De la putere ecou la detectare
Ecuaţia radar simplificată din Inversează legea pătrată Îţi spune câtă putere revine. Dar un radar nu detectează puterea. — detectează diferenţa dintre ecou şi zgomotFiecare receptor generează zgomot propriu, iar un ecou este util doar odată ce se ridică destul de mult deasupra lui. Prin urmare, cantitatea decisivă este raportul semnal-zgomot (SNR).
Zgomotul receptorului rezultă din fizica căldurii: electronii se mișcă aleatoriu, producând o putere acustică proporțională cu temperatura și lățimea de bandă:
Setaţi ecoul împotriva zgomotului şi rezolvaţi pentru distanţă, şi obţineţi ecuaţia radar în forma designerii şi analiştii folosesc de fapt — în intervalul maxim de detectare:
Noii termeni din materia numitorului la fel de mult ca puterea transmiţătorului din numărător:
- Lăţimea benzii B: un receptor mai larg permite mai mult zgomot. Un radar alege B la fel de îngust ca pulsul permite (B ≈ 1/PW); cu compresie de puls (Compresia pulsului şi integrarea pulsului) recâştigă lăţimea de bandă fără sancţiunea pentru zgomot.
- Figura F: un amplificator bun cu zgomot redus (LNA) direct în spatele antenei ține F scăzut. Fiecare dB pierdut aici costă la fel de mult ca un dB al energiei transmiţătoare.
- SNRmin: cea mai mare probabilitate de detectare necesară (Pd) şi cu cât este mai mică probabilitatea permisă de alarmă falsă (Pfa, Prag, rata de alarmă falsă constantă și controlul automat al câștigului), cu atât mai mult SNR este necesar. Pentru un singur puls cu Pd = 90% și Pfa = 10⁻⁶ este de aproximativ 13 dB.
Acest lucru este exact în cazul în care bruiaj atacuri: un Jammer nu ridica ecoul, dar zgomot în numitor. De îndată ce zgomotul din receptor se ridică, Rmax Psihiatrii cu a patra rădăcină. ă J/S motivarea Burn-Through și J/S raport nu este nimic mai mult decât această ecuație cu o sursă de zgomot suplimentară adăugată.
Pierderi și fluctuații
În practică nici un radar nu ajunge la raza sa teoretică. Toate imperfecţiunile sunt grupate într-un singur factor de pierdere L, care în dB este pur şi simplu adăugată. Principalele elemente:
| Pierderi | Cauza | Ordinea magnitudinii |
|---|---|---|
| Pierderea transmisiei | unghiuri de undă, articulații rotative, duplex — afară și înapoi | 1 – 3 dB |
| Amortizarea atmosferică | absorbţie prin oxigen şi vapori de apă; creştere cu frecvenţă şi interval | de la neglijabilă (L-bandă) la mulți dB (Ka-bandă, ploaie) |
| Pierdere de formă | ținta nu este întotdeauna în centrul grinzii | ~1.5 – 2 dB |
| Pierderi de procesare | filtre non-ideale; CFAR (Prag, rata de alarmă falsă constantă și controlul automat al câștigului), digitalizare | 1 – 3 dB |
| Pierderea de fluctuație | tinta lui RCS salturi de la scanare la scanare | la mare Pd usor 5 – 10 dB |
Ultima pierdere trebuie explicată. ă RCS (Secțiunea Radar Cross) a unei aeronave reale nu este un număr fix: micile modificări ale aspectului fac ca reflexiile de la fuselaj, aripi și de la sistemul motor să se consolideze alternativ și să se anuleze reciproc. Echo Fluctuaţii. Descrierea clasica a acesteia sunt Modele de rotire: de la o țintă constantă (swerling 0) la obiective care arată un alt RCS per scanare (Răspuns I/III) sau pe puls (Răspuns II/IV). Un obiectiv fluctuant necesită o medie mai mare SNR pentru aceeași probabilitate de detectare, deoarece radarul poate să-l prindă într-o "prin"
O soluţie este: diversitatea frecvenței: radarul funcționează pe două (sau mai multe) frecvențe simultan, cu doi transmițători care împart aceeași antenă printr-o diplexer (Casegraină, furaje monopulse și duplexer). Pe o frecvență diferită modelul de reflexie iese diferit, astfel încât șansa ca ținta se așează într-un jgheab pe ambele frecvențe în același timp este mică. Agilitatea frecvenţei pulsului la puls dă acelaşi efect (PRI modulare).
