Способность определять дальность, измеряя время распространения сигнала до цели и обратно является основной и наиболее важной характеристикой РЛС.

Максимальная дальность действия ( Dmax) определяется наибольшим расстоянием, на котором возможно обнаружение объектов и измерение их координат. Обнаружение конкретных объектов (берега, судов, буев и т. д.) происходит на различных расстояниях, величина которых указывается для данной РЛС в её паспортных данных с учетом высоты установки  антенны и вероятности обнаружения объекта (обычно равной 0,5).

Зависимость дальности от  технических параметров РЛС и отражающих свойств объектов выражается через уравнение максимальной энергетической дальности при условии, что атмосфера однородна и отсутствует затухание электромагнитных волн:

,   (1.10)

где Ри –импульсная мощность, Вт;

Рпр – предельная чувствительность приемника, Вт;

SA  - эффективная площадь антенны, кв.м.;

SЭ - эффективная отражающая площадь объекта, кв.м.;

λ - длина волны, м.

 

 Эффективная площадь антенны SA   и коэффициент направленности антенны GA  взаимосвязаны между собой:

G A = 4 π∙ S A/ λ²,                  (1.11)

поскольку коэффициент направленности антенны определяется её эффективной площадью.

Из уравнения  максимальной энергетической дальности видно, что дальность действия РЛС может быть увеличена только при значительном увеличении импульсной мощности передатчика или чувствительности приемника, так как связана с этими величинами через корень четвертой степени. Эффективная площадь отражающего объекта оказывает незначительное влияние, т. е. дальность изменяется несущественно при обнаружении малых и больших объектов. Наиболее существенными факторами, позволяющими увеличить дальность действия РЛС, являются эффективная площадь антенны SA и длина волны λ.

При постоянной длине волны увеличение эффективной площади антенны увеличивает усиление антенны (сужается ее ширина луча) и, следовательно, возрастает дальность действия РЛС. При сохранении размеров антенны укорочение длины волны также увеличивает концентрацию энергии антенной, а в результате и «дальнобойность» РЛС (при условии, что волны данной длины поглощаются атмосферой еще незначительно).

Увеличение импульсной мощности излучения или повышение чувствительности приемника, как это видно из уравнения равноценно. В реальных же условиях следует иметь в виду, что при уменьшении импульсной мощности передатчика повышать чувствительность приемника можно до определенного уровня. В противном случае при сохранении максимальной дальности РЛС она будет подвержена в большей степени помехам, особенно — от соседних РЛС с нормальной мощностью излучения. Повышать импульсную мощность при уменьшении длительности импульсов и сохранении средней мощности излучения также нецелесообразно из-за необходимости расширения при этом полосы пропускания приемника, т. е. из-за возрастания уровня его шумов. Максимальная дальность РЛС связана также с частотой повторения импульсов.

Чем больше Dmax тем ниже должна быть частота повторения, т. е. реже должны излучаться импульсы передатчиком. Если отраженные импульсы от самых удаленных объектов будут возвращаться до посылки следующего зондирующего импульса, то измерение расстояния до этих объектов будет осуществляться нормально. При заданной частоте повторения импульсов максимальная дальность будет определять и частоту вращения антенны. В РЛС с большей дальностью антенна должна вращаться медленнее, так как в противном случае возможны будут пропуски в обнаружении дальних объектов.

В реальных условиях  на дальность действия оказывают влияние  отражения радиоволн от водной поверхности и условия их распространения в атмосфере. От РЛС к объекту (и обратно) радиоволны распространяются двумя путями: непосредственно по прямой и путем промежуточного отражения от водной поверхности. В результате сложения двух волн с произвольными относительно друг друга фазами суммарный сигнал может получаться различной амплитуды. В итоге диаграмма направленности в вертикальной плоскости, имеющая один сплошной лепесток, превращается в многолепестковую. Поэтому в отдельных вертикальных направлениях уровень сигнала падает до нуля и объекты, оказывающиеся в этих секторах, не обнаруживаются. Это явление приводит к тому, что на сантиметровых волнах при высоте установки антенны до 15...20 м на ближних расстояниях происходит более резкое уменьшение дальности обнаружения низкорасположенных объектов по сравнению с указанным в уравнении дальности.

Кроме того, на дальность оказывает влияние сферичность (кривизна) Земли Влияние на дальность действия РЛС кривизны Земли оценивается дальностью видимости (оптическим горизонтом), равной применительно к РЛС

Dг=3,7 (√ h1 +√ h2) ,                         (1.12)

где Dг – максимальная геометрическая дальность или дальность радиолокационного наблюдения, км;

h. — высота антенны РЛС, м;

h2 — высота объекта, м

В связи с прямолинейным распространением радиоволн влияние кривизны Земли эквивалентно уменьшению высоты антенны РЛС и объекта. Отражение электромагнитных волн происходит не от плоской, а от выпуклой поверхности, поэтому наблюдается рассеяние отраженных лучей. Все это ведет к ослаблению мощности принимаемых отраженных сигналов.

