Параметры, определяющие зону обнаружения вторичных моноимпульсных обзорных радиолокаторов
Параметры, определяющие зону обнаружения вторичных моноимпульсных обзорных радиолокаторов
В отличие от первичных радиолокаторов при вторичной радиолокации дальность действия определяется системой уравнений
(1)
В этих уравнениях:
R>3> – дальность действия вторичной РЛС по запросу;
R>0> – дальность действия вторичной РЛС по ответу;
P>3> – импульсная мощность запросчика;
Р>0> – импульсная мощность ответчика;
G>3> – коэффициент усиления антенны запросчика;
G>0> – коэффициент усиления антенны ответчика;
P>пр.min.3> – чувствительность приемника запросчика;
P>пр.min.0> – чувствительность приемника ответчика;
S>А0> – эффективная площадь антенны ответчика;
S>А3> – эффективная площадь антенны запросчика;
L>∑3> – суммарные потери мощности по запросу;
L>∑0> – суммарные потери мощности по ответу;
Учитывая, что
,
система уравнений (1) может быть приведена к более удобному виду
, (2)
где λ>3> – длина волны при работе системы по запросу; λ>0> – длина волны при работе системы по ответу.
С энергетической точки зрения система вторичной радиолокации будет считаться оптимальной, если R>3> = R>0>,
.
Учитывая, что
и
,
получаем для оптимальной системы
.
Так как вторичная РЛС содержит в своем составе и наземное, и бортовое оборудование, и обе эти части взаимосвязаны, государственные стандарты и рекомендации ICAO и Евроконтроля устанавливают нормы не только на тактические, но и на технические параметры вторичных радиолокаторов и ответчиков.
Для уменьшения уровня внутрисистемных
помех государственными стандартом и
международными нормами рекомендуется
выбирать эффективную излучаемую мощность
запросчика, т.е. произведение
,
такой, чтобы она не превышала минимум,
необходимый для обеспечения требуемой
зоны обзора.
Для предотвращения излишних запусков ответчиков и уменьшения числа несинхронных ответов во вторичных ОРЛ должна быть предусмотрена возможность оперативного уменьшения эффективной излучаемой импульсной мощности.
Для запросчиков, работающих в
селективных режимах, эффективная
излучаемая мощность
не должна превышать 58,5 дБ/Вт при углах
места, превышающих минус
,
ограничивая мощность излучения до 52,5
дБ/Вт ниже радиогоризонта. Чувствительность
приёмника ОРЛ при отношении сигнал/шум
0 дБ должна быть не хуже минус 122 дБ/Вт
(6,31∙10-13 Вт).
Мощность передатчика в импульсе самолётного ответчика должна быть не менее 300 и не более 800 Вт. Документ ICAO и государственный стандарт для ответчиков, работающих в селективных режимах, дают более корректную рекомендацию по этому поводу: пиковая выходная мощность каждого импульса ответа, измеренная на клеммах антенны, т.е. за вычетом всех потерь в фидерном тракте, должна лежать в пределах 21...27 дБ/Вт (126...501 Вт).
На высотах до 4570 м при тех же условиях разрешается иметь пиковую мощность в пределах 18,5...27 дБ/Вт (71...501 Вт).
Чувствительность приёмника ответчика по 90%-ному срабатыванию согласно должна составлять минус (104±4) дБ/Вт, т.е. лежать в пределах 1,5810-11...10-10 Вт.
Для вторичных каналов, работающих на частотах 835, 837,5 и 840 МГц она должна быть равна минус 66±2 дБ/Вт, т.е. лежать в пределах 0,2510-6...0,410-6 Вт.
Для ответчиков, работающих в селективных режимах, чувствительность ответчика принято ставить в зависимость от заданного процента ответов. При этом учитываются только правильные ответы, содержащие данные, соответствующие типу запроса.
Для запросов в режимах RBS и УBД,
запросов общего вызова и запросов режима
S минимальный пороговый уровень для
приёмников селективных ответчиков
должен определяться в зависимости от
минимального входного уровня мощности,
обеспечивающего 90%-ную вероятность
ответа, и должен составлять минус (1043)
дБ/Вт, т.е. лежать в приделах 2·10-11
до 7,94·10-11Вт.
