ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

РУКОВОДСТВО

по

ПРОИЗВОДСТВУ НАБЛЮДЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЮ ИНФОРМАЦИИ

с неавтоматизированных

радиолокаторов МРЛ-1, МРЛ-2, МРЛ-5

РД 52.04.320-91

САНКТ•ПЕТЕРПУИ ПОРОНЕТЕОИЗДАТ1993

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

РУКОВОДСТВО ПО ПРОИЗВОДСТВУ НАБЛЮДЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЮ

ИНФОРМАЦИИ С НЕАВТОМАТИЗИРОВАН-    РД    52.04.320-91

НЫХ РАДИОЛОКАТОРОВ МРЛ-1,

МРЛ-2 И МРЛ-5

Срок введения установлен с 1 октября 1993 г.

Руководство по производству наблюдений и применению информации с неавтоматизированных радиолокаторов МРЛ-1, МРЛ-2 и МРЛ-5 устанавливает порядок наблюдений, обработки, метеорологической интерпретации, передачи и критического контроля данных, полученных с помощью неавтоматизированных радиолокаторов МРЛ-1, МРЛ-2 и МРЛ-5.

Настоящее руководство обязательно для специалистов, занятых эксплуатацией МРЛ, получением и интерпретацией информации непосредственно на радиолокационных станциях сети штормового оповещения и метеообеспечения авиации Роскомгндромета, для сотрудников групп по радиометеорологии УГМС.

Руководство не распространяется на метеорологические радиолокаторы службы градозащиты.

Перепечатка воспрещена

лется в пределах Л/2— h. Так, например, при т= 1 мкс /■„,= = 200 м. Таким образом, для улучшения РСД желательно применять возможно более короткие импульсы.

Разрешающей способностью по угловым координатам (РСУ) называется наименьшее угловое расстояние между двумя целями, находящимися на одинаковом удалении, при котором можно их наблюдать на индикаторе раздельно. Разрешающая способность по угловым координатам зависит прежде всего от ширины диаграммы направленности антенны в соответствующей плоскости, а также от разрешающей способности индикаторной аппаратуры:

РСУ = 0 + Др,    (1.9)

где 0 — ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной (вертикальной) плоскости; Ар — разрешающая способность индикатора по углу в соответствующей плоскости. Первое слагаемое определяет потенциальную разрешающую способность РЛС по угловым координатам.

Таким образом, разрешающая способность по угловым координатам практически всегда больше ширины диаграммы направленности в соответствующей плоскости. Для получения высокой разрешающей способности по угловым координатам необходимо иметь узкую диаграмму направленности антенны.

1.1.6.4. Точность определения координат целей. О точности определения координат целей при помощи РЛС судят по величине ошибок измерения координат. По источникам возникновения ошибки делят на внешние и инструментальные, по закономерности возникновения — на грубые, систематические и случайные.

Грубые ошибки (промахи), возникающие в результате просчетов, легко исключаются. Хорошо обученный персонал РЛС их не допускает.

Систематические ошибки, как правило, являются инструментальными. Они обусловлены точностью настройки и регулировки аппаратуры, состоянием аппаратуры, ошибками привязки и ориентирования РЛС на местности, степенью обученности операторов. Личный состав, обслуживающий РЛС, должен знать источники возможных систематических ошибок и устранять причины их возникновения. Эти ошибки могут быть заранее определены и учтены.

Систематические ошибки могут быть и внешними, как, например, ошибки, обусловленные влиянием на распространение радиоволн конкретных атмосферных условий, или ошибки, обусловленные характером цели.

Случайные ошибки — неизбежные ошибки, обусловленные случайным характером всех процессов в блоках аппаратуры, особенностями распространения радиоволн, отражения от целей, наблюдения за экраном и т. д. Случайные ошибки действующих станций определяются путем предварительных испытаний. Именно случайные ошибки и определяют точность измерения координат целей. Для оценки случайных ошибок пользуются среднеквадратичной, средней (вероятной) и максимальной ошибками.

