De la energía del eco a la detección
La ecuación de radar simplificada Derecho cuadrado inverso te dice cuánto poder vuelve. Pero un radar no detecta energía — detecta la diferencia entre eco y ruido. Cada receptor genera ruido propio, y un eco sólo es útil una vez que se eleva lo suficientemente por encima de él. Por lo tanto, la cantidad decisiva es ratio de señal a ruido (G)SNR).
El ruido del receptor sigue de la física del calor: los electrones se mueven aleatoriamente, produciendo una potencia de ruido proporcional a la temperatura y ancho de banda:
Establecer eco contra el ruido y resolver para la distancia, y usted consigue la ecuación de radar en la forma diseñadores y analistas realmente utilizan — el rango máximo de detección:
Los nuevos términos en la materia del denominador tanto como la potencia del transmisor en el numerador:
- Ancho de banda B: un receptor más amplio deja entrar más ruido. Un radar elige B tan estrecho como su pulso permite (B ≈ 1/PW); con compresión de pulso (Compresión de pulso e integración de pulsosRecupera el ancho de banda sin la pena de ruido.
- Figura de ruido F: un buen amplificador de ruido bajo (LNA) directamente detrás de la antena mantiene F bajo. Cada dB perdido aquí cuesta tanto como un dB de energía de transmisor.
- SNRmin: mayor es la probabilidad necesaria de detección (Pd) y la menor la probabilidad permitida de falsa alarma (Pfa, Tasa de alarma constante y control automático de ganancia), más SNR es necesario. Para un solo pulso con Pd = 90% y Pfa = 10⁻⁶ es alrededor de 13 dB.
Aquí es exactamente donde los ataques de interferencia: un martillo no levanta el eco sino el ruido en el denominador. Tan pronto como el ruido en el receptor sube, Rmax se encoge con la cuarta raíz. El J/S razonamiento de Burn-through y el J/S ratio no es nada más que esta ecuación con una fuente de ruido adicional.
Pérdidas y fluctuaciones
En la práctica ningún radar alcanza su rango teórico. Todas las imperfecciones se agrupan en un único factor de pérdida L, que en dB se añade simplemente. Los principales elementos:
| Pérdida | Causa | Orden de magnitud |
|---|---|---|
| Pérdida de transmisión | guías de onda, articulación giratoria, duplexer — fuera y atrás | 1 – 3 dB |
| Atenuación atmosférica | absorción por oxígeno y vapor de agua; aumentos con frecuencia y rango | desde insignificante (banda L) hasta muchos dB (banda Ka, lluvia) |
| Pérdida de forma de haz | el objetivo no siempre está en el centro de la viga | ~1.5 – 2 dB |
| Pérdida de procesamiento | filtros no ideales, CFAR (G)Tasa de alarma constante y control automático de ganancia), digitalización | 1 – 3 dB |
| Pérdida de fluctuación | el objetivo RCS saltos de escaneo a escaneo | en alta Pd fácilmente 5 – 10 dB |
Esa última pérdida necesita explicar. El RCS (G)Sección de la Cruz Radar) de un avión real no es un número fijo: pequeños cambios en el aspecto hacen que las reflexiones de fuselaje, alas y las entradas del motor se refuerzan y se cancelan alternativamente. El eco fluctuaciones. La descripción clásica de esto es la Modelos de trineo: de un objetivo constante (Swerling 0) a objetivos que muestran un RCS por escaneo (Swerling I/III) o por pulso (Swerling II/IV). Un objetivo fluctuante necesita más promedio SNR para la misma probabilidad de detección, porque el radar puede atraparlo en una "trough".
Una solución es diversidad de frecuencias: el radar funciona en dos frecuencias (o más) a la vez, con dos transmisores que comparten la misma antena a través de una diplexer (G)Cassegrain, monopulse feed and duplexer). En una frecuencia diferente el patrón de reflexión sale de forma diferente, por lo que la posibilidad de que el objetivo se sienta en un tropiezo en ambas frecuencias al mismo tiempo es pequeña. La agilidad de frecuencia de pulso a pulso da el mismo efecto (PRI modulación).
La diversidad de frecuencias es también una EPM (G)Introducción): un marcador que interrumpe una frecuencia deja sin tocar el segundo canal. An ESM operador que ve dos emisiones simultáneas con idéntica PRF y el escáner probablemente está mirando un radar con dos canales — no en dos radares.
Dwell time, hits per scan e integración
Un radar de vigilancia giratorio ilumina un objetivo sólo brevemente: mientras el rayo lo barre. Que dwell time y el número de pulsos que alcanzaron el objetivo durante él — el hits per scan — seguir directamente desde el ancho de haz, velocidad de rotación y PRF:
Un radar de vigilancia con θB = 1,5°, 12 rpm (72° por segundo) y PRF = 1.000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 pulsos.
Esos pulsos se añaden: integración de pulsos (G)Compresión de pulso e integración de pulsos). Con integración coherente (Se conserva el foso, El transmisor: de magnetrón a estado sólido) SNR crece por el factor n — 21 pulsos dan bien más de 13 dB de ganancia. Con integración no coherente (amplitudes solamente) la ganancia es menor, aproximadamente n0,8. Es por eso que la ecuación de radar de un solo pulso es demasiado pesimista: un radar real detecta la suma de muchos golpes.
El lado de la vuelta es un cambio duro: girar más lentamente da más golpes y por lo tanto más rango, pero refresca la imagen del aire con menos frecuencia. Un radar de alerta tempranaCaracterísticas de la Alerta Temprana (EW) radar) por lo tanto gira lentamente y mira lejos; un radar de enfoque se vuelve rápido y se ve cerca.
El dwell time determina cuánto tiempo un RWR o ESM receptor (Receptor de alerta de radar (RWR)) ve el rayo principal: el corto "blip" por revolución. Desde el momento entre dos blips el operador deriva el Tasa de exploración, desde la longitud del blip el ancho de la viga — junto con PRF y frecuencia, características que dejan el tipo de radar. Y un martillo que sólo funciona en la viga principal tiene sólo que uno dwell time por escáner para tener un efecto.
Cálculo usted mismo: rango de detección
La calculadora siguiente muestra cómo funciona cada elección de diseño. Intente, por ejemplo, reducir el RCS de 1 m² (lucha desde la parte delantera) a 0.01 m² (estealto): la gama baja por un factor ⁴√100 ≈ 3.2 — no por un factor 100.
Con los valores predeterminados (100 kW, 35 dB, S-band, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) el radar alcanza unos 53 km — por un solo pulso. Añada el beneficio de integración Dwell time, hits per scan e integración (más bajo el requisito SNR por esa ganancia) y el rango se mueve considerablemente. El suelo de ruido de este receptor está alrededor de −141 dBW: el eco que tiene que encontrar el radar es más pequeño que un billón de una vatio.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) trabaja a través de la derivación de la ecuación de radar, las pérdidas y cálculos de modelos paso a paso: ecuación de radar y hits per scan.