Από την ηχώ μέχρι την ανίχνευση
Η απλοποιημένη εξίσωση ραντάρ από Αντίστροφο τετραγωνικό δίκαιο Σου λέει πόση δύναμη επιστρέφει. Αλλά ένα ραντάρ δεν ανιχνεύει την ισχύ. — ανιχνεύει τη διαφορά μεταξύ ηχώ και θόρυβοςΚάθε δέκτης παράγει δικό του θόρυβο, και η ηχώ είναι χρήσιμη μόνο όταν ανεβαίνει αρκετά πάνω από αυτό. Συνεπώς, η αποφασιστική ποσότητα είναι η λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR).
Ο θόρυβος του δέκτη προκύπτει από τη φυσική της θερμότητας: τα ηλεκτρόνια κινούνται τυχαία, παράγοντας δύναμη θορύβου ανάλογη με τη θερμοκρασία και το εύρος ζώνης:
Ρυθμίστε την ηχώ ενάντια στο θόρυβο και λύστε την απόσταση, και μπορείτε να πάρετε την εξίσωση ραντάρ στην μορφή σχεδιαστές και αναλυτές χρησιμοποιούν πραγματικά — το μέγιστο εύρος ανίχνευσης:
Οι νέοι όροι στον παρονομαστή έχουν τόση σημασία όσο και η ισχύς του πομπού στον αριθμητή:
- Πεδίο B: ένας ευρύτερος δέκτης αφήνει περισσότερο θόρυβο. Ένα ραντάρ επιλέγει το Β τόσο στενό όσο ο σφυγμός του επιτρέπει (B ≈ 1/PW), με συμπίεση παλμών (Σφυγμός συμπίεσης και ενσωμάτωση σφυγμού) ανακτά το εύρος ζώνης χωρίς την ποινή θορύβου.
- Σχήμα Θόρυβος ΣΤ: ένας καλός ενισχυτής χαμηλού θορύβου (LNA) ακριβώς πίσω από την κεραία κρατά F χαμηλά. Κάθε dB που χάνεται εδώ κοστίζει όσο ένα dB ισχύος πομπού.
- SNRλεπτά: όσο υψηλότερη είναι η απαιτούμενη πιθανότητα ανίχνευσης (P)δ) και όσο χαμηλότερη είναι η επιτρεπόμενη πιθανότητα ψευδούς συναγερμού (P)Φα, Κατώτατο όριο, σταθερός ψεύτικος ρυθμός συναγερμού και αυτόματος έλεγχος κερδών), όσο περισσότερο SNR χρειάζεται. Για έναν μόνο παλμό με Pδ = 90% και PΦα = 10⁻⁶ είναι περίπου 13 dB.
Αυτό είναι ακριβώς όπου παρεμβολή επιθέσεις: ένας παρεμβολέας δεν αυξάνει την ηχώ, αλλά η θόρυβος στον παρονομαστή. Μόλις ο θόρυβος στον δέκτη αυξηθεί, Rmax συρρικνώνεται με την τέταρτη ρίζα. Η J/S Αιτιολόγηση Φλεγόμενο και το J/S λόγος δεν είναι τίποτα περισσότερο από αυτή την εξίσωση με μια επιπλέον πηγή θορύβου που προστίθεται.
Απώλειες και διακυμάνσεις
Στην πράξη κανένα ραντάρ δεν φτάνει στη θεωρητική του εμβέλεια. Όλες οι ατέλειες ενώνονται σε έναν μόνο παράγοντα απώλειας L, ο οποίος σε dB προστίθεται απλά επάνω. Τα κύρια θέματα:
| Απώλεια | Αιτία | Σειρά μεγέθους |
|---|---|---|
| Απώλεια μετάδοσης | κυματοδηγοί, περιστροφική άρθρωση, duplexer — έξω και πίσω | 1 – 3 dB |
| Ατμοσφαιρική εξασθένηση | απορρόφηση με οξυγόνο και υδρατμούς· αύξηση με συχνότητα και εύρος | από αμελητέα (L-band) σε πολλά dB (Ka-band, βροχή) |
| Απώλεια σχήματος δέσμης | ο στόχος δεν βρίσκεται πάντα στο κέντρο της δέσμης | ~1.5 – 2 dB |
| Απώλεια μεταποίησης | μη ιδανικά φίλτρα, CFAR (Κατώτατο όριο, σταθερός ψεύτικος ρυθμός συναγερμού και αυτόματος έλεγχος κερδών), ψηφιοποίηση | 1 – 3 dB |
| Απώλεια διακύμανσης | του στόχου RCS άλματα από σάρωση σε σάρωση | στο υψηλό Pδ εύκολα 5 – 10 dB |
Η τελευταία απώλεια χρειάζεται εξηγήσεις. Η RCS (Διατομή ραντάρ) ενός πραγματικού αεροσκάφους δεν είναι ένας σταθερός αριθμός: μικρές αλλαγές στην πτυχή κάνουν τις αντανακλάσεις από την άτρακτο, πτέρυγες και τις εισόδους μηχανών εναλλάξ ενισχύουν και ακυρώνουν το ένα το άλλο. Η ηχώ αυξομειώσεις. Η κλασική περιγραφή αυτού είναι η Μοντέλα στροβιλισμού: από ένα σταθερό στόχο (Απάντηση 0) μέχρι στόχους που δείχνουν μια διαφορετική RCS ανά σάρωση (απόκριση) I/III) ή ανά παλμό II/IV). Ένας κυμαινόμενος στόχος χρειάζεται περισσότερο μέσο όρο SNR για την ίδια πιθανότητα ανίχνευσης, επειδή το ραντάρ μπορεί να το πιάσει σε a " trough".
