6) Чувствительность радиолокационного приемника: оценивается мощностью минимального принимаемого сигнала на фоне собственных шумов приемника.

, где - коэффициент различимости, характеризуется необходимым превышением мощности порогового сигнала над мощностью собственных шумов приемника.

Как правило в 2-3 раза превышает мощность собственных шумов приемника.

, где k – коэффициент Больцмана 1,38*10^-23Вт/(с*К); N – коэффициент шума приемника, определяется входными устройствами, меняется от 2 до 25 (идеальный приемник – N=1); Δf – ширина полосы пропускания приемника; T – температура окружающей среды.

– это длительность импульса.

(продолжение в Лекции №8)

Лекция №8

Чувствительность приемника тем лучше, чем меньше уровень собственных шумов, определяемых первичными каскадами приемной системы. Для повышения чувствительности используются УВЧ (усилители высоких частот). Коэффициент усиления не больше 100. Чувствительность приемника РЛС без усилителя высокой частоты составляет 10^-12 Вт, при использовании усилителя 10^-13-10^-14 Вт. Для удобства оценки чувствительности пользуются относительными логарифмическими единицами [дБ] - децибелами, обозначаются буквой n. Чувствительность приемника РЛС в [дБ] определяют по отношению к мощности в 1 Вт. Если у нас мощность или . Для того, чтобы перейти от мощности в [Вт] к [дБ] надо: . Если чувствительность 10^-12 Вт, то n=-120 дБ.

Рассмотрим более подробно тактические характеристики РЛС:

1) Зона наблюдения - это зона, где проводится обнаружение объектов и измерение координат цели. Зона наблюдения характеризуется максимальной и минимальной дальностями обнаружения, пределами обзора по азимуту и углу места и разрешающей способностью.

а) минимальная дальность обнаружения (мертвая зона) – это, то минимальное расстояние, на котором обнаруживаются близлежащие предметы: , где – длительность импульсов.

Практически радиус мертвой зоны немного больше значения по приведенной формуле засчет времени восстановления антенного переключателя.

б) максимальная дальность обнаружения: , где - частота следования импульсов, излучаемых передатчиком.

в) разрешающая способность по дальности – это способность различать близкорасположенные друг за другом объекты, т.е. это, то минимальное расстояние между двумя точечными объектами, находящимися в одном направлении, которые различаются раздельно. В импульсных РЛС разрешающая способность по дальности определяется длительностью импульса: . Для наглядности (рис. 1).

Отраженный сигнал придет через время: .

Объекты будут различимы раздельно, если:

;

, где - длительность импульса.

г) разрешающая способность по угловым координатам – оценивается минимальным углом между направлениями на два равноудаленных от РЛС точечных объекта, при котором они наблюдаются раздельно. Как правило, разрешение по дальности – ширина диаграммы направленности. В реальных системах разрешающая способность лучше, чем в приведенной формуле. Это связано с формой диаграммы направленности. Предельное значение минимального угла разрешения в зависимости от ширины диаграммы направленности:

.

Разрешающие способности асимметричных диаграмм направленности по углу места и азимуту равны и вычисляются как для симметричных диаграмм направленности.

Рассеяние электромагнитных волн.

Способность целей отражать электромагнитные волны зависит от электрических свойств материала объекта. Электрические свойства материала характеризуются электрической проводимостью, электрической и магнитной проницаемостью. В зависимости от электрофизических свойств, объекты могут отражать, поглощать или пропускать падающую на них электромагнитную энергию.

Граница раздела сред характеризуется диэлектрической проницаемостью веществ раздела; при облучении волны, падая на объект, возбуждают в объектах токи той же частоты, что и частота падающей волны в металлах – токи проводимости, в диэлектриках – токи смещения. Токи, протекающие в объекте, вызывают в окружающем их пространстве электрическое и магнитное поля (сумма - электромагнитное поле), т.е. объекты становятся источниками электромагнитных волн. В зависимости от характера облучения и состояния поверхности наблюдаются: зеркальное, диффузное и дифракционное отражение и рассеяние.

