Точність вимірювання азимута

Точність вимірювання азимута визначається систематичними та випадковими похибками. Систематичні похибки під час вимірювання азимута можуть виникати при неточному орієнтуванні антенної системи ЛС і в разі невідповідності між положенням антени та електричною масштабною шкалою азимута.

Випадкові похибки вимірювання азимута цілі обумовлюються нестабільністю роботи системи обертання антени, нестабільністю схеми формування відміток азимута, а також похибками зчитування.

Середньоквадратична похибка вимірювання азимута:

Продовження дод. 2

 

,

де γ_α – коефіцієнт погіршення точності визначення азимута реальної ЛС. Він визначається за формулами, аналогічними формулам для визначення γ_R.

Точність вимірювання кута місця

Точність вимінювання кута місця визначається практично тими ж факторами, що й точність вимірювання азимута. Середньоквадратичну похибку вимірювання кута місця можна оцінити за формулою:

 

,

де γ_β – коефіцієнт погіршення визначення кута місця реальної ЛС.

 

Увага! Необхідно обґрунтувати і визначити вимоги до основних тактичних характеристик у відповідності до призначення даної ЛС, норм і міжнародних рекомендацій. Тільки після цього можна перейти до розрахунків технічних параметрів системи, які дозволять забезпечити необхідні тактичні характеристики. При цьому слід зважати на те, що на деякі технічні параметри також існують норми або обмеження, які обов’язково необхідно взяти до уваги. Зокрема, одним з технічних параметрів, який дуже часто регламентується міжнародними і державними нормами, є робоча частота ЛС (діапазон довжин хвиль).

Технічні параметри ЛС:

- робоча довжина хвиліλ або діапазон хвиль;

- потужність передавача Р _пер;

- чутливість приймача Р _{пр min};

- тривалість імпульсу τ_і;

Продовження дод. 2

 

- частота повторення зондувальних імпульсів F _п;

- швидкість обертання антени Ω;

- форма і ширина діаграми направленості в горизонтальній θ і вертикальній φплощинах;

- тип і розміри антени;

- кількість імпульсів в пакеті N _і;

- енергія, яку споживає станція.

Вибір довжини хвилі

Діапазон хвиль, що використовується в радіолокаційній техніці, лежить в області метрових, дециметрових, сантиметрових та міліметрових хвиль. Від довжини хвиль ЛС залежать розміри антенної системи при необхідних значеннях ширини діаграми направленості та коефіцієнта направленої дії антени. Використання більш коротких хвиль при тих же розмірах антени дозволяє покращити роздільну здатність і точність відліку кутових координат. При виборі довжини хвилі необхідно враховувати поглинальні та розсіювальні властивості гідрометеорів і атмосфери, можливість отримання необхідної потужності від передавача і забезпечення необхідної чутливості приймача.

У діапазонах сантиметрових і особливо міліметрових хвиль інтенсивне поглинання електромагнітних коливань викликає небажане зменшення дальності дії станції. Крім того, гідрометеори в цих діапазонах можуть бути джерелами інтенсивного відбиття, що перешкоджає або навіть повністю унеможливлює спостереження цілей.

При виборі довжини хвилі слід враховувати, що період високочастотних коливань повинен бути в 50–100 разів меншим за тривалість імпульсу. Таким чином, вибір робочої довжини хвилі повинен проводитись з урахуванням особливостей ЛС і впливу довжини хвилі на її тактичні характеристики. Наприклад, ЛС дальнього спостереження, від якої не вимагається дуже високої роздільної здатності і великої точності вимірювання кутових координат, може працювати в діапазоні дециметрових або навіть метрових хвиль, в той час, коли для ЛС ближньої дії, як правило, важливі високі точність відліку кутових координат та роздільна

Продовження дод. 2

 

здатність. В таких випадках слушно використовувати сантиметрові, а інколи і міліметрові хвилі, оскільки при загальному невеликому радіусі дальності дії станції затухання електромагнітних хвиль в атмосфері буде впливати ще не дуже сильно.

В багатьох випадках робоча частота станції визначається прийнятими міжнародними нормами і державними стандартами згідно затвердженого розподілу частот. Тому після обґрунтування необхідного частотного діапазону, виходячи із фізичних міркувань, необхідно узгодити прийняте рішення про довжину хвилі з існуючими нормами на радіолокаційну систему даного призначення.

Потужність передавача

Під імпульсною потужністю передавача Р _пер розуміють середню за час дії імпульсу потужність, що віддається передавачем до фідерної системи. Випромінювана потужність Р _вип і потужність передавача зв’язані між собою співвідношенням Р _вип = ηР _пер, де η – ККД антенно-фідерної системи.

Залежно від призначення станції потужність випромінюваних імпульсів вибирають від одиниць кіловат до тисяч кіловат. Потужність випромінювання розраховують відповідно з основним рівнянням радіолокації. Методика розрахунку імпульсної потужності наведена в працях [10 ], [13], [14].

Імпульсна потужність зв’язана з середньою потужністю передавача за період слідування імпульсу Р _ср виразом:

.

Величина середньої потужності відносно невелика.

Чутливість приймача

Приймальний пристрій здійснює виявлення сигналів. Виявлення сигналів при узгодженій фільтрації некогерентного пакету імпульсів може бути зведене до таких операцій:

- оптимальна фільтрація кожного імпульсу пакета;

- амплітудне детектування;

- синхронне інтегрування відеоімпульсів;

Продовження дод. 2

 

- випробування сумарного сигналу на поріг.