12

1.1.7. Единицы измерения в радиолокации

Широкий диапазон мощностей (от 10“¹³ Вт до сотен кВт), с которыми приходится встречаться в радиолокации, а также специфичность способов их измерений, основанных на сравнении измеряемой мощности со стандартной, заранее известной, обусловили применение относительных единиц измерения — децибелов (дБ). Децибел — логарифмическая единица, применяемая для измерения отношения мощностей:

Д(дБ)=101₈-£-,    (1.10)

где Р1 и Ро — сравниваемые мощности.

Таблица l.t

Децибелы Отношение мощностей Усиление ( + ) Ослабление (—) 0 1,0 1,0 1 1,26 0,8 2 1,58 0,63 3 2,0 0,5 4 2,5 0,4 5 3,2 0,32 6 4,0 0,25 7 5,0 0,2 8 6,3 0,16 9 7,9 0,12 10 10,0 0,1 20 100 0,01 30 1000 0,001 40 10000 0,0001 50 100000 0,00001 60 1000000 0,000001

Если Р1 больше Ро, то величина децибела положительная, что соответствует усилению. При Р\ меньше Р₀ величина децибела будет отрицательной, что соответствует ослаблению. Применение логарифмических единиц (децибелов) удобно, гак как умножение и деление чисел заменяется более простым действием — сложением и вычитанием. Кроме того, запись как дробных, так и больших целых чисел в децибелах получается более краткой. В табл. 1.1 дан перевод децибелов в отношения мощностей.

Из свойств логарифмов следует, что 13 дБ = 10 дБ + 3 дБ, 23 дБ = 20 дБ + 3 дБ и т. д.

В качестве уровня Р₀ можно выбрать 1 Вт или 1 мВт. Тогда в децибелах можно выражать абсолютные значения мощности. Например, 10'¹³ Вт = —130 дБ/Вт == —100 дБ/мВт.

При эксплуатации РЛС, особенно в тех случаях, когда они используются для получения количественных характеристик, боль-

13

шое значение придается контролю импульсной мощности передатчика и чувствительности приемного тракта. Под импульсной мощностью передатчика Р„ понимается мощность высокочастотных колебаний, отдаваемая передатчиком в нагрузку. Используемые для измерения мощности приборы, как правило, рассчитаны на измерение среднего значения мощности Р_а- В сантиметровом и миллиметровом диапазоне основными для измерения Р являются приборы, в которых используются термисторы и термосопротивления, термоэлементы. Импульсная мощность обычно измеряется в киловаттах (кВт) и вычисляется по средней мощности по формуле (1.6).

Реальная чувствительность приемного устройства определяется минимальной мощностью полезного сигнала на его входе, при которой сигнал уверенно обнаруживается на выходе индикаторных устройств. Чувствительность приемников сантиметрового и миллиметрового диапазонов выражается в единицах мощности или децибелах, отнесенных к одному ватту. Реальная предельная чувствительность приемного устройства практически весьма близка к мощности шумов приемника Р_т. В этом случае коэффициент различимости, т. е. минимально необходимое отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе приемника, равен единице. Величина Р_ш может быть вычислена по измеренному значению коэффициента шума. Для приемника, имеющего полосу пропускания А{* от 2 до 2,5 МГц, учитывая, что /<У₀ = 4 • 10“²¹ Вт-с, Р_ш можно вычислить по формуле

Р_ш = 4 • 10“²‘ • 2,3 • 10⁶ЛГ = 9,2 • 10“^,5iV,    (1.11)

р_ш дБ = —141 + 10 lg N.

1.2. Краткие сведения по основам радиолокационной метеорологии

1.2.1. Дальность радиовидимости

Радиоволны сантиметрового диапазона распространяются в атмосфере в пределах прямой видимости, но не по прямолинейным, а по криволинейным траекториям (траектория распространения радиоволн называется радиолучом). Причина такого явления— атмосферная рефракция, обусловленная диэлектрической неоднородностью атмосферы.

Как известно, диэлектрическая проницаемость и показатель преломления воздуха в диапазоне радиоволн зависят от давления, температуры и влажности воздуха. Все эти параметры в атмосфере обычно убывают с высотой. Убывает с высотой и величина показателя преломления воздуха, которая у поверхности Земли может изменяться от 1,0026 до 1,0046.

