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:
R3 – дальность действия вторичной РЛС
по запросу;
R0 – дальность действия вторичной РЛС по ответу;
P3 – импульсная мощность запросчика;
Р0 – импульсная мощность ответчика;
G3 – коэффициент усиления антенны запросчика;
G0 – коэффициент усиления антенны ответчика;
Pпр.min.3 – чувствительность приемника
запросчика;
Pпр.min.0 – чувствительность приемника
ответчика;
SА0 – эффективная площадь антенны
ответчика;
SА3 – 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 λ3 –
длина волны при работе системы по запросу; λ0 – длина волны при
работе системы по ответу.
С энергетической точки
зрения система вторичной радиолокации будет считаться оптимальной, если R3
= R0,
.
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 P3 лежит в пределах 1,6...5,4 кВт с
возможностью ступенчатого оперативного уменьшения на 3, 6 и 12 дБ ;
– импульсная мощность
передатчика самолётного ответчика P0 в большинстве случаев
лежит в пределах 126...500 Вт;
– чувствительность
приёмников запросчиков Pnp.min3 ориентировочно равна минус
110...120 дБ/Вт, соответствующие значения коэффициента шума Кш
равны 9...5 дБ;
– чувствительность
приёмников ответчиков Рпр.min.о равна минус
100...104 дБ/Вт с возможностью оперативного ухудшения при перегрузке ответчика
излишне частыми запросами;
– коэффициент усиления
антенны запросчика G3 равен 27...29 дБ;
– коэффициент усиления
антенны ответчика G0 равен приблизительно 0 дБ;
– общий коэффициент
потерь мощности в фидерном тракте запросчика Lф.3
ориентировочно равен 4,5 дБ;
– общий коэффициент
потерь мощности в фидерном тракте ответчика Lф.d ориентировочно
равен 3 дБ;
– максимальная дальность
действия вторичных моноимпульсных РЛС по запросу и ответу Rmax.з и
Pmax.0 обычно лежит в пределах 400...500 км для ВС,
находящихся на высоте 12000 м;
– инструментальная
дальность действия Rmax.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 Рпр.0 при запросе или
на вход приёмника запросчика Рпр.3 при ответе в функции
расстояния между радиолокатором и ВС R и угла места q°, под которым находится ВС:
при запросе ;
при ответе .
Затем находят превышение М
принимаемой мощности над чувствительностью соответствующего приёмника Pnp.
min.0 и Pnp. min.3:
по запросу ;
по ответу .
Последней операцией
является назначение пороговых значений М3пор. и М0пор., при
которых обеспечиваются необходимые вероятности обнаружение целей и
правильного декодирования кодов дополнительной информации ответных сигналов.
Одновременно производится
определение соответствующих предельных значений максимальной дальности действия
Rmax 3 и Rmax.0 и построение зон обнаружения
по запросу и ответу в координатах дальность R, высота Н с
указанием углов места q.
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; f3 = 1030 МГц; f0=1090
МГц;
где Lзат (R)
– потери мощности из-за затухания радиоволн в атмосфере в функции расстояния R;
Lpаc. (R) – потери мощности из-за
рассеивания радиоволн в атмосфере в функции расстояния;
Lф3 – потери мощности в фидерном тракте
запросчика;
Lф0 – потери мощности в фидерном тракте
ответчика;
L∆G (q) – потери мощности, связанные с уменьшением коэффициента
усиления антенны запросчика в зависимости от угла места по сравнению с максимальным
коэффициентом усиления G3 антенны.
При этом предполагается,
что коэффициент усиления антенны ответчика в реальных условиях не зависит от
угла места.
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(q) = 0 дБ].
Для кривых 3 и
4 – угол q 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:
Р3 = 4 кВт (36 дБ/Вт);
Р0 = 300 Вт (24,8 дБ/Вт);
G3 = 500 (27 дБ);
G0 = 1 (0 дБ);
λ3 =
29,126.10-5 км (-35,36 дБ);
λ0 =
27,5210-5 км (-35,6 дБ/км);
Lф.3 =2,82 (4,5 дБ);
Lф.о = 2 (3 дБ);
Рпр.min.0 = 10-10 Вт (-100 дБ/Вт);
Рпр.min.3 = 1,26.10-11 Вт (-109
дБ/Вт).
Значения потерь,
связанных с затуханием Lзат(R) и рассеянием Lрас
(R) радиоволн в атмосфере в функции расстояния между РЛС и ВС,
представлены 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.