Распространение электромагнитных волн радиолокационного диапазона происходит в нижних слоях атмосферы — тропосфере. Влияние тропосферы сказывается на искривлении прямолинейного направления луча, обусловленного влиянием атмосферной рефракции. Кроме того, в тропосфере происходят поглощение и рассеяние электромагнитной энергии (особенно сантиметровых и миллиметровых волн).

В стандартной атмосфере, как уже указывалось выше, наблюдается нормальная атмосферная рефракция. При этом дальность радиолокационного горизонта (в км) увеличивается по сравнению с дальностью оптической видимости и определяется как

Dг = 4,12 (√ h 1 + √ h 2 ) (км)             (1.13)

Если с увеличением высоты температура воздуха повышается (температурная инверсия) или резrо убывает влажность, изгиб траектории радиолучей увеличивается. В этом случае радиоволны будут распространяться вдоль Земли — явление сверхрефракции, и дальность  действия РЛС значительно возрастает.

Например, в экваториальных широтах возможен прием ложных  эхо-сигналов, вызванных отражениями от объектов, находящихся' на расстояниях сотен миль.

Наоборот, при увеличении влажности воздуха с высотой или резком падении температуры может возникнуть субрефракция (пониженная рефракция), что вызовет искривление радиолучей в сторону от Земли. Субрефракция уменьшает дальность действия РЛС. В частности, дальность обнаружения мелких судов сокращается на 30—40%. Субрефракция возникает при перемещении над теплой поверхностью моря холодной массы воздуха, что часто наблюдается в полярных районах.

На дальность действия РЛС оказывает влияние и затухание радиоволн. Оно происходит из-за поглощения и рассеяния электромагнитной энергии газами атмосферы, гидрометеорами (дождь, туман, снег и т. п.); это особенно ощутимо на волнах короче10см.

Таким образом, дальность действия – это далеко не однозначный параметр, и в реальных условиях дальность обнаружения, например, одних и тех же целей не всегда будет одинаковой.

Максимальная энергетическая дальность определяет по сути всего лишь технические возможности  станции и составляет для современных морских РЛС величину порядка 64…96 морских миль.

 При нулевой скорости своего судна, высоте антенны равной 15м над уровнем моря и при отсутствии волнения навигационный буй должен обнаруживаться на минимальной горизонтальной дальности 40 м от положения антенны и до дальности 1 морская миля без изменения положения органов управления, кроме переключателя шкалы дальности.

Резолюция ИМО MSC192(79),п.5.4.

3. Минимальная дальность действия D min – это минимальное расстояние от антенны РЛС до цели, ближе которого невозможно обнаружить эту цель и определить её координаты. Не следует отождествлять минимальную дальность с так называемой «мертвой зоной» РЛС ( см. рис.2.10). Разница состоит в том, что минимальная дальность определяется лишь техническими параметрами станции, а значение «мертвой зоны» зависит также от установки антенны на конкретном судне, его рейсовой осадки, отражающей площади цели, высоты цели ит.д.

Основным техническим параметром станции, определяющим Dmin, является длительность излучаемого (зондирующего) импульса τи, от которой зависит, так называемая минимальная потенциальная дальность действия Dmin (пот.)

Dmin(пот.) = c∙ τи/2, (км)      (1.14)

где: с – скорость распространения радиоволны,

τи – длительность импульса

Основными параметрами, определяющими «мертвую зону», являются ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости β и высота установки антенны h1 (см. рис.2.10).

Реальное же значение минимальной дальности РЛС определяется не только вышеуказанными параметрами, а зависит также от факторов, воздействующих на работу приемного устройства. Такими факторами могут являться: а) конечное время восстановления чувствительности приемника после окончания излучения мощного зондирующего импульса, б) согласование волноводного тракта, в) наводки модулятора на приемное устройство, поскольку модулятор и приемник конструктивно размещаются в одном приборе, г) «просачивание» СВЧ энергии через разрядник защиты приемника и т.д.Поэтому величина реальной минимальной дальности оценивается из соотношения

Dmin = (1,5… 2.5) Dmin(пот.)        (1.15)

Это значение в метрах обычно указывается в тактико-технических данных на РЛС. Однако реализация этого значения Dmin  обусловлена требованиями установки антенны РЛС на судне с тем, чтобы высота установки антенны с учетом ширины её диаграммы направленности в вертикальной плоскости не приводила к увеличению значения Dmin.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: