EMS Learning Environment · Преглед · 5 · §5.27 · English version

§5.27 Пълното уравнение на радара: шум, загуби и откриване

Начало

От ехо мощност до откриване

Опростеното уравнение на радара от Обратен квадратен закон Казва ти колко енергия се връща. Но радарът не засича мощност. — Засича разликата между ехо и шумВсеки приемник генерира свой собствен шум и ехото е полезно само когато се издигне достатъчно над него. Следователно решаващото количество е: съотношение сигнал/шум (SNR).

Шумът на приемника следва от физиката на топлината: електроните се движат произволно, което създава шумова мощност, пропорционална на температурата и честотната лента:

N = k × T0 × B × F k = константата на Boltzmann (1.38 × 10− 23 J/K), T0 = 290 K (референтна температура) B = широчина на честотната лента на приемника (Hz), F = Стойност на шума: колко шум добавя самият приемникправило на палеца: k × T0 = −174 dBm на Hz честотна лента

Задайте ехо срещу шума и да реши за разстояние, и вие получавате уравнението радар във формата дизайнери и анализатори всъщност използват — на максимален обхват на откриване:

Rmax = ⁴√[ (Pt × G² × λ² × σ) / ((4π)³ × k × T0 × B × F × L × SNRmin) ] L = всички загуби заедно (Загуби и колебания), SNRмин. = SNR необходими за необходимата вероятност за откриване

Новите термини в знаменателя са толкова, колкото и мощността на предавателя в числителя:

За EW специалист

Точно тук заглушават атаките: заглушителят не повишава ехото, а шум в знаменателя. Веднага щом шумът в приемника се вдигне, Rмаксимум Свива се с четвъртия корен. На J/S на Изгаряне и J/S съотношение не е нищо повече от това уравнение с допълнителен източник на шум.

Загуби и колебания

На практика радарът не достига теоретичния си обхват. Всички несъвършенства се натрупват в един фактор на загуба L, който в dB просто се добавя. Основните елементи:

ЗагубаПричинаПоследователността на размера
Загуба на предаванеwaveguides, ротационна става, дуплексер — навън и назад1 – 3 dB
Атмосферно намаляванепоглъщане чрез кислород и водна пара; увеличаване с честота и обхватот незначителни (L-лъчи) до много dB (Ka-band, дъжд)
Загуба на форма на лъчацелта не винаги е в центъра на лъча~1.5 – 2 dB
Загуба на обработканеидеални филтри, CFAR (Праг, постоянна фалшива тревога и автоматичен контрол на печалбата), дигитализация1 – 3 dB
Загуба на потокЦелта е RCS скокове от сканиране до сканиранена високо Pd лесно 5 – 10 dB

Последната загуба трябва да се обясни. На RCS (Радиолокационен кръстов раздел) на реално въздухоплавателно средство не е фиксиран брой: малки промени в аспект правят отраженията от фюзелажа, крилата и двигателя inlets последователно укрепват и анулират помежду си. Ехото. колебания. Класическото описание на това са Модели за навиване: от постоянна цел (Swering 0) до цели, които показват различна RCS per scan (Swelling) I/III) или на импулс (Swelling) II/IV). Една непостоянна цел се нуждае от по-средно ниво SNR за същата вероятност за откриване, защото радарът може да го хване в "протока."

Едно решение е Честотно разнообразие: радарът работи на две (или повече) честоти едновременно, с два предавателя, споделящи една и съща антена чрез диплексер (Касегрейн, монопулсен фураж и дуплексер). На различна честота модела на отражение излиза по различен начин, така че шансът мишената да седи в корито на двете честоти в същото време е малък. Честотата на импулса на импулса дава същия ефект (PRI модулация).

За EW специалист

Честотното разнообразие също е EPM (Въведение): заглушител, който нарушава една честота, оставя втория канал недокоснат. Ан ESM оператор, който вижда две едновременни емисии с идентични PRF и сканирането вероятно гледа един радар с два канала — Не и на два радара.

Dwell time, hits per scan и интеграция

Въртящ се наблюдателен радар осветява мишената само за кратко, докато лъчът я засенчва. Това. dwell time и броя на импулсите, които удрят целта по време на него — на hits per scan — следват директно от широчината на лъча, скоростта на въртене и PRF:

tdwell = θB / ω     n = θB × PRF / ω = θB × PRF / (6 × rpm) θБ = хоризонтална широчина на лъча (градуси), ω = скорост на въртене (градуси в секунда), rpm = обороти в минута
Пример

Наблюдателен радар с θБ = 1,5°, 12 rpm (72° в секунда) и PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 импулси.

Тези импулси са събрани: импулсна интеграция (Интеграция на импулса). С последователна интеграция (фаза е запазена, Предавателят: от магнетрон до твърдо състояние) SNR расте с фактора n — 21 импулса дават над 13 dB печалба. С несъгласувана интеграция (само уединения) печалбата е по-малка, приблизително n0,8Ето защо уравнението на радара с един импулс е твърде песимистично: истински радар открива сумата от много удари.

Обърнатата страна е твърда размяна: въртенето по-бавно дава повече хитове и следователно повече диапазон, но освежава въздушната картина по-рядко. Радар за ранно предупреждение (Характеристики на ранното предупреждение (EW) радар) следователно се обръща бавно и изглежда далеч; подход радар се върти бързо и изглежда близо.

За EW специалист

На dwell time определя колко дълго RWR или ESM приемник (Радиолокационен предупредителен приемник (RWR)) вижда основния лъч: късата "блип" на революция. От времето между две блипове операторът получава честота на сканиране, от дължината на приплъзване широчината на лъча — заедно с PRF и честота, характеристики, които издават типа радар. И заглушител, който работи само в главния лъч има точно този dwell time за сканиране да има ефект.

Изчисли го сам: обхват на откриване

Калкулаторът по-долу показва как всеки избор на дизайн работи през. Опитайте, например, намаляване на RCS от 1 m² (борец от отпред) до 0.01 m² (открадни): диапазонът пада с коефициент 4.100 ≈ 3.2 — не с коефициент 100.

Максимален обхват на откриване: 53.1 km

Със стойностите по подразбиране (100 kW, 35 dB, S-band, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) радарът достига около 53 km — за един пулс. Добавяне на печалбата от интеграцията Dwell time, hits per scan и интеграция (по-ниско изискваното) SNR с тази печалба) и диапазонът се движи значително. Шумният под на този приемник е около −141 dBW: ехото, което радарът трябва да намери, е по-малко от милиардна част от един ват.

По-нататъшно четене

Radertutorial.eu (Християнски Wolf) работи чрез извличане на уравнението на радара, загубите и модела изчисления стъпка по стъпка: уравнение на радара както и hits per scan.