|
| |
|
Слаботочка Книги Если бы к тому же антенна РЛС была ненаправленной, то на сфере радиуса Д излучаемая мощность равномерно распределилась по поверхности 4яД*. Реальная антенна направленная и за счег этого плотность потока мощности у цели в Da раз больше: Пц = ЯидМяД*. Энергия прямой волны частично поглощается, а частично рассеивается целью. Всякая реальная цель обладает направленностью вторичного излучения и ее отражающие свойства в направлении к РЛС оцениваются некоторой средней эффективной площадью рассеяния 5эфц. Значит, мощность отраженной волны представляется произведением Пц59фц, а плотность потока мощности Пдрм в месте расположения приемной антенны П р = П 5зф /4яД = P Da 5зф /(4л)Ш*. Приемная антенна в соответствии со своей эффективной площадью 5эфА подводит к согласованному с ней приемнику мощность сигнала . Рс = П рм5эф а = Риа 5,ф ц 5эф а/(4я)(4.1) Это выражение называют основным уравнением радиолокации. Оно станавливает~завшшосгЕТ на Pf. и мощностью излучения Ри при активной радиолокации по пшшвншГишям. Как видно из уравнения, с увеличением дальности цепи Д мощность сигнала, подводимого к приемнику, убьгоает очень быстро - в четвертой степени от дальности. Такой большой динамический диапазон мощностей принимаемых сигналов требует применения эффективной АРУ в приемнике. Но главный вывод другой: так как мощность шумов от дальности Д не зависит, то отношение сигнал/шум с увеличением Д уменыааетея так оке быстро, как уровень сигнала, т. е. обратно пропорционально Д*. Мощность сигнала цели Р, убывая с расстоянием, достигаег порога Рс мин при Д= Дмакс Это зизчит, ЧТО болсе удаленная цель не видна с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги: Ромив = РиОл5эфц5,фА/(4я) Дис (4.2) Для приемника с оптимальной полосой пропускания Д/ = 1/ти мощность порогового сигнала согласно (2.21) равна Рс мин =/ПрйТоША/, =/ПрйГоШ/ти. (4.3) Подставляя Рсмин из (4.3) в (4.2), получаем так называемое уравнение дальности у (An (4п)Ремня V (4п) трЙГоШ Если учесть, что в импульсных РЛС одна и та же антенна используется в качестве передающей и приемной и что коэффициент направленного действия Da и эффективная площадь 5эфА аитепны связаны зависимостью 9ф Л, (4.5) то уравнению (4.4) можно придать вид У стаж Аэфц ,У(РиТи)5эфдРХХ Дмакс- (4д),ПрШГ (4.6) (4.7) Из выражений (4.6), (4.7) следуют выводы. 1. Дальность действия РЛС тем больше, чем больше энергия радиоимпульса, излучаемая передающей антенной, РиТи, и с этой точки зрения безразлично, будет ли увеличена энергия за счет мощности излучения Р или длительности Ти импульсов. Заметим,что Ри = РипЛа, где Рип - мощность передатчика в импульсе, а ца - к. п. д. антенны. 2. Увеличение Дмакс повышением отношения Рип/Ромив. которое называется энергетическим потенциалом РЛС, связано с большими трудностями, так как это отношение входит в формулу дальности под корнем четбертой степени. Например, увеличение дальности Дмакс в два раза достигается ценой увеличения мощности передатчика Рп или чувствительности приемника (уменьшения Pq мвв) в 2* = 16 раз. 3. Больший эффект даёт увеличение геометрической Sa, а следовательно, и эффективной 5эф л площади антенны (они связаны зависимостью 5эф л ~ (0,5-0,75) Sa). Например, как показывает формула (4.6), для увеличения дальности Дмакс в два раза достаточно увели-;;ть площадь антенны в четыре раза. 4. максимальная дальность радиолокации обратно пропорциональна У%, если эффективная площадь антеинь2 59фА остается постоянной [формула (4.6)1, и пропорциональна YX, если неизменным остается КНД антенны Da [формула (4.7)1. Здесь нет противоречия: в первом случае уменьшение длины волны при постояииой 5эфА увеличивает дальность Дмакс за счег увеличения КНД 1антенны D = = 4я5афА/А,*, а во втором случае увеличение длины волны увеличивает дальность действия РЛС потому, что для сохранения неизменным коэффициента Da нужно еще в большей мере (пропорционально Я*) увеличить эффективную площадь аитениы 5эфА. Стационарные РЖ проектируют на более длинные волны, чем самолетные РЛС того же назначения, так как на самолетах значительно меньше возможностей для размещения громоздких антенн. 