Od mocy echa do detekcji
Uproszczone równanie radarowe Prawo odwrotnego kwadratu Mówi ci, ile mocy powraca. Ale radar nie wykrywa mocy — wykrywa różnicę między echem i hałasKażdy odbiornik generuje swój własny hałas, a echo jest użyteczne tylko wtedy, gdy wznosi się wystarczająco daleko nad nim. Decydującą ilością jest zatem stosunek sygnału do szumu (SNR).
Hałas odbiornika wynika z fizyki ciepła: elektrony poruszają się losowo, wytwarzając moc hałasu proporcjonalną do temperatury i szerokości pasma:
Ustaw echo przeciw hałasowi i rozwiąż odległość, i otrzymasz równanie radarowe w formie projektantów i analityków faktycznie używać — do maksymalny zakres wykrywalności:
Nowe terminy w mianowniku mają znaczenie tak samo jak moc nadajnika w liczniku:
- Szerokość pasma B: szerszy odbiornik pozwala na więcej hałasu. Radar wybiera B tak wąskie, jak pozwala jego puls (B ≈ 1/PW); z kompresją impulsową (Kompresja pulsu i integracja pulsu) odzyskuje przepustowość bez kary za hałas.
- Hałas F: dobry wzmacniacz niskiego hałasu (LNA) bezpośrednio za anteną utrzymuje F niskie. Każdy zaginiony dB kosztuje tyle samo co dB mocy nadajnika.
- SNRmin: wyższe wymagane prawdopodobieństwo wykrycia (Pd) i niższe dopuszczalne prawdopodobieństwo fałszywego alarmu (Pfa, Próg, stała false alarm rate i automatyczna kontrola bramki), im więcej SNR jest potrzebna. Dla pojedynczego impulsu z Pd = 90% i Pfa = 10⁻⁶ wynosi ona około 13 dB.
To jest dokładnie gdzie zagłuszanie ataków: zagłuszacz nie podnosi echo, ale hałas w mianowniku. Jak tylko hałas w odbiorniku wzrośnie, Rmax kurczy się z czwartym korzeniem. W J/S uzasadnienie Przepalanie i J/S stosunek To równanie z dodatkowym źródłem hałasu.
Straty i wahania
W praktyce żaden radar nie osiąga teoretycznego zasięgu. Wszystkie niedoskonałości są włożone w pojedynczy czynnik strat L, który w dB jest po prostu dodawany. Główne elementy:
| Strata | Przyczyna | Porządek wielkości |
|---|---|---|
| Utrata transmisji | Wafguides, złącze obrotowe, duplexer — na zewnątrz i z powrotem | 1 – 3 dB |
| Tłumienie atmosferyczne | absorpcja tlenem i parą wodną; zwiększenie częstotliwości i zakresu | od nieznacznego (pasmo L) do wielu dB (pasmo Ka-, deszcz) |
| Utrata kształtu wiązki | cel nie zawsze znajduje się w środku wiązki | ~1.5 – 2 dB |
| Strata z przetworzenia | nieidealne filtry, CFAR (Próg, stała false alarm rate i automatyczna kontrola bramki), digitalizacja | 1 – 3 dB |
| Utrata fleksji | cel RCS skacze od skanowania do skanowania | przy wysokim Pd łatwo 5 – 10 dB |
Ta ostatnia strata wymaga wyjaśnienia. W RCS (Radar Cross Section) prawdziwego statku powietrznego nie jest stałą liczbą: niewielkie zmiany w aspekcie sprawiają, że odbicia z kadłuba, skrzydeł i wlotów silnika na przemian wzmacniają się i anulują. Echo wahania. Klasyczny opis tego są Modele skręcające: od stałego celu (Swerling 0) do celów, które pokazują różne RCS na skanowanie (skręcanie I/III) lub na impuls (skręcanie II/IV). Wahający się cel wymaga bardziej średniej SNR dla tego samego prawdopodobieństwa wykrycia, ponieważ radar może złapać go w "korycie".
Jednym z rozwiązań jest różnorodność częstotliwości: radar działa na dwóch (lub więcej) częstotliwościach jednocześnie, z dwoma nadajnikami dzielącymi tę samą antenę przez diplekser (Karma dla zwierząt jednoziarnistych i duplexer). Na innej częstotliwości wzór odbicia wychodzi inaczej, więc szansa, że cel siedzi w korycie na obu częstotliwościach w tym samym czasie jest mała. Zwinność częstotliwości pulsu daje ten sam efekt (PRI modulacja).
Różnorodność częstotliwości jest również EPM (Wprowadzenie): zagłuszacz spot, który zakłóca jedną częstotliwość pozostawia drugi kanał nietknięty. An ESM operator, który widzi dwie jednoczesne emisje z identycznymi PRF i skanowanie jest prawdopodobnie patrząc na jeden radar z dwóch kanałów — Nie przy dwóch radarach.
Dwell time, hits per scan i integracja
Rotacyjny radar monitorujący oświetla cel tylko na krótko: tak długo, jak tylko promień przeszukuje go. To dwell time oraz liczba impulsów, które uderzyły w cel podczas jego trwania — do hits per scan — śledzić bezpośrednio z szerokości belki, prędkości obrotowej i PRF:
Radary dozorowania z θB = 1,5 °, 12 obr. / min (72 ° na sekundę) oraz PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Puls.
Te impulsy zostały dodane: Integracja pulsu (Kompresja pulsu i integracja pulsu). Z spójna integracja (faza jest zachowana, Nadajnik: od magnetronu do stanu stałego) SNR rośnie o współczynnik n — 21 impulsów daje znacznie ponad 13 dB zysku. Z niespójna integracja (tylko amplitudy) zysk jest mniejszy, mniej więcej n0,8Dlatego równanie radarowe jest zbyt pesymistyczne: prawdziwy radar wykrywa sumę wielu trafień.
Z drugiej strony jest trudne trade-off: obrót wolniej daje więcej trafień, a zatem więcej zakresu, ale odświeża obraz powietrza rzadziej. radar wczesnego ostrzegania (Charakterystyka wczesnego ostrzegania (EW) radar) dlatego obraca się powoli i patrzy daleko; radar podejścia obraca się szybko i patrzy blisko.
W dwell time określa, jak długo RWR lub ESM odbiornik (Odbiornik ostrzeżeń radarowych (RWR)) widzi światło drogowe: krótki "błysk" na rewolucję. Począwszy od dwóch blips operator otrzymuje szybkość skanowania, z długości migawki szerokości beamwidth — razem z PRF oraz częstotliwość, cechy, które oddają typ radaru. I zagłuszacz, który działa tylko w świetle drogowym ma tylko ten jeden dwell time na skanowanie, aby uzyskać efekt.
Oblicz sam: zakres wykrywania
Poniższy kalkulator pokazuje jak działa każdy wybór projektu. Spróbuj, na przykład, zmniejszenie RCS od 1 m² (bokser z przodu) do 0,01 m² (stealth): zakres spada o współczynnik100 ≈ 3.2 — nie przez czynnik 100.
Przy standardowych wartościach (100 kW, 35 dB, pasmo S-, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) radar osiąga około 53 km — dla jednego pulsu. Dodaj zysk z integracji Dwell time, hits per scan i integracja (niższe wymagane SNR przez ten zysk) i zakres porusza się znacznie. Podłoga szumu tego odbiornika wynosi około -141 dBW: echo, które musi znaleźć radar, jest mniejsze niż miliardowa część miliarda watów.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) działa poprzez uzyskanie równania radarowego, strat i obliczeń modelu krok po kroku: równanie radarowe oraz hits per scan.