Fra ekkoeffekt til detektion
Den forenklede radarligning fra Invers firkantet lov fortæller dig, hvor meget magt der kommer tilbage. Men en radar detekterer ikke på strøm — det registrerer på forskellen mellem ekko og støj. Hver modtager genererer støj af sin egen, og et ekko er kun nyttigt, når det stiger langt nok over det. Den afgørende mængde er derfor signal-to- noise ratio (SNR).
Modtager støj følger af fysik varme: elektroner bevæger sig tilfældigt, producerer en støjeffekt proportional med temperatur og båndbredde:
Sæt ekko mod støj og løse for afstand, og du får radarligningen i form designere og analytikere faktisk bruge — i Maksimalt detekteringsområde:
De nye udtryk i nævneren betyder lige så meget som transmitterkraften i tælleren:
- Båndbredde B: en bredere modtager lader i mere støj. En radar vælger B så smal som dens puls tillader (B ≈ 1/PW); med pulskompression (Impulskompression og impulsintegration) det genvinder båndbredden uden støjstraffen.
- Støjtal F: en god lavstøjforstærker (LNA) direkte bag antennen holder F lav. Hvert dB, der går tabt her, koster så meget som et dB af sendeeffekt.
- SNRmin: jo højere den krævede sandsynlighed for påvisning (Ptil) og jo lavere den tilladte sandsynlighed for falsk alarm (Pfa, Tærskel, konstant falsk alarmhastighed og automatisk gainkontrol), jo mere SNR er nødvendig. Til en enkelt impuls med Ptil = 90% og Pfa = 10 er ca. 13 dB.
Dette er præcis hvor jamming angreb: en jammer ikke hæve ekko, men støj i nævneren. Så snart støjen i modtager stiger, Rmaks. krymper med fjerde rod. EU J/S begrundelse Forbrændingsanlæg J/S forhold er intet andet end denne ligning med en ekstra støjkilde tilføjet.
Tab og udsving
I praksis når ingen radar sit teoretiske område. Alle fejl sammenfattes i en enkelt tabsfaktor L, som i dB blot lægges sammen. De vigtigste punkter:
| Tab | Årsag | Størrelsesrækkefølge |
|---|---|---|
| Transmissionstab | waveguides, rotorled, duplexer — ud og tilbage | 1 – 3 dB |
| Atmosfærisk dæmpning | absorption ved oxygen og vanddamp; øger med frekvens og rækkevidde | fra ubetydelig (L- band) til mange dB (Ka- band, regn) |
| Tab af stråleform | er målet ikke altid i midten af strålen | ~1.5 – 2 dB |
| Forarbejdningstab | ikke-ideelle filtre CFAR (Tærskel, konstant falsk alarmhastighed og automatisk gainkontrol), digitalisering | 1 – 3 dB |
| Fluktuationstab | målet er RCS springer fra scanning til scanning | ved høj Ptil nemt 5 – 10 dB |
Det sidste tab skal forklares. EU RCS (Radarkrydsningssektion) af et rigtigt fly er ikke et fast tal: små ændringer i aspekterne gør refleksioner fra fuselage, vinger og motorinlets skiftevis styrke og annullere hinanden. Ekko udsvingDen klassiske beskrivelse af dette er Swerling modeller: fra et stabilt mål (Swerling 0) til mål, der viser en anden RCS pr. scanning (Swerling I/III) eller pr. impuls (Swerling) II/IV). Et svingende mål kræver mere gennemsnit SNR for samme sandsynlighed for detektion, fordi radaren kan fange den i et "trug".
En løsning er frekvensmangfoldighed: radaren virker på to (eller flere) frekvenser på én gang, med to sendere deler den samme antenne gennem en diplexer (Kasser, monopulser og duplexer). På en anden frekvens refleksion mønster kommer ud anderledes, så chancen for, at målet sidder i et trug på begge frekvenser på samme tid er lille. Puls- to- pulsfrekvens agility giver samme effekt (PRI graduering).
Frekvensmangfoldighed er også en EPM (Indledning): en spot jammer, der forstyrrer en frekvens efterlader den anden kanal urørt. En ESM driftsleder, der ser to samtidige emissioner med identiske PRF og scanning er sandsynligvis ser på en radar med to kanaler — Ikke på to radar.
Dwell time, hits per scan og integration
En roterende overvågningsradar belyser kun kort et mål: så længe strålen falder over det. Det dwell time og antallet af impulser, der ramte målet under det — i hits per scan — følger direkte fra bombredde, rotationshastighed og PRF:
En overvågningsradar med θB = 1,5 °, 12 rpm (72 ° pr. sekund) og PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Pulser.
Disse impulser er lagt sammen: Pulsintegration (Impulskompression og impulsintegration). med sammenhængende integration (faserne bevares) Senderen: fra magnetron til solidstate) SNR vokser efter faktor n — 21 pulser giver langt over 13 dB gevinst. med Ikke-sammenhængende integration (amplitudes kun) gevinsten er mindre, omtrent n0,8Derfor er singlepulsradarligningen for pessimistisk: en rigtig radar registrerer summen af mange hits.
Den flip side er en hård trade-off: roterende langsommere giver flere hits og derfor mere rækkevidde, men genopfrisker luftbilledet mindre ofte. En tidlig advarselsradar (Karakteristika ved tidlig varsling (EW) radar) derfor vender langsomt og ser langt; en tilgang radar vender hurtigt og ser tæt.
EU dwell time er RWR eller ESM modtager (Radaradvarselsmodtager (RWR)) ser fjernstrålen: den korte "blap" per revolution. Fra tiden mellem to blips operatøren udleder scanningshastighedfra længden af blænden af strålebredden — sammen med PRF og frekvens, egenskaber, der afslører radartypen. Og en jammer, der kun virker i hovedstrålen, har netop den ene. dwell time pr. scanning for at have en effekt.
Beregn det selv: detektionsområde
Regnemaskinen nedenfor viser, hvordan hvert design valg fungerer igennem. Prøv for eksempel at reducere RCS fra 1 m² (fighter fra fronten) til 0,01 m² (stealth): området falder af en faktor100 ≈ 3.2 — Ikke med en faktor 100.
Med standardværdierne (100 kW, 35 dB, S- band, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) når radaren ca. 53 km — til en enkelt puls. Tilføj integration gevinst fra Dwell time, hits per scan og integration (lavere SNR ved denne gevinst) og området bevæger sig betydeligt. Støjgulvet i denne modtager er omkring − 141 dBW: ekko radaren skal finde er mindre end en milliardth af en milliardth af en watt.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) arbejder gennem afledning af radarligning, tab og model beregninger trin for trin: radarligning og hits per scan.