С другой стороны, показатель преломления атмосферы определяется как отношение скорости распространения радиоволн

14

в вакууме к их скорости в реальной атмосфере. Поскольку в верхних слоях атмосферы показатель преломления меньше, чем в нижних, скорость распространения радиоволн увеличивается с увеличением высоты слоя над поверхностью земли. По этой причине траектория любой радиоволны, первоначально горизонтальная, по мере удаления от источника радиоволн загибается вниз, к поверхности Земли.

При распространении радиоволн над сферической Землей появляется радиогоризонт, т. е. граница, определяемая точками каса-

Черт. 1.5. Радногоризонт и оптический горизонт.

ния линии «радиозрения» с поверхностью Земли. Радиогоризонт оказывается больше оптического горизонта. Это объясняется большим влиянием водяных паров на степень искривления радиолуча (радиорефракцию). Как известно, диэлектрическая проницаемость и показатель преломления газа, не содержащего в своем составе свободных электронов и ионов, обусловлены дополнительными полями, создаваемыми смещением электронов в молекулах и ориентировкой полярных молекул под действием электромагнитного поля. Из числа газов, входящих в состав воздуха, полярными молекулами обладает водяной пар. В диапазоне световых частот (10^м Гц) молекулы водяного пара воздуха, которые имеют постоянный электрический дипольный момент, не успевают с такой частотой менять свою ориентацию. Поэтому водяной пар почти не влияет на степень оптической рефракции. Колебания же с частотой радиоволн приводят молекулы водяного пара в колебательное движение и тем самым оказывают влияние на ослабление радиоволн и на степень искривления радиолуча.

Величина показателя преломления воздуха по этой причине оказывается больше величины преломления воздуха для световых частот. Отсюда скорость распространения радиоволн в реальной атмосфере должна уменьшаться по сравнению с их скоростью в вакууме, а их траектория должна искривляться в большей степени, чем траектория световых лучей. Дальность радиогоризонта оказывается в среднем на 15 % больше дальности оптического горизонта (черт. 1.5).

Радиорефракция в атмосфере и расстояние до горизонта определяются не абсолютным значением показателя преломления, а тем, насколько быстро он изменяется с высотой, т. е. вертикальным градиентом. Для нормальной или стандартной атмосферы вертикальный градиент показателя преломления воздуха g_n равен

15

минус 4-10”⁸ м^-1. В стандартной радиоатмосфере принимается, что температура воздуха на уровне моря Т₀ = 288 К и давление водяного пара £₀ = 10 гПа. С высотой они убывают по линейным законам (6,5°С/км и 3,5 гПа/км соответственно), а давление воздуха (Р₀= 1023,2 гПа) убывает по формуле для изотермической атмосферы. Относительная влажность с высотой не меняется и остается равной 60 %.

Черт. 1.6. Увеличение радиуса Земли в 4/3 раза позволяет изобразить траекторию радиоволн в виде прямой линии.

Искривление радиолуча в стандартной радиоатмосфере называется нормальной рефракцией. Радиус кривизны радиолуча будет равен при этом 25 ООО км, что составляет примерно четыре радиуса Земли (а₃ = 6370 км). Для учета влияния атмосферы на искривление радиолуча в условиях нормальной рефракции при расчете дальности радиовидимости, а также для изображения траектории радиоволн в виде прямой линии, радиус Земли необходимо увеличивать в 4/3 раза в соответствии с черт. 1.6.

В условиях нормальной рефракции дальность радиовидимости г_рг (км) при поднятой на высоту h* (м) над поверхностью Земли антенне радиолокатора и находящейся на высоте Н{м) над поверхностью Земли цели будет определяться простой формулой:

V ⁼ V 1+tgn (V** + Vtf) = 4.1 Wh* + У/7). (1.12)

Для облегчения расчетов по формуле (1.12) существует график зависимости г_рг от Н для различных углов возвышения антенны при h* = 0 и градиенте показателя преломления g_n. равном минус 4-10^-8 м-¹ (черт. 1.7). Из этого графика наглядно видно, что даже при нулевых углах возвышения антенны радиолуч поднимается с увеличением расстояния над поверхностью Земли. Начиная с удаления 100 км от МРЛ, будет существовать расширяющаяся

с расстоянием зона, простирающаяся от поверхности Земли до нижней границы диаграммы направленности антенны радиолокатора. Цели не будут обнаруживаться радиолокатором, если они находятся в этой зоне. Более точно, чем на черт. 1.7, высота Н отражающих целей относительно уровня расположения антенны радиолокатора (h* = 0) и с учетом угла возвышения антенны е

в условиях нормальной рефракции (£=610“⁵ км) определяется по формуле

tf = rsine + £r¹,    (1.12а)

где г — расстояние от радиолокатора до цели. Второй член формулы учитывает искривление траектории в условиях нормальной атмосферной рефракции.

