Dalla potenza eco al rilevamento
L'equazione radar semplificata da Diritto quadrato inverso ti dice quanta potenza ritorna. Ma un radar non rileva la potenza — rileva la differenza tra eco e rumoreOgni ricevitore genera il rumore del proprio, e un eco è utile solo una volta che si alza abbastanza sopra di esso. La quantità decisiva è dunque la rapporto segnale-rumore (SNR).
Il rumore del ricevitore deriva dalla fisica del calore: gli elettroni si muovono a caso, producendo una potenza del rumore proporzionale alla temperatura e alla larghezza di banda:
Impostare l'eco contro il rumore e risolvere per la distanza, e si ottiene l'equazione radar nella forma progettisti e analisti effettivamente utilizzare — il gamma di rilevamento massimo:
I nuovi termini nella materia denominatore tanto quanto la potenza del trasmettitore nel numeratore:
- Larghezza di banda B: un ricevitore più ampio lascia in più rumore. Un radar sceglie B come stretto come il polso permette (B ≈ 1/PW); con compressione del polso (Compressione e integrazione del polso) recupera la larghezza di banda senza la pena di rumore.
- Figura del rumore F: un buon amplificatore a basso rumore (LNA) direttamente dietro l'antenna mantiene F basso. Ogni dB perso qui costa tanto quanto un dB di potenza del trasmettitore.
- SNRmin min min: maggiore è la probabilità richiesta di rilevamento (PD) e inferiore la probabilità consentita di falso allarme (P#♪ Tasso di allarme Falso costante e controllo automatico del guadagno), più SNR è necessario. Per un singolo impulso con PD = 90% e P# = 10⁻⁶ è circa 13 dB.
Questo è esattamente dove gli attacchi di jamming: un jammer non solleva l'eco ma il rumore nel denominatore. Non appena il rumore nel ricevitore aumenta, Rmassimo si restringe con la quarta radice. The J/S ragionamento Bruciare e J/S rapporto non è altro che questa equazione con una fonte di rumore supplementare aggiunto.
Perdite e fluttuazioni
In pratica nessun radar raggiunge la sua gamma teorica. Tutte le imperfezioni sono impregnate in un singolo fattore di perdita L, che in dB è semplicemente aggiunto. I principali elementi:
| Perdita | Causa | Ordine di grandezza |
|---|---|---|
| Perdita di trasmissione | guide d'onda, giunto rotante, duplexer — fuori e indietro | 1 – 3 dB |
| attenuazione atmosferica | assorbimento da ossigeno e vapore acqueo; aumenta con frequenza e gamma | da trascurabile (L-band) a molti dB (Ka-band, pioggia) |
| Perdita della forma del fascio | l'obiettivo non è sempre al centro del fascio | ~1.5 – 2 D |
| Perdita di lavorazione | filtri non ideali, CFAR (Tasso di allarme Falso costante e controllo automatico del guadagno), digitalizzazione | 1 – 3 dB |
| Perdita di fluttuazione | il bersaglio è RCS salta dalla scansione alla scansione | ad alta PD facilmente 5 – 10 D |
Quell'ultima perdita ha bisogno di spiegare. The RCS (Sezione trasversale radar) di un vero velivolo non è un numero fisso: piccoli cambiamenti di aspetto fanno le riflessioni di fusoliera, ali e ingressi motore si rafforzano e si annullano a vicenda. L'eco fluttuazioni. La descrizione classica di questo sono i Modelli di rasatura: da un obiettivo fisso (Swerling 0) a obiettivi che mostrano un diverso RCS per scansione (Swerling) I/III) o per polso (Swerling) II/IV). Un obiettivo fluttuante ha bisogno di più media SNR per la stessa probabilità di rilevamento, perché il radar può catturarlo in un "trough".
Una soluzione è diversità di frequenza: il radar funziona su due (o più) frequenze contemporaneamente, con due trasmettitori che condividono la stessa antenna attraverso una diplexer (Cassegraina, alimentazione monopulsa e duplexer). Su una frequenza diversa il modello di riflessione esce in modo diverso, quindi la probabilità che l'obiettivo si sieda in una tosse su entrambe le frequenze allo stesso tempo è piccola. L'agilità di frequenza di impulso dà lo stesso effetto (PRI modulazione).
La diversità di frequenza è anche EPM (Introduzione): un localizzatore che interrompe una frequenza lascia il secondo canale intatto. An ESM operatore che vede due emissioni simultanee con identici PRF e la scansione è probabilmente guardando un radar con due canali — Non a due radar.
Dwell time♪ hits per scan e integrazione
Un radar di sorveglianza rotante illumina un bersaglio solo brevemente: basta che il raggio lo attraversa. Che cosa? dwell time e il numero di impulsi che hanno colpito il bersaglio durante esso — il hits per scan — seguire direttamente da larghezza di trave, velocità di rotazione e PRF:
Un radar di sorveglianza con θB = 1.5°, 12 rpm (72° al secondo) e PRF = 1.000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 impulsi.
Questi impulsi sono aggiunti: integrazione del polso (Compressione e integrazione del polso). Con integrazione coerente (la fase è conservata, Il trasmettitore: da magnetron a stato solido) SNR cresce dal fattore n — 21 impulsi danno ben oltre 13 dB di guadagno. Con integrazione non coerenti (solo gli studi) il guadagno è più piccolo, approssimativamente n0,8. Ecco perché l'equazione radar monopulsa è troppo pessimista: un vero radar rileva sulla somma di molti colpi.
Il rovescio è un trade-off duro: ruotare più lentamente dà più colpi e quindi più gamma, ma rinfresca l'immagine dell'aria meno spesso. Un radar di allarme precoce (Caratteristiche del primo avvertimento (EW) radar) quindi gira lentamente e guarda lontano; un radar di avvicinamento gira veloce e guarda vicino.
The dwell time determina quanto tempo RWR o ESM ricevente (Ricevitore di avvertimento radar (RWR)) vede il fascio principale: il breve "blip" per rivoluzione. Dal momento tra due blip l'operatore deriva il tasso di scansione, dalla lunghezza del blip la larghezza del fascio — insieme con PRF e frequenza, caratteristiche che danno via il tipo di radar. E un jammer che funziona solo nel raggio principale ha solo quello dwell time per scansione per avere un effetto.
Calcolatelo voi stessi: campo di rilevamento
La calcolatrice qui sotto mostra come ogni scelta di design funziona. Prova, per esempio, a ridurre il RCS da 1 m² (vigiro dal fronte) a 0,01 m² (stealth): la gamma scende di un fattore ⁴√100 ≈ 3.2 — non da un fattore 100.
Con i valori predefiniti (100 kW, 35 dB, banda S, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) il radar raggiunge circa 53 km — per un solo impulso. Aggiungere il guadagno di integrazione Dwell time♪ hits per scan e integrazione (più basso il necessario SNR da quel guadagno) e la gamma si muove considerevolmente. Il piano di rumore di questo ricevitore è intorno −141 dBW: l'eco che il radar deve trovare è più piccolo di un miliardo di un miliardo di watt.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) opera attraverso la derivazione dell'equazione radar, le perdite e i calcoli dei modelli passo dopo passo: equazione radar e hits per scan.