Глава шестая. Факторы, определяющие дальность радиолокации

6.1. Дальность радиолокации в свободном пространстве

Ранее во второй главе было показано (2.5), что мощность отраженного сигнала на входе приемника при отсутствии потерь в атмосфере равна

Если эта мощность будет больше или равна той пороговой мощности Р_пор, при которой отраженный сигнал может быть выделен на фоне помех, то цель будет обнаружена.

Таким образом, максимальная дальность радиолокации определяется из условия Р₂ = Р_пор как

Из этой формулы видно, что увеличение мощности генератора высокой частоты и повышение чувствительности приемника в одинаковой мере сказываются на увеличении дальности радиолокации. Разумеется, что с энергетической точки зрения целесообразнее увеличивать дальность радиолокации путем повышения чувствительности приемника, поскольку при этом отпадает необходимость в увеличении потребляемой от источников питания мощности.

Формулу (6.1) можно представить и в других видах.

Так как

где S₁ - эффективная площадь передающей антенны,

то

Увеличение дальности радиолокации с укорочением волны объясняется тем, что при неизменном значении эффективной площади передающей антенны S₁ коэффициент усиления G₁ с укорочением длины полны возрастает.

Для согласованного входа приемника эффективная площадь приемной антенны

Подставляя это значение S₂ в формулу (6.1), получаем

Уменьшение дальности радиолокации с укорочением длины волны объясняется тем, что при неизменном значении коэффициента усиления приемной антенны G₂ эффективная площадь S₂ с укорочением длины волны уменьшается.

Можно R_макс выразить также через ширину диаграммы направленности передающей и приемной антенн.

Для остронаправленных антенн с игольчатыми диаграммами направленности

где θ_а - ширина диаграммы направленности в радианах на уровне 0,5 по мощности.

Подставляя это значение G в формулу (6.1) и полагая G₁ = G₂, получаем

Из полученной формулы следует, что для увеличения дальности радиолокации целесообразно ширину диаграммы направленности антенны уменьшать. Однако применение узких диаграмм направленности влечет за собой необходимость периодического их перемещения с целью обеспечения просмотра всей заданной области обзора. Разумеется, что такой последовательный просмотр пространства требует определенного времени, которое тем больше, чем уже диаграмма направленности.

Таким образом, увеличение дальности радиолокации за счет уменьшения ширины диаграммы направленности влечет за собой увеличение времени обзора.

Из формулы (6.4) следует также, что с увеличением длины волны дальность радиолокации возрастает. Это объясняется тем, что неизменное значение ширины диаграммы направленности приемной антенны при увеличении длины волны может быть достигнуто путем соответствующего увеличения эффективной площади S₂.

Выше в параграфе 5.4 было показано, что пороговая мощность зависит от заданных значений вероятностей правильного обнаружения цели и ложной тревоги, параметров сигналов и помех, метода обработки сигналов и времени их накопления. Если помехи представляют собой белый шум, то при оптимальной фильтрации пачки высокочастотных импульсов (рис. 5.3), пороговая мощность, согласно формуле (5.66), равна

В другом наиболее распространенном в практике радиолокации случае, когда обработка пачки импульсов осуществляется путем фильтрации каждого из импульсов с последующим последетекторным интегрированием

Здесь - коэффициент потерь, учитывающий увеличение P_пор за счет неоптимальности фильтрации импульса, эффекта подавления сигнала шумом при детектировании, неидеальности интегратора и других менее важных факторов. Если потерями в интеграторе можно пренебречь, то коэффициент ξ, согласно формулам (5.62), (5.63) и (5.66), равен

При Δf = ¹/_τ и n > 10 ξ ≅ 1.

Подставив значение Р_пор в формулу (6.1), получим

Но

где Р_ср - средняя мощность передатчика.

Тогда

Как видим, дальность радиолокации тем больше, чем больше средняя мощность передатчика и длительность пачки импульсов и чем меньше коэффициент потерь и коэффициент шума приемника.

Если станция работает в режиме сопровождения, то под τ_п следует понимать время интегрирования импульсов.