Diversitatea de frecvenţă este, de asemenea, un EPM (Introducere): un bruiaj care întrerupe o frecvență lasă al doilea canal neatins. An ESM operator care vede două emisii simultane cu identice PRF şi scanarea probabil se uită la un radar cu două canale. — Nu la două radare.
Dwell time, hits per scan și integrarea
Un radar de supraveghere rotativ luminează o ţintă doar pe scurt: atâta timp cât fasciculul trece peste el. Asta dwell time și numărul de impulsuri care a lovit ținta în timpul acesteia — în hits per scan — urmați direct de la lățimea grinzii, rata de rotație și PRF:
Un radar de supraveghere cu θB = 1,5°, 12 rpm (72° pe secundă) și PRF = 1000 Hz. Dwell time = 1.5 / 72 ≈ 20.8 ms; hits per scan ≈ 20.8 × 1 ≈ 21 Puls.
Aceste impulsuri sunt adăugate în sus: integrarea pulsului (Compresia pulsului şi integrarea pulsului). Cu integrare coerentă (faza este păstrată, Transmiţătorul: de la magnetron la solid) SNR creşte cu factorul n — 21 de impulsuri dau peste 13 dB de câştig. Cu Integrare necoerentă (numai amplitudini) câștigul este mai mic, aproximativ n0,8De aceea ecuaţia radarului cu un singur impuls este prea pesimistă: un radar real detectează suma multor hituri.
Partea inversa este un compromis dur: rotirea mai lent oferă mai multe hit-uri și, prin urmare, mai mult gama, dar împrospătează imaginea de aer mai rar. Un radar de avertizare timpurie (Caracteristicile avertismentului timpuriu (EW) radarPrin urmare, se întoarce încet și se uită departe; un radar de apropiere se întoarce rapid și se uită aproape.
ă dwell time determină cât timp RWR sau ESM receptor (Receptor de avertizare radar (RWR)) vede grinda principală: scurtul "blip" per revoluție. Din timpul dintre două blips-uri operatorul derivă rata de scanare, de la lungimea blip-ului latimea grinzii — împreună cu PRF și frecvența, caracteristicile care dau departe tipul radarului. Şi un Jammer care funcţionează doar în raza principală are doar că unul dwell time per scanare pentru a avea un efect.
Calculați-vă: intervalul de detectare
Calculatorul de mai jos arată cum funcționează fiecare alegere de proiectare. Încercați, de exemplu, reducerea RCS de la 1 m² (luptător din față) la 0,01 m² (furt): intervalul scade cu un factor 4100 ≈ 3.2 — nu de un factor 100.
Cu valorile implicite (100 kW, 35 dB, S-bandă, 1 m², 1 MHz, 3 dB, 6 dB, 13 dB) radarul atinge aproximativ 53 km — pentru un singur puls. Adăugați câștigul integrării de la Dwell time, hits per scan și integrarea (mai mici decât cele necesare) SNR Prin acest câștig) și gama se deplasează în mod considerabil. Pardoseala de zgomot a acestui receptor este de aproximativ −141 dBW: ecoul pe care radarul trebuie să-l găsească este mai mic de o miliardime de miliardime de watt.
Radartutorial.eu (Christian Wolff) funcționează prin derivarea ecuației radar, pierderile și calculele modelelor pas cu pas: ecuație radar şi hits per scan.