Параметри, що визначають зону виявлення моноімпульсних вторинних оглядових радіолокаторів

2. Параметри, що визначають зону виявлення моноімпульсних вторинних оглядових радіолокаторів

На відміну від первинних радіолокаторів у вторинній радіолокації дальність дії визначається системою рівнянь:

,(1)

де R3 – дальність дії вторинної радіолокаційної системи за запитом; RВІДП – дальність дії вторинної радіолокаційної системи за відповіддю; P3 – імпульсна потужність запитувача; РВІДП – імпульсна потужність відповідача; G3 – коефіцієнт підсилення антени запитувача; GВІДП – коефіцієнт підсилення антени відповідача; PПРmin3 – чутливість приймача запитувача; PПРminВІДП – чутливість приймача відповідача; SАВІДП – ефективна площа антени відповідача; SА3 – ефективна площа антени запитувача; L∑ 3 – сумарні втрати потужності за запитом; L∑ ВІДП – сумарні втрати потужності за відповіддю.

З огляду на те, що

,

система рівнянь (1) може бути приведена до більш зручного вигляду

,(2)

де λ 3 – довжина хвилі при роботі системи за запитом; λВІДП – довжина хвилі під час роботи системи за відповіддю.

З енергетичної точки зору система вторинної радіолокації вважатиметься оптимальною, коли R3 = RВІДП, тобто коли

.

З огляду на те, що  і , одержуємо для оптимальної системи

.

Оскільки, вторинна радіолокаційна система складається з наземного і бортового обладнання, і обидві ці частини взаємозалежні, державні стандарти і рекомендації ICAO і Євроконтролю встановлюють норми не тільки на тактичні, але і на технічні параметри ВРЛ і відповідачів.

Для зменшення рівня внутрішніх системних завад державним стандартом і міжнародними нормами рекомендується обирати ефективну випромінювану потужність запитувача, тобто добуток , такий, щоб вона не перевищувала мінімуму для забезпечення необхідної зони огляду. Для запобігання зайвих запусків відповідачів і зменшення кількості несинхронних відповідей в оглядових ВРЛ повинна бути передбачена можливість оперативного зменшення ефективної випромінюваної імпульсної потужності. Для запитувачів, які працюють у селективних режимах, ефективна випромінювана потужність  не повинна перевищувати 58,5 дБ/Вт на кутах місць більших за мінус 1°, обмежуючи потужність випромінювання до 52,5 дБ/Вт нижче радіообрію. Чутливість приймального пристрою оглядового радіолокатора з відношенням сигнал/шум 0 дБ повинна бути не гірше мінус 122 дБ/Вт (6,31∙ 10-13Вт).

Згідно зі стандартом потужність передавача в імпульсі бортового відповідача має бути не менше 300 і не більше 800 Вт. Документ ICAO і державний стандарт для відповідачів, які працюють у селективних режимах, дають більш коректну рекомендацію з цього приводу: пікова вихідна потужність кожного імпульсу відповіді, вимірювана на клемах антени, тобто за відрахуванням усіх втрат у фідерному тракті, має лежати в межах 21…27 дБ/Вт (126…501 Вт). На висотах до 4570 м за тих самих умов дозволено мати пікову потужність у межах 18,5…27 дБ/Вт (71…501 Вт).

Чутливість приймача відповідача за 90%-им спрацьовуванням згідно зі стандартом повинна складати мінус 104±4 дБ/Вт, тобто лежати у межах 1,58×10-11 …10-10 Вт. Для вторинних каналів на частотах 835, 837,5 і 840 МГц вона має дорівнювати мінус 66±2 дБ/Вт, тобто лежати в межах 0,25×10-6…0,4×10-6 Вт.

Для відповідачів у селективних режимах чутливість приймача прийнято ставити в залежність від заданого відсотка відповідей. При цьому враховуються тільки правильні відповіді з даними, які відповідні типу запиту. Для запитів у режимах RBS і УBД, запитів загального виклику і запитів режиму S мінімальний граничний рівень для приймачів селективних відповідачів повинний визначатися в залежності від мінімального вхідного рівня потужності, яка забезпечує 90%-ну ймовірність відповіді, і повинний складати мінус 1043 дБ/Вт, тобто лежати у межах 2∙10-11…7,94∙10-11 Вт. У цьому випадку чутливість приймачів також, як і вихідну потужність передавача відповідача, вимірюють на вихідних (вхідних) клемах антени.

Для сучасних моноімпульсних ВРЛ і відповідачів характерні такі значення параметрів, що визначають їхню максимальну дальність дії:

– імпульсна потужність передавача запитувача P3 лежить у межах 1,6…5,4 кВт із ймовірністю оперативного східчастого змeншення на 3,6 і 12 дБ ;

– імпульсна потужність передавача бортового відповідача PВІДП у більшості випадків лежить у межах 126…500 Вт;

– чутливість приймачів запитувачів PПРmin3 орієнтовно дорівнює мінус 110…120 дБ/Вт з коефіцієнтом шуму Кш 9…5 дБ;

– чутливість приймачів відповідачів РПРminВІДП дорівнює мінус 100…104 дБ/Вт із ймовірністю оперативного погіршення при перевантаженні відповідача зайвими частими запитами;

– коефіцієнт підсилення антени запитувача G3 дорівнює 27…29 дБ;

– коефіцієнт підсилення антени відповідача GВІДП дорівнює приблизно 0 дБ;

– загальний коефіцієнт втрат потужності у фідерному тракті запитувача Lф 3 орієнтовно дорівнює 4,5 дБ;

– загальний коефіцієнт втрат потужності у фідерному тракті відповідача Lф ВІДП орієнтовно дорівнює 3 дБ;

– максимальна дальність дії вторинних моноімпульсних систем за запитом і відповіддю Rmax з і Pmax ВІДП зазвичай лежить у межах 400…500 км для ПС, які знаходяться на висоті 12000 м;

– інструментальна дальність дії Rmax інстр, обумовлена в першу чергу параметрами апаратури обробки прийнятої інформації, встановлюється зазвичай на рівні 256 морських миль (470 км).

