Разрешающая способность РЛС по определяемым координатам.

Разрешающая способность является одним из важнейших эксплуатационных параметров судовой РЛС. Она зависит от технических параметров станции: длительности излучаемого импульса, диаграммы направленности антенны, типа и характеристик индикатора и др.

Разрешающая способность характеризует способность станции раздельно воспроизводить на экране отметки от близкорасположенных или имеющих различную ЭПР целей. Качество разрешения зависит от отношения сигнал/шум, а также от амплитуды и формы сигналов, т. е. для разрешения сигналов требуется тем большее отличие по параметру разрешения, чем большую протяженность по этому параметру имеют сами сигналы. Так, по времени лучше разрешаются короткие сигналы, а по направлению — сигналы от антенн с более узкой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Реальная разрешающая способность всегда хуже потенциальной из-за искажения сигналов в реальном приемоиндикаторном тракте.

Потенциальную разрешающую способность можно оценить, предполагая, что помехи отсутствуют и ухудшение разрешения обусловливается только искажением формы излучаемых импульсов при их  распространении и приеме. Различают разрешающую способность по дальности и по направлению или по углу.

Разрешающая способность по дальности Δ D

Разрешающая способность по дальности должна измеряться при отсутствии волнения

на шкале дальности 1,5 м. миль или менее и в пределах от 50т до 100% выбранной шкалы дальности

РЛС должна быть способна отображать две точечные цели на одном и том же пеленге, разделенным расстоянием в 40 м в качестве 2-х отдельных объектов.

Резолюция ИМО MSC. 192 (79),п.п.5.5.1.

Разрешающая способность по дальности - это способность РЛС показывать на экране ИКО в виде отдельных отметок («зёрен») эхо-сигналы от двух близких целей, находящихся на одном направлении от РЛС. Реальная разрешающая способность по дальности зависит в первую очередь от длительности излучаемых импульсов, а также, в определенной мере, от полосы пропускания приемного тракта и разрешающей способности экрана ИКО

Две удаленных друг от друга цели, находящиеся на одном направлении дадут на экране раздельные отметки в том случае, когда импульс, отраженный от ближней цели закончится к моменту прихода импульса, отраженного от более дальней цели. Иными словами, время запаздывания эхо-сигнала от дальней цели должно быть больше длительности импульса τи. Если расстояние  r между целями меньше ΔD, то отметки на экране отраженных от целей эхо-сигналов сольются, и цели порознь не обнаружатся (см. рис.2.15,а),Если расстояние rмежду целями будет меньше ΔD,то отметки на экране сольются.

Приведенные на рисунке 2.15 примеры, иллюстрируют потенциальную разрешающую способность по дальности ΔDпот., которая зависит от длительности излучаемого импульса τи. Естественно, что реальная разрешающая способность отличается от потенциальной в сторону ухудшения из-за влияния приемного тракта и ИКО, т.е.

ΔD = ΔDпот. + ΔDпр. + ΔDинд.                  (1.16)

ΔDпот. = c∙τи/2, ΔDпр.= c∙(0,5…1,2)/ Δf, ΔDинд. = Dmax/Q,           (1.17)

где: Δf – полоса пропускания приемника в, Гц

с - скорость распространения радиоволны в, м/сек,

τи – длительность излучаемого импульса в, сек.

Dmax - максимальная дальность выбранной шкалы экрана ИКО в метрах,

Q – коэффициент, характеризующий экран индикатора, выполненного на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) с магнитным отклонением, по числу пятен на радиусе луча развертки. Обычно Q=300…400.

а)                                                     б)

Рис. 2.15. Разрешающая способность РЛС по дальности

Составляющие ΔDпр. и ΔDинд. показывают, что для улучшения реальной разрешающей способности по дальности необходимо:

а) подобрать оптимальную полосу приемного тракта равную: Δfопт. = 1/τи:из

выражения следует, что разрешающая способность по дальности тем лучше, чем короче излучаемые импульсы и чем шире полоса пропускания приемного тракта РЛС;

б) сократить выносимый на экран участок дальности (укрупнить масштаб);

в) выполнить дифференциацию целей на ближних шкалах дальности (по возможности);

г) уменьшить диаметр пятна (улучшить фокусировку).

Вывод: для получения максимально возможной разрешающей способности по дальности применять шкалы большей дальности нецелесообразно. Разрешающая способность по дальности на ближних шкалах изменяется в пределах 15..20 м, до 150 м и более – на дальних.

Разрешающая способность по углу Δα(пеленгу)

Разрешающая способность по пеленгу должна измеряться при отсутствии волнения на шкале дальности 1,5 м.миль и в пределах от 50 до 100% выбранной шкалы.

РЛС должна быть способна отображать две точечные цели на одной и той же дальности и отличающиеся по пеленгу на 2,5˚, в качестве 2-х отдельных объектов.

Резолюция  ИМО MSC. 192 (79), п.п. 5.5.2

Разрешающая способность по углу – это способность РЛС показывать на экране индикатора в виде отдельных «зёрен» эхо-сигналы от двух близких целей, находящихся на одинаковом удалении от  РЛС (см. рис.2.16, а) узкая диаграмма направленности, б) широкая диаграмма направленности).