Чувствительность приёмников, также как
и выходную мощность передатчика
ответчика, измеряют при этом на выходных
(входных) клеммах антенны.
Для современных моноимпульсных вторичных РЛС и ответчиков характерны следующие значения параметров, определяющих их максимальную дальность действия:
– импульсная мощность передатчика запросчика P>3> лежит в пределах 1,6...5,4 кВт с возможностью ступенчатого оперативного уменьшения на 3, 6 и 12 дБ ;
– импульсная мощность передатчика самолётного ответчика P>0> в большинстве случаев лежит в пределах 126...500 Вт;
– чувствительность приёмников запросчиков P>np.min3> ориентировочно равна минус 110...120 дБ/Вт, соответствующие значения коэффициента шума К>ш> равны 9...5 дБ;
– чувствительность приёмников ответчиков Р>п>>р.min.о> равна минус 100...104 дБ/Вт с возможностью оперативного ухудшения при перегрузке ответчика излишне частыми запросами;
– коэффициент усиления антенны запросчика G>3> равен 27...29 дБ;
– коэффициент усиления антенны ответчика G>0> равен приблизительно 0 дБ;
– общий коэффициент потерь мощности в фидерном тракте запросчика L>ф.3> ориентировочно равен 4,5 дБ;
– общий коэффициент потерь мощности в фидерном тракте ответчика L>ф.d >ориентировочно равен 3 дБ;
– максимальная дальность действия вторичных моноимпульсных РЛС по запросу и ответу R>max.з >и P>max.0> обычно лежит в пределах 400...500 км для ВС, находящихся на высоте 12000 м;
– инструментальная дальность действия R>max.инстр.>, определяемая в первую очередь параметрами аппаратуры обработки принимаемой информации, устанавливается обычно на уровне 256 морских миль (470 км).
Такой параметр, как максимальная дальность действия вторичной РЛС, даёт лишь ориентировочные представления о информационных возможностях радиолокатора.
Более полные сведения в этом плане дает такая характеристика радиолокатора, как его зона обнаружения, т. е. пространство, в пределах которого радиолокатор обнаруживает цели с вероятностными характеристиками, не хуже заданных.
Применительно к вторичной радиолокации понятие о зоне обнаружения несколько видоизменяется. В ней вместо эффективной отражающей площади цели вводятся параметры ответчика, определяется зона обнаружения не только по запросу, но и по ответу.
Кроме зоны обнаружения по координатной информации определяется также зона приёма дополнительной полётной информации с заданной вероятностью правильного воспроизведения передаваемой информации в условиях определённой помеховой обстановки.
В качестве основы для определения зоны обнаружения вторичной РЛС обычно принимается расчёт мощности, поступающей на вход приёмника ответчика Р>пр.0> при запросе или на вход приёмника запросчика Р>пр.3> при ответе в функции расстояния между радиолокатором и ВС R и угла места , под которым находится ВС:
при запросе
;
при ответе
.
Затем находят превышение М принимаемой мощности над чувствительностью соответствующего приёмника P>np. min.0 >и P>np. min.3>:
по запросу
;
по ответу
.
Последней операцией является назначение пороговых значений М>3пор.> и М>0пор., >при которых> >обеспечиваются необходимые вероятности обнаружение целей и правильного декодирования кодов дополнительной информации ответных сигналов.
Одновременно производится определение соответствующих предельных значений максимальной дальности действия R>max 3> и R>max.0 >и построение зон обнаружения по запросу и ответу в координатах дальность R>, >высота Н с указанием углов места .
Расчёт принимаемой мощности производится в соответствии с уравнениями (3), претерпевшими незначительные изменения по сравнению с уравнениями (2):
.
(3)
В этих выражениях
;
,
где С – скорость распространения света; f>3 >= 1030 МГц; f>0>=1090 МГц;
>>
где L>зат >(R) – потери мощности из-за затухания радиоволн в атмосфере в функции расстояния R;
L>pаc.> (R) – потери мощности из-за рассеивания радиоволн в атмосфере в функции расстояния;
L>ф3 >– потери мощности в фидерном тракте запросчика;
L>ф0> – потери мощности в фидерном тракте ответчика;
L>∆G >() – потери мощности, связанные с уменьшением коэффициента усиления антенны запросчика в зависимости от угла места по сравнению с максимальным коэффициентом усиления G>3 >антенны.
