Tudo o que um especialista em EW faz — Identificar um sinal de radar, converter uma frequência, determinar uma distância de uma duração — é baseado em um pequeno número de bases aritméticas. Este capítulo estabelece essas bases. Quem são os conceitos grandeza, unidade, frequência e controla os poderes de 10, pode seguir qualquer capítulo seguinte sem tropeçar em matemática.
A substância é deliberadamente mantida prática: sem distrações, mas as fórmulas e conversões que você realmente usa no campo e na classe.
Grandeza e unidade
Uma grandeza é uma propriedade que você pode medir ou calcular: comprimento, tempo, velocidade, frequência, potência, temperatura. Uma unidade é a medida em que você expressa essa grandeza: metro, segundo, metro por segundo, hertz, watt, kelvin. Um valor sem unidade não tem sentido — "a distância é 5" não diz nada, "a distância é 5 km."
Concordo internacionalmente em trabalhar com Sistema SI (Système International). As principais quantidades de EW e suas unidades de SI:
| Grandeza | Símbolo | Unidade SI | Abreviatura |
|---|---|---|---|
| Comprimento / distância | l, d, R | metros | m |
| Tempo | t | segunda | s |
| Frequência | f | hertz | Hz |
| Velocidade | v | metros por segundo | m/s |
| Potência | P | watt | W |
| Temperatura | T | kelvin | K |
| Comprimento de onda | λ (lambda) | metros | m |
| Ângulo | γ δ | Grau / Radial | °/rad |
Em qualquer cálculo, escreva a unidade. Muitos erros matemáticos na prática são na realidade erros unitários: Mileage confusão com medidores, megahertz com gigahertz.
Frequência
Frequência f) É o número de vezes que um fenómeno periódico se repete por segundo. A unidade é hertz (Hz): 1 Hz = 1 vibração por segundo. Para EW, a frequência é a quantidade central: todo o espectro eletromagnético é classificado por frequência, e radares, rádios e lamentos são caracterizados pela frequência em que operam.
O tempo de uma vibração completa é chamado período (T). A frequência e o período são opostos entre si:
Um sinal tem um período de 1 ms (0,01 s). A frequência é f = 1 / 0,001 = 1.000 Hz = 1 kHz. Inversamente: um radar operando em 10 GHz tem um período de tempo de T = 1 / 10 milhões de milhões = 0,1 nanossegundo.
Unidades derivadas comuns: 1 kHz = 1000 Hz, 1 MHz = milhões de Hz, 1 GHz = bilhões de Hz, 1 THz = trilhão de Hz. Os radares militares normalmente operam na área MHz a GHz; infravermelhos e luz estão na área THz.
Grandes números, nomes de números e poderes de 10
No espectro EM você trabalha com números extremamente grandes (gigahertz: 1.000.000.000 Hz) e extremamente pequenos (nanossegundos: 0,00000001 s). O cancelamento é desajeitado e sensível ao erro; portanto usamos Poderes de 10 e Prefixos SI.
| Prefixo | Símbolo | Potência de 10 | Não escrito | Nome do número |
|---|---|---|---|---|
| tera | T | 1012 | 1.000.000.000.000 | bilhões |
| giga | G | 109 | 1.000.000.000 | bilhões |
| mega | M | 106 | 1.000.000 | milhões |
| quilo | k | 103 | 1.000 | mil |
| — | — | 100 | 1 | uma |
| mili | m | 10- 3 | 0,001 | milésimo |
| micro | µ | 10-6 | 0,000001 | milionésimo |
| nano | n | 10-9 | 0,000000001 | bilionésimo |
| pico | p | 10-12 | 0,000000000001 | trilionésimo |
Calcular com poderes de 10 segue duas regras simples: ao multiplicar, adicionar os expoentes (103 × 106 = 109), em partes você subtrai-los uns dos outros (109 / 106 = 103).
Um radar está a transmitir a 9,4 GHz. Isso é 9.4 × 109 Hz = 9.400 MHz = 9.400.000 kHz. Uma largura de impulso de 1,5 μs é 1,5 × 10-6 s.
O "bilião" holandês (109) chamado em inglês bilhões, e o "bilião" holandês (1012) chamado em inglês trilhõesNa documentação internacional e na NATO, esta é uma fonte clássica de erros.
