4 Расчет зоны видимости рлс в свободном пространстве

Зона видимости радиолокационной станции

морская поверхность и воздушное пространство, в пределах которых возможно наблюдение целей и определение их координат с помощью радиолокационной станции. Форма и размеры зоны видимости радиолокационной станции определяются ее техническими возможностями, сектором обзора пространства, высотой антенны над уровнем моря и другими факторами. Дальность прямой видимости корабельной станций крупных надводных целей и низколетящих самолетов составляет 25-30 км, высотных воздушных целей несколько сот км.

EdwART. Толковый Военно-морской Словарь, 2010

Мощность сигнала отраженного от цели на входе приемника РЛС, как функцию от дальности до цели найдем исходя из основного уравнения радиолокации

, где – текущее значение дальности, запишем отношение сигнал/шум через мощности принимаемого сигнала и шумов приемника: , учитывая (3+), можно записать, что вероятность правильного обнаружения в свободном пространстве, как функция от дальности, определяется по формуле:

, зоной видимости будет являться тот участок дальности, где вероятность правильного обнаружения будет превышать заданную.

5 Расчет зоны видимости рлс с учетом подстилающей поверхности

В этом случае, одновременно с отраженным сигналом от цели на вход РЛС поступает сигнал, отраженный от участка морской поверхности вокруг цели. Рассчитаем мощность этого сигнала для импульсной РЛС.

ЭПР морской поверхности определяется как произведение площади облучаемой поверхности на удельную ЭПР моря. Облучаемую поверхность можно оценить как площадь соответствующего элементу разрешения РЛС.

Если антенна РЛС находится на высоте над поверхностью моря, то она облучает морскую поверхность под углом . В результате протяженность облучаемого участка морской поверхности соответствующего одному участку разрешения уменьшается в .

Найдем площадь облучаемой поверхности моря Sm (рис).

Эта площадь будет определятся, как разность площадей секторов с радиусами и , R – расстояние до элемента разрешения. Ширина сектора равна ширине диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости .

Если антенна РЛС находится на высоте над поверхностью моря, то она облучает морскую поверхность под углом (рис). В результате протяженность облучаемого участка морской поверхности соответствующего одному участку разрешения уменьшается в : . Общая облучаемая площадь тогда равна:

Соответственно ЭПР моря равно

,

где, - удельная ЭПР моря.

Подставим выражение для ЭПР моря в уравнение радиолокации, для того чтобы рассчитать мощность сигнала отраженного от морской поверхности.

Получается, что мощность отраженного от моря сигнала пропорциональна . Что справедливо для всех распределенных целей, так как с увеличением расстояния до цели пропорционально увеличивается и облучаемая площадь.

Интенсивность помех от морской поверхности зависят от ряда факторов: состояние моря K_B; угол скольжения, под которым облучается участок водной поверхности ; вид поляризации сигнала; несущая частота облучающего сигнала или длина волны ; длительность импульса облучения; направление ветра. Основными являются состояние моря, угол скольжения и частота облучения.

Состояние моря оценивается в основном по шкале Бофорта. Таблица.1.1. Примечание: волны зыби не учитывают, так как от зыби ( волнение без ветра) сигнал практически не отражается.

В табл. 2.2 даны средние значения удельной ЭПР в зависимости от угла скольжения, состояния моря, поляризации и несущей частоты. Числитель дроби соответствует вертикальной поляризации, знаменатель - горизонтальной.

где , это уже не отношение сигнал/ шум как для РЛС в свободном пространстве, а отношение сигнал/(шум+помеха).

Отношение сигнал/(шум+помеха) зависит от расстояния на котором обнаруживается цель и мешает море, так как и мощность помехи от моря и мощность отраженного сигнала зависят от дальности.

В ближней зоне, мощность помехи от моря существенно превышает мощность собственных шумов РЛС, поэтому обычно при расчетах помехоустойчивости не учитывают собственные шумы РЛС.

В этом случае формула для отношения сигнал/помеха упрощается.

Как видим, при ухудшении разрешающей способности по углу и по дальности отношение сигнал/помеха падает. Считать, что при увеличении дальности отношение сигнал/помеха тоже падает – нельзя, так как при увеличении дальности уменьшается угол облучения морской поверхности и резко падает удельная ЭПР моря. Поэтому цель не видная вблизи может быть обнаруживаться на фоне морской поверхности на большей дальности.

Помеху, которая получается при отражении зондирующего сигнала от морской поверхности соответствующей тому элемента дальности, где находится цель, называют коррелированной.

