- •Глава 1. Общие сведения о радиолокации
- •1.1. Задачи и применение радиолокации
- •1.2. Физические основы обнаружения целей и определения их координат и скорости
- •1.3. Тактические данные и технические характеристики рлс
- •Глава 2. Методы измерения координат и скорости движения целей
- •2.1. Методы измерения дальности
- •1. Амплитудный метод
- •2. Частотный метод
- •3. Фазовые методы
- •2.2. Методы измерения угловых координат
- •1. Амплитудные методы
- •2. Фазовые методы
- •2.3. Методы измерения радиальной скорости
- •Глава 3. Характеристики радиолокационных целей
- •3.1. Основные свойства и классификация
- •3.2. Элементарные цели
- •3.3. Точечные цели
- •1. Условия, при которых цели являются точечными.
- •2. Особенности траекторий целей и
- •3.Особенности движения целей вокруг центра массы и их влияние на характер отражённого сигнала.
- •4. Эффективная отражающая площадь.
- •5. Спектр флюктуаций амплитуды.
- •6. Флюктуации фазового фронта отражённого сигнала.
- •7.Флюктуации времени запаздывания отражённого сигнала (флюктуации дальности)
- •3.4 Свойства сигналов, отражённых от распределённых целей
- •1.Общие сведения
- •2.Флюктуации сигналов, отражённых от сложных целей
- •3.5. Эффективная отражающая площадь поверхностных целей
- •1.Импульсные сигналы
- •2.Непрерывное излучение
- •3.Удельная эффективная площадь
- •3.6. Эффективная отражающая площадь объёмных целей
- •1.Импульсные сигналы
- •2.Удельная эффективная площадь
- •Глава 4. Радиолокационный обзор
- •4.1. Основные положения
- •4.2. Период последовательного обзора
- •1. Минимально допустимый период обзора
- •2. Относительный период обзора
- •4.3. Виды последовательного обзора
- •1. Обзор плоским лучом
- •2. Обзор иглообразным лучом
- •4.4. Программированный обзор
- •Глава 5. Обнаружение радиолокационных сигналов
- •5.1. Основные положения
- •5.2. Характеристики обнаружения радиолокационных сигналов с полностью известными параметрами
- •5.3. Характеристики обнаружения радиолокационных сигналов с неизвестной начальной фазой
- •5.4.Характеристики обнаружения радиолокационных сигналов с неизвестной начальной фазой и флюктуирующей амплитудой
- •5.5. Характеристики обнаружения радиолокационных сигналов с неизвестными значениями начальной фазы, амплитуды и частоты
- •5.6. Характеристики обнаружения сигнала в одном из его возможных положений
- •5.7. Коэффициент различимости при обнаружении радиолокационных сигналов
- •Глава 6. Дальность действия радиолокационных станций
- •6.1. Дальность действия в свободном пространстве
- •6.2.Дальность действия при активном ответе
- •6.3. Влияние отражений от земной поверхности на дальность действия рлс
- •6.4. Влияние на дальность действия рлс ослабления энергии радиоволн в атмосфере
- •6.5. Влияние кривизны земной поверхности и атмосферной рефракции на дальность действия
- •Глава 7. Точность измерения координат и радиальной скорости целей
- •7.1. Потенциальная точность измерения одного параметра сигнала
- •7.2. Потенциальная точность одновременного измерения двух параметров
- •7.3. Реальная точность измерения параметров сигналов
- •7.4. Точность измерения положения цели
- •Литература
5.7. Коэффициент различимости при обнаружении радиолокационных сигналов
Коэффициентом различимости называется то значение отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума на входе приёмника, при котором сигнал обнаруживается с заданными значениями вероятностей Wпо и Wлт реальным приёмным устройством:
. |
|
Исходным моментом при расчёте коэффициента различимости является определение значения q0, которое вычисляется по одной из выше приведенных формул. Если обнаружение ведётся по одному сигналу, то вычисляется значение величины q0/2; при обнаружении по пачке из сигналовNc нужно определить q0/2Nc. После этого нужно учесть многочисленные потери (уменьшение отношения сигнал/шум в реальной РЛС). В силу целого ряда причин действительное соотношение сигнала и шума перед пороговым устройством оказывается значительно меньше того, которое можно было бы получить в теоретически мыслимой модели РЛС при прочих равных условиях. Для того чтобы и в реальных условиях обеспечить требуемые значения вероятностей Wпо и Wлт,, приходится увеличивать отношение сигнал/шум на входе приёмника по сравнению с его теоретически необходимым значением q0. Если влияние элемента i–го РЛС приводит к ухудшению отношения сигнал/шум в αi раз, а всего в РЛС имеется nэлементов, влияющих на это отношение, то общие потери составят или , где αj выражено в децибелах, и для их компенсации входное отношение сигнал/шум должно быть увеличено во столько же раз.
