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 1,5810^-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 0,2510^-6...0,410^-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>(-7^о) = -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.