Перші дві операції виконує приймальний пристрій, а решта може бути реалізована у приймальному пристрої, процесорі або у вихідному пристрої. Застосування оптимальної обробки сигналів дозволяє зменшити порогову потужність, тобто підвищити чутливість приймача. Під пороговою потужністю Р _пор радіолокаційного приймача розуміють мінімальну потужність сигналу на його вході, при якій забезпечується прийом та виявлення відбитих сигналів із зданими ймовірностями правильного виявлення цілі D та хибної тривоги F. Порогова потужність по суті є реальною чутливістю приймача Р _{пр min}. Вона залежить від необхідного відношення сигнал-шум на виході приймача - виявляча, часу спостереження, шумових властивостей та смуги пропускання приймача, а також особливостей обробки сигналів і втрат у різних елементах локаційної системи. Чутливість радіолокаційного приймача розраховується за формулою

,

де N _ш – коефіцієнт шуму приймача;

k – стала Больцмана, k = 1,37·10^-23 Дж/град;

Т ₀ – температура (при розрахунках можна задати Т ₀ = 300 К);

– коефіцієнт розрізнення, який показує співвідношення між і потужністю власного шуму приймача = ;

– смуга пропускання приймача.

Найбільш відповідальним етапом розрахунку чутливості є визначення необхідного коефіцієнта розрізнення . Теоретичне значення порогового відношення сигнал-шум визначається сумарною енергією сигналу (наприклад, пакету імпульсів) і спектральною потужністю шуму , а завжди визначається відносно одиничного сигналу (одного імпульсу з пакету). Крім того, характеризує теоретично необхідне відношення сигнал-шум без урахування недосконалості реальної

 

Продовження дод. 2

 

апаратури, а коефіцієнт розрізнення повинен визначатися з урахуванням реальних втрат у системі.

Для визначення можна використовувати таку методику.

Спочатку знаходимо необхідне відношення сигнал-шум яке залежить від заданих імовірностей правильного виявлення і хибної тривоги . Для цього можна скористатися характеристиками виявлення для відповідної моделі сигналу. Якщо мова іде, наприклад, про виявлення пакету некогерентних імпульсів, то доцільно користуватися моделлю сигналу з випадковими початковою фазою і амплітудою. Графіки характеристик виявлення наведені в [4], с. 162. Вони дозволяють знайти для низки величин і заданого . Але розрахунки можна виконати і аналітично. Сучасні прикладні програми, наприклад MathCad, дають можливість легко розраховувати потрібні величини для будь-яких вихідних даних. Зокрема, для указаної моделі сигналу робочі характеристики виявлення можна виразити у вигляді рівняння

,

яке легко розв’язати відносно .

Далі необхідно визначити кількість імпульсів у пакеті N _і. Вона залежить для ЛС кругового огляду від ширини діаграми направленості в горизонтальній площині θ, швидкості обертання антени Ω та частоти слідування зондувальних імпульсів F _п, а саме:

.

При некогерентному накопиченні імпульсів пакету зв’язок між і можна записати у вигляді

,

Продовження дод. 2

 

де коефіцієнти враховують різні види втрат, які зменшують реальне відношення сигнал-шум і які необхідно компенсувати шляхом підвищення коефіцієнту розрізнення порівняно до теоретичного значення . Якщо немає точних відомостей про втрати в різних елементах локаційної системи , то можна при орієнтовних розрахунках прийняти загальні втрати =10.

При неоптимальній або квазіоптимальній фільтрації для забезпечення тих же ймовірностей D і F, що і при використанні узгодженого фільтра, порогова потужність зростає.

Відношення сигнал-шум при квазіоптимальній фільтрації в разів менше, ніж при узгодженій (оптимальній) фільтрації, де – відношення сигнал-шум на виході оптимального фільтра. Для приймача, що приймає прямокутні імпульси і має смуговий фільтр, смуга пропускання якого оптимальна за Сіфоровим (), відношення » 1,2, тобто коефіцієнт розрізнення має бути у 1,2 рази більше ніж при використанні узгодженого фільтра. Зазвичай втрати через відмінності АЧХ фільтра від ідеального узгодженого фільтра враховуються одним із коефіцієнтів = у формулі для .

З наведеного вище виразу бачимо, що чутливість приймача погіршується із збільшенням смуги пропускання Δ f через збільшення потужності шумів Р _ш.

Чутливість приймача може виражатися як у ватах, так і у децибелах відносно опорної потужності Р₀:

.

За відліковий рівень зазвичай приймають Р₀ = 10^-3 Вт=1 мВт.

Наприклад, Р _{пр min} = 10^-13 Вт відповідає 100 дБ відносно 1мВт.

Продовження дод. 2

Вибір тривалості імпульсів

Основним принципом вибору тривалості імпульсів (за виключенням деяких випадків ЛС дальнього виявлення) є забезпечення роздільної здатності по дальності з урахуванням того, що:

.

Від тривалості імпульсу залежить також і мінімальна дальність дії R _min. Зменшення тривалості імпульсу зменшує ефективну площу відбитків від розподілених об’єктів, таких як хмари, опади та земна поверхня.

У сантиметровому діапазоні хвиль тривалості зондувальних імпульсів зазвичай лежать в межах від 0,1 до 2 мкс, в міліметровому діапазоні тривалість імпульсів може бути значно меншою – до сотих і навіть тисячних часток мікросекунди.