1.2.2. Явление сверхрефракции и аномальное радиоэхо

Формула (1.9) справедлива в среднем при хорошо перемешанной атмосфере, в дни с выпадением осадков. Известны условия в атмосфере, при которых эта формула не совсем верна. Они отмечаются, если вертикальный градиент показателя преломления равен или больше минус 15,7-10^-8 м^-1.

В первом случае понятия радиогоризонта не будет существовать, поскольку кривизна радиолуча будет равна кривизне Земли. Во втором случае кривизна радиолуча будет меньше кривизны Земли в соответствии с черт. 1.8. Явление, наблюдаемое при этом, называется явлением сверхрефракции.

При сверхрефракции радиолуч распространяется вдоль поверхности Земли или воды, как бы между двумя проводящими параллельными безграничными плоскостями. Верхней плоскостью является нижняя граница температурной инверсии, нижней — поверхность Земли или воды. Радиолуч, выходящий под небольшим углом наклона к горизонту (близким к 0°), испытывает полное внутреннее отражение в некотором слое нижней границы инверсии,

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВАХ РАДИОЛОКАЦИИ И РАДИОЛОКАЦИОННОЙ МЕТЕОРОЛОГИИ

1.1. Краткие сведения об основных понятиях радиолокации

1.1.1. Радиолокация

Радиолокация — область радиотехники, в которой излучение и отражение электромагнитных волн используется для обнаружения объектов (целей), а также для измерения их координат, параметров их движения, количественных характеристик и т. д. Радиолокация основана на свойствах радиоволн распространяться в однородной среде по известным траекториям с постоянной скоростью. Это позволяет определить направление на цель и дальность цели.

Активная радиолокация осуществляется путем облучения цели электромагнитной энергией, излучаемой антенной радиолокационной станции (РЛС), и приема энергии, отраженной от цели.

1.1.2. Эффективная площадь рассеяния

Если в среде при распространении в ней электромагнитных волн встречается тело, электрические свойства которого (электропроводность, диэлектрическая постоянная и магнитная проницаемость) отличаются от электрических свойств среды, то оно может быть радиолокационной целью. С физической точки зрения цель представляет собой разрыв непрерывности электрических свойств среды, в которой распространяются радиоволны.

При достижении цели высокочастотное электромагнитное излучение передатчика радиолокатора возбуждает в его поверхностном слое (на поверхности раздела) наведенные токи. Наведенные токи, в свою очередь, возбуждают обратное (вторичное) излучение. Цель будет действовать как вторичный излучатель, как поверхность, рассеивающая электромагнитную энергию, падающую на нее. Эффективность рассеяния в направлении на радиолокационную станцию характеризуется величиной а — эффективной площадью рассеяния цели.

Под эффективной площадью рассеяния понимается воображаемая площадь поверхности, которая, будучи расположена в точке цели перпендикулярно лучу и рассеивая во все стороны всю падающую на нее энергию, создает в точке приема такую же плотность потока, как и реальная цель. Эффективная площадь рас-

сеяния имеет размерность площади и выражается в квадратных метрах или квадратных сантиметрах. Она связана с размерами цели и зависит от ее формы, свойств поверхности и соотношения между размерами цели и длиной волны радиолокатора. Величина о не зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и расстояния до цели. Для большинства целей она определяется экспериментально.

1.1.3. Импульсный метод радиолокации

При определении расстояния до цели (г) измеряется время запаздывания (/_зап) отраженного сигнала относительно зондирующего, излучаемого передатчиком РЛС.

