Общие сведения о радиолокации воздушных объектов. Внешняя среда радиолокационной системы РТВ

1.

Военный учебный центр
Кафедра «Автоматизированных систем управления ВКС»
Дисциплина
«Боевое применение подразделений
радиотехнических войск»
Тема № 1. Общие сведения о радиолокации
воздушных объектов
Занятие №3. Внешняя среда
радиолокационной системы РТВ

2.

Учебные вопросы:
1. Зона обнаружения РЛС. Уравнение
радиолокации.
2. Способы обзора пространства и их
влияние на боевые возможности РЛС.
3. Эффективная площадь рассеяния СВКН.
Среда распространения радиоволн.

3.

1. Основы
построения
радиолокационных
станций
радиотехнических войск: учебник / В.Н. Тяпкин, А.Н.
Фомин, Е.Н. Гарин [и др.] ; под общ. ред. В.Н. Тяпкина. –
Красноярск :Сиб. федер. ун-т . – 2016. – 535 с. ISBN 978-57638-2480-3.
2. Радиотехнические системы : учебник для студ. высш.
учеб. заведений / Ю.М. Казаринов [и др.] ; под. ред. Ю.М.
Казаринова. – М.: Изд. центр “Академия”, 2008. – 592 с.

4.

Вопрос №1
Зона обнаружения РЛС. Уравнение
радиолокации.

5.

Зоной обнаружения РЛС (ЗО) называется область
пространства, в пределах которой РЛС обеспечивает
обнаружение целей, обладающих заданной ЭПР, с
вероятностями правильного обнаружения и ложной
тревоги не хуже требуемых.
Для оценки параметров ЗО пользуются не
пространственной
зоной,
а
её
полусечением
вертикальной плоскостью.

6.

Параметрами ЗО РЛС являются:
• минимальный εmin и максимальный εmax углы места;
• максимальная высота Hmax (потолок беспровальной
проводки);
• дальность обнаружения цели Dmax;
• радиус мертвой воронки RМВ.
Угол места ε0 делит полусечение ЗО на два участка:
изодальностный и изовысотный.

7.

Аналитическое выражение для ЗО РЛС как зависимость
дальности обнаружения цели от угла места можно
представить в следующем виде:
Д max при ε ε min , ε 0 ,
Д max cosec ε
Д(ε)
при ε ε 0 , ε max ,
cosec ε 0
0 при ε > ε и ε < ε .
max
min
Такую форму ЗО называют косекансной.
Радиус «мертвой воронки» характеризует область ЗО,
где цели под углами места
ε > εmax РЛС не
обнаруживает.

8.

Величина параметров ЗО:
В сантиметровом диапазоне выбирают εmin≈ 0,4…0,5°.
В метровом и нижней части дециметрового диапазона волн
значение εmin для ровного участка поверхности практически
однозначно определяется отношением εmin ≈ 7,2∙λ/h
Максимальный угол места εmax ЗО для исключения
«мертвой воронки» желательно было бы выбирать равным 90°
или близким к нему. Однако это привело бы к значительному
усложнению конструкции антенной системы. В настоящее
время считается целесообразным выбор значений порядка
35…45° в сантиметровом диапазоне и 20…30° – в метровом.
Верхняя граница ЗО Hmax должна быть не меньше потолка
полёта состоящих на вооружении и перспективных СВН
противника. Для современных РЛС Hmax ≥ 40…60 км

9.

Дальность прямой видимости:
Д пр 4,12( ha H max )

10.

В настоящее время обеспечивается дальность обнаружения,
близкая к дальности прямой видимости, только лишь для
маловысотных целей (Hц < 1000 м) и целей с большими и
средними значениями ЭПР (например, стратегических
бомбардировщиков).
Обнаружение целей на больших дальностях определяется
уравнением радиолокации, которое устанавливает связь
тактических характеристик РЛС с техническими параметрами её
систем, характеристиками цели и внешними условиями.
Эи (β,ε) G(β,ε) A(β,ε) σц
Д(β,ε) 4
(4π)2 γ N0

11.

Дальность обнаружения можно увеличить следующими
способами:
• увеличением энергии зондирующего сигнала (увеличение
импульсной
мощности,
увеличение
длительности
импульса, увеличением числа импульсов в пачке за счет
увеличения частоты повторения зондирующих импульсов
или уменьшения скорости вращения антенны);
• увеличением коэффициента усиления антенной системы;
• увеличением чувствительности приемного устройства.

12.

Вопрос №2
Способы обзора зоны обнаружения и их
влияние на боевые возможности РЛС

13.

В существующих РЛС используют различные
способы обзора ЗО. Выбор того или иного способа
обзора зависит от назначения РЛС, поскольку от
него зависят многие характеристики РЛС:
• время обнаружения цели в зоне;
• количество измеряемых координат и точность их
измерения;
• разрешающие
способности
по
угловым
координатам, дальности и радиальной скорости;
• скорость обновления информации;
• помехозащищенность РЛС (особенно от пассивных
помех).

14.

