Судовая РЛС. Принцип работы, разрешающая способность, факторы, влияющие на работу и точность РЛС.

Радиолокацией называется обнаружение, определение координат и параметров движения различных объектов (целей), отражающих или излучающих радиоволны. Комплекс радиоэлектронных устройств, выполняющих эту задачу, называется радиолокационной станцией (РЛС) или радиолокатором.

РЛ-объектом или целью может быть любое физическое тело, электрические свойства которого отличаются от окружающей среды. Электромагнитная энергия сигналов, излучаемая передающей антенной, распространяясь в заданном направлении, отражается от того или иного объекта, расположенного на пути распространения радиоволн, и принимается приёмником. С выхода приёмника усиленные сигналы поступают в индикатор, где преобразуются в форму, удобную для получения информации о принятых сигналах.

РЛС с активным ответом (на объекте радиолокационный ответчик – приёмопередатчик) позволяет опознать цель по кодированным ответным сигналам. В зависимости от структуры зондирующих сигналов различают 2 метода РЛ-обнаружения: непрерывного излучения колебаний и импульсный метод. Импульсная РЛС периодически излучает кратковременные импульсы колебаний СВЧ, а в промежутках принимает отражённые от объектов импульсные сигналы, запаздывающие на время .

Разрешающая способность РЛС характеризует возможность раздельного обнаружения и определения координат нескольких целей, находящихся на определённом расстоянии друг от друга. Разрешающая способность по дальности численно равна минимальному расстоянию между двумя раздельно обнаруживаемыми объектами, расположенными в одном направлении. Раздельное обнаружение сигналов от этих объектов возможно при условии, что отражение от объекта 1 закончится ранее, чем поступит сигнал от объекта 2.

Поскольку отражение от 1 длится в течение t_и, а сигнал от 2 запаздывает на время , то условием раздельного приёма сигналов будет Dt> t_и или d>DD, где DD – разрешающее расстояние. Значение DD – предельное. Чем меньше DD – тем выше РСД. Из-за конечных размеров электронного пятна реальная РСД будет хуже. DD_о с учётом ЭЛТ DD_о = DD + D_инд. DD_инд = d_п*М_р (диаметр пятна/масштаб шкалы). ; .

На крупномасштабных шкалах разрешающая способность РЛС по дальности приближается к потенциальной; на мелкомасштабной РСД уменьшается и будет зависеть главным образом от d_э. В обоих случаях на d_п влияет качество фокусировки луча на ЭЛТ.

Разрешающая способность по направлению (азимуту) оценивается минимальным значением угла a между направлениями на 2 равноудалённых объекта 1 и 2, при котором отражённые сигналы от этих объектов будут приниматься раздельно. a - потенциально разрешающий угол. Чем меньше a, тем выше РСН. a практически равен ширине диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости a = a_гор. Реальная разрешающая способность по направлению будет заметна хуже из-за влияния ЭЛТ индикатора. a_о = a + a_инд. a_инд – равен угловым размерам диаметра пятна: . .

Следовательно по мере приближения отметки цели к началу развёртки РСН ухудшается.

Основное уравнение радиолокации:

, P_пр – мощность принимаемых отражённых сигналов.

Следовательно D_max зависит от импульсной мощности передатчика, чувствительности приёмника, направленности антенны (G_A), ЭПО объекта (Sэ).

Водная поверхность оказывает влияние на работу РЛС из-за отражения электро-магнитной энергии от подстилающей поверхности, а также вследствие сферичности Земли, ограничивающей дальность РЛ-обнаружения. Сигналы РЛС достигают объекта и отражаются обратно двумя путями: прямым путём и путём отражения от водной поверхности. Суммарное поле объекта оказывается неравномерным и в пределах диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости носит лепестковый характер. Число лепестков n зависит от высоты h_{антенны} и длины волны .

Влияние атмосферы выражается в следующем: из-за атмосферной рефракции радиоволны отклоняются от прямолинейного распространения; поглощается и рассеивается энергия радиоволн в сантиметровом и миллиметровом диапазоне.

Атмосферная рефракция, т. е. преломление радиоволн в нижних слоях атмосферы возникает вследствие того, что давление и температура воздуха медленно убывает с высотой. Это в свою очередь уменьшает диэлектрическую проницаемость воздуха и вызывает увеличение скорости распространения радиоволн с ростом высоты. Траектории радиолучей искривляются в направлении земной поверхности и дальнейшее действие РЛС повышается. При резком падении температуры может возникнуть субрефракция – искривление радиолучей вверх.

Затухание радиоволн, вызванное дождём, туманом, снегом, происходит по двум причинам. Во-первых, капли вода в атмосфере – несовершенный диэлектрик для сантиметровых волн и поэтому возбуждаемый в каплях ток СВЧ создаёт тепловые потери энергии. Во-вторых, при значительных размерах водяных капель имеет место отражение и рассеяние радиоволн. Затухание зависит также от плоскости завесы, формы частичек, температуры (чем больше воды в тумане, тем хуже видимость и меньше дальность действия РЛС). Дожди вызывают заметное ослабление дальности действия РЛС. Отражение энергии в сторону РЛС, вызываемое дождём, часто бывает значительным – мерцающее свечение на экране. Дождевые облака – светлые пятна на экране. Град и снег по сравнению с дождём вызывает меньшее поглощение энергии.