При этом предполагается, что коэффициент усиления антенны ответчика в реальных условиях не зависит от угла места.
Для удобства расчётов уравнения (3) обычно записываются в логарифмической форме и все значения величин, входящих в эти уравнения, подставляют в децибелах. Линейные величины R и λ берут в одинаковых единицах, например, в [км]. Тогда
Соответствующие превышения М будут записаны в этом случае следующим образом:
;
.
В качестве реального примера на рис. 2 показаны результаты расчёта превышения мощности, принимаемой самолётным ответчиком (кривые 1 и 3), и мощности, принимаемой запросчиком (кривые 2 и 4), над уровнем мощности, соответствующим чувствительности приёмника ответчика и чувствительности приёмника запросчика.
Кривые 1 и 2 относятся к случаю, когда коэффициент усиления антенны запросчика равен максимальному значению 27 дБ [L>∆G>() = 0 дБ].
Для кривых 3 и 4 – угол отличается от угла места, соответствующего максимуму ДНА в вертикальной плоскости, на –7. Изменение коэффициента усиления антенны запросчика в этом случае будет равно –6 дБ [L>∆G>(-7о) = -6 дБ].
В качестве исходных данных при этом принимались следующие наиболее характерные для моноимпульсных вторичных радиолокаторов и ответчиков значения:
Р>3 >= 4 кВт (36 дБ/Вт);
Р>0 >= 300 Вт (24,8 дБ/Вт);
G>3 >= 500 (27 дБ);
G>0 >= 1 (0 дБ);
λ>3 >= 29,126.10-5 км (-35,36 дБ);
λ>0 >= 27,5210-5 км (-35,6 дБ/км);
L>ф.3 >=2,82 (4,5 дБ);
L>ф.о >= 2 (3 дБ);
Р>пр.min.0 >= 10-10 Вт (-100 дБ/Вт);
Р>пр.min.3 >= 1,26.10-11 Вт (-109 дБ/Вт).
Значения потерь, связанных с
затуханием L>зат>(R)
и рассеянием L>рас
>(R)
радиоволн в атмосфере в функции расстояния
между РЛС и ВС, п
редставлены
на рис. 3.
Потери мощности из-за уменьшения дифференциального коэффициента усиления запросной антенны при отклонении угла места Δθ от его значения, при котором коэффициент усиления имеет максимум, можно определить по ДН суммарного луча антенны в вертикальной плоскости, показанной на рис.4.
Представленная на рисунке ДН принадлежит антенне CSL-M моноимпульсного вторичного радиолокатора IRS-20MP/L фирмы Indra. Диаграмма является типичной для большинства антенн современных моноимпульсных вторичных РЛС.
Представленные на рис.2. графики относятся к случаям, когда угол места θ соответствует максимальному коэффициенту усиления суммарного лепестка ДН запросной антенны (кривые 1 и 3), а отклонение угла места Δθ от этого значения составляет –70.
Аналогичным образом, используя данные, представленные на рис.4, можно построить семейство таких же кривых превышения М для любых значений Δθ.
Далее, задаваясь определёнными пороговыми значениями превышения (на рис. 2. это – 8 и 10 дБ), по точкам пересечения кривых превышения, построенных для различных углов Δθ, с линиями порогов можно построить зоны обнаружения вторичной РЛС по запросу и ответу.
В качестве реального примера на рис. 5 показаны две такие зоны обнаружения по запросу, построенные для случаев, когда превышение принимаемых ответчиком сигналов над мощностью, соответствующей чувствительности приемника ответчика, составляет 8 дБ (кривая 1) и 10 дБ (кривая 2).
При этом предполагалось, что максимум вертикальной ДНА направлен под углом +70 относительно линии горизонта, а все остальные параметры вторичной РЛС соответствуют данным, использованным при построении графиков, представленных на рис.2.
Аналогичным образом могут быть построены и зоны обнаружения вторичной системы по ответу.
Выбор порогов для кривых превышения зависит от требований, предъявляемых к вероятности правильного обнаружения цели и вероятности правильного декодирования принимаемой дополнительной информации. Очевидно, чем выше эти пороги, тем больше будут указанные вероятности, но тем меньше будут соответствующие зоны обнаружения.