Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

PŘEDNÁŠKA 2 MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně 22.9.2014.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "PŘEDNÁŠKA 2 MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně 22.9.2014."— Transkript prezentace:

1 PŘEDNÁŠKA 2 MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

2 strana 2 MRAR: PŘEDNÁŠKA 2  Radiolokační cíle  Radiolokační rovnice  Vliv šíření elmag. vlny na činnost radarů  Metody snímání prostoru

3 strana 3 MRAR-P2: Radiolokační cíle (1/30)  Radiolokační cíle se definují pomocí odrazových vlastností cílů (statistických veličiny) :  střední hodnota výkonu odraženého signálu, která závisí na odrazových vlastnostech cíle  tvar spektrálních funkcí amplitudy a fáze, které jsou závislé na parametrech pohybu cíle v prostoru  Dopplerův posuv kmitočtu, jenž závisí na relativní rychlosti cíle (jeho odrazných částí) vzhledem k radaru => dopplerovské spektrum

4 strana 4 MRAR-P2: Radiolokační cíle (2/30)  Sekundární vyzařování dělíme na:  odraz, který nastává jsou-li rozměry cíle velké vůči použité vlnové délce měřícího signálu a odrazná plocha je "hladká", (platí Snellovy zákony)  rozptyl, jenž vzniká jsou-li rozměry cíle velké vůči použité vlnové délce měřícího signálu a povrch cíle je "drsný"  rezonanční zařízení, které nastává jsou-li rozměry cíle srovnatelné s vlnovou délkou měřícího signálu a orientované rovnoběžně s vektorem elektrického pole záření  difrakci, jež nastává jsou-li rozměry cíle malé ve srovnání s vlnovou délkou měřícího signálu, energie přímé vlny se kolem cíle ohýbá (obtékání cíle)

5 strana 5 MRAR-P2: Radiolokační cíle (3/30)  Elementární cíl je objekt jednoduchého tvaru zhotovený z je- dnoduchého materiálu, např. koule, pravoúhlý kovový list, dipól, úhlový odražeč apod. U těchto cílů lze popsat jejich odrazivé vlastnosti matematicky, obvykle vztahem v uzavřeném tvaru.  Složený cíl je souborem elementárních cílů konstrukčně spojených v jeden celek nebo volně rozptýlených v prostoru a volně se vůči sobě pohybujících. Matematický popis vlastností vychází ze shrnutí příspěvků k celko- vému sekundárnímu záření od jednotlivých elementů (elementár- ních cílů). Často může být geometrie složeného cíle natolik kompli- kovaná, že je výhodnější ke stanovení jejich odrazivých vlastností provést empirická měření.

6 strana 6 MRAR-P2: Radiolokační cíle (4/30)  Rozlišovací buňka RB radaru (Resolution Cell) definuje v daném časovém okamžiku prostor, v němž nelze rozlišit dva separátní cíle při vyhodnocení odraženého radarového signálu získáme. Výstupem měření je jediný cíl.

7 strana 7 MRAR-P2: Radiolokační cíle (5/30)  Délka strany RB v hori- zontálním směru:  Pro malý úhel  -3dB apro- ximujeme:  Délka strany RB ve vertikálním směru:  Příčná plocha RB:

8 strana 8 MRAR-P2: Radiolokační cíle (6/30) Příklad 1: Vypočtěte délky stran a příčnou plochu rozlišovací buňky a pro radar se šířkou anténního svazku 1,5° ve vertikální rovině a 2,5° v horizontání rovině ve vzdálenosti 50 km a 150 km od vysílací antény radaru Pro využití aproximujících vztahů převedeme úhlové šířky svazků na radiány: Délky stran RB: Příčné plochy RB:

9 strana 9 MRAR-P2: Radiolokační cíle (7/30)  Rozlišení v dálce – rozlišení dvou cílů, které leží na společné přímce radar - cíl  Délka ozářeného úseku v dálce:  Ozářený objem:  Rozlišovací schopnost v dálce:

10 strana 10 MRAR-P2: Radiolokační cíle (8/30)  RCS je závislý na materiálu cíle, rozměrech vůči vlnové délce a směru příchodu ozařující elektro- magnetické vlny => směrové charakteristiky sekundárního záření (3D, 2D – H/V nebo směr obvyklý) kde |  tar | je hustota výkonu elmag. energie v prostoru cíle a  je odrazná plocha cíle RCS (Radar Cross Section) v m 2 nebo dBm 2 (10 log – spjato s výkonem)  Odražený výkon od cíle je závislý na směru příchodu ozařující elektromagnetické vlny:

11 strana 11 MRAR-P2: Radiolokační cíle (9/30)  Odrazná plocha je náhodná veličina, hledáme její charakteristiky:  Střední hodnota  Rozložení hustoty pravděpodobnosti PDF  Dva body – „dumbbell“ konfigurace

12 strana 12 MRAR-P2: Radiolokační cíle (10/30)  Př. „Dva body“ – dumbbell konfigurace RCS = 1 m, D = 2  Funkce pro Matlab: RCSDumbBell.m

13 strana 13 MRAR-P2: Radiolokační cíle (11/30)  Mnoho bodů rovnoměrně rozdělených v prostoru = přiblížení k reálnému cíli  Součtový signál na přijímači radaru:  Amplituda součtového signálu:  Celková RCS:  Simulace v Matlabu:  Funkce pro Matlab: RCSMultPointsUD.m

14 strana 14 MRAR-P2: Radiolokační cíle (12/30)  Odrazná plocha elementárních cílů  Půlvlnný dipól  Střední hodnota při obecné orientaci s rovnoměrným rozdělením úhlu  :  Koule  Pro poloměr ku vlnové délce r/ < 0,13 (difrakce):

15 strana 15 MRAR-P2: Radiolokační cíle (13/30)  Pro vztah poměru ku vlnové délce r/ > 1 (odpovídá obsahu průmětu do roviny vlny - apertuře):  Plochý disk (r/ > 1)  Střední hodnota při obecné orientaci s rovnoměrným rozdělením úhlu  :

16 strana 16 MRAR-P2: Radiolokační cíle (14/30)  Čtvercová plocha (r/ > 1)  Střední hodnota při obecné orientaci s rovnoměrným rozdělením úhlu  :

17 strana 17 MRAR-P2: Radiolokační cíle (15/30)  Válec (r/ > 1, v/ > 1)  Střední hodnota při obecné orientaci s rovnoměrným rozdělením úhlu  :  Aplikace při určování odrazivých vlastností srážek

18 strana 18 MRAR-P2: Radiolokační cíle (16/30)  Trojúhelníkový koutový odražeč  Čtvercový koutový odražeč kde a je délka hrany odražeče.  Aplikace pro dosažení minima celkové efektivní odrazné plochy cíle - Stealth

19 strana 19 MRAR-P2: Radiolokační cíle (17/30)  Složené cíle prvního typu s geometrickými i úhlovými rozměry obvykle mnohem menšími než jsou odpovídající rozlišovací schopnosti radaru v úhlech a v dálce - bodové, např. o letadlo ve velké vzdálenosti od radaru.  Odrazná plocha u bodových cílů závisí na  směru dopadající rovinné vlny  polarizaci dopadající rovinné vlny  materiálu cíle  vlnové délce

20 strana 20 MRAR-P2: Radiolokační cíle (18/30)  Odrazná plocha je fiktivní plochou S, kterou pokládáme za isotropní a nepohltivou a která po umístění do místa cíle vyvolá v místě antény radaru stejnou intenzitu pole jakou vyvolává skutečný cíl, je tedy mírou výkonu odraženého cílem ve směru k radaru  Efektivní odrazná plocha je průměrem (střední hodnota) přes měření ve všech směrech natočení cíle vůči radaru nebo směrech obvyklých (např. horizontální rotace nebo pohled zespodu pod určitým úhlem)

21 strana 21 MRAR-P2: Radiolokační cíle (19/30)  S proj je projekce cíle do roviny ozařující elmag. vlny  R je materiálová odrazivost specifikovaná jako poměr výkonu odrážejícího se ku vstupujícímu do cíle  D specifikuje (sekundární) směrovost cíle  Odrazná plocha u obecného bodového cíle:

22 strana 22 MRAR-P2: Radiolokační cíle (20/30)  Hustota rozdělení pravděpodobnosti RCS běžných bodových cílů:  Jeden RX systém (monostatický radar)  Diverzitní RX systém (bistatický radar)

23 strana 23 MRAR-P2: Radiolokační cíle (21/30)  Výkonová spektrální hustota resp. autokorelační funkce – gaussovské rozdělení, šířka spektra B => korelační doba cíle  Ve vztahu k opakovací periodě nebo celkové době měření (ozáření) cíle pak definujeme cíle s pomalou a rychlou fluktuací (např. velké letadlo má pomalou fluktuaci a exp. rozdělení odrazné plochy, malé letadlo má rychlou fluktuaci a exp. rozdělení odrazné plochy)  Do jednoho směru je prováděno několik měření (cca 50 – 100), vzhle- dem k pohybu cíle (letadla) lze jako tzv. efektivní RCS uvažovat střední hodnotu RCS.  Cíle s pomalou fluktuací: kde T M je celková doba měření ve směru cíle:

24 strana 24 MRAR-P2: Radiolokační cíle (22/30)  Swerlingova kategorizace bodových cílů  Pohyblivé cíle obvykle mají exponenciální rozdělení – hluboké fluktuace až 30 dB  Cíle s rychlou fluktuací: nebo alespoň kde T rep je opakovací perioda měření a M je počet měření v jednom směru

25 strana 25 MRAR-P2: Radiolokační cíle (23/30)  Efektivní odrazné plochy složených cílů prvního typu Druh cíle  av [m 2 ]  avdB [dBm 2 ] Velké dopravní letadlo Automobil Velký bombardér50+17 Výletní parník10+10 Velký stíhací letoun6+8 Malý stíhací letoun4+6 Jízdní kolo2+3 Člověk10 Jednomístný letoun10 Otevřený člun0,10,1-10 Konvenční okřídlená střela0,10,1-10 Velký pták0,01-20 Menší pták0, Velký hmyz0, Malý hmyz0,

26 strana 26 MRAR-P2: Radiolokační cíle (24/30)  Složené cíle druhého typu s rozměry značně převyšující příslušné rozlišovací schopnosti RLS - rozptýlené. Mohou být takové, že emitují odraz všemi elementy svého objemu a pak je nazýváme objemové (mrak, déšť), nebo jsou zdrojem odrazu pouze svým povrchem a pak je nazýváme plošné (vodní hladina, zemský povrch atd.).

27 strana 27 MRAR-P2: Radiolokační cíle (25/30)  Složené cíle druhého typu  Odražený signál od všech elementů cíle  Elementy cíle jsou stejné (stejně velké)

28 strana 28 MRAR-P2: Radiolokační cíle (26/30)  Složené cíle druhého typu objemové  σ 0 je reflektivita (deště) v m 2 /m 3 = střední odrazná plocha 1 m 3 (deště)  S rostoucí vzdáleností a vlivem útlumu v hydrometeorech klesá hustota elmag. pole, navíc se mění současně ozařovaný objem (rozlišovací buňka) – pro určení reflektivity nutno korigovat

29 strana 29 MRAR-P2: Radiolokační cíle (27/30)  Složené cíle druhého typu plošné  Předpokládejme, že se prostorem šíří sférická vlna s tloušťkou "kulové vrstvy" c , kde c je rychlost šíření elmag. vln a  je délka impulsu radaru.

30 strana 30 MRAR-P2: Radiolokační cíle (28/30)  Uvážíme-li časové zpoždění odražených signálů od vzdálených částí povrchu zjistíme, že lineární rozměr horizontální dálky odrážejícího povrchu je:  Lineární rozměr povrchu v horizontální rovině v mezích úhlu rozevření  je přibližně D . Geometrická velikost povrchu, která odráží energii v současných okamžicích je tedy rovna výrazu:  Při zjišťování efektivní odrazné plochy je třeba uvážit vlastnosti odrazného povrchu. Nalezenou hodnotu geometrické plochy rozptylu vynásobíme výrazem K  sin , kde K je koeficient odrazu a  je úhel mezi paprskem a vodorovnou rovinou. Pro efekt. odraznou

31 strana 31 MRAR-P2: Radiolokační cíle (29/30)  Pro malé úhly  platí tg(  )   a vztah lze zjednodušit:  Pro malé úhly  platí také   H/D a výraz opět zjednodušíme:  Čím bude délka impulsu kratší, tím větší bude rozlišení jednotlivých drobných objektů na zemském povrchu. plochu získáme rovnici:

32 strana 32 MRAR-P2: Radiolokační cíle (30/30)  Složené cíle druhého typu plošné – koeficient odrazu Typ povrchu10log K [dB] Zemědělská půda-15 Step-20 Zalesněný terén-10 Horstvo-5 Mořská hladina (3 GHz)-25 Mořská hladina (10 GHz)-19  Plošné cíle je nutné velmi často eliminovat jako clutter

33 strana 33  Pro odvození radiolokační rovnice předpokládáme následující idealizující podmínky:  mezi RLS a cílem nejsou žádné objekty  elmag. energie se do prostoru cíle dostává po jediné trajektorii (bez odrazů)  prostředí mezi RLS a cílem je homogenní MRAR-P2: Radiolokační rovnice (1/16)

34 strana 34 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (2/16)  Scénář pro odvození radiolokační rovnice

35 strana 35 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (3/16)  Hustota vyzářené energie v prostoru cíle:  Výkon na svorkách vysílací antény:  EIRP tx je efektivní vyzářený výkon vysílací části radaru

36 strana 36 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (4/16)  Hustota odražené energie v oblasti přijímací antény radaru:  Cíl s efektivní odraznou plochou  av je při ozáření elmag. energií RLS zdrojem sekundárního záření o výkonu:  Parametr  definuje celkové polarizační ztráty,   1

37 strana 37 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (5/16)  Výkon na vstupu přijímače:  Efektivní plocha antény S Aerx je dána geometrickou plochou apertury antény násobenou účinností (cca 0,5 – 0,7):  Výkon odraženého signálu na výstupu antény s efektivní plochou S ARX je:

38 strana 38 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (6/16)  Efektivní plocha antény S Ae je se ziskem antény svázána vztahem:  Pokud jsou antény vysílače a přijímače radaru směrována optimálně na cíl pak pro přijímaný výkon bude platit:

39 strana 39 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (7/16)  Jestliže za efektivní plochu přijímací antény dosadíme zisk, pak přijímaný výkon bude:  Pro společnou vysílací a přijímací anténu: = radiolokační rovnice

40 strana 40 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (8/16)  Známe-li požadovaný minimální výkon P rxmin na vstupu přijímače pro příslušnou pravděpodobnost detekce, mužeme určit maximální dosah radaru:

41 strana 41 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (9/16)  Radiolokační rovnice v log. jednotkách:

42 strana 42 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (10/16) Příklad 2: Pulsní radar pracuje na vlnové délce 10 cm s výkonem v impulsu P tx = 50 kW. Prahová citlivost přijímače je P rxmin = W. Radar má společnou anténu - parabolu o průměru 1,8 m s účinností 0,6, která je napájena napáječi se útlumem 1dB. Duplexer má v obou směrech rovněž útlum 1dB. Jaký je dosah radaru pro stíhací letouny se střední hodnotou  av = 5 m 2, jsou-li polarizační ztráty nulové