Такий параметр, як максимальна дальність дії вторинної радіолокаційної системи, дає лише орієнтовні уявлення про інформаційні можливості радіолокатора. Більш повну уяву в цьому плані дає така характеристика радіолокатора, як його зона виявлення, тобто простір, у межах якого радіолокатор виявляє цілі з імовірнісними характеристиками не гірше заданих. Стосовно вторинної радіолокації поняття про зону виявлення дещо змінюється: замість ефективної відбиваючої площі цілі вводяться параметри відповідача, визначається зона виявлення не тільки за запитом, але і за відповіддю, крім зони виявлення за координатами визначається також зона прийому додаткової польотної інформації із заданою ймовірністю правильного відтворення переданої інформації за певних умов завадової обстановки.

За основу для визначення зони виявлення вторинної радіолокаційної системи зазвичай приймається розрахунок потужності, що надходить на вхід приймача відповідача РПР ВІДП у запиті або на вхід приймача запитувача РПР 3 на відповіді у функції відстані між радіолокатором і ПС R і кута місця q°, під яким знаходиться ПС:

на запиті ;

на відповіді .

Далі обраховують перевищення М прийнятої потужності над чутливістю відповідного приймача PПp min ВІДП і PПp min 3 :

на запиті ;

на відповіді

Останньою операцією призначають граничні значення М3 пор і МВІДП пор, у межах яких забезпечуються необхідні ймовірності виявлення цілей і правильного декодування кодів додаткової інформації сигналів відповіді. Одночасно провадиться визначення відповідних граничних значень максимальної дальності дії Rmax 3 і Rmax ВІДП і побудова зон виявлення за запитом і відповіддю в координатах дальність R – висота Н з наведенням кутів місця q.

Розрахунок прийнятої потужності провадиться відповідно за наступними виразами, які зазнали незначних змін в порівнянні з виразами (2)

. (3)

У виразах (3) прийняті такі позначення і , С – швидкість поширення світла; f3=1030 МГц; fВІДП =1090 МГц; LЗГАС(R) – втрати потужності через згасання радіохвиль в атмосфері у функції відстані R;  LРОЗС(R) – втрати потужності через розсіювання радіохвиль в атмосфері у функції відстані; LФ З – втрати потужності у фідерному тракті запитувача; LФ ВІДП – втрати потужності у фідерному тракті відповідача; L∆G(q) – втрати потужності, пов'язані зі зменшенням коефіцієнта підсилення антени запитувача залежно від кута місця в порівнянні з максимальним коефіцієнтом підсилення G3 антени.

Передбачається, що коефіцієнт підсилення антени відповідача за реальних умов не залежить від кута місця.

Для зручності розрахунків рівняння (3) зазвичай записують в логарифмічній формі і всі значення величин, які входять до цих рівнянь, підставляють у децибелах. Лінійні розміри R і λ проставляють в однакових одиницях, наприклад, у км.

Тоді

Відповідні перевищення М будуть записані в цьому випадку в такий спосіб:

;

.

Як приклад на рис. 2 наведені результати розрахунку перевищення потужності, прийнятої бортовим відповідачем (криві 1 і 3), і потужності, прийнятої запитувачем (криві 2 і 4), над рівнем потужності, відповідній чутливості приймача відповідача і чутливості приймача запитувача. Криві 1 і 2 належать випадку, коли коефіцієнт підсилення антени запитувача дорівнює максимальному значенню 27 дБ [L∆ G(q) = 0 дБ], а криві 3 і 4 – коли кут q відрізняється від кута місця максимуму ДН антени у прямовисній площині, на -7°. Змінення коефіцієнта підсилення антени запитувача тут дорівнюватиме -6 дБ [L∆ G(-7о)= –6 дБ].

Як вихідні дані у цьому випадку приймалися такі найбільш характерні для моноімпульсних ВРЛ і відповідачів значення:

Р3 = 4 кВт (36 дБ/Вт);

РВІДП = 300 Вт (24,8 дБ/Вт);

G3 = 500 (27 дБ);

GВІДП =1 (0 дБ);

λ3 = 29,126. 10-5 км (-35,36 дБ);

λВІДП = 27,523•10-5 км (-35,6 дБ/км);

LФ 3 = 2,82 (4,5 дБ);

LФ ВІДП = 2 (3 дБ);

РПРmin ВІДП = 10-10 Вт (-100 дБ/Вт);

РПРmin 3 = 1,26•10-11 Вт (-109 дБ/Вт).

Значення втрат, пов'язаних із згасанням LЗГАС (R) і розсіюванням LРОЗС(R) радіохвиль в атмосфері у функції відстані між радіолокатором і ПС, подані на рис.

Втрати потужності через зменшення диференціального коефіцієнта підсилення антени запиту при відхиленні кута місця Δθ від його значення, коли коефіцієнт підсилення має максимум, можна визначити за ДН сумарного променя антени у прямовисній площині, показаної на рис.4. Подана на рисунку ДН належить антені CSL-M моноімпульсного вторинного радіолокатора IRS-20MP/L фірми Indra. Діаграма є типовою для більшості антен сучасних моноімпульсних вторинних радіолокаційних станцій.