могут быть ядерные взрывы,
117
запуски ракет, крупнотонажные корабли. РЛС могут иметь
приемные и передающие устройства, расположенные в
одном месте или разнесенные в пространстве. Точность
местоопределения целей у таких локаторов ниже, чем в
УКВ диапазоне вследствие неустойчивости ионосферы.
Дальность действия загоризонтных РЛС вдоль поверхности Земли достигает тысяч километров. Для эффективной
работы подобных РЛС нужна хорошо развитая ионосферная служба.
118
2
З
c
5. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ
В радиотехнических системах, в частности в активных
РЛС, дальность до объекта определяется по задержке принимаемого сигнала относительно излученного (зондирующего).
Rτ=
(5.1)
Методы измерения дальности различаются по существу
тем, как измеряется задержка, а методы измерения задержки зависят от вида зондирующего сигнала.
5.1. Импульсный метод измерения дальности
5.1.1. Обобщённая структурная схема импульсного
дальномера
Характерной особенностью импульсных дальномеров является то, что излучаемый сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов. Реализация дальномеров, входящих в состав радиолокационных либо радионавигационных
систем могут сильно различаться между собой. Однако все они
имеют некоторые характерные особенности, отраженные на
структурной схеме, изображенной на рисунке 5.1.
Синхр. Пер. АК
1
2
Пр.ОУ
Рисунок 5.1. Обобщенная структурная схема импульсного дальномера
На схеме АК - антенный коммутатор, ОУ - оконечное устройство.
На рисунке 5.2 представлены эпюры напряжений на выходе передатчика (1) и приемника (2). Задержка между ними
119
τ
измеряется в оконечном устройстве ОУ для расчета дальности
по формуле (5.1).
1
2
И
T
П
τ
З
Рисунок 5.2. Эпюры напряжений в схеме рисунка 5.1
t
t
Излучаемую последовательность импульсов обычно считают периодической, хотя принципиальной необходимости периодичности излучения нет.
Поскольку прием и передача импульсов разделены по времени, одна антенна используется и на передачу и на приём.
Переключение прием-передача осуществляется антенным
коммутатором АК, который должен надёжно закрывать приёмник на время передачи и не допустить шунтирования цепей
приемника передатчиком во время приема.
В схеме на рисунке 5.1 коммутация выполняется под действием излучения передатчика. Для этой цели могут использоваться и специальные видеоимпульсы, негерируемые синхронизатором.
В схемах АК используются газовые разрядники, диоды,Yциркуляторы, отрезки длинных линий.
Рассмотрим для примера схему АК, основанную на использовании газовых разрядников и четвертьволновых отрезков длинных линий.
На рисунке 5.3 а) представлены эпюры напряжений и токов в короткозамкнутой и разомкнутой линиях передачи. Видно, что входное сопротивление короткозамкнутой линии стремится к бесконечности, а размкнутой - к нулю. На рисунке 5.3 б)
120
λ
λ
Разрядник
Разрядник
λ/4λ/4λ
(
)
2
ИВОС
представлена схема АК, в которой используются эти свойства
четвертьволновых отрезков линий передачи. Установленные в
схеме газовые разрядники под действием излучения передатчика становятся короткозамыкателями, что и обеспечивает работу коммутатора.
U I
U I
RВХ → ∞
/4
RВХ → 0
/4
а)
/4
Пер.
блокировки
передатчика
защиты
приёмника
Пр.
б)
Рисунок 5.3. Антенный коммутатор с газовыми разрядниками
Недостаток импульсных дальномеров - наличие «мёртвой зоны»,
обусловленное тем, что прием отраженных сигналов невозможен, пока идет излучение. Минимальная измеряемая дальность
определяется формулой
cRττ+
где τ
=
MIN
- время восстановления антенного коммутатора.
ВОС
,
Максимальная однозначно измеряемая дальность опреде-
Соседние файлы в папке Учебники