Черт. 1.1. Функциональная схема импульсной радиолокационной станции. / — синхронизатор; 2 — передатчик; 3 — фидерная система; 4 — переключатель „Передача—прием"; 5 — антенна; 6 — приемник; 7 — индикатор; 8 — источник питания.

В зависимости от способа измерения интервала времени /_эап различают следующие методы радиолокации: импульсный, частотный, фазовый и частотно-импульсный. В метеорологических радиолокационных станциях (МРЛ), предназначенных для радиолокации облаков и явлений, связанных с облаками, используют импульсный метод радиолокации. Принцип действия импульсной РЛС рассмотрим на упрощенной блок-схеме в соответствии с черт. 1.1.

Передатчик РЛС генерирует, а антенна излучает электромагнитные колебания сверхвысокой частоты (СВЧ) в виде периодически повторяющихся кратковременных сигналов (зондирующих импульсов) .

В промежутки времени между зондирующими импульсами происходит прием отраженных сигналов антенной РЛС, затем их ²

усиление и преобразование приемным устройством. С выхода приемника преобразованные и усиленные сигналы (видеоимпульсы) поступают на индикаторные устройства. Индикаторное устройство позволяет измерить интервал времени (/_3an) между началом излучения зондирующего импульса и началом приема отраженного, а следовательно, и определить расстояние до отражающей цели в соответствии с черт. 1.2.

^С8Ч

Черт. 1.2. Иллюстрация импульсного метода работы радиолокатора. / — зондирующий импульс; 2— радиоэхо; Т — период излучения импульсов; /зап —время запаздывания радиоэха; Т — длительность зондирующего импульса.

Переключатель «Передача—прием» предназначен для обеспечения передачи и приема на одну антенну. Во время работы передатчика антенный переключатель отключает приемник, чтобы импульс передатчика не повредил его, а во время приема — отключает передатчик, чтобы всю энергию радиоэха направить в приемник.

Для нормальной работы импульсной РЛС необходима синхронизация всех узлов аппаратуры, в том числе синхронизация импульсного передатчика, с индикатором, т. е. моменты излучения зондирующего импульса и начала развертки индикатора должны строго совпадать. Синхронизация отдельных узлов станции может осуществляться как синхронизирующими импульсами передатчика, так и выходным импульсом специального блока-синхронизатора (внешняя синхронизация). Чаще всего применяется внешняя синхронизация.

Высокая точность определения координат цели и экономичность импульсного метода обеспечили ему широкое применение в практике.

1.1.4. Отдельные узлы РЛС

1.1.4.1. Антенная система. Антенная система состоит из антенны, антенного переключателя и фидера, соединяющего ее с передатчиком и приемником. На сантиметровых и миллиметровых волнах антенна РЛС обычно представляет собой устройство, состоящее из параболического зеркала, в фокусе которого установлен рупорный облучатель. В качестве фидера используется волновод— латунная трубка прямоугольного или круглого сечения.

Параболические антенны позволяют получать узкие диаграммы направленности, ширина которых определяется размерами параболического зеркала и рабочей длиной волны станции. Направленные свойства антенны характеризуются коэффициентом усиления по мощности G, который показывает, во сколько раз мощность изотропного излучателя должна быть больше мощности направленного излучателя, чтобы в данной точке пространства создать такой же поток энергии. Коэффициент усиления антенны может быть вычислен по формуле

4л А_е к² ’

где А_е — эффективная площадь антенны, к — рабочая длина волны.

На малых расстояниях коэффициент усиления зеркала является функцией расстояния и характеристик первичного поля, обусловленных параметрами антенной системы. Даже когда зеркало облучается равномерно, имеет место интерференция за счет разности хода лучей, идущих от центра зеркала к периферии. Практически луч антенны окончательно формируется на расстоянии, определяемом по формуле

О Г)2

Чр>-—,    (1.2)

где D — диаметр раскрыва зеркала.

В пределах зоны Френеля—Фраунгофера (а ^ Гф_Р ^ 2 D²/k) происходит формирование диаграммы направленности антенны.