5. Максимальная дальность действия РЛС зависит от размеров и отражающих свойств цели (5эфц) и, разумеется, одна и та же РЛС способна обнаружить линкор, например, иа значительно большем расстоянии Дмакс. чем истребитель. 6. Обработка сигналов должна быть по возможности оптимальной, а потери, вызванные несовершенством аппаратуры, должны быть сведены к минимуму, чтобы коэффициент различимости /Пр был как можно меньше. § 24. Дальность действия радиожвхиичвских систем . с активным ответом Условимся все величины, относящиеся к запросчику, дополнять индексом 3, а относящиеся к ответчику - индексом о. При этом плотность потока мощности у цели, снабженной ответчиком и удаленной от запросчика на расстояние Д, записывается в виде П = PиaDAз/4яД где Я 8 - мощность излучения запросчика; Das - КНД антенны запросчика. Умножив Пц иа эффективную площадь антенны ответчика 5эф ль, получим мощность запросного сигнала на входе приемника ответчика: Рсо = Пц 5,фло = Р з Das 5,фАо/4яД*. Максимальная дальность действия канала Запроса (Д = Дао) соответствует порогу приёмника ответчика (Рсо = о мин): со мяв = Р з£)аз5,ФАо/4яДо,. Выразив эффективную площадь антенны ответчика через ее КНД и длину волны запросного сигнала (5эф ао = DaoX/4ji), представим максимальную дальность действия этого .канала: Дзо = Киз Dao Das Wiinr Р, со мин (4.8) По аналогии выразим максимальнук) дальность системы по каналу ответа Доз=КР,оОаоОазЧ/(4я)*Рс (4.9) Характерно, что в полученных формулах фигурирует корень квад ратный, а для систем с пассивным ответом - корень четвертой степе* ни. Этим подтверждается, что дальность действия систем с активным отеетом при прочих равных условиях значительно больше дальности активной радиолокации ip пассивным целям. Проектпруя систему с активным ответом, стремятся ее сбалансировать, т. е. уравнять дальности по запросному и ответному каналам, так как при неравенстве Дзо и Доз дальность действия системы определяется меньшей из этих величин. Согласно (4.8) и (4.9) в сбалансированной системе (Дзо = Доз) имеем - из 3 мин = ио со мин 0- (4.10) Выполнение этого условия облегчается тем, что одна из станций, обычно запросчика, стационарная: в ней можно использовать более мощный передатчик (Р э > Рц) и более чувствительный приемник (Рс8мин< Рсомин), обеспечив этим равенство (4.10). Теперь перейдем к более подробному рассмотрению элементов полученных уравнений дальности. Радиолокационные цели можно разделит! на элементарные Hi слоя-аые. Элемвнтрнщ 1ли щеия простейщую форму; предполагается, что они, изготовлены из металла и полностью отруажают электромагнитные волны. ЭПР элементарных целей вычисляют из простых соотношений. Сложные цеди - это самолеты, корабли, земная и водная поверхности, в общем, все те объееты, ЭПР которых можно определить только экспериментально, ил и в результате сложных расчетов, выполняемых с помощью цифровых вычислительные машин. . - .,  Рис. 4.1., К определению-ЭПР полволнового вибратора. Рассмотрим сначала элeмeтapныe цели: шар, полуволновой вибратор, плоский лист и уголковый отражатель. Поскольку это вторичные излучатели, к ним применимы такие понятия теории антенн, как КНД цели в направлении РЛС D и эффективная площадь цели с учетом (5эф ц) и без учета (S4 ) ее направленности, причем 5зф = 5фцР .(4.11) 25.1. Шар, радиус которого а значительно больше длины волны При соотношении а > 1 дифракции практически нет: волны не огибают шар и перекрываются только его поперечным сечением яа*. Отсюда эффективная площадь шара 5эф ц = яa но так как шар направленными свойствами не обладает {D = 1), то его ЭПР ?