EMS Lernumgebung · Übersicht · 5 · §5.27 · English version

§5.27 Die vollständige Radargleichung: Rauschen, Verluste und Detektion

Beginn

Von der Echoleistung zur Detektion

Die vereinfachte Radargleichung von Inverse Quadratgesetz Sagt Ihnen, wie viel Kraft zurückkommt. Aber ein Radar erkennt nicht an der Macht — Sie erkennt die Differenz zwischen Echo und LärmJeder Empfänger erzeugt sein eigenes Rauschen, und ein Echo ist nur dann nützlich, wenn es weit genug darüber ansteigt. Die entscheidende Menge ist daher die Signal-Rausch-Verhältnis ()SNR.

Empfängerrauschen folgt aus der Physik der Wärme: Elektronen bewegen sich zufällig und erzeugen eine Rauschleistung proportional zu Temperatur und Bandbreite:

N = k × T0 × B × F k = Boltzmannsche Konstante ()1.38 × 10⁻²³ J/K), T0 = 290 K (Bezugstemperatur) B = Empfängerbandbreite (Hz), F = LärmzahlWie viel Rauschen der Empfänger selbst hinzufügtFaustregel: k × T0 = -174 dBm pro Hz Bandbreite

Setzen Sie Echo gegen Rauschen und lösen Sie nach Entfernung, und Sie erhalten die Radargleichung in der Form, die Designer und Analysten tatsächlich verwenden — das maximaler Erfassungsbereich:

Rmax = ⁴√[ (Pt × G² × λ² × σ) / ((4π)³ × k × T0 × B × F × L × SNRmin) ] L = alle Verluste zusammengenommenVerluste und Schwankungen, SNRmin = die SNR für die erforderliche Nachweiswahrscheinlichkeit erforderlich

Die neuen Begriffe im Nenner sind genauso wichtig wie die Senderleistung im Zähler:

Für den EW Facharzt

Genau hier greift Jamming an: Ein Jammer hebt nicht das Echo, sondern das Lärm im Nenner. Sobald das Rauschen im Empfänger ansteigt, Rmax. Schrumpft mit der vierten Wurzel. Die J/S Begründung von Burn-through und die J/S Verhältnisverhältnis ist nichts anderes als diese Gleichung mit einer zusätzlichen Rauschquelle hinzugefügt.

Verluste und Schwankungen

In der Praxis erreicht kein Radar seinen theoretischen Bereich. Alle Unvollkommenheiten werden in einen einzigen Verlustfaktor L zusammengefasst, der in dB einfach addiert wird. Die wichtigsten Punkte:

VerlustUrsacheGrößenordnung
ÜbertragungsverlustWellenleiter, Drehgelenk, Duplexer — Hin und zurück1 – 3 dB
Atmosphärische DämpfungAbsorption durch Sauerstoff und Wasserdampf; nimmt mit Frequenz und Reichweite zuvon vernachlässigbar (L-Band) bis zu vielen dB (Ka-Band, Regen)
Strahlformverlustdas Ziel ist nicht immer in der Mitte des Strahls~1.5 – 2 dB
Verarbeitungsverlustnicht ideale Filter, CFAR ()Schwellenwert, konstante Falschalarmrate und automatische Gain Control), Digitalisierung1 – 3 dB
Schwankungsverlustdas Ziel RCS Sprünge von Scan zu Scanbei hohem Pd leicht 5 – 10 dB

Dieser letzte Verlust muss erklärt werden. Die RCS ()Radarquerschnitt) eines echten Flugzeugs ist keine feste Zahl: kleine Änderungen im Aspekt machen die Reflexionen von Rumpf, Flügeln und Triebwerkseingängen abwechselnd verstärken und heben sich gegenseitig auf. Das Echo FluktuateDie klassische Beschreibung ist die Swerling Modelle: von einem stetigen Ziel (Swerling 0) zu Zielen, die eine andere RCS pro Scan (Swerling) I/III) oder pro Puls (Swerling II/IV. Ein schwankendes Ziel braucht durchschnittlicher SNR für die gleiche Wahrscheinlichkeit der Erkennung, weil das Radar es in einem "Trough" fangen kann.

