Alles, was ein EW-Spezialist macht — Identifizieren eines Radarsignals, Umwandeln einer Frequenz, Bestimmen eines Abstands von einer Dauer — basiert auf einer kleinen Anzahl von arithmetischen Basen. Dieses Kapitel legt diese Grundlagen. Wer die Konzepte Größe, Einheit, Frequenz und kontrolliert die Potenzen von 10, kann jedem nächsten Kapitel folgen, ohne über Mathematik zu stolpern.
Die Substanz wird bewusst praktisch gehalten: keine Ablenkungen, sondern die Formeln und Umwandlungen, die Sie tatsächlich im Feld und im Unterricht verwenden.
Größe und Einheit
1 Größe ist eine Eigenschaft, die Sie messen oder berechnen können: Länge, Zeit, Geschwindigkeit, Frequenz, Leistung, Temperatur. 1 Einheit ist das Maß, in dem Sie diese Größe ausdrücken: Meter, Sekunde, Meter pro Sekunde, Hertz, Watt, Kelvin. Ein Wert ohne Einheit ist bedeutungslos — "die Entfernung ist 5", sagt nichts, "die Entfernung ist 5 km."
International vereinbart, mit der SI-System (Système International). Hauptmengen der FW und ihre SI-Einheiten:
| Größe | Symbol | SI-Einheit | Abkürzung |
|---|---|---|---|
| Länge/Abstand | l, d, R | Meter | m |
| Uhrzeit | t | zweite | s |
| Häufigkeit | f | Hertz | Hz |
| Drehzahl | v | Meter pro Sekunde | m/s |
| Leistung | P | Watt | W |
| Temperatur | T | Kelvin | K |
| Wellenlänge | λ (Lambda) | Meter | m |
| Winkel | θ φ | Grad/radial | °/rad |
In jeder Berechnung schreiben Sie die Einheit. Viele mathematische Fehler in der Praxis sind in Wirklichkeit Einheitsfehler: Meilenverwechslung mit Metern, Megahertz mit Gigahertz.
Häufigkeit
Häufigkeit (f) ist die Anzahl der Male, die ein periodisches Phänomen pro Sekunde wiederholt. Die Einheit ist Hertz (Hz): 1 Hz = 1 Vibration pro Sekunde. Für EW ist die Frequenz die zentrale Größe: Das gesamte elektromagnetische Spektrum wird nach Frequenz klassifiziert, und Radare, Radios und Klagen werden durch die Frequenz charakterisiert, mit der sie arbeiten.
Die Zeit einer vollständigen Vibration wird als Zeitraum Frequenz und Periodenzeit sind das Gegenteil von einander:
Ein Signal hat eine Periodendauer von 1 ms (0,01 s). Die Frequenz ist f = 1 / 0,001 = 1.000 Hz = 1 kHz. Umgekehrt: Ein Radar mit 10 GHz hat eine Periodendauer von T = 1 / 10 Millionen Millionen = 0,1 Nanosekunden.
Gemeinsame abgeleitete Einheiten: 1 kHz = 1000 Hz, 1 MHz = Millionen Hz, 1 GHz = Milliarden Hz, 1 THz = Billionen Hz. Militärradare arbeiten typischerweise im Bereich von MHz zu GHz; Infrarot und Licht befinden sich im Bereich von THz.
Große Zahlen, Zahlennamen und Potenzen von 10
Im EM-Spektrum arbeitet man mit extrem großen Zahlen (Gigahertz: 1.000.000.000 Hz) und extrem kleinen (Nanosekunden: 0,00000000001 s). Unsubscribe ist ungeschickt und fehlerempfindlich; deshalb verwenden wir Befugnisse von 10 und SI-Präfixe.
| Präfix | Symbol | Leistung von 10 | Ungeschrieben | Nummerbezeichnung |
|---|---|---|---|---|
| Tera | T | 1012 | 1.000.000.000.000 | Milliarden |
| Giga | G | 109 | 1.000.000.000 | Milliarden |
| Mega | M | 106 | 1.000.000 | Millionen |
| Kilo | k | 103 | 1.000 | Tausend |
| — | — | 100 | 1 | eine |
| Milli | m | 10-3 | 0,001 | Tausendstel |
| Mikrowelle | µ | 10-6 | 0,000001 | Millionstel |
| Nanotechnologie | n | 10-9 | 0,000000001 | Milliardär |
| Pico | p | 10-12 | 0,000000000001 | Trillionth |
Die Berechnung mit Potenzen von 10 folgt zwei einfachen Regeln: Beim Multiplizieren addieren Sie die Exponenten (10).3 × 106 = 109), in Teilen subtrahieren Sie sie voneinander (10)9 / 106 = 103.
Ein Radar sendet mit 9,4 GHz. Das ist 9,4 × 109 Hz = 9.400 MHz = 9.400.000 kHz. Eine Pulsbreite von 1,5 μs ist 1,5 × 10-6 s.
Die niederländische "Milliarde" (10)9) auf Englisch aufgerufen Milliardenund die niederländische "Milliarde" (10)12) auf Englisch aufgerufen BillionenIn der internationalen Dokumentation und in der NATO ist dies eine klassische Fehlerquelle.