эфц = SэфцDц = яa (4.12) 25.2. Цель в виде полуволнового вибратора. Такая цель (рис. 4.1) имеет ЭПР где О - зеннтйый утоп, т. е. угол между осью вибратора 00 и направлением потока мощности П принимаемой электромагнитной волны; Y угол между вектором напряженности электрического поля Е и осью вибратора. Вектор напряженности магнитного поля Н, показанный на рисунке, ориентирован в соответствии с векторами и П. В формуле (4.13) учтены направленные свойства и поляризация вибратора: с увеличением зенитного угла 6 от О до 90° КНД полуволнового вибратора возрастает от О до 1,64; такое же увеличение угла у уменьшает э. д. с, наводимую в вибраторе, от максимума до нуля, так как наибольшая э. д. с. получается, когда вектор Е параллелен оси   Wc.4fi копредёлёййй ЗПР цели в виде прямоугольной площадки. вибратора, а когда они взаимно перпендикулярны, э. д. с. вовсе не наводится. Увеличение длины волны X, равносильное удлиненпюполу-волнового вибратора, увеличивает наво;{ймуюэ. д. с. и мощность отрй-/женных от вибратора ВОЛН; Если ВОЛНЫ, излучаемые PJIQ поляризованы таким образом, что вектор Е находится в меридиональной плоскости вибратора (эта плоскость проходитчерез ось 00), то у = л/2 - 8 и формула (4.]Э- упрощается: эф ц = 0,86 А sin в cos* (я/2 - 0) = 0,66 V sin* Э. При 6 = 90° и Y = О ЭПРуяелуволнового вибратора достигает максимума: 5эфцт - 0,86 X.*. В , реальных условиях углы 6 и у принимают любые значения и поэтому эффективная площадь 8дф ц с равной вероятностью принимает значения от О до 0,86 Я.*. 25.3. Цель в виде прямоугольной площадки со стороиапш а и b (рис. 4.2). Если направление иа РЛС перпендикулярно данной площадке, то падающая электромагнитная волна облучает его геометрическую площадь аЬ равномерно и синфазно. Значит, падающая волна полнй-стью перехватывается площадкой (5эф ц = йЬ), которой, как известно из теории антенн, соответствует максимальный КНД D , = 4яа6/Я.*. Перемножая 5эфц и Оц, получаем максимальную ЭПР. листа - эф цт = 5эф цОц = аЬ {4паЫХ) = 4я (a&)V. (4.14) Коэффициент маправяенното действия цели при ottKfloneHHH направления РЛС- целв от перпендикуляра к площадке,изменяется весьма значительно в соответствии с ДН прямоугольной площадки, имеющей многолепестковую структуру. Это приводит к примфно такому же изменению эффективной отражающей площади цели S. Таким образом, в данном случае наблюдается еще большее, чем в предыдущем, влияние на ф ориентации отражающей поверхности цели относительно направления РЛС-цель. 25.4. Уголковый отражатель. Искусственными целями могут служить, например, трехгранные отражатели со взаимно перпендикулярными сторонами (рис. 4.3). При облучении одной грани волны от нее отражаются ко второй, затем к третьей и обратно к РЛС. Такая концентрация- отраженных волн соблюдается для всех лучей, падающих в заштрихованный на рисунке шестиугольник с размером а внешней стороны одной грани. Следовательно, уголковьлй отражатель эквивалентен плоской пластине, нормальной падающему лучу и имеющей площадь заштрихо-ваппого шестиугольника . = aVjS. Соответственно КНД пластины  Рис 4.3. Трехгранный уголковый отражатель. а ЭПР уголкового отражателя 4я. / а \ [ Уз; 4яа? Уз Я Уз 4 па* 3 17 (4.15) Пример 4.1. Сравнить ЭПР металлических элементарных целей в виде шара радиусом а, полуволнового вибратора, квадратного листа со стороной а и трехгранного уголкового отражателя, причем длина водны X = 3 см и размер а = 30 см. Эффективная площадь рассеяния шара 5эфц = па = 3,14 . 0,3* = 0.28 мД полуволнового вибратора (в максимуме) 5аф ц ш = 0,86 h? = 0-,86 . 0,03* = 7,74 10 * м*, квадратного листа (в максимуме) 5вфц m = {pbflk = 4 . 3,14 . 0,3/0,03* = 113 и уголкового отражателя . ц == 4яа*/3 X,* = 4 3,14 . 0,3*/3.0,03* = 37.7 м, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [15] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 |