Кроме основного (полезного) лепестка диаграммы направленности излучения антенны, под различными углами к нему образуются боковые лепестки, уровень которых составляет обычно менее 10 % мощности энергии основного лепестка диаграммы направленности в соответствии с черт 1.3. Наличие боковых лепестков увеличивает «мертвую» зону станции и ухудшает ее тактические характеристики. Для исключения вредных воздействий внешней среды антенна сантиметрового диапазона длин волн часто закрывается колпаком, потери энергии СВЧ в котором ничтожно малы — около 0,2 дБ.

1.1.4.2. Передатчик. В состав передатчика входят подмодулятор, модулятор и генератор энергии СВЧ. Запускающие импульсы синхронизатора поступают на подмодулятор, в котором они уси-

7

ливаются и приобретают необходимую форму и длительность. С выхода подмодулятора усиленные импульсы поступают на модулятор, который создает прямоугольные импульсы постоянного тока большой мощности и амплитуды. Модуляторы управляют работой генератора СВЧ. Генератор СВЧ преобразует энергию источника постоянного тока в энергию колебаний СВЧ. Эти ко-

Черт. 1.3. Диаграмма направленности антенны. / — диаграмма в полярных координатах и распределение плотности потока электромагнитной энергии в основном и боковых лепестках в зависимости от угла измерения; 2 — диаграмма направленности в декартовой системе координат и нормированное измерение мощности по отношению к мощности в направлении максимума излучения диаграммы направленности; 9 — ширина диаграммы направленности по точкам половинной мощности.

лебания создаются генератором в течение очень коротких промежутков времени. Импульсная работа генератора, т е. включение его на короткие промежутки времени, осуществляется при помощи модулятора. В передатчиках сантиметрового и миллиметрового диапазонов используются магнетронные генераторы, обладающие высоким КПД (больше 90 %).

1.1.4.3.    Приемник. Приемник радиолокационных станций предназначен для усиления принимаемых антенной радиоэхо (отраженных сигналов) и преобразования их в видеоимпульсы, удобные для наблюдения на экранах индикаторов. В диапазоне СВЧ на прием радиоэха оказывают влияние помехи внутреннего происхождения — внутренние флюктуационные шумы приемных устройств.

1.1.4.4.    Индикаторы. Индикатором называется устройство, преобразующее электрические сигналы в видимые или слышимые, по-

8

зволяющие производить отсчет координат цели. В практике встречаются различные виды индикаторов — акустические, оптические, стрелочные, осциллографические. В РЛС получили самое широкое распространение осциллографические индикаторы, в которых используется электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). По методу индикации радиоэха индикаторы можно разделить на две большие группы: с амплитудной отметкой и с яркостной отметкой, а по использованию и определяемым координатам — на три группы: индикаторы кругового обзора (ИК.О), индикаторы дальность—высота (ИДВ) и индикаторы типа А (ИА).

1.1.5. Технические характеристики радиолокационных станций

Любая радиолокационная система характеризуется определенными техническими характеристиками (параметрами). Выбор этих параметров зависит от назначения данной системы, требуемой дальности действия, точности определения координат цели, отражающих свойств цели и т. д. Правильный выбор параметров обеспечивает высокую эффективность аппаратуры при практическом ее использовании.

Несущая (рабочая) частота /* — это частота генерируемых передатчиком СВЧ колебаний. Основными факторами, влияющими на выбор несущей частоты, являются: свойства отражающего объекта, обеспечение необходимой точности определения координат, габариты аппаратуры, условия генерирования и усиления энергии колебаний СВЧ и др. Практически используются частоты в диапазоне 100—10 000 МГц и выше. Рабочая длина волны \ (см) может быть вычислена по формуле

зоооо

Г

где I* — несущая частота (МГц).

Длительность зондирующего импульса т — длительность во времени генерируемых передатчиком РЛС колебаний СВЧ. Для различных РЛС находится в пределах 0,1—15 мкс включительно.

Частота повторения F — число импульсов, излучаемых антенной РЛС в секунду. Измеряется в герцах (Гц).

Период повторения T=\/F(c)—интервал времени между двумя последовательными импульсами. Интервал времени между посылками импульсов должен быть достаточным для возвращения отраженных сигналов от любой цели, расположенной в пределах дальности действия РЛС.