Velocidade da luz
Ondas electromagnéticas — ondas de rádio, radar, infravermelho, luz, laser — plantas no vácuo e aproximadamente também no ar com o velocidade da luz c:
Este número é de importância prática directa para o especialista em EW, por duas razões:
- Determinação da distância: radares e detectores laser medem a duração de um sinal. Porque c é conhecido, a duração traduz-se directamente em distância (ver Radar).
- A ligação entre frequência e comprimento de onda: frequência f e comprimento de onda λ são acoplados via c.
Um radar de banda X opera a 10 GHz. O comprimento de onda é λ = (3 × 108) / (10 × 109) = 0,03 m = 3 cm. Um rádio VHF a 150 MHz tem λ = (3 × 108(150 × 10)6) = 2 m.
Alta frequência = comprimento de onda curto; baixa frequência = comprimento de onda longo. Uma ponte útil burro: 300 MHz ↔ 1 m. De lá você pode facilmente escalar: 3 GHz ↔ 10 cm, 30 GHz ↔ 1 cm.
Temperatura
A temperatura parece à primeira vista ser um pato estranho em um curso de EW, mas é essencial para a compreensão infravermelho (Infravermelho): Qualquer objeto com uma temperatura acima de seu zero absoluto emite radiação eletromagnética, e sua quantidade e comprimento de onda dependem diretamente da temperatura.
Há três tigelas que você deve saber:
| Escala | Símbolo | Ponto zero | Utilização |
|---|---|---|---|
| Celsius | °C | gelo de ponto de fusão | administração diária |
| Kelvin | K | Zero absoluto (273,15 °C) | ciência e tecnologia, cálculos IR |
| Fahrenheit | °F | — | Documentação dos EUA |
A ponto zero absoluto (0 K = −273,15 °C) é a temperatura mais baixa possível; Lá todo o movimento molecular fica parado e um objeto já não emite radiação de calor. Tudo lá em cima brilha — um motor humano (~310 K), um motor de veículo (~350–400 K), um escape do motor a jato (~700–1000 K). Quanto mais quente o objeto, mais radiação IR e menor o comprimento da onda de pico. Este é o princípio físico por trás das câmaras de imagem térmica e mísseis guiados por IR.
Uma camada de escape de 627 °C é de 627 + 273 = 900 K. Infravermelho Você vê que tal fonte atinge picos em torno de 3,2 μm — Exactamente no campo de muitos mísseis que procuram calor.
Azimute, elevação e amplitude
Para capturar a posição de um alvo em relação a um sensor, usamos três coordenadas — juntos sistema de coordenadas de lâmpadas do mundo do radar:
- Azimute (Az): direcção horizontal em direcção ao alvo medido no sentido horário em graus a partir do norte (000° = norte, 090° = leste, 180° = sul, 270° = oeste).
- Elevação (El): o ângulo vertical do alvo medido a partir do plano horizontal. 0° = horizonte, 90° = direito acima do sensor.
- Intervalo (R): A distância oblíqua (intervalo inclinado) do sensor ao alvo ao longo da linha reta de visão.
Com estes três valores a posição de um alvo foi totalmente determinada. Um radar 2D só mede azimute e alcance; um radar 3D também mede a elevação e pode calcular a altura do alvo (ver radar 2D e 3D).
Azimute é sempre dado em três dígitos em relatórios: "alvo em 045, faixa de 12 quilômetros". Lembre-se que o intervalo o Declive distância é: um alvo a 10 km de alcance e 30° de elevação é medido no solo mais próximo de 10 km.
Velocidade radial
A velocidade radial (v)r) é o componente da velocidade de um alvo ao longo da linha de visão sensor — A velocidade à qual o alvo chega ou sai do sensor. Isto é diferente da velocidade real (terra) do alvo.
Um alvo que voa directamente para o radar tem uma velocidade radial igual à sua velocidade real. Um alvo que voa exatamente através da linha de visão (tangencial) tem uma velocidade radial de zero — Por mais difícil que seja.
Por que isso é importante? Porque... Radares Doppler (Efeito Doppler e radar doppler de pulso e indicador de destino móvel) medindo apenas a velocidade radial. Um avião que voa pangencialmente não produz um deslocamento doppler e consequentemente pode "desaparecer" dos filtros de velocidade de um radar doppler de pulso. — Um princípio que é explorado na prática pelo chamado notch- ou feixes- Manobra.