Радарный горизонт

Радарный горизонт является критической областью работы систем обнаружения самолетов , определяемой расстоянием, на котором луч радара поднимается достаточно над поверхностью Земли, чтобы обеспечить обнаружение цели на минимально возможном уровне. Он связан с маловысотной областью действия, а его геометрия зависит от местности, высоты радара и обработки сигнала. Это понятие связано с понятиями радиолокационной тени , зоны помех и свободной зоны .

Воздушные объекты могут использовать зону тени радара и зону помех, чтобы избежать обнаружения радаром, используя метод, называемый навигацией по земной коре . ^[1]

Определение

Без учета рефракции в атмосфере радиолокационный горизонт будет равен геометрическому расстоянию $D_{h}$ от РЛС до горизонта только с учетом высоты $H$ радара над уровнем моря и радиус Земли $R_{e}$ (приблизительно 6,4·10 ³ км):

D_{h}={\sqrt {2\times H\times R_{e}+H^{2}}}

Когда H мал по сравнению с $R_{e}$ , это можно аппроксимировать следующим образом:

D_{h}={\sqrt {2\times H\times R_{e}}}

[Процентная ошибка, которая увеличивается примерно пропорционально высоте, составляет менее 1%, когда H меньше 250 км.]

При таком расчете горизонт для радара на высоте 1 миля (1,6 км) составит 89 миль (143 км). Горизонт радара с высотой антенны 75 футов (23 м) над океаном составляет 10 миль (16 км). Однако, поскольку давление и содержание водяного пара в атмосфере меняются с высотой, путь луча радара преломляется из-за изменения плотности. В стандартной атмосфере электромагнитные волны обычно отклоняются или преломляются вниз. Это уменьшает зону тени , но вызывает ошибки в измерении расстояния и высоты. На практике найти $D_{h}$ , необходимо использовать значение 8,5·10 ³ км для эффективного радиуса Земли $R_{e}$ (4/3 от него), вместо настоящего. ^[2]

Таким образом, уравнение становится:

D_{h}={\sqrt {2\times H\times \left({\frac {4R_{e}}{3}}\right)}}

И для тех же примеров: радиолокационный горизонт для радара на высоте 1 мили (1,6 км) будет 102 мили (164 км), а на высоте 75 футов (23 м) будет 12 миль (19 км). .

Кроме того, слои с обратной тенденцией температуры или влажности вызывают атмосферные волноводы , которые изгибают луч вниз или даже улавливают радиоволны, чтобы они не распространялись вертикально. Это явление происходит в двух случаях:

Тонкий устойчивый слой повышенной влажности
Стабильная инверсия температуры

Влияние воздуховода усиливается по мере падения частоты. Ниже 3 МГц весь объем воздуха действует как волновод, заполняя тень радара, а также снижает чувствительность радара над зоной воздуховода. Воздуховоды заполняют теневую зону, увеличивают расстояние до зоны помех и могут создавать отражения для радаров с низким PRF , выходящие за пределы инструментального диапазона .

Ограничивающие факторы

Теневая зона

Объекты за пределами Dh будут видны только в том случае, если высота удовлетворяет следующему требованию:

H_{T}>{\frac {\left(R_{T}-{\sqrt {2\times H\times R_{e}}}\right)^{2}}{2\times R_{e}}}

где $H_{T}$ - это высота цели и $R_{T}$ это целевой диапазон.Объекты ниже этой высоты находятся в тени радара.

Зона беспорядка

Зона помех — это место, где энергия радара находится на высоте нескольких тысяч футов над уровнем моря. Это распространяется на расстояние около 120% радиолокационного горизонта.

На земле под этими углами возвышения находится большое количество отражателей. Преобладающие ветры со скоростью около 15 миль в час заставляют эти отражатели двигаться, и этот ветер поднимает в воздух более мелкие объекты. Это вмешательство называется помехой .

Зона помех включает прибрежную зону и местность при работе на суше или вблизи нее.

Луч $1^{o}$ к тому времени, как импульс радара достигнет 10 миль (16 км), будет освещать миллионы квадратных футов поверхности. Цели обычно намного меньше, поэтому будут замаскированы беспорядком. Отражения от помех могут создать нежелательные ложные цели.

Антенна для радара без улучшения обработки сигнала для уменьшения помех обычно не направлена на землю, чтобы не перегружать компьютеры и пользователей.

Индикация движущейся цели (MTI) может уменьшить помехи примерно на 35 дБ. Это позволяет объектам площадью до 1000 квадратных футов (93 м²) ²), чтобы быть обнаруженным. Преобладающий ветер и погода могут ухудшить характеристики MTI, а MTI вводит слепые скорости . ^[3]

Импульсно-доплеровский радар может уменьшить помехи более чем на 60 дБ, что позволяет объектам площадью менее 1 квадратного фута (0,093 м2) ²) для обнаружения без перегрузки компьютеров и пользователей. Системы, использующие импульсно-доплеровскую обработку сигналов с отклонением скорости, установленной выше скорости ветра, не имеют зоны помех. Это означает, что чистая область простирается до самой земли.

Очистить регион

— Чистая область это зона, которая начинается в нескольких километрах от радиолокационного горизонта при малых углах места.

Ясной областью также является зона над малыми углами места с ясным небом.

В районах с погодой и сильной биологической активностью (дождь, снег, град, сильный ветер и миграция) четкой области нет.

За горизонтом

Разработан ряд радиолокационных систем, позволяющих обнаруживать цели в теневой зоне. Эти системы известны под общим названием «загоризонтные радары» . Обычно используются три системы; наиболее распространенная использует ионосферу в качестве отражателя и направляет сигнал в небо, а затем прослушивает крошечные сигналы, возвращаемые с неба, другие используют бистатическую схему с удаленными антеннами, которые ищут объекты, проходящие между ними, и небольшое количество систем используйте «ползущие волны», которые перемещаются в теневую зону.

См. также

Ссылки

^ «Принципы радиолокации» (PDF) . Университет Иллинойса.
^ «Радарная линия видимости» . Радартуториал . Проверено 27 ноября 2011 г.
^ Мерилл и Скольник. Справочник по радарам . МакГроу-Хилл.

[1] «Принципы радиолокации» (PDF) . Университет Иллинойса.

[2] «Радарная линия видимости» . Радартуториал . Проверено 27 ноября 2011 г.

[3] Мерилл и Скольник. Справочник по радарам . МакГроу-Хилл.

[1]

[2]

[3]