Параметры,определяющие зону обнаружения вторичных моноимпульсных обзорных радиолокаторов
В отличие от первичных радиолокаторовпри вторичной радиолокации дальность действия определяется системой уравнений
/> (1)
В этих уравнениях:
R3 – дальность действия вторичной РЛСпо 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 приемниказапросчика;
Pпр.min.0 – чувствительность приемникаответчика;
SА0 – эффективная площадь антенныответчика;
SА3 – эффективная площадь антеннызапросчика;
L∑3 – суммарные потери мощности позапросу;
L∑0 – суммарные потери мощности поответу;
Учитывая, что
/>,
система уравнений (1) может бытьприведена к более удобному виду
/>, (2)
где λ3 –длина волны при работе системы по запросу; λ0– длина волны приработе системы по ответу.
С энергетической точкизрения система вторичной радиолокации будет считаться оптимальной, если R3= R0,
/>.
Учитывая, что /> и />, получаем для оптимальнойсистемы
/>.
Так как вторичная РЛС содержит всвоем составе и наземное, и бортовое оборудование, и обе эти части взаимосвязаны,государственные стандарты и рекомендации ICAO и Евроконтроля устанавливаютнормы не только на тактические, но и на технические параметры вторичныхрадиолокаторов и ответчиков.
Для уменьшения уровнявнутрисистемных помех государственными стандартом и международными нормами рекомендуетсявыбирать эффективную излучаемую мощность запросчика, т.е. произведение />, такой, чтобы она непревышала минимум, необходимый для обеспечения требуемой зоны обзора.
Для предотвращенияизлишних запусков ответчиков и уменьшения числа несинхронных ответов вовторичных ОРЛ должна быть предусмотрена возможность оперативного уменьшенияэффективной излучаемой импульсной мощности.
Для запросчиков,работающих в селективных режимах, эффективная излучаемая мощность /> не должна превышать 58,5 дБ/Втпри 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 нехуже минус 122 дБ/Вт (6,31∙10-13 Вт).
Мощность передатчика в импульсесамолётного ответчика должна быть не менее 300 и не более 800 Вт. Документ ICAOи государственный стандарт для ответчиков, работающих в селективных режимах,дают более корректную рекомендацию по этому поводу: пиковая выходная мощностькаждого импульса ответа, измеренная на клеммах антенны, т.е. за вычетом всехпотерь в фидерном тракте, должна лежать в пределах 21...27 дБ/Вт (126...501 Вт).
На высотах до 4570 м при тех же условияхразрешается иметь пиковую мощность в пределах 18,5...27 дБ/Вт (71...501 Вт).
Чувствительностьприёмника 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, работающихна 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 взависимость от заданного процента ответов. При этом учитываются толькоправильные ответы, содержащие данные, соответствующие типу запроса.
Для запросов в режимахRBS и УBД, запросов общего вызова и запросов режима S минимальный пороговыйуровень для приёмников селективных ответчиков должен определяться в зависимостиот минимального входного уровня мощности, обеспечивающего 90%-ную вероятностьответа, и должен составлять минус (104/>3)дБ/Вт, т.е. лежать в приделах 2·10-11 до 7,94·10-11Вт.Чувствительность приёмников, также как и выходную мощность передатчикаответчика, измеряют при этом на выходных (входных) клеммах антенны.
Для современных моноимпульсныхвторичных РЛС и ответчиков характерны следующие значения параметров,определяющих их максимальную дальность действия:
– импульсная мощностьпередатчика запросчика P3 лежит в пределах 1,6...5,4 кВт свозможностью ступенчатого оперативного уменьшения на 3, 6 и 12 дБ ;
– импульсная мощностьпередатчика самолётного ответчика P0в большинстве случаевлежит в пределах 126...500 Вт;
– чувствительностьприёмников запросчиков Pnp.min3 ориентировочно равна минус110...120 дБ/Вт, соответствующие значения коэффициента шума Кшравны 9...5 дБ;
– чувствительностьприёмников ответчиков Рпр.min.о равна минус100...104 дБ/Вт с возможностью оперативного ухудшения при перегрузке ответчикаизлишне частыми запросами;
– коэффициент усиленияантенны запросчика G3 равен 27...29 дБ;
– коэффициент усиленияантенны ответчика G0равен приблизительно 0 дБ;
– общий коэффициентпотерь мощности в фидерном тракте запросчика Lф.3ориентировочно равен 4,5 дБ;
– общий коэффициентпотерь мощности в фидерном тракте ответчика Lф.d ориентировочноравен 3 дБ;
– максимальная дальностьдействия вторичных моноимпульсных РЛС по запросу и ответу Rmax.з иPmax.0 обычно лежит в пределах 400...500 км для ВС,находящихся на высоте 12000 м;
– инструментальнаядальность действия Rmax.инстр., определяемая в первую очередьпараметрами аппаратуры обработки принимаемой информации, устанавливается обычнона уровне 256 морских миль (470 км).
Такой параметр, как максимальнаядальность действия вторичной РЛС, даёт лишь ориентировочные представления оинформационных возможностях радиолокатора.
Более полные сведения в этом планедает такая характеристика радиолокатора, как его зона обнаружения, т. е.пространство, в пределах которого радиолокатор обнаруживает цели свероятностными характеристиками, не хуже заданных.