Тогда соотношение, связывающее коэффициент различимости и величину q0:
. |
(5.43) |
если производится обнаружение одиночного сигнала,
. |
(5.44) |
при обнаружении пачки из Nc сигналов.
Глава 6. Дальность действия радиолокационных станций
6.1. Дальность действия в свободном пространстве
Дальностью действия радиолокационной станции называется наибольшее расстояние между станцией и целью, на котором обнаружение цели производится с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.
Дальность действия зависит от технических параметров станции, характеристик цели, условий распространения радиоволн, наличия и уровня различного рода помех и ряда других факторов, большинство из которых изменяется во времени случайным образом. Их количественные значения, необходимые для расчёта дальности, могут определяться лишь с какой-то вероятностью, определяющей в итоге и вероятность полученного значения дальности действия. График на рис.6.1 иллюстрирует характер зависимости относительного изменения дальности обнаружения от значения вероятности правильного обнаружения Wпо при заданной ложной тревоге Wлт.
Рассмотрим дальность действия РЛС без учёта влияния земной поверхности и атмосферы на распространение радиоволн, т.е. РЛС и цель находятся в «свободном» пространстве.
При облучении потоком электромагнитной энергии одиночной цели, находящейся в свободном пространстве, небольшая часть рассеиваемой целью энергии направляется в сторону приёмной антенны РЛС. Обычно приёмная антенна располагается в одном пункте с передающей или (при импульсной работе) является одновременно и передающей.
Рис.6.1. Зависимость относительного изменения дальности обнаружения от значения вероятности правильного обнаружения.
Если передающее устройство РЛС вырабатывает энергию излучения Еизл, максимальное значение коэффициента усиления передающей антенны по мощности равно Gопрд и цель находится на расстоянии D от радиолокационной станции, то плотность потока энергии у цели
. |
|
где 4πD2 – поверхность сферы радиусом D;
; |
|
Ризл – мощность излучения;
τс – время непрерывного облучения цели (при импульсной работе - длительность одного импульса).
Количество энергии, переизлучаемое целью, определяется средним значением эффективной отражающей площади цели Sэфф0
. |
|
Плотность потока энергии у приёмной антенны
. |
|
Энергия радиолокационного сигнала, поступающего из антенны в согласованный с ней приёмник, равна
, |
(6.1) |
где Sа прм – эффективная площадь приёмной антенны, связанная с геометрической площадью раскрыва антенны соотношением
. |
(6.2) |
На максимальной дальности обнаружения энергии принимаемого сигнала равна пороговому значению, т.е. минимально необходимому для обнаружения с заданными вероятностями Wпо и Wлт.
Величина порогового значения энергии определяется чувствительность приёмника РЛС Епрм мин. Таки образом, для максимального значения дальности Dмакс имеем.
, |
(6.3) |
где коэффициент различимости равен:
. |
|
Спектральная плотность мощности шума приёмника:
|
|
kш – коэффициент шума приёмника;
k – постоянная Больцмана, равная 1,38·10-23 вт·сек/град;
Т0 – абсолютная температура, при которой определяется величина kш (обычно 2900 К).
