Максимальная дальность действия и минимальная дальность РЛС

Лекция 3

ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ РЛС

1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Судовые навигационные РЛС характеризуются определенными эксплуатационными и техническими параметрами, которые отражают способность РЛС выполнять те или иные навигационные задачи в области судовождения.

Основными эксплуатационными параметрами или характеристиками являются:

максимальная и минимальная дальность,

разрешающая способность,

точность измерения расстояний и направлений,

зона и время обзора,

эксплуатационная надежность,

помехозащищенность и др.

 

Максимальная дальность действия и минимальная дальность РЛС

Максимальная дальность действия РЛС определяется максимальным расстоянием между радиолокатором и объектом (целью), который должна обнаружить РЛС. Она зависит от

технических параметров РЛС,

характеристик отражающего объекта,

состояния атмосферы, подстилающей поверхности и других причин. Подробно этот вопрос рассматривается в следующей главе.

Минимальная дальность РЛС определяется

длительностью зондирующего импульса,

временем восстановления чувствительности приемника,

включая инерционность антенного переключателя при переходе из режима передачи в режим приема,

зависит от высоты установки антенны РЛС и ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

 

Пока происходит излучение зондирующего импульса, антенна отключена от приемника. Следовательно, в этот момент прием отраженных сигналов невозможен. Интервал времени τ_и, в течение которого длится зондирующий импульс, соответствует расстоянию

.

(м, м/сек, мксек)

Кроме того, требуется еще некоторое время t_В на восстановление чувствительности приемника, который подзапирается энергией зондирующего импульса, попадающей на вход приёмника через антенный переключатель, и необходимо некоторое время на срабатывание антенного переключателя. Для коротких импульсов можно считать, что время восстановления не превышает длительность импульса, т.е. . Тогда минимальная дальность РЛС с учетом рассмотренных факторов оказывается равной

.

Значит, минимальная дальность уменьшается с укорочением длительности импульса.

Кроме длительности импульса, на величину минимальной дальности РЛС оказывает влияние так называемая мертвая зона станции, зависящая от высоты установки антенны и ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

 

 

Как следует из рис. 3.1, величина мертвой зоны равна ,

где h₁ – высота установки антенны;

θ – ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

 

Таким образом, даже при очень малых значениях длительности импульсов минимальная дальность может оказаться большой за счет увеличения мертвой зоны РЛС.

 

Разрешающая способность

 

Она характеризует возможность раздельного наблюдения и определение координат нескольких объектов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга.

Различают разрешающую способность

по дальности или расстоянию

по углу или направлению (азимуту).

Разрешающая способность по дальности численно оценивается расстоянием ∆D между двумя раздельно наблюдаемыми объектами, расположенными в одном направлении относительно РЛС.

Пусть в направлении распространения зондирующего импульса находятся два точечных объекта 1 и 2 на расстоянии d друг от друга (рис.4.2). Раздельный прием отраженных сигналов от этих объектов возможен только при условии, что отражение от первого объекта закончится ранее, чем будет принят сигнал, отраженный от второго объекта. Поскольку отражение от первого объекта длится в течении периода τ_И импульса, а сигнал второго объекта запаздывает на время ∆t=2d/с, то условием раздельного приема сигналов будет являться следующее неравенство: ∆t> τ_И. Умножив левую и правую части этого выражения на с/2, получим .

Левая часть этого выражения представляет собой расстояние между объектами , а правая часть называется разрешающим расстоянием РЛС.

Следовательно, для раздельного приема сигналов от первого и второго объектов необходимо, чтобы расстояние между ними было больше разрешающего расстояния d>∆D, которое зависит от длительности импульса.

 

Часто разрешающую способность по дальности выражают через эффективную полосу частот сигнала. Тогда на основании ∆f=1/τ_И, разрешающее расстояние РЛС будет

,

где ∆f – эффективная полоса частот сигнала.

 

(гауссовая огибающая)

Рассмотренные значения разрешающей способности по дальности являются предельными или потенциальными. На практике реальная разрешающая способность будет всегда хуже, чем потенциальная.

 

Индикатор, являясь одним из основных элементов РЛС, оказывает значительное влияние на разрешающую способность РЛС. Реальная разрешающая способность РЛС по дальности с учетом электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) индикатора будет равна

,

где ∆D₀ – реальное разрешающее расстояние РЛС по дальности;

∆D – потенциальная разрешающая способность РЛС по дальности, зависящая от длительности зондирующих импульсов;

∆D_ИНД – разрешающая способность ЭЛТ индикатора.

 

Последняя определяется диаметром d_П сфокусированного пятна на экране ЭЛТ и масштабом М_Р шкалы дальности индикатора:

.

Поскольку масштаб шкалы индикатора зависит от длины l_P развертки дальности индикатора и максимального расстояния D_max до объекта (цели), то ∆D₀ может быть представлено следующим образом:

.

Длина l_p – развертки дальности определяется диаметром d_Э экрана ЭЛТ и коэффициентом использования k_Э диаметра экрана:

l_p=k_Э d_Э.

Для индикатора с прямолинейной разверткой (типа А) k_Э =0,8÷0.9. Индикаторы с радиально-круговой разверткой [индикаторы кругового обзора (ИКО)] имеют соответственно k_Э =0,4÷0.45.

Как следует из выражения ,

на крупномасштабных шкалах (шкалах малой дальности) разрешающая способность РЛС по дальности будет больше и приближается к потенциальной, зависящей от длительности зондирующего импульса.

На мелкомасштабных шкалах (шкалах большой дальности) разрешающая способность по дальности уменьшается и будет зависеть главным образом от разрешающей способности индикатора, т.е. от диаметра d_Э экрана ЭЛТ.

В обоих случаях на d_П влияет качество фокусировки луча на экране ЭЛТ, которая численно оценивается количеством пятен на диаметр или радиус экрана или диаметром пятна, величина которого для ЭЛТ с магнитной фокусировкой приближенно равна d_П = 0,5 ÷ 0,8 мм.

Повышение разрешающей способности РЛС обеспечивается также разбивкой шкалы дальности на поддиапазоны. Это позволяет по мере приближения объекта использовать для наблюдения и контроля крупномасштабные шкалы дальности.

 

Разрешающая способность по направлению или углу (азимуту) определяется или оценивается минимальной величиной угла α₀ между направлениями на два равноудаленных точечных объекта 1 и 2, при котором отраженные сигналы от этих объектов принимаются раздельно (рис).

α₀ - называется потенциальным разрешающим углом. Чем меньше разрешающий угол, тем выше разрешающая способность РЛС по направлению.

 

 

α₀ = 0,7α_Г (Гауссовая огибающая)

α₀ = α_Г (прямоугольная огибающая),

 

Для повышения потенциальной разрешающей способности РЛС по азимуту необходимо сужать диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости, что связано с увеличением размеров антенны или укорочением длины волны.

 

Реальная разрешающая способность РЛС по направлению будет заметно хуже из-за влияния ЭЛТ индикатора. С учетом влияния индикатора реальный разрешающий угол α будет равен

 

α = α₀ + α_ИНД,

где α_ИНД – разрешающий угол ЭЛТ индикатора, град.,

 

который равен угловым размерам диаметра пятна на экране ИКО в масштабе шкалы азимута α_ИНД = 57,3 d _П/ r.

Тогда реальный разрешающий угол с учетом диаметра d _П пятна и расстояния r отметки объекта (цели) относительно центра экрана (для ИКО) будет равен

_.

Следовательно, по мере приближения отметки объекта к центру экрана разрешающая способность РЛС по направлению ухудшается.

Для повышения разрешающей способности по направлению следует использовать крупномасштабные шкалы дальности и ЭЛТ индикатора с высоким качеством фокусировки электронного луча.

 

 

На практике применяются понятия разрешающей площади и разрешающего объема