При использовании станции со сложным сигналом, в дальностном канале, где находится цель, дает отклик помеха находящаяся в соседних дальностных каналах – помеха по боковому лепестку.

Ее уровень от i – того элемента дальности в j том канале равен мощности отраженного сигнала от i – того элемента дальности, но ослабленного из-за некоррелированности опорного сигнала настроенного на j тый канал с сигналом отраженным от i того элемента. Уровень ослабления равен уровню ВКФ отраженного зондирующего и опорного сигнала имеющего соответственно задержки i и j квантов.

Без учета квазинепрерывного режима и если нет рассогласованной обработки, то этот уровень определяется уровнем АКФ сигнала для разницы задержек .

Таким образом, помеха от i- того элемента дальности, для j- того канала равна

Некоррелированную помеху необходимо просуммировать для всех элементов дальности, для которых уровень бокового лепестка не равен нулю.

Соответственно

Подставим в формулу для отношения сигнал/шум получим

Можно точно рассчитать выражение, составив программу на ЭВМ,

Или приближенно, для этого необходимо уменьшить число членов ряда. Но даже при приближенной формуле основная погрешность это апроксимация удельной ЭПР моря.

При суммировании некоррелированной помехи в реальной ситуации необходимо учитывать ослабление не только из-за обработки, но из-за влияния диаграммы направленности антенны.

Одновременно с отраженным сигналом от цели на вход РЛС поступает сигнал, отраженный от участка морской поверхности вокруг цели.

Рассчитаем мощность сигнала отраженного от подстилающей поверхности для импульсной РЛС.

ЭПР морской поверхности определяется как произведение площади облучаемой поверхности на удельную ЭПР моря.

Облучаемую поверхность можно оценить как площадь соответсвующего элементу разрешения РЛС.

Если РЛС находится на высоте над поверхностью моря, то она облучает морскую поверхность под углом . В результате протяженность облучаемого участка морской поверхности соответствующего одному участку разрешения уменьшается в .

Ширина элемента разрешения равна

где, - ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости;

- R расстояние до элемента разрешения.

Общая облучаемая площадь равна

Соответственно ЭПР моря равно

,

где, - удельная ЭПР моря.

Подставим выражение для ЭПР моря в уравнение радиолокации, для того чтобы рассчитать мощность сигнала отраженного от морской поверхности.

Получается, что мощность отраженного от моря сигнала пропорциональна . Что справедливо для всех распределенных целей, так как с увеличением расстояния до цели пропорционально увеличивается и облучаемая площадь.

Интенсивность помех от морской поверхности зависят от ряда факторов: состояние моря K_B; угол скольжения, под которым облучается участок водной поверхности ; вид поляризации сигнала; несущая частота облучающего сигнала или длина волны ; длительность импульса облучения; направление ветра. Основными являются состояние моря, угол скольжения и частота облучения.

Состояние моря оценивается в основном по шкале Бофорта. Таблица.1.1. Примечание: волны зыби не учитывают, так как от зыби ( волнение без ветра) сигнал практически не отражается.

В табл. 2.2 даны средние значения удельной ЭПР в зависимости от угла скольжения, состояния моря, поляризации и несущей частоты. Числитель дроби соответствует вертикальной поляризации, знаменатель - горизонтальной.

Таблица 1.1 Шкала моря

Состояние моря (волнение)	Скорость ветра, м/с (уз)	Высота волны, м
0. Штиль	0	0
1. Гладкое	0 ... 2,6 (0 ... 5)	0 ... 0,3
2. Слабое	2,5 ... 5,1 (5 ...10)	0,3 ...1,0
3.Умеренное, появляются барашки	5,1 ... 7,2 (10 ...14)	1,0 ... 1,7
4. Бурное	7,2 ... 8,7 (14 ... 17)	1,7 ... 2,7
5. Очень бурное	8,7 ... 10,8 (17 ... 21)	2,7 ... 4

Таблица 2.2 Удельная ЭПР моря.