Импульсная мощность Р„ — мощность передатчика во время генерирования импульса. Поскольку передатчик генерирует энергию СВЧ в виде очень короткого импульса, а затем выключается на сравнительно продолжительный интервал времени (до следующей посылки), то средняя мощность (Р„) за один цикл очень мала по

9

сравнению с Р„. Связь между Р„ и Р_и может быть выражена формулой

Р„ = Р„тР.    (1.4)

Отношение периода повторения импульсов к длительности зондирующего импульса называют скважностью (Q*) и определяют по формуле

Q* = -f=^T'    <¹⁵>

Таким образом, связь между Р„ и Р„ через скважность может быть выражена по формуле

Рп = P„Q^#.    (1.6)

Чувствительность приемника Р_ш — минимальная мощность радиоэха на входе приемника, при которой на выходе приемника обеспечивается номинальное (заданное) значение выходного напряжения при заданном соотношении сигнал/шум, позволяющим уверенно фиксировать сигнал на уровне помех. Обычно чувствительность радиолокационных приемников измеряется в ваттах (Вт) и составляет от 10~¹² до 10~^и Вт. Реальная предельная чувствительность приемника может быть выражена формулой

Р_Ш = КТ₀Ц*Ы,    (1.7)

где К — постоянная Больцмана, Т₀ — абсолютная температура (300 К); КТо = 4* 10~²¹ Вт-с, Д/* — эффективная полоса пропускания приемного тракта, N — коэффициент шума приемного устройства.

Коэффициентом шума приемника называется число, показывающее во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе приемника меньше, чем на входе. В радиолокационных приемниках коэффициент шума N меняется от 5 до 25. Чем меньше N тем лучше приемник. В идеальном нешумящем приемнике jV = 1.

Диаграмма направленности антенны 0 характеризует направленные свойства антенны РЛС, от которых зависит точность определения координат цели. Форма и ширина диаграммы направленности могут быть различны в зависимости от назначения станции.

Шириной диаграммы направленности по половинной мощности называется угол между направлениями, в которых излучаемая мощность равна 50 % максимальной мощности, излучаемой в направлении оси диаграммы. Форма и ширина диаграммы направленности зависят от типа и размеров антенны, а также от рабочей длины волны X. Практически антенны различных РЛС имеют ширину диаграммы направленности от нескольких десятков до десятых долей градуса. Для параболической антенны 0 в градусах можно определить по формуле 0 = 70(Х/D), где D — диаметр параболоида.

Ю

1.1.6. Определение координат цели

1.1.6.1. Наклонная дальность г. Постоянная скорость распространения энергии СВЧ (с = 3 -10⁸ м/с) используется для определения наклонной дальности г путем измерения времени /_зап, необходимого импульсу для прохождения расстояния до цели и обратно. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отсчета времени. Интервал между моментом излучения зондирующего импульса и моментом приема отраженного называют временем запаздывания t₃ап:

<зап = —'    ^    (1.8)

Точность измерения наклонной дальности г зависит от точности измерения чрезвычайно коротких отрезков времени /₃аи- В зависимости от назначения станции точность измерения дальности различна и составляет от 10 м до 1 км (черт. 1.4).

Черт. 1.4. Координаты цели. г — наклонная дальность; е — угол возвышения антенны.

1.1.6.2.    Угловые координаты (азимут и угол места). Определение угловых координат основано на использовании направленного действия антенны. Обычно угловые координаты определяются по положению антенны, когда она направлена на цель. Различают амплитудные, фазовые и амплитудо-фазовые методы определения угловых координат (пеленгации). В МРЛ принят амплитудный метод пеленгации по максимуму. При этом методе момент точного пеленга определяют по максимуму выходного сигнала на индикаторе. Точность определения угловых координат зависит от ширины диаграммы направленности и метода определения угловых координат.

1.1.6.3.    Разрешающая способность. Различают разрешающую способность по дальности и угловым координатам. Разрешающей способностью по дальности (г_МИн) называют минимальные расстояния между целями, находящимися в одном направлении, при котором на индикаторе они наблюдаются раздельно. При дальнейшем уменьшении расстояния между целями радиоэхо этих целей сливаются. Разрешающая способность по дальности (РСД) зависит от длительности импульса в пространстве Л=ст, а также от технических характеристик аппаратуры. Практически РСД колеб- ³

1

Заказ St 60

2

3