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§5.27 L'équation radar complète: bruit, pertes et détection

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De la puissance d'écho à la détection

L'équation radar simplifiée Droit carré inverse vous dit combien de puissance revient. Mais un radar ne détecte pas la puissance — il détecte sur la différence entre écho et bruit. Chaque récepteur génère son propre bruit, et un écho n'est utile qu'une fois qu'il s'élève assez loin au-dessus. La quantité décisive est donc la Rapport signal/bruit (SNR).

Le bruit du récepteur découle de la physique de la chaleur: les électrons se déplacent au hasard, produisant une puissance sonore proportionnelle à la température et à la bande passante:

N = k × T0 × B × F k = constante de Boltzmann (1.38 × 10⁻²³ J/K), T0 = 290 K (température de référence) B = bande passante du récepteur (Hz), F = bruit: combien de bruit le récepteur lui-même ajouterègle du pouce: k × T0 = −174 dBm par Hz de bande passante

Réglez l'écho contre le bruit et résolvez pour la distance, et vous obtenez l'équation radar dans les concepteurs de formulaires et les analystes utilisent réellement — des plage de détection maximale:

Rmax = ⁴√[ (Pt × G² × λ² × σ) / ((4π)³ × k × T0 × B × F × L × SNRmin) ] L = toutes les pertes cumulées (Pertes et fluctuations), SNRmin = la SNR nécessaire pour la probabilité requise de détection

Les nouveaux termes dans le dénominateur comptent autant que la puissance de l'émetteur dans le numérateur:

Pour EW spécialiste

C'est exactement là que les attaques de brouillage: un brouillon ne soulève pas l'écho, mais le bruit dans le dénominateur. Dès que le bruit dans le récepteur augmente, Rmax rétrécit avec la quatrième racine. Les J/S raisonnement de Brûlure et le J/S Taux n'est rien de plus que cette équation avec une source de bruit supplémentaire ajoutée.

Pertes et fluctuations

En pratique, aucun radar n'a atteint sa portée théorique. Toutes les imperfections sont regroupées en un seul facteur de perte L, qui en dB est simplement additionné. Principaux éléments:

PerteCauseOrdre de grandeur
Perte de transmissionguides d'ondes, joint rotatif, duplex — Dehors et derrière1 – 3 dB
Atténuation atmosphériqueabsorption par l'oxygène et la vapeur d'eau; augmente avec la fréquence et la portéede négligeable (bande L) à de nombreux dB (bande Ka, pluie)
Perte de forme de faisceaula cible n'est pas toujours au centre du faisceau~1.5 – 2 dB
Perte de traitementles filtres non idéaux, CFAR (Seuil, taux de fausse alerte constant et contrôle automatique du gain), numérisation1 – 3 dB
Perte de fluctuationla cible RCS sauts du scan au scanà P élevéd facilement 5 – 10 dB

Cette dernière perte doit être expliquée. Les RCS (Section du radar) d'un véritable aéronef n'est pas un nombre fixe: de petits changements d'aspect font que les réflexions du fuselage, des ailes et des entrées moteur se renforcent et s'annulent alternativement. L'écho fluctue. La description classique de cette Modèles de basculement: d'une cible stable (Réponse 0) à des cibles qui montrent une autre RCS par balayage (Réponse) I/III) ou par impulsion (Réponse II/IV). Une cible fluctuante nécessite plus de moyenne SNR pour la même probabilité de détection, parce que le radar peut l'attraper dans une "trough".

Une solution est diversité de fréquence: le radar fonctionne sur deux (ou plus) fréquences à la fois, avec deux émetteurs partageant la même antenne à travers une diplexeur (Cassegrain, alimentation monopulse et duplex). Sur une fréquence différente, le modèle de réflexion apparaît différemment, de sorte que la possibilité que la cible se trouve dans un creux sur les deux fréquences en même temps est faible. L'agilité de fréquence des impulsions donne le même effet (PRI modulation).

Pour EW spécialiste

La diversité des fréquences est également une EPM (Présentation): un brouillon qui perturbe une fréquence laisse le deuxième canal intact. Une ESM opérateur qui voit deux émissions simultanées avec identique PRF et scanner est probablement regarder un radar avec deux canaux — Pas à deux radars.

Dwell time, hits per scan et intégration

Un radar de surveillance tournant n'éclaire une cible que brièvement: aussi longtemps que le faisceau la traverse. Ça dwell time et le nombre d'impulsions qui ont frappé la cible pendant elle — des hits per scan — suivre directement de la largeur de faisceau, vitesse de rotation et PRF:

tdwell = θB / ω     n = θB × PRF / ω = θB × PRF / (6 × rpm) αB = largeur horizontale du faisceau (degrés), = vitesse de rotation (degrés par seconde), rpm = tours par minute
Exemple

Un radar de surveillance avecB = 1,5°, 12 tr/min (72° par seconde) et PRF = 1 000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Des pouls.

Ces impulsions sont additionnées: Intégration des impulsions (Compression des impulsions et intégration des impulsions). Avec intégration cohérente (la phase est préservée, L'émetteur: du magnétron au solide) les SNR augmente par le facteur n — 21 impulsions donnent bien plus de 13 dB de gain. Avec intégration non cohérente Le gain est plus faible, approximativement n0,8. C'est pourquoi l'équation radar à impulsion unique est trop pessimiste: un vrai radar détecte la somme de nombreux coups.

Le revers est un compromis difficile: la rotation plus lentement donne plus de succès et donc plus de portée, mais rafraîchit l'image de l'air moins souvent. Un radar d'alerte rapide (Caractéristiques de l'alerte rapide (EW) radar) tourne donc lentement et regarde loin; un radar d'approche tourne rapidement et regarde près.

Pour EW spécialiste

Les dwell time détermine combien de temps une RWR ou ESM récepteur (Récepteur d'avertissement radar (RWR)) voit le faisceau principal: le court "blip" par révolution. À partir du temps entre deux blips, l'opérateur dérive la taux de balayage, de la longueur du blip la largeur du faisceau — avec PRF et la fréquence, les caractéristiques qui donnent le type de radar. Et un brouillon qui ne fonctionne que dans le faisceau principal a juste celui dwell time par balayage pour avoir un effet.

Calculez-le vous-même: plage de détection

La calculatrice ci-dessous montre comment chaque choix de conception fonctionne. Essayez, par exemple, de réduire RCS de 1 m² (fighter from the front) à 0,01 m² (volant): la portée chute d'un facteur 4 √100 ≈ 3.2 — pas par un facteur 100.

Plage maximale de détection: 53.1 km

Avec les valeurs par défaut (100 kW, 35 dB, bande S, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB), le radar atteint environ 53 km — pour une seule impulsion. Ajouter le gain d'intégration de Dwell time, hits per scan et intégration (baisse de la SNR par ce gain) et la gamme se déplace considérablement. Le plancher sonore de ce récepteur est autour de −141 dBW: l'écho que le radar doit trouver est inférieur à un milliardième de milliardième de watts.

Pour en savoir plus

Radartutorial.eu (Christian Wolff) fonctionne à travers la dérivation de l'équation radar, les pertes et les calculs du modèle étape par étape: équation radar et hits per scan.