Состояние	Усредненная , дБ, на различных частотах, ГГц
моря KB	0,5	1,25	3,0	5,6	9,3	17	35
Угол скольжения 0,1
0	- / -	- / -	- / 90	- / 87	- / -	- / -	- / -
1	- / -	- / -	- / 80	- / 75	- / 71	- / -	- / -
2	90 / 95	87 / 90	72 / 75	64 / 67	56 / 61	- / -	- / -
3	- / 90	- / 82	- / 68	56 / 60	51 / 53	- / -	- / -
4	- / -	- / -	- / 58	53 / 55	48 / 48	- / -	- / -
5	- / -	- / 65	- / 53	- / 48	44 / 42	- / -	- / -
Угол скольжения 0,3
0	- / -	- / -	- / 83	- / 79	- / 74	- / -	- / -
1	- / -	- / -	62 / 74	60 / 71	58 / 66	- / -	- / -
2	- / -	- / -	59 / 66	55 / 60	52 / 56	- / -	- / -
3	- / -	- / -	55 / 58	48 / 50	45 /46	- / -	- / -
4	- / -	- / -	54 / 50	- / -	43 / 42	- / 39	- / -
5	75 / -	- / -	50 / 44	- / 41	39 / 39	- / 30	- / -
Угол скольжения 3
0	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
1	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
2	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
3	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
4	- / -	38 / 48	38 / 41	36 / 38	35 / 35	33 / 34	31 / 34
5	- / -	38 / 46	35 / 37	33 / 34	31 / 32	31 / 30	- / -
Угол скольжения 10
0	- / -	45 / 60	- / -	-/ -	49 / 56	45 / -	44 / -
1	- / 56	- / -	- / -	44 / 53	42 / 41	40 / -	38 / -
2	35 / 53	37 / 53	38 / 51	39 / 46	36 / 43	34 / -	33 / -
3	34 / 50	34 / 48	34 / 46	34 / 40	32 / 37	32 / 33	31 / 31
4	- / 48	31 / 45	31 / -	32 / 36	31 / 34	29 / 31	29 / 29
5	25 / 46	28 / 43	28 / 38	28 / -	26 / 31	26 / 29	26 / 27
Угол скольжения 30
0	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
1	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
2	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
3	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -	- / -
4	- / -	28 / 37	27 / 37	25 / 35	24 / 33	24 / -	22 / -
5	- / -	24 / 34	- / -	- / -	20 / 24	21 / 22	20 / 20

Для импульсной станции уже можно рассчитать зону видимости с учетом подстилающей поверхности.

Допустим, цель имеет Релеевское распределение амплитуды сигнала.

Тогда вероятность правильного обнаружения, при обнаружении цели на фоне нормального белого шума определяется соотношением

где , это уже не отношение сигнал/ шум как для РЛС в свободном пространстве, а отношение сигнал/(шум+помеха).

Отношение сигнал/(шум+помеха) зависит от расстояния на котором обнаруживается цель и мешает море, так как и мощность помехи от моря и мощность отраженного сигнала зависят от дальности.

В ближней зоне, мощность помехи от моря существенно превышает мощность собственных шумов РЛС, поэтому обычно при расчетах помехоустойчивости не учитывают собственные шумы РЛС.

В этом случае формула для отношения сигнал/помеха упрощается.

Как видим, при ухудшении разрешающей способности по углу и по дальности отношение сигнал/помеха падает. Считать, что при увеличении дальности отношение сигнал/помеха тоже падает – нельзя, так как при увеличении дальности уменьшается угол облучения морской поверхности и резко падает удельная ЭПР моря. Поэтому цель не видная вблизи может быть обнаруживаться на фоне морской поверхности на большей дальности.

Помеху, которая получается при отражении зондирующего сигнала от морской поверхности соответствующей тому элемента дальности, где находится цель, называют коррелированной.

При использовании станции со сложным сигналом, в дальностном канале, где находится цель, дает отклик помеха находящаяся в соседних дальностных каналах – помеха по боковому лепестку.

Ее уровень от i – того элемента дальности в j том канале равен мощности отраженного сигнала от i – того элемента дальности, но ослабленного из-за некоррелированности опорного сигнала настроенного на j тый канал с сигналом отраженным от i того элемента. Уровень ослабления равен уровню ВКФ отраженного зондирующего и опорного сигнала имеющего соответственно задержки i и j квантов.

Без учета квазинепрерывного режима и если нет рассогласованной обработки, то этот уровень определяется уровнем АКФ сигнала для разницы задержек .

Таким образом, помеха от i- того элемента дальности, для j- того канала равна

Некоррелированную помеху необходимо просуммировать для всех элементов дальности, для которых уровень бокового лепестка не равен нулю.

Соответственно

Подставим в формулу для отношения сигнал/шум получим

Можно точно рассчитать выражение, составив программу на ЭВМ,

Или приближенно, для этого необходимо уменьшить число членов ряда. Но даже при приближенной формуле основная погрешность это апроксимация удельной ЭПР моря.

При суммировании некоррелированной помехи в реальной ситуации необходимо учитывать ослабление не только из-за обработки, но из-за влияния диаграммы направленности антенны.