Применительно к вторичнойрадиолокации понятие о зоне обнаружения несколько видоизменяется. В ней вместоэффективной отражающей площади цели вводятся параметры ответчика, определяетсязона обнаружения не только по запросу, но и по ответу.
Кроме зоны обнаружения покоординатной информации определяется также зона приёма дополнительной полётнойинформации с заданной вероятностью правильного воспроизведения передаваемойинформации в условиях определённой помеховой обстановки.
В качестве основы дляопределения зоны обнаружения вторичной РЛС обычно принимается расчёт мощности,поступающей на вход приёмника ответчика Рпр.0 при запросе илина вход приёмника запросчика Рпр.3 при ответе в функциирасстояния между радиолокатором и ВС R и угла места q°, под которым находится ВС:
при запросе />;
при ответе />.
Затем находят превышение Мпринимаемой мощности над чувствительностью соответствующего приёмника Pnp.min.0 и Pnp. min.3:
по запросу />;
по ответу />.
Последней операциейявляется назначение пороговых значений М3пор. и М0пор., прикоторыхобеспечиваются необходимые вероятности обнаружение целей иправильного декодирования кодов дополнительной информации ответных сигналов.
Одновременно производитсяопределение соответствующих предельных значений максимальной дальности действияRmax 3 и Rmax.0 и построение зон обнаруженияпо запросу и ответу в координатах дальность R, высота Н суказанием углов места q.
Расчёт принимаемой мощностипроизводится в соответствии с уравнениями (3), претерпевшими незначительныеизменения по сравнению с уравнениями (2):
/>. (3)
В этих выражениях
/>; />,
где С – скоростьраспространения света; f3 = 1030 МГц; f0=1090МГц;
/>
где Lзат (R)– потери мощности из-за затухания радиоволн в атмосфере в функции расстояния R;
Lpаc. (R) – потери мощности из-зарассеивания радиоволн в атмосфере в функции расстояния;
Lф3 – потери мощности в фидерном трактезапросчика;
Lф0 – потери мощности в фидерном трактеответчика;
L∆G (q) – потери мощности, связанные с уменьшением коэффициентаусиления антенны запросчика в зависимости от угла места по сравнению с максимальнымкоэффициентом усиления G3 антенны.
При этом предполагается,что коэффициент усиления антенны ответчика в реальных условиях не зависит отугла места.
Для удобства расчётовуравнения (3) обычно записываются в логарифмической форме и все значениявеличин, входящих в эти уравнения, подставляют в децибелах. Линейные величины Rи λ берут в одинаковых единицах, например, в [км]. Тогда
/>
/>
Соответствующие превышения Мбудут записаны в этом случае следующим образом:
/>;
/>.
В качестве реальногопримера на рис. 2 показаны результаты расчёта превышения мощности, принимаемойсамолётным ответчиком (кривые 1 и 3), и мощности, принимаемойзапросчиком (кривые 2 и 4), над уровнем мощности, соответствующимчувствительности приёмника ответчика и чувствительности приёмника запросчика.
/>
Кривые 1 и 2относятся к случаю, когда коэффициент усиления антенны запросчика равенмаксимальному значению 27 дБ [L∆G(q) = 0 дБ].
Для кривых 3 и4 – угол q отличается отугла места, соответствующего максимуму ДНА в вертикальной плоскости, на –7°. Изменение коэффициента усиленияантенны запросчика в этом случае будет равно –6 дБ [L∆G(-7о)= -6 дБ].
В качестве исходных данных при этомпринимались следующие наиболее характерные для моноимпульсных вторичных радиолокаторови 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 (-109дБ/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-зауменьшения дифференциального коэффициента усиления запросной антенны приотклонении угла места Δθ от его значения, при котором коэффициентусиления имеет максимум, можно определить по ДН суммарного луча антенны ввертикальной плоскости, показанной на рис.4.
Представленная на рисункеДН принадлежит антенне CSL-M моноимпульсного вторичного радиолокатораIRS-20MP/L фирмы Indra. Диаграмма является типичной для большинстваантенн современных моноимпульсных вторичных РЛС.
Представленные на рис.2.графики относятся к случаям, когда угол места θ соответствуетмаксимальному коэффициенту усиления суммарного лепестка ДН запросной антенны(кривые 1 и 3), а отклонение угла места Δθ от этогозначения составляет –70.
Аналогичным образом,используя данные, представленные на рис.4, можно построить семейство таких жекривых превышения М для любых значений Δθ.
Далее, задаваясьопределёнными пороговыми значениями превышения (на рис. 2. это – 8 и 10 дБ), поточкам пересечения кривых превышения, построенных для различных угловΔθ, с линиями порогов можно построить зоны обнаружения вторичной РЛСпо запросу и ответу.
/>
В качестве реальногопримера на рис. 5 показаны две такие зоны обнаружения по запросу, построенныедля 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 +70относительнолинии горизонта, а все остальные параметры вторичной РЛС соответствуют данным,использованным при построении графиков, представленных на рис.2.
/>
Аналогичным образом могутбыть построены и зоны обнаружения вторичной системы по ответу.
Выбор порогов для кривых превышениязависит от требований, предъявляемых к вероятности правильного обнаружения целии вероятности правильного декодирования принимаемой дополнительной информации.Очевидно, чем выше эти пороги, тем больше будут указанные вероятности, но темменьше будут соответствующие зоны обнаружения.