В зависимости от времени, затрачиваемого на
получение информации от всех элементов ЗО,
различают следующие виды обзора:
• Параллельный (число антенных лучей равно числу
элементов разрешения по угловым координатам)
Н
ß1
Нmax
εmax
εmin
O
Линия горизонта
ß2
в угломестной плоскости и в азимутальной плоскости

15.

• Последовательный (ЗО просматривается одним
антенным
лучом,
перемещение
которого
осуществляется последовательно во времени по углу
места и азимуту)

16.

• Смешанный (по одной угловой координате (чаще
всего по углу места) осуществляется параллельный
обзор, а по другой (азимуту) – последовательный)

17.

Способы обзора ЗО, реализуемые в средствах
радиолокации РТВ.
Первый способ обзора – пусть РЛС просматривает сектор обзора
Ω3. При этом ДНА на передачу (штриховая линия) и прием
(сплошная линия) одинаковые. Ширина ДНА в вертикальной
(угломестной) плоскости соответствует угловому размеру ЗО в
этой
плоскости.
Обзор
по
азимуту
осуществляется
последовательно. Данный способ обзора чаще используется в
радиолокационных дальномерах метрового диапазона волн.

18.

Второй способ обзора – РЛС с раздельными на передачу и
прием антеннами. ДНА на передачу такая же, как и в
предыдущем способе. Приемная антенна состоит из ряда
парциальных каналов с игольчатыми ДН, смещенными в
угломестной плоскости. Подобный способ обзора применяется
в одночастотных трехкоординатных РЛС
с зеркальными
антеннами и многоканальным облучателем на прием и в РЛС с
пассивными ФАР.

19.

Третий способ обзора – радиолокатор просматривает сектор обзора одним
игольчатым лучом на передачу и прием последовательно во времени по углу
места и азимуту. Способ обзора ЗО применяется в РЛС с активной ФАР и в
радиовысотомерах.
Четвертый способ обзора – обзор ЗО производится параллельно по углу
места и последовательно по азимуту с помощью парциальных ДН на передачу и
прием. Способ обзора применяется в многочастотных радиолокационных
дальномерах сантиметрового диапазона волн и трехкоординатных РЛС с
частотным или электронным управлением лучом ДНА в угломестной
плоскости.

20.

Выводы:
• Информационная способность второго, третьего и четвертого
способов обзора выше, чем при использовании первого. В отличие от первого
способа они позволяют, кроме дальности и азимута, определить высоту полета
цели.
• Возможности второго, третьего и четвертого способов обзора с точки
зрения разрешения угловым координатам одинаковы. Первый способ обзора
не обладает разрешающей способностью по углу места. Более высокая
точность измерения угла места достигается в третьем способе обзора.
• В условиях воздействия ПП более высокая помехозащищенность РЛС
обеспечивается при втором, третьем и четвертом способах, так как они
обеспечивают меньший разрешаемый объём по сравнению с первым
способом. Снижение скорости обзора приводит к уменьшению
среднеквадратического разброса доплеровских частот в спектре эхо-сигнала
ПП и, следовательно, к повышению коэффициента подавления помех,
реализуемого в системе СДЦ.
• В условиях АП лучшими способами обзора являются третий и
четвертый. При четвертом способе обзора РЛС может работать на различных
частотах в парциальных каналах.

21.

Вопрос №3
Эффективная площадь рассеяния и
зона обнаружения РЛС
Среда распространения радиоволн.

22.

Основной радиолокационной характеристикой
объекта (цели) является эффективная площадь
рассеяния (ЭПР) радиоволн σЦ, определяемая
исключительно конкретной геометрией и материалами
поверхности объекта локации. В некоторых источниках
вместо понятия ЭПР используют понятие ЭОП –
эффективная отражающая поверхность.

23.

При поверхностной плотности потока энергии Sц в районе
цели на расстоянии Д от локатора до нее в точке приема
создается плотность потока энергии вторичной волны Sпр.
Введем расчетную энергетическую характеристику вторичного
излучения цели в точке приема для монохроматического
первичного облучения. Заменим цель воображаемым вторичным
излучателем. Он создает равномерную плотность потока энергии
Sпр на сфере радиуса Д с площадью поверхности 4πД2, такую же,
которую создает на этой сфере в направлении на приемник
реальная цель.

24.

Искомой характеристикой может служить отношение
расчетного значения рассеиваемой этим вторичным излучателем
мощности Р = 4πД2Sпр к плотности потока энергии у цели SЦ:
σц P / Sц=4 Д2 (Sпр / Sц )
имеющее размерность (м2). Это отношение называют
эффективной площадью рассевания.
Под
ЭПР
объекта
понимают
такую
поверхность
идеализированного объекта, которая равномерно рассеивает всю
падающую на него электромагнитную энергию, создавая в точке
приема такую же плотность потока отраженной энергии, как и
реальная цель.

25.