Из формулы (6.1) с учётом (6.3) получаем следующее выражение для максимальной дальности действия:
|
(6.4) |
Это выражение может быть также представлено в других эквивалентных видах, если использовать известную зависимость между коэффициентом усиления и раскрывом антенны:
или . |
|
Заменяя в (6.4) Gопрд и в соответствии с приведёнными выше формулами, получим
. |
(6.5) |
Использование одного из трёх приведённых выражений для расчёта Dмакс зависит от заданных (известных) параметров передающей и приёмной антенн.
Если в РЛС для излучения и приёма используется одна и та же антенна, то в формулу (6.5) вместо произведений Sа прд Sа прм и Gопрд Gопрм следует подставить величины Sа2 и Gо2 соответственно
. |
(6.6) |
Анализируя выражения для Dмакс можно сделать следующие выводы:
1. Дальность действия РЛС определяется энергией излучаемых сигналов и не зависит от их формы (при прочих заданных параметрах станции).
2. Увеличение энергии излучения, так же как и улучшение чувствительности приёмника (уменьшение kш), не очень существенно влияет на величину Dмакс, так как
. |
(6.7) |
С точки зрения экономии потребляемой РЛС энергии выгоднее для увеличения Dмакс улучшать чувствительность приёмника (уменьшать величину Епрм мин), но из соображений повышения помехозащищённости станции целесообразно увеличивать Еизл.
Обычно при конструировании станций стремятся увеличить как за счёт увеличения чувствительности приёмника, так и путём выбора максимально возможной для конкретных условий энергии излучения.
3. Существенное увеличение дальности действия может быть достигнуто за счёт увеличения размеров антенны. При использовании одной антенны для излучения и приёма
, |
|
где dа – диаметр рефлектора (линейный размер) антенны.
4. При заданных размерах антенн, т.е. при Sа прд=const и
Sа прм=const:
, |
|
т.е. укорочение волны при неизменных размерах антенн вызывает увеличение Dмакс. Это объясняется тем, что в этом случае уменьшение λ приводить к увеличению коэффициента усиления антенн.
5. Если фиксировать значение Gо, то:
. |
|
Такая зависимость появляется в связи с тем, что при увеличении длины волны для сохранения прежних значений коэффициентов усиления антенн, необходимо увеличивать Sа прд и Sа прм.
В РЛС, где размеры антенн ограничиваются определёнными габаритами, для повышения дальности действия целесообразно уменьшать длину волны. Если же требования к размерам антенн не являются жесткими, можно повышать Dмакс, увеличивая длину волны с одновременным увеличением размеров антенны так, чтобы величина Gо=const.
6. Небольшое изменение эффективной отражающей площади цели не очень существенно влияют на величину Dмакс, так как
. |
|
В ряде случаев удобнее пользоваться формулами, в которых отношение энергии излучения и порогового значения энергии сигнала заменяется отношением соответствующих мощностей. Такая замена возможна при условии согласования полосы пропускания приёмника Δf с длительностьюсигнала τс. Так как в общем случае Δf τс=ξ, то отношение
. |
|
При согласовании полосы пропускания приёмника Δf с длительностью сигнала τс коэффициент ξ=1 и отношение . Если ξ≠1, указанная замена может производиться лишь при учёте значения ξ.
Для получения необходимой величины kp при обнаружении цели, находящейся на максимальной дальности, значение энергии излучения передатчика определяется при прочих заданных параметрах станции выражением:
. |
(6.8) |
Если обеспечить получение необходимой величины Еизл за время τс по каким-либо причинам невозможно, то производят несколько облучений цели и накопление отражённых сигналов.
Иногда передающая и приёмная антенны оказываются разнесёнными на значительное расстояние друг от друга. Тогда количество энергии, переизлучаемой целью в направлении приёмной антенны, равно
, |
|
где Dпрд – расстояние от РЛС до цели.
Значение энергии отраженного сигнала на входе приёмника:
, |
|
где Dпрм – расстояние от цели до приёмной антенны.
Для порогового значения сигнала получим
. |
(6.9) |
Последнее выражение показывает, что при малом расстоянии между целью и приёмным устройством облучение цели может производиться с большого расстояния, и наоборот, но обязательно должно выполняться условие:
. |
|