Od echo k detekci
Zjednodušená radarová rovnice od Inverzní čtvereční právo řekne vám, kolik energie se vrací. Ale radar nedetekuje energii. — detekuje rozdíl mezi echo a hlukKaždý přijímač generuje svůj vlastní zvuk a ozvěna je užitečná jen tehdy, když se zvedne dostatečně vysoko nad něj. Rozhodujícím množstvím je proto poměr signal- to- šumu (SNR).
Hluk přijímače vyplývá z fyziky tepla: elektrony se pohybují náhodně, což vytváří hlukovou sílu úměrnou teplotě a šířce pásma:
Nastavit echo proti hluku a vyřešit vzdálenost, a dostanete radar rovnice ve formě designéři a analytici skutečně používají — s maximální rozsah detekce:
Nové pojmy ve jmenovateli jsou stejně důležité jako vysílač v čitateli:
- Šířka pásma B: širší přijímač umožňuje větší hluk. Radar si vybere B tak úzký, jak jeho puls umožňuje (B ≈ 1/PW); s pulzní kompresí (Pulzní komprese a integrace pulsu) obnoví šířku pásma bez trestu hluku.
- Obrázek F: dobře nízkohlučný zesilovač (LNA) přímo za anténou udržuje F nízko. Každý dB ztracený zde stojí stejně jako dB výkonu vysílače.
- SNRmin: vyšší požadovanou pravděpodobnost detekce (Pd) a čím nižší je povolená pravděpodobnost falešného poplachu (Pfa, Prahová hodnota, konstantní falešná upomínka a automatické řízení zisku), tím více SNR je potřeba. Pro jeden puls s Pd = 90% a Pfa Je to asi 13 dB.
To je přesně místo, kde rušení útoky: rušička nezvedá echo, ale hluk ve jmenovateli. Jakmile hluk v přijímači stoupá, Rmax cvokaři se čtvrtým kořínkem. Př J/S odůvodnění Burn-through a J/S poměr není nic jiného než tato rovnice s přidaným zdrojem hluku navíc.
Ztráty a výkyvy
V praxi žádný radar nedosáhne svého teoretického dosahu. Všechny nedokonalosti jsou zasunuty do jednoho ztrátového faktoru L, který se v dB jednoduše sečte. Hlavní body:
| Ztráta | Příčina | Pořadí velikosti |
|---|---|---|
| Ztráta přenosu | vlnovody, rotační kloub, duplexer — ven a zpět | 1 – 3 dB |
| Útlum atmosféry | absorpce kyslíkem a vodní párou; zvyšuje se s frekvencí a rozsahem | od zanedbatelného (L- pásmo) po mnoho dB (Ka- pásmo, déšť) |
| Ztráta tvaru paprsku | cíl není vždy ve středu paprsku | ~1.5 – 2 dB |
| Zpracovatelské ztráty | neideální filtry, CFAR (Prahová hodnota, konstantní falešná upomínka a automatické řízení zisku), digitalizace | 1 – 3 dB |
| Ztráta fluktuace | cíl je RCS skoky ze skenu na scan | ve vysokém Pd snadno 5 – 10 dB |
Ta poslední ztráta potřebuje vysvětlit. Př RCS (Radarový průřez) reálného letadla není pevné číslo: malé změny v aspektu dělají odrazy od trupu, křídla a přívody motoru střídavě posílit a zrušit navzájem. Echo kolísání. Klasický popis tohoto jsou Swerlingové modely: od stabilního cíle (Swerling 0) po cíle, které ukazují jiný RCS na skenování (Swerling I/III) nebo na puls (Swerling II/IV). Kolísající cíl potřebuje větší průměr SNR pro stejnou pravděpodobnost detekce, protože radar ji může zachytit v "korytě".
Jedno řešení je: kmitočtová rozmanitost: radar pracuje na dvou (nebo více) frekvencích najednou, se dvěma vysílači sdílejícími stejnou anténu diplexer (Kaseřan, monopulsní krmivo a duplexer). Na jiné frekvenci odraz vzor vyjde jinak, takže šance, že cíl sedí v korytu na obou frekvencích ve stejnou dobu je malá. Frekvence pulzního až pulzního účinku má stejný účinek (PRI modulace).
Frekvenční rozmanitost je také EPM (Úvod): Spot rušička, která narušuje jednu frekvenci nechává druhý kanál nedotčen. An ESM provozovatel, který vidí dvě současné emise se shodnými PRF a scan se pravděpodobně dívá na jeden radar se dvěma kanály — Ne na dvou radarech.
Dwell time, hits per scan a integrace
Točící se přehledový radar osvětluje cíl jen krátce: tak dlouho, jak se paprsek prožene. To dwell time a počet pulsů, které zasáhly cíl během něj — s hits per scan — sledovat přímo z šířky beamwide, rychlost otáčení a PRF:
Sledovací radar s θB = 1,5 °, 12 ot. / min. (72 ° za sekundu) a PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Puls.
Tyto pulsy jsou sečteny: integrace pulsů (Pulzní komprese a integrace pulsu). S koherentní integrace (fáze je zachována, Vysílač: od magnetronu do pevného stavu) SNR Roste podle faktoru n — 21 pulsů dává hodně přes 13 dB zisku. S nesoudržná integrace (amplituda pouze) zisk je menší, zhruba n0,8. Proto je jednopulsní radarová rovnice příliš pesimistická: skutečný radar detekuje součet mnoha hitů.
Na druhé straně je tvrdý obchod-off: rotace pomaleji dává více hitů, a proto větší rozsah, ale osvěží obraz vzduchu méně často. Radar včasného varování (Vlastnosti včasného varování (EW) radar) proto otáčí pomalu a dívá se daleko; přibližovací radar otáčí rychle a dívá se blízko.
Př dwell time určí, jak dlouho RWR nebo ESM Přijímač (Radarový varovný přijímač (RWR)) vidí dálkový paprsek: krátký "blik" na revoluci. Od doby mezi dvěma otočkami operátor odvozuje rychlost skenování, z délky blikání šířka beamwide — spolu s PRF a frekvence, vlastnosti, které prozrazují typ radaru. A rušička, která funguje jen na dálkovém paprsku, má jen tuhle. dwell time na skenování mít efekt.
Vypočítejte si to sami: rozsah detekce
Kalkulačka níže ukazuje, jak každá volba designu funguje. Zkuste například snížit RCS od 1 m² (stíhačka zepředu) do 0,01 m² (tajnost): rozsah klesne o faktor Poté100 ≈ 3.2 — Ne o faktor100.
S výchozími hodnotami (100 kW, 35 dB, S- pásmo, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) dosáhne radar asi 53 km — na jeden puls. Přidat integrační zisk z Dwell time, hits per scan a integrace (snížení požadované SNR tímto ziskem) a rozsah se značně pohybuje. Hlasitost tohoto přijímače je kolem -141 dBW: ozvěna, kterou radar musí najít, je menší než miliardtina miliardtiny wattu.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) pracuje prostřednictvím odvození radarové rovnice, ztráty a modelové výpočty krok za krokem: radarová rovnice a hits per scan.