Величина ЭПР σЦ каждой конкретной цели является
меняющейся и случайной для наблюдателя величиной,
зависящей от результата интерференции радиоволн, отраженных
доминирующими отражателями цели «блестящими» точками.
Значение ЭПР σЦ зависит от :
• ракурса θЦ цели относительно РЛС;
• длины электромагнитной волны λ РЛС;
• количества и взаимного расположения «блестящих» точек и
их вклада в суммарный эхо-сигнал

26.

Тип средства
Сантиметровый (3…10)
Диапазон волн, см
Дециметровый (10…100)
Метровый (150…200)
ППС
борт
ЗПС
ППС
борт
ЗПС
ППС
борт
ЗПС
СРЭМ (УР)
0,02…
0,03
0,07…
0,08
0,1…
0,2
0,03…
0,07
0,3…
0,8
0,2…
0,5
0,7…
2,5
0,8…
0,9
0,5…
1,0
АЛКМ (СКР)
0,1…
0,2
0,35…
0,4
0,2…
0,3
0,1…
1,0
0,4…
1,8
0,2…
0,4
1…
2
1,8…
3,0
0,4…
4,8
50
45
120…
125
15…
20
35…
45
30…
120
10…
15
40…
50
50…
55
14…
17
~100
63…
70
6…7
14…
50…
40
100
55…
53…
75
63
10…
7…
20
15
1000…15000
40…100
35…
80
27…
30
10…
15
В-1А (СА)
10…
14
В-52 (СА)
75…
80
F-14, F-16 (ТА) 7…10
Крейсер
Подводная лодка
в НП
53…
66
15…
29
Примечание: ППС – из передней полусферы цели (с носа);
ЗПС – из задней полусферы цели (с хвоста);
НП – надводное положение.

27.

Противник стремится уменьшить ЭПР своих средств
воздушного наблюдения (СВН). Это достигается как
сопутствующий эффект при
- использовании соответствующей формы фюзеляжа ЛА,
имеющей малое количество блестящих точек и состоящие из
прямых плоскостей;
- уменьшении размеров ЛА (до единиц метров для крылатых
ракет и БПЛА);
- устранении элементов внешней подвески.
При этом уменьшается видимое сечение ЛА, увеличивается
доля «зеркального» отражения и уменьшается обратное (в
сторону однопозиционной РЛС) рассеяние радиоволн.
Второй путь снижения ЭПР
цели связан с использованием
специальных покрытий элементов
ЛА. Поглощающие материалы
утяжеляют ЛА и увеличивают риск
их огневого поражения.

28.

Основным эффектом среды распространения радиоволн
является непрямолинейность распространения (искривление)
лучей радиоволн в вертикальной плоскости – рефракция.
Рефракция – искривление траектории распространения
радиоволн. Тропосфера представляет собой слоистую структуру,
каждый слой который имеет свое значение диэлектрической
проницаемости.
Тропосфера окружает землю слоем толщиной примерно 12 км (8
км у полюсов, 16 км у экватора). Диэлектрическая проницаемость
воздуха зависит от его влажности, температуры и давления, С
увеличением
высоты
диэлектрическая
проницаемость
уменьшается, стремясь к единице. Незначительное изменение ε
воздуха с изменением высоты приводит к нормальной рефракции,
траектория волны искривляется в сторону земной поверхности, так
как верхняя часть фронта излученной волны, находясь в
электрически менее плотной среде, приобретает большую фазовую
скорость, чем нижняя.

29.

Искривление (рефракция) лучей определяется градиентом
grad n коэффициента преломления атмосферы. При нормальной
положительной рефракции grad n < 0 и луч отклоняется к земле а
дальность прямой видимости rпр несколько увеличивается. Это
полезно для РЛ системы, но вызывает систематические ошибки
измерения угла места целей, а, следовательно, и высоты Hц
Мнимое положение цели
grad n < 0
H м.ц
Rз
Hц

30.

Если grad n = -15,7×10-8 1/м, рефракция критическая, луч
огибает сферическую Землю.
При grad n < -15,7×10-8 1/м наблюдается сверхрефракция
и над ровной поверхностью образуется атмосферный
волновод, что резко увеличивает дальность обнаружения
маловысотных целей.

31.

Необходимые поправки при расчете rпр и Hц вводятся за
счет использования эквивалентного радиуса Земли Rзэ, что
приводит к эффекту как бы «спрямления» лучей.и Обычно
пользуются значением Rзэ ≈ 4/3∙Rз = 8500 км
соответствующим усредненной типовой («стандартной»)
атмосфере при grad n = -4×10-8 1/м
grad n =
1
4 10
м
8
Hц
Rз
Rз.э
4
Rз
3

32.

ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ:
• Отработать материал лекции в соответствии с рекомендованной
литературой;
• Уяснить закономерность получения основных математических
выражений, их физический смысл;
• Достичь четкого понимания соответствующих рисунков, графиков и
структурных схем математическим выражениям;
• Самостоятельно произвести анализ математических выражений и
формул;
• Обратить особое внимание на вопрос связанный с влиянием внешней
среды на процесс распространения радиоволн;
• Установить перечень неясных вопросов, подлежащих выяснению у
преподавателя.

33.

Спасибо за внимание!