Μια λύση είναι ποικιλομορφία συχνότητας: το ραντάρ λειτουργεί σε δύο (ή περισσότερες) συχνότητες ταυτόχρονα, με δύο πομπούς που μοιράζονται την ίδια κεραία μέσω ενός διπλωτής (Κασσεγκρανίτης, μονοπολτός και διπλωτής). Σε διαφορετική συχνότητα το μοτίβο της αντανάκλασης βγαίνει διαφορετικά, οπότε η πιθανότητα ο στόχος να κάθεται σε μια γούρνα και στις δύο συχνότητες ταυτόχρονα είναι μικρή. Η ευκινησία συχνότητας παλμού προς παλμό δίνει το ίδιο αποτέλεσμα (PRI διαφοροποίηση).
Η ποικιλομορφία των συχνοτήτων είναι επίσης EPM (Εισαγωγή): ένας παρεμβολέας σημείου που διαταράσσει μια συχνότητα αφήνει το δεύτερο κανάλι ανέγγιχτο. Α ESM φορέας εκμετάλλευσης που βλέπει δύο ταυτόχρονες εκπομπές με πανομοιότυπες PRF και η σάρωση μάλλον κοιτάζει ένα ραντάρ με δύο κανάλια. — Όχι σε δύο ραντάρ.
Dwell time, hits per scan και ένταξη
Ένα περιστρεφόμενο ραντάρ παρακολούθησης φωτίζει ένα στόχο μόνο για λίγο: αρκεί η ακτίνα να σαρώνει κατά μήκος του. Αυτό... dwell time και τον αριθμό των παλμών που χτύπησε το στόχο κατά τη διάρκεια του — το hits per scan — ακολουθούν απευθείας από το δοκό, το ρυθμό περιστροφής και PRF:
Ένα ραντάρ επιτήρησης με θB = 1,5°, 12 rpm (72° ανά δευτερόλεπτο) και PRF = 1.000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms, hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Παλμοί.
Αυτοί οι παλμοί προστίθενται: ενσωμάτωση παλμών (Σφυγμός συμπίεσης και ενσωμάτωση σφυγμού). Με συνεκτική ολοκλήρωση (διατηρείται η φάση, Ο πομπός: από μαγνήτη σε στερεά κατάσταση) η SNR αυξάνεται από τον παράγοντα n — 21 παλμοί δίνουν πολύ πάνω από 13 dB κέρδος. Με μη συνεκτική ενσωμάτωση Το κέρδος είναι μικρότερο, περίπου n0,8Γι' αυτό η εξίσωση του ραντάρ ενός παλμού είναι πολύ απαισιόδοξη: ένα πραγματικό ραντάρ ανιχνεύει το άθροισμα πολλών χτυπημάτων.
Η πίσω πλευρά είναι μια σκληρή ανταλλαγή-off: περιστροφή πιο αργά δίνει περισσότερα χτυπήματα και ως εκ τούτου περισσότερο εύρος, αλλά αναζωογονεί την εικόνα του αέρα λιγότερο συχνά. Ένα ραντάρ έγκαιρης προειδοποίησης (Χαρακτηριστικά της Πρώιμης Προειδοποίησης (EW) ραντάρ) ως εκ τούτου, στρέφεται αργά και κοιτάζει μακριά.
Η dwell time καθορίζει πόσο χρόνο RWR ή ESM δέκτης (Δέκτης προειδοποίησης ραντάρ (RWR)) βλέπει την κύρια δέσμη: το κοντό " blip" ανά επανάσταση. Από το χρόνο μεταξύ δύο blips ο χειριστής αντλεί ρυθμός σάρωσης, από το μήκος του blip το εύρος της δέσμης — μαζί με PRF και συχνότητα, χαρακτηριστικά που δίνουν τον τύπο του ραντάρ. Και ένας παρεμβολέας που δουλεύει μόνο στην κεντρική ακτίνα έχει μόνο αυτό. dwell time ανά σάρωση για να έχει αποτέλεσμα.
Υπολογίστε το μόνοι σας: εύρος ανίχνευσης
Η παρακάτω αριθμομηχανή δείχνει πώς κάθε επιλογή σχεδιασμού λειτουργεί μέσω. Για παράδειγμα, προσπαθήστε να μειώσετε το RCS από 1 m² (μαχητής από μπροστά) σε 0,01 m² (κλέψιμο): το εύρος πέφτει κατά συντελεστή ⁴√100 ≈ 3.2 — όχι με συντελεστή 100.
Με τις προκαθορισμένες τιμές (100 kW, 35 dB, S-band, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) το ραντάρ φτάνει περίπου τα 53 km — για έναν μόνο παλμό. Προσθήκη του κέρδους ενσωμάτωσης Dwell time, hits per scan και ένταξη (χαμηλότερα από τα απαιτούμενα SNR με αυτό το κέρδος) και το εύρος κινείται σημαντικά. Το δάπεδο θορύβου αυτού του δέκτη είναι περίπου −141 dBW: η ηχώ που πρέπει να βρει το ραντάρ είναι μικρότερη από το ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυρίου του watt.
Το Radartutorial.eu (Christian Wolff) λειτουργεί μέσω της δημιουργίας της εξίσωσης ραντάρ, των απωλειών και των υπολογισμών μοντέλων βήμα προς βήμα: εξίσωση ραντάρ και hits per scan.