Eine Lösung ist Frequenzdiversität: das Radar arbeitet auf zwei (oder mehr) Frequenzen gleichzeitig, wobei zwei Sender die gleiche Antenne durch eine Diplexer ()Cassegrain, Monopulse Feed und Duplexer. Auf einer anderen Frequenz kommt das Reflexionsmuster unterschiedlich heraus, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Ziel auf beiden Frequenzen gleichzeitig in einem Trog sitzt, gering ist. Puls-zu-Puls-Frequenz-Agilität gibt den gleichen Effekt ()PRI Modulation.

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Frequenzvielfalt ist auch eine EPM ()Einleitung): Ein Spot-Störsender, der eine Frequenz stört, lässt den zweiten Kanal unberührt. An ESM Betreiber, der zwei gleichzeitige Emissionen mit identischen PRF und Scan schaut wahrscheinlich auf ein Radar mit zwei Kanälen — Nicht bei zwei Radaren.

Dwell time, hits per scan und Integration

Ein rotierendes Überwachungsradar beleuchtet ein Ziel nur kurz: solange der Strahl es überstreicht. Das dwell time und die Anzahl der Impulse, die das Ziel während der — das hits per scan — direkt aus Strahlbreite, Rotationsrate und PRF:

tdwell = θB / ω     n = θB × PRF / ω = θB × PRF / (6 × rpm) θB = horizontale Strahlbreite (Grad), ω = Rotationsrate (Grad pro Sekunde), Drehzahl = Umdrehungen pro Minute
Beispiel

Ein Überwachungsradar mit θB = 1,5°, 12 rpm (72° pro Sekunde) und PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Impulse.

Diese Impulse werden addiert: Pulsintegration ()Pulskompression und Pulsintegration. mit kohärente Integration (Phase bleibt erhalten), Der Transmitter: vom Magnetron zum Festkörper) SNR wächst um den Faktor n — 21 Impulse geben weit über 13 dB Verstärkung. mit Nichtkohärente Integration (nur Amplituden) die Verstärkung ist kleiner, ungefähr n0,8Deshalb ist die Einpuls-Radargleichung zu pessimistisch: Ein echtes Radar erkennt die Summe vieler Treffer.

Die Kehrseite ist ein harter Kompromiss: Langsamer zu drehen gibt mehr Treffer und damit mehr Reichweite, aktualisiert aber das Luftbild seltener. Frühwarnradar (Frühwarnradar)Merkmale der Frühwarnung ()EW) Radar) dreht sich daher langsam und schaut weit; ein Annäherungsradar dreht sich schnell und schaut nah.

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Die dwell time bestimmt, wie lange ein RWR oder ESM EmpfängerRadarwarnempfänger RWR)) sieht den Hauptstrahl: den kurzen "Blip" pro Umdrehung. Aus der Zeit zwischen zwei Blips leitet der Operator die Abtastrate, von der Länge des Blip die Strahlbreite — zusammen mit PRF und Frequenz, Eigenschaften, die den Radartyp weggeben. Und ein Störsender, der nur im Hauptstrahl funktioniert, hat nur diesen einen dwell time pro Scan einen Effekt haben.

Berechnen Sie es selbst: Detektionsbereich

Der Rechner unten zeigt, wie jede Designauswahl funktioniert. Versuchen Sie zum Beispiel, die RCS von 1 m² (Kämpfer von vorne) auf 0,01 m² (Stealth): Die Reichweite sinkt um den Faktor ⁴√100 ≈ 3.2 — nicht um den Faktor 100.

Maximaler Erfassungsbereich: 53.1 km

Mit den Standardwerten (100 kW, 35 dB, S-Band, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) erreicht das Radar etwa 53 km — für einen einzigen Puls. Addieren Sie den Integrationsgewinn von Dwell time, hits per scan und Integration (niedriger als erforderlich) SNR Und das ist ein Gewinn, der sich deutlich erhöht. Der Rauschpegel dieses Empfängers liegt bei -141 dBW: Das Echo, das das Radar finden muss, ist kleiner als ein Milliardstel eines Milliardstels eines Watts.

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Radartutorial.eu (Christian Wolff) arbeitet durch die Ableitung der Radargleichung, die Verluste und Modellrechnungen Schritt für Schritt: Radargleichung und hits per scan.