Fra ekkokraft til deteksjon
Den forenklede radarlikningen fra Invers firkantet lov Si hvor mye makt som kommer tilbake. Men en radar oppdager ikke på kraft — den registrerer forskjellen mellom ekko og støy. Hver mottaker genererer støy av sin egen, og et ekko er bare nyttig når den stiger langt nok over den. Den avgjørende mengden er derfor signal til støyforhold (SNR).
Mottakerstøy følger fra varmefysikken: elektroner beveger seg tilfeldig, og produserer en støyeffekt proporsjonal med temperatur og båndbredde:
Sett ekko mot støy og løse for avstand, og du får radarligningen i formdesignere og analytikere faktisk bruk — den maksimal deteksjonsområde:)
De nye uttrykkene i nevneren er like mye som senderens kraft i tversjen:
- Bandbredde B: En større mottaker slipper inn mer støy. En radar velger B så smalt som pulsen tillater (B ≈ 1/PW), med pulskomprimering (Pulsekompresjon og pulsintegrasjonDet gjenvinner båndbredden uten støystraff.
- Støyfigur F: en god lavstøyforsterker (LNA) rett bak antennen holder F lav. Hver dB tapt her koster så mye som en dB av senderkraft.
- SNRmin:) jo høyere den nødvendige sannsynligheten for deteksjon (Pd) og jo lavere den tillatte sannsynligheten for falsk alarm (P)fa, Terskel, konstant falsk alarmrate og automatisk gevinstkontroll), jo mer SNR er nødvendig. For en enkelt puls med Pd = 90% og Pfa = 10⁻⁶ er det rundt 13 dB.
Dette er akkurat der jamming angrep: en jammer ikke hev ekko men støy i nevneren. Så snart støyen i mottakeren stiger, Rmax krymper med fjerde rot. Den J/S resonnement av Brenn gjennom og J/S forholdet Er ikke noe mer enn denne ligningen med en ekstra støykilde lagt til.
Tap og svingninger
I praksis når ingen radar sitt teoretiske område. Alle ufullkommenheter er klumpet til en enkelt tapsfaktor L, som i dB bare tilsettes. Hovedelementene:
| Tap | Årsak | Størrelsesorden |
|---|---|---|
| Overføringstap | bølgeledere, rotasjonsledd, duplekser — Ut og tilbake | 1 – 3 dB |
| Atmosfærisk demping | absorpsjon med oksygen og vanndamp; øker med frekvens og rekkevidde | fra ubetydelig (L-bånd) til mange dB (Ka-bånd, regn) |
| Beam form tap | Målet befinner seg ikke alltid i sentrum av strålen | ~1.5 – 2 dB |
| Behandlingstap | ikke-ideale filtre, CFAR (Terskel, konstant falsk alarmrate og automatisk gevinstkontroll), digitalisering | 1 – 3 dB |
| Flukt tap | målets RCS hopper fra søk til skanne | ved høy Pd enkelt 5 – 10 dB |
Det siste tapet trenger å forklare. Den RCS (Radarkorseksjonen) av et ekte fly er ikke et fast tall: små endringer i aspekt gjør refleksjoner fra sikring, vinger og motorinnløp vekselvis forsterke og avbryte hverandre. Ekko svingningerDen klassiske beskrivelsen av dette er Swerling-modeller: fra et jevnt mål (svarer 0) til mål som viser en annen RCS per søk (svarer I/III) eller per puls II/IV). Et svingende mål trenger mer gjennomsnitt SNR for samme sannsynlighet for deteksjon, fordi radaren kan fange det i en "trough".
En løsning er frekvensdiversitet: radaren virker på to (eller flere) frekvenser på én gang, med to sendere som deler den samme antennen gjennom en diplexer (Kassegrain, monopulsfôr og duplekser). På en annen frekvens kommer refleksjonsmønsteret annerledes ut, så sjansen for at målet sitter i en skur på begge frekvensene samtidig er liten. Pulse-til-pulse frekvens smidighet gir samme effekt (PRI modulasjon).
Frekvensmangfold er også et EPM (Introduksjon): En spot jammer som forstyrrer én frekvens etterlater den andre kanalen urørt. An ESM operatør som ser to samtidige utslipp med identisk PRF og skanning er sannsynligvis å se på én radar med to kanaler — Ikke på to radarer.
Dwell time, hits per scan Integrasjon
En roterende overvåkningsradar lyser bare et mål kort: akkurat så lenge strålen feier over den. Det dwell time og antall pulser som treffer målet under den — den hits per scan — Følg direkte fra strålebredde, rotasjonshastighet og PRF:)
Overvåkningsradar med θB = 1,5°, 12 rpm (72° i sekundet) og PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Pulser.
Disse pulsene tilsettes: pulsintegrasjon (Pulsekompresjon og pulsintegrasjon). Med sammenhengende integrasjon (fasen bevares, Senderen: fra magnetron til fast tilstand) SNR vokser av faktor n — 21 pulser gir godt over 13 dB gevinst. Med ikke-samarbeidsintegrasjon (bare amplituder) gevinsten er mindre, omtrent n0,8. Det er derfor den single-pulse radar ligning er for pessimistisk: en ekte radar registrerer på summen av mange hits.
Flip-siden er en hard trade-off: roterende mer sakte gir mer treff og derfor mer rekkevidde, men oppdaterer luftbildet mindre ofte. En tidlig advarselsradar (Kjennetegn ved den tidlige advarselen (EW) radar) derfor svinger sakte og ser langt ut; en tilnærming radar svinger raskt og ser nær.
Den dwell time bestemme hvor lenge en RWR eller ESM mottaker (Radarvarselmottaker (RWR)) se hovedstrålen: den korte "blip" per revolusjon. Fra den tid mellom to klipper operatøren stammer skannehastighetfra lengden på strålebredden — sammen med PRF og frekvens, egenskaper som gir bort radartypen. Og en jammer som bare virker i hovedstrålen har akkurat den dwell time per scanning for å ha en effekt.
Beregn det selv: deteksjonsområde
Kalkulatoren nedenfor viser hvordan alle designvalg fungerer gjennom. Prøv for eksempel å redusere RCS fra 1 m² (fighter fra fronten) til 0,01 m² (forsegling): området faller med en faktor ⁴√100 ≈ 3.2 — Ikke med en faktor 100.
Med standardverdier (100 kW, 35 dB, S-bånd, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) når radaren ca. 53 km — For en enkelt puls. Legg til integreringsgevinsten fra Dwell time, hits per scan Integrasjon (lavere nødvendig SNR ved den gevinsten) og rekkevidden beveger seg betydelig ut. Støygulvet til denne mottakeren er rundt 141 dBW: ekkoet radaren må finne er mindre enn en milliarddel av en milliarddel av en watt.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) fungerer gjennom avledet av radarligningen, tap og modellberegninger trinnvis: radarligning og hits per scan..