При равномерном вращении антенны разрешающая способность по углу Δα

Рис.2.16. Разрешающая способность РЛС по углу

определяется шириной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости α. Из рисунка видно, что при узком луче диаграммы α1  цели при вращении антенны облучаются порознь, в результате на экране просматриваются обе цели.  При широком луче α2  цели облучаются одновременно, в результате на экране просматривается протяженная отметка, как от одной большой цели.

Потенциальная способность по углу Δαпот. с учетом неравномерности диаграммы направленности принимается несколько больше ширины луча в горизонтальной плоскости. Обычно Δαпот. =1,3 α˚. Реальная разрешающая способность по углу оценивается с учетом влияния параметров индикатора и в случае применения индикаторов с злектронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) она будет хуже потенциальной, т.е.:

Δ α= Δ α пот. + 57,3˚ d п /r               (1.18)

где: dп – диаметр пятна индикатора

(обычно dп = 0,3…0,5 мм для ЭЛТ с магнитным отклонением луча;

~ 0,25 мм – для кинескопов;

 0,18…0,3 мм – для ЖК-мониторов);

r – расстояние от отметки цели до начала развертки, мм.

Из формулы видно, что разрешающая способность по углу тем выше, чем уже диаграмма направленности в горизонтальной плоскости α˚, чем меньше диаметр пятна индикатора dп и чем дальше от начала развертки находятся отметки от целей. Как известно, диаграмма направленности в горизонтальной плоскости прямопропорциональна длине излучателя антенны и обратнопропорциональна длине волны излучаемого СВЧ колебания. Например, требуемое Резолюцией ИМО разрешение по углу не хуже чем 2,5.˚ у РЛС, работающих в диапазоне X-band  ( длина волны 3,2см), обеспечивается при длине излучателя щелевой антенны 1,2 метра. Для РЛС S – band  (длина волны 10 см) требуется излучатель длиной 3,6 метра.

5.Точность определения координат целей

Точность. с которой РЛС должна определять дальность и пеленг, должна быть:

-      дальность в пределах 30 м или 1% используемой шкалы дальности, смотря по тому, что больше;

-      пеленг в пределах 1˚

Резолюция MSC. 192 (79), п.5.2.

Оценка точности измерения направления σ(α)

Одна из наиболее важных характеристик РЛС – точность измерения пеленга на цель, которая зависит, в основном, от узости характеристики диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Поэтому потенциально возможная точность измерения направлений определяется наименьшей погрешностью при данной ширине диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и отношении сигнал/шум. Эта погрешность носит случайный характер и её среднеквадратичное значение   

σпот.(α˚) = αг/ ( q ∙√ 2 π ∙ n ),          (1.19)

где: αг – ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, град.;

q - отношение амплитуды сигнала к среднему квадратичному значению шума;

n - число импульсов, накапливаемых при приеме отражений от цели.

Из формулы видно, что даже при слабых сигналах (q≈1) потенциальная точность измерения направлений в несколько раз меньше ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Реально пеленг обычно берется относительно направления движения судна, поэтому важным фактором обеспечения точности по углу является точность юстировки курсовой линии в процессе монтажа РЛС на судне. Чтобы свести к минимуму ошибку измерения пеленга на цель лучше располагать отметку цели у края экрана, выбрав подходящую шкалу дальности.

Оценка точности измерения дальности σ( D).

Точности измерения дальности – также очень важная функция РЛС. При использовании переменных колец дальности(ПКД-VRM) также возможны случайные и систематические ошибки. Потенциальная точность измерения расстояний зависит от длительности излучаемого импульса отношения сигнал/шум и количества импульсов, принимаемых от цели внутри ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Таким образом, потенциальная погрешность определения дальности является случайной величиной, среднеквадратичное значение которой

σпот.( D) = с∙τи./(2q √π∙n),         (1.20)

где: c – скорость распространения радиоволн;

τи –длительность излучаемого импульса;

q - отношение сигнал/шум;

n – количество импульсов, накапливаемых от цели.

Из формулы видно, что даже при приеме одного импульса (q≈1) ошибка измерения расстояний в несколько раз меньше расстояния пройденного импульсом за время, равное длительности импульса.

Чтобы добиться более точного измерения дальности, необходимо диаметр ПКД изменить так, чтобы кольцо коснулось внутреннего края отметки цели.   

Вывод: минимальные значения параметров навигационных характеристик РЛС установлены  требованиями ИМО, изложенными в Резолюции IMO. RSC 192(79) и, следовательно, их реальные значения не должны быть хуже установленных.

Вопросы для самоконтроля  по главе 4:

1.Перечислите основные методы радиолокационного определения места судна и охарактеризуйте их.

2.От каких технических параметров РЛС зависит её максимальная дальность действия?

3.Перечислите нормы ИМО по определению дальности до различных объектов.

4.Что означает термин «геометрическая дальность» РЛС?

5.В чем заключается разница между минимальной дальностью действия РЛС и, так называемой, её «мертвой зоной»?

6. От каких технических параметров РЛС зависит её минимальная дальность действия?

7. От чего зависит «мертвая зона» РЛС?

8. Чему равна реальная минимальная дальность действия РЛС?

9. Н а какой шкале дальности должна проверяться разрешающая способность по дальности?

10. От каких технических параметров РЛС зависит её разрешающая способность по дальности?

11.Как должна измеряться разрешающая способность по пеленгу ( углу или направлению)?

12.Какую точность измерения координат целей должна обеспечивать РЛС?

13. Как можно обеспечить более высокую точность измерения по углу?

14. Как добиться более точного измерения дальности?

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: