Предельная дальность прямой радиовидимости, влияние кривизны Земли, атмосферы и рефракции на дальность работы РЛС

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про предельная дальность прямой радиовидимости, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое предельная дальность прямой радиовидимости, влияние кривизны земли, влияние рефракции на дальность работы рлс, рефракция и сверхрефракция , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Радиотехнические системы.

Предельная дальность прямой радиовидимости

Рассмотренное нами основное уравнение радиолокации, предназначенное для расчета дальности действия станции, справедливо только в том случае, если между станцией и целью существует прямая видимость. Причиной, ограничивающей дальность прямой видимости цели, а следовательно, и возможную дальность ее обнаружения, является кривизна земной поверхности (рис. 2.2 ).

Так как радиоволны распространяются прямолинейно, то под линией горизонта (АС) образуется радиотень Если цель находится ниже линии горизонта (Ц2) , она не будет обнаружена РЛС, хотя дальность действия при прямой видимости может значительно превышать расстояние до этой цели. Обнаружены будут только те цели, которые находятся выше линии горизонта (Ц1), если расстояние до них не превышает дальность действия станции.

Предельная дальность видимости Д_пр зависит от высоты антенны h_a и высоты цели Н_ц относительно поверхности земли. Предельная дальность прямой видимости Д_пр можно определить как

где R_з - радиус земной поверхности, равный 6375 км.

Поскольку R_з во много раз больше h_a и Н_ц, то

Подставив в эту формулу величину R_з = 6375 км, получим

где Д_пр, h_a и Н_ц выражены в километрах.

рис. 2.2

При работе наземной РЛС по воздушным целям Нц >> ha

Таблица Д_пр для разных высот полета цели

Нц, м	500	1000	2000	3000	4000	5000	10 000
Дпр, км	77	110	155	190	220	246	348

Из формулы (4) и таблицы видно, что низколетящие цели могут быть обнаружены на меньших дальностях, чем высоколетящие.

Влияние рефракции на максимальную дальность работы РЛС

_Дmax для РЛС, работающих в системе противосамолетной обороны, не превосходит 500...600 км (Н_ц = 20...25 км. Н_ц для РЛС сверхдальнего обнаружения системы ПРО достигает 5000 км и более (Н_ц ракет = 1000 км и более. Для увеличения дальности действия наземных РЛС антенну обычно размещают на возвышенности. Формула (3) справедлива для свободного пространства без учета влияния атмосферы на распространение радиоволн.

Влияние земли и атмосферы на дальность действия РЛС

В предыдущих вопросах были рассмотрены факторы, определяющие дальность радиолокации в свободном пространстве. Однако реальные условия распространения радиоволн вследствие наличия атмосферы и земли отличаются от условий распространения в свободном пространстве, что, естественно, сказывается и на дальность обнаружения РЛС Д_max.

А. Влияние земли на дальность действия РЛС

Влияние земли проявляется двояко.

• Во-первых, вследствие отражения радиоволн от земной поверхности изменяется форма диаграммы направленности в вертикальной плоскости.
• Во-сторых, из-за кривизны земной поверхности Д_max ограничивается расстоянием прямой видимости Д_пр (см. 2-й учебный вопрос).

Отражение радиоволн от земной поверхности сказывается, в основном, в диапазоне метровых волн, поскольку в этом диапазоне происходит преимущественно зеркальное отражение. При зеркальном отражении к цели приходит помимо прямого луча от станции также луч, отраженный от земли (рис. 2.3, слайд 15, 20).

Соотношение фаз прямого и отраженного от земли лучей зависит от того, под каким углом места ε) по отношению к станции находится земля. Если прямая волна и волна, отраженная от цели, находятся в фазе, то дальность действия станции Д_max оказывается выше рассчитанной по формуле (1) (см. Уравнение максимальной дальности действия РЛС в свободном пространстве), а если в противофазе, то Д_max уменьшается. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . При расчетах Д_max по основному уравнению радиолокации ввести поправки (коэффициенты, учитывающие влияние земли.

С учетом отраженного от земли луча ДН антенны в вертикальной плоскости приобретает лепестковый характер (рис. 2.3, слайд 15, 20).

Число лепестков, их расположение и глубина провалов зависят от высоты подъема антенны над землей (в длинах волн, то есть от отношения λ/ha), поляризации волны и свойств почвы.

При идеально проводящей поверхности (гладкая морская поверхность) энергия отраженного от земли луча равна энергии прямого луча. Поэтому максимальные значения напряженности поля удваиваются, а минимальные падают до нуля. В других случаях электромагнитная энергия поглощается в земле и луч, отраженный от земли, имеет меньшую энергию, чем прямой луч (обычно Еотр = (0,8...0,9)Епад). Поэтому в направлениях максимумов лепестков напряженность поля увеличивается менее, чем вдвое, а в направлениях минимумов спадает не до нуля. Лепестковым характером ДН обусловлены «провалы» при определенных углах места ε , в результате чего на некоторых дальностях отсутствует отраженный от цели сигнал и слежение за ней затрудняется.

При использовании в РЛС радиоволн сантиметрового диапазона происходит диффузное отражение от земной поверхности. К цели приходит только прямой луч от РЛС, что исключает различие в напряженности поля для разных углов места и лепестковый характер ДН. Поэтому для РЛС сантиметрового диапазона основное уравнение радиолокации (1) (см 1-й уч. вопрос) не требует поправок, учитывающих отражение от земли.

Влияние кривизны земной поверхности на дальность действия РЛС было рассмотрено во втором учебном вопросе, она ограничивается дальностью прямой видимости Дпр.

Б. Влияние атмосферы на дальность действия РЛС

Влияние атмосферы проявляется в:

• преломлении пути распространения радиоволн;
• поглощении и рассеянии энергии радиоволн на пути их распространения.

рефракция и сверхрефракция

РЕФРАКЦИЯ РАДИОВОЛН (преломление радиоволн) - изменение направления распространения радиоволн в неоднородной среде, показатель преломления к-рой зависит от координат и времени. На плоской границе раздела двух однородных сред с показателями преломления n₁ и n₂ плоская волна преломляется по Снелля закону преломления , где - угол падения, - угол преломления волны. Амплитуда преломленной волны зависит от ее поляризации и определяется Френеля формулами (см. Отражение, радиоволн).

СВЕРХРЕФРАКЦИЯ - явление инверсии высотного хода приведенного (с учетом сферичности земной поверхности) показателя преломления для радиоволн, распространяющихся над поверхностью Земли .Приводит к образованию тропосферного волновода для УКВ и к существ. расширению радиогоризонта.

Радиоволна распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью только в однородной среде, в частности, в диэлектрике с постоянным коэффициентом диэлектрической проницаемости ε. Между тем, по мере удаления от земли температура, влажность и давление воздуха меняются (уменьшаются), особенно в пределах первых десяти километров.

В результате, с увеличением высоты диэлектрическая проницаемость воздушного слоя уменьшается. Это приводит к преломлению пути распространения радиоволны различными слоями атмосферы по направлению к земле. Это явление получило название «явление рефракции».

Благодаря явлению рефракции дальность действия РЛС увеличивается и становится возможным наблюдение целей, находящихся ниже линии горизонта (Ц2) (рис. 2.4. слайд 16, 21).

Увеличение предельной дальности видимости Д_пр можно учесть изменением коэффициента формулы (3) (см 2-й уч. вопрос)

При так называемом стандартном состоянии атмосферы (нормальной рефракции величина R_з заменяется эквивалентным радиусом земли R_зэ = 8500 км.

R_зэ – эквивалентный радиус воображаемой земли, при котором электромагнитный луч под влиянием рефракции распространяется прямолинейно.

С учетом рефракции дальность прямой видимости Д_пр достаточно точно определяется по формуле

Для наземных РЛС, когда Н_ц >> h_a , то

.

При резком уменьшении влажности и значительной разности температур и давления воздуха (по высоте) ультракороткие радиоволны огибают земную поверхность вследствие многократного отражения от нижних слоев атмосферы (рис. 2.5, слайд 17, 22).

Нижний слой атмосферы совместно с поверхностью земли образует своеобразный волновод, направляющий поток электромагнитной энергии. Это явление получило название сверхрефракции (рис. 2.5 –5). При сверхрефракции дальность обнаружения достигает порядка 2500 км при дальности прямой видимости в несколько десятков километров.

Однако атмосферные условия, вызывающие сверхрефракцию, создаются нерегулярно и сравнительно редко, обычно в летние месяцы в субтропических и тропических поясах преимущественно над водными пространствами.

Поглощение и рассеяние энергии радиоволн в атмосфере возникает из-за наличия в ней кислорода и водяных паров, то есть атмосфера не радиопрозрачна. Вследствие поглощения и рассеяния энергия, переносимая радиоволной, непрерывно убывает вдоль пути ее распространения – происходит затухание радиоволны.

Различают два вида затухания:

• за счет резонансного поглощения и рассеяния электромагнитной энергии дипольными молекулами кислорода и паров воды;
• за счет поглощения и рассеяния электромагнитной энергии частицами конденсированной влаги (дождь, снег, облака, туман).

На длинных волнах явлениями поглощения и рассеяния можно пренебречь. На волнах λ< 10 см эти явления приобретают существенное значение, потери энергии радиоволн возрастают по мере укорочения длины волны.

Резонансное поглощение и рассеяние приводит к тому, что на некоторых волнах Д_max РЛС резко уменьшается. Кислород вносит особенно значительное затухание на волнах λ = 0,25 см и λ = 0,5 см, водяные пары – на волнах λ = 0,17 и 1,3 см (рис.2.6, слайд 18, 23).

Рис. Расчет дальности действия РЛС на фоне мешающих отражений от объемно распределенных отражателей

Дальность действия на фоне мешающих отражений при редкоимпульсном излучении существенно снижается. Причем, наиболее заметно такое снижение на фоне мешающих отражений от поверхностно распределенных помех.

Переход к квазинепрерывному излучению предпочтителен, когда цель находится в зоне мешающих отражений на дальностях до радиогоризонта.

На больших дальностях или при наблюдении цели вне зоны мешающих отражений предпочтительнее использование импульсного сигнала.

Рассеяние энергии радиоволн мельчайшими капельками воды приводит к тому, что скопление капель (облака, дождь) создает отраженный сигнал, который можно наблюдать на экране индикатора РЛС. Так, отражение от облаков начинает появляться на λ = 10 см и короче. На волнах λ< 3 см облака, дождь, снег создают сильные помехи, иногда делающие невозможным наблюдение за целью.

Затухание радиоволн в атмосфере сказывается в основном на волнах короче 30 см. На λ = 10 см уменьшается дальность действия РЛС по сравнению с расчетной не выше 3...4 % даже при неблагоприятных атмосферных условиях.

Затухание энергии электромагнитных волн в атмосфере ограничивает нижний предел длин волн, используемых в РЛС.

ВЫВОДЫ

Максимальная дальность действия РЛС зависит от ее технических параметров, характеристик цели (σ) , влияния земли и атмосферы.

Поскольку технические параметры станции, и тем более условия распространения радиоволн, и характеристики целей в реальных условиях боевого применения РЛС подвержены случайным изменениям, максимальную дальность действия РЛС оценивают вероятностью. Обычно указывается в формуляре РЛС значение максимальной дальности по целям определенного типа (истребителю, бомбардировщику) с заданной вероятностью.

Чтобы исключить явление дифракции (огибание цели электромагнитными волнами) и получить отражение от цели, необходимо, чтобы длина волны была меньше линейных размеров цели, то есть λ_мах ≤ 5 м, но чрезмерное укорочение приводит к большим поглощениям и рассеяниям радиоволн в атмосфере, поэтому λ_min > 3 см.

Таким образом, РЛС РТВ обычно работают в диапазоне волн

3 см < λ < 5 м.

При размещении РЛС на позиции следует учитывать рельеф местности. Для РЛС метрового и дециметрового диапазонов волн площадка должна быть по возможности ровной. Это способствует увеличению дальности действия РЛС и уменьшению провалов в ДНА). РЛС сантиметрового диапазона целесообразно размещать на господствующих высотах.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• уравнение радиосвязи , дальность действия радиолокатора ,
• Радиолокация
• Радиолокационная станция

Пожалуйста, пиши комментарии, если ты обнаружил что-то неправильное или если ты желаешь поделиться дополнительной информацией про предельная дальность прямой радиовидимости Надеюсь, что теперь ты понял что такое предельная дальность прямой радиовидимости, влияние кривизны земли, влияние рефракции на дальность работы рлс, рефракция и сверхрефракция и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Радиотехнические системы