1) Зеркальное отражение - при таком характере отражения существуют следующие соотношения:

а) (размеры неровностей > длин волн);

б) l – размер объекта: (рис. 2)

2) Диффузное отражение:

.

Диаграмма направленности вторичного излучения в этом случае имеет вид полусферы (рис.3).

3) Дифракционное рассеяние и отражение:

, см (РЛ), l – облачные частицы – очень мало.

При таком рассеянии будет формироваться слабая отраженная электромагнитная волна.

(рис. 4)

При дифракционном рассеянии точечный объект (водяная капля) будет формировать вторичное излучение (слабую отраженную электромагнитную волну), которая, интерферируя с основной падающей волной, приведет к искажению электромагнитного поля только вблизи объекта – эффект огибания электромагнитной волны.

Когда у нас будет - эффект отражения оказывается весьма сложным и зависит от положения объекта относительно падающей волны. Тогда отдаленные части сложного объекта могут быть построены в резонанс с падающей волной и в некотором направлении интервал рассеяния будет резко возрастать.

Наибольшее отражение будет иметь место, когда , тогда цель превращается в полуволновой вибратор.

Пример: использование пассивных отражателей применительно к задаче - радиолокационный метод измерения ветра на больших высотах (иголочки – искусственно созданное облако, 40-50-60 км).

При радиолокационных наблюдениях необходимо знать количественные характеристики отражающих свойств объекта, которые зависят от ряда факторов; учесть все практически невозможно, поэтому в РЛ свойства рассеяния цели характеризуются объединенной характеристикой – эффективная площадь рассеяния (ЭПР). ЭПР – это способность отражающих объектов возвращать часть энергии источнику излучения, и количественно характеризуется поперечным сечением обратного рассеяния σ (рис.5).

– поверхность потока мощности электромагнитной волны вблизи объекта, – поверхность потока мощности, отраженной электромагнитной волны в точке расположения РЛС.

Данное выражение справедливо при условии, что объект расположен перпендикулярно падающему электромагнитному лучу, и энергия, падающая на объект, равномерно рассеивается во всех направлениях. Если мы переходим к характеристикам напряженности электромагнитного поля, то:

, где - РЛС, – объекта.

ЭПР зависит:

1) от электрических свойств материала объекта;

2) от конфигурации размеров объекта;

3) от направления, в котором он облучается.

Для большинства объектов ЭПР определяется экспериментально, теоретически – только для простейших геометрических форм объектов.

- Плоская проводящая пластина (рис.6): - известна; .

Следует отметить существенную зависимость ориентации пластины относительно падающей волны.

- Идеально проводящая большая сфера (рис.7):

Размеры шара (радиус) .

Вклад отраженного сигнала будет уменьшаться от точки C влево и вправо. Эффективная площадь рассеяния будет складываться из участков этой полусферы.

Разделим поверхность сферы на участки, равные . Наибольший вклад в отраженный сигнал вносит первая зона Френеля, перпендикулярная распространению электромагнитной волны (A, B, r₁). Остальное мы можем рассчитать: .

Оценим видимую поверхность (площадь) первой зоны Френеля: .

Экспериментально установлено, что напряженность электромагнитного поля поверхности сферической поверхности в π раз меньше, чем напряженность электромагнитного поля плоской поверхности. При формировании отраженного сигнала направленные свойства пластины будут описаны величиной , поэтому ЭПР сферы равно ЭПР пластины, соответственно первой зоне Френеля с поправкой на направленные свойства пластины. И тогда:

Таким образом, ЭПР шара равна видимой площади сферы, т.е. площади его большого сечения. При аэрологических и радиолокационных измерениях идеально проводящая сфера применяется для проведения радиоветровых измерений и калибровки РЛС.