Lichtgeschwindigkeit
Elektromagnetische Wellen — Radiowellen, Radar, Infrarot, Licht, Laser — Pflanzen im Vakuum und ungefähr auch in Luft mit dem Lichtgeschwindigkeit c:
Diese Zahl ist für den EW-Spezialisten aus zwei Gründen von unmittelbarer praktischer Bedeutung:
- Entfernungsbestimmung: Radar- und Laserentfernungsmesser messen die Dauer eines Signals. Da c bekannt ist, wird die Dauer direkt in die Entfernung übersetzt (siehe Radar.
- Die Verbindung zwischen Frequenz und Wellenlänge: Frequenz f und Wellenlänge λ sind über c gekoppelt.
Ein X-Band-Radar arbeitet mit 10 GHz. Die Wellenlänge ist λ = (3 × 10)8) / (10 × 10)9) = 0.03 m = 3 cm. Ein UKW-Funkgerät bei 150 MHz hat λ = (3 × 10)8(150 × 10)6) = 2 m.
Hohe Frequenz = kurze Wellenlänge; niedrige Frequenz = lange Wellenlänge. Eine handliche Eselbrücke: 300 MHz ↔ 1 m. Von dort aus können Sie leicht skalieren: 3 GHz ↔ 10 cm, 30 GHz ↔ 1 cm.
Temperatur
Die Temperatur scheint auf den ersten Blick eine seltsame Ente in einem EW-Kurs zu sein, ist aber für das Verständnis unerlässlich Infrarot ()InfrarotJedes Objekt mit einer Temperatur über seinem absoluten Nullpunkt emittiert elektromagnetische Strahlung, und seine Menge und Wellenlänge hängen direkt von der Temperatur ab.
Es gibt drei Schüsseln, die Sie kennen sollten:
| Waage | Symbol | Nullpunkt | Verwendung |
|---|---|---|---|
| Celsius | °C | Schmelzpunkt: Eis | täglicher Gebrauch |
| Kelvin | K | Absoluter Nullpunkt (-273,15 °C) | Wissenschaft und Technologie, IR-Berechnungen |
| Fahrenheit | °F | — | US-Dokumentation |
Die absoluter Nullpunkt (0 K = -273,15 °C) ist die niedrigste mögliche Temperatur; Dort steht alle molekulare Bewegung still und ein Objekt emittiert keine Wärmestrahlung mehr. Alles da oben leuchtet — ein Mensch (~310 K), ein Fahrzeugmotor (~350)–400 K), ein Strahltriebwerk Abgas (~700)–1000 K. Je heißer das Objekt, desto mehr IR-Strahlung und desto kürzer die Peakwellenlänge. Dies ist das physikalische Prinzip hinter Wärmebildkameras und IR-gesteuerten Raketen.
Eine Abgasfahne von 627 °C ist 627 + 273 = 900 K. Infrarot Sie sehen, dass eine solche Quelle Spitzenwerte um 3,2 μm — Genau im Bereich vieler wärmesuchender Raketen.
Azimut, Höhe und Reichweite
Um die Position eines Ziels relativ zu einem Sensor zu erfassen, verwenden wir drei Koordinaten — gemeinsam Kolbenkoordinatensystem der Radarwelt:
- Azimut (Az): die horizontale Richtung zum Ziel gemessen im Uhrzeigersinn in Grad von Norden (000° = Norden, 090° = Osten, 180° = Süden, 270° = Westen).
- Höhe (El): Vertikalwinkel zum Ziel, gemessen von der horizontalen Ebene. 0° = Horizont, 90° = gerade über dem Sensor.
- Reichweite (R): Der schräge Abstand (schräger Bereich) vom Sensor zum Ziel entlang der geraden Sichtlinie.
Mit diesen drei Werten ist die Position eines Ziels vollständig bestimmt. Ein 2D-Radar misst nur Azimut und Reichweite; ein 3D-Radar misst auch die Höhe und kann die Höhe des Ziels berechnen (siehe dazu) 2D- und 3D-Radar.
Azimut wird in Berichten immer dreistellig angegeben: "Ziel in 045, Reichweite 12 Kilometer". Denken Sie daran, dass die Range Steigung Die Entfernung ist: ein Ziel in einer Entfernung von 10 km und einer Höhe von 30° wird auf dem Boden gemessen, der näher als 10 km ist.
Radialdrehzahl
Die Radialgeschwindigkeit (v)r) ist die Komponente der Geschwindigkeit eines Ziels entlang der Sichtlinie Sensor — die Geschwindigkeit, mit der das Ziel den Sensor erreicht oder verlässt. Dies unterscheidet sich von der tatsächlichen (Boden-)Geschwindigkeit des Ziels.
Ein Ziel, das direkt zum Radar fliegt, hat eine Radialgeschwindigkeit, die seiner tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht. Ein Ziel, das genau über die Sichtlinie (tangential) fliegt, hat eine Radialgeschwindigkeit von Null — Egal wie schwer es geht.
Warum ist das wichtig? Weil Dopplerradare ()Dopplerwirkung und Puls-Doppler-Radar und Moving Target Indicatornur Radialgeschwindigkeit messen. Ein pangential fliegendes Flugzeug erzeugt keine Dopplerverschiebung und kann folglich aus den Geschwindigkeitsfiltern eines Puls-Doppler-Radars "verschwinden". — Ein Prinzip, das in der Praxis von der sogenannten Kerbe- oder Balken- Manöver.