43 strana 43 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (11/16) Příklad 3: Pulsní radar pracuje na vlnové délce 10 cm s výkonem v impulsu P tx = 47 dBW. Prahová citlivost přijímače je P rxmin = -90 dBm. RLS má společnou anténu - parabolu se ziskem 32,8 dBi, která je napájena napaječi se útlumem 1dB. Duplexer má v obou směrech rovněž útlum 1dB. Jaký je dosah radaru pro stíhací letouny se minimální střední hodnotou  av = 7 dBm 2, jsou-li polarizační ztráty nulové

44 strana 44 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (12/16)  Sekundární radar  Výkon sekundárního záření od pasivního cíle o  av : Příklad 4: Vypočtěte střední výkon sekundárního záření cíle pro stíhací letoun z předchozího příkladu

45 strana 45 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (13/16)  Výkon sekundárního záření je velmi malý. Pokud bude vysílače odpovídače odevzdávat výkon o několik řádů vyšší, bude vyšší i dosah soustavy.  Pro první cyklus práce soustavy, kdy přijímač odpovídače ve vzdálenosti r přijímá dotazovací signál, získáme rovnici:  Pro druhý cyklus práce systému, kdy pozemní část systému přijí-má signál odpovídače analogicky platí:

46 strana 46 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (14/16) a pro G Aret = 1 (všesměrová anténa pro RX i TX) dostaneme výrazy:  Dosah sekundárního radiolokátoru (určen cestou odpovídače, protože palubní odpovídač bude mít podstatně menší výkon než primární radar), pak je dosah dán:

47 strana 47 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (15/16) Příklad 5: Vypočtěte dosah sekundárního radiolokátoru s odpovídačem pro stíhací letoun v předchozím příkladu s výstupním výkonem odpovídače 10 W, vlnová délka retranslační trasy je 10 cm:  O řád více než dosah stejného radaru při pasivním cíli

48 strana 48 MRAR-P2: Radiolokační rovnice (16/16)  Citlivost přijímače  Rozhodují šumové vlastnosti přijímače a antény spolu a potřebný poměr signál/šum pro detekci cíle s danou pravděpodobností P d.  Efektivní výkon šumu na výstupu z antény v šířce pásma přizpůsobeného filtru:

49 strana 49 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (1/18)  Při praktickém návrhu RLS je nutno uvažovat následující vlivy šíření elektromagnetických vln:  vlastnosti šíření nad rovinným rozhraním dvou prostředí (zemský povrch - vzduch, nebo vodní hladina - vzduch)  vliv zakřivení zemského povrchu a refrakce vln v atmosféře  důsledky anomálie šíření – superrefrakce  útlum způsobený atmosférou  ohyb (difrakce) elektromagnetické vlny

50 strana 50 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (2/18)  Šíření elektromagnetických vln nad rovinným rozhraním  Ve fázi (max):  V protifázi (min):  Princip vícecestného šíření

51 strana 51 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (3/18)  Vliv interference se projevuje rozštěpením vyzařovacího diagramu v polohovém úhlu do samostatných laloků.  Důsledkem rozštěpení vyzařovacího diagramu antény RLS je nedostatečné pokrytí prostoru (směry s minimy) kolem RLS.  Tento efekt velmi ztěžuje zaměření nízkoletících cílů. Vyzařování směrem k rozhraní prostředí, tedy u přehledových RLS vzhledem k zemskému povrchu, nebo vodní hladině musí být co nejvíc potlačeno.  Účinnou metodou je umístění antény na vyvýšené místo, popřípadě na stožár.

52 strana 52 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (4/18)  Zakřivení zemského povrchu a refrakce vln v atmosféře  V troposféře – refrakce vlny (n > 1) – velká chyba v elevaci

53 strana 53 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (5/18)  Zakřivení zemského povrchu a refrakce vln v atmosféře  Dosah přímé viditelnosti je dán vztahem: pro R z = 6378 km dostaneme:

54 strana 54 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (6/18)  Vlivem změn tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu s výškou se mění velikost dielektrické konstanty troposféry.  S přibývající výškou se zvyšuje rychlost šíření elmag. vln, čímž dochází k zakřivení trajektorie šíření směrem k zemskému povrchu.  Tento jev se označuje termínem refrakce a prakticky zvyšuje dosah RLS asi o 18% proti předchozím výpočtům:

55 strana 55 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (7/18) Příklad 6: Přehledový impulsní radar s = 3 cm je umístěn na oceánské lodi se společnou anténou pro příjem i vysílání se ziskem 36 dBi ve výšce 55 m nad hladinou. Prahová citlivost přijímače je 1 pW. Úkolem radaru je zjišťovat objekty s efektivní odraznou plochou nad 50 m 2 do vzdálenosti přímé viditelnosti antény RLS. Navrhněte minimální impulsní výkon radaru bez uvažování troposférické refrakce, ztrát napáječů a polarizačních ztrát Přímá viditelnost antény RLS s h 1 = 55 m (h 2 = 0 m): Položíme r max = r, ve větší vzdálenosti budou již cíle za obzorem, a vyjádříme potřebný výkon impulsu z radiolokační rovnice:

56 strana 56 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (8/18) Zisk antény je: Minimální požadovaný výkon v pulsu je:

57 strana 57 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (9/18)  Superrefrakce  Jev superrefrakce je podmíněn vznikem tzv. „ troposférického vlnovodu (ductu) “ s velmi malým útlumem šířící se energie.  Projevuje se mnohonásobným zvětšením dosahu proti dosahu stanovenému podle radiolokační rovnice, pak na vstup radaru přicházejí odrazy i od velmi vzdálených cílů a míchají se s cíly v pozorovaném prostoru tzv. „andělé“.

58 strana 58 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (10/18)  Vliv útlumu v atmosféře  Atmosféra, ve které se šíření elmag. vln uskutečňuje není bezeztrátová.  Pouze v případě radaru s  10 cm je útlum zanedbatelný. Čím je použita vyšší pracovní frekvence radaru, tím se atmosférický útlum více projevuje.  Útlum je způsobován pohlcováním energie záření kyslíkovými molekulami a vodními parami (mikrovlnná atmosferická okna), nebo pohlcováním a rozptylem energie na hydrometeorech (mlha, mraky, krupobití, déšť).

59 strana 59 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (11/18) a) Vliv kyslíku (molekul) v atmosféře – při normálním atmosfé-rickém tlaku (max. útlum na 22 GHz) b) Vliv vodních par (molekul) v atmosféře - relativní vlhkost vzduchu 66% při teplotě + 18°C - přibližně přímo úměrný absolutní vlhkosti (max. útlum na 60 GHz).

60 strana 60 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (12/18) a) Vliv deště v atmosféře – pro intenzity: 1- 0,25 mm/h (mírný déšť) 2- 1 mm/h (střední déšť) 3- 4 mm/h (silný déšť) mm/h (hustý déšť) b) Vliv mlhy.

61 strana 61 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (13/18)  Označíme-li činitel pohlcení v atmosféře symbolem α [dB/km] v jednom směru, pak pro cestu energie k cíli a zpět platí, že se výkon P 0 po průchodu dráhou 2·r zmenší na hodnotu P = P 0 ·e -0,46  ·r. Tím se dosah radaru r 0max sníží na r max, pak platí:  Toto platí pouze pro úsek husté atmosféry nebo úsek s hydrometeory. U větších vzdáleností již část signálu prochází prostředím mimo tyto oblasti a útlum již neroste. Pro krátké vzdálenosti lze vztah plně využít.  Pro vzdálenost nad 100 km již útlum způsobený hydrometeory neroste. Jeho hodnota také klesá s rostoucím elevačním úhlem.

62 strana 62 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (14/18) Příklad 7: Vypočtěte jaký je dosah 1 cm radaru za ideálních povětrnostních podmínek a při dešti 0,25 mm/h, je-li dosah tohoto radiolokátoru r 16max = 4 km při hustém dešti 16 mm/h Nejprve vyjádříme maximální dosah RLS za ideálních podmínek, přičemž z grafu na obrázku odečteme pro hustý déšť  16 = 4 dB/km :

63 strana 63 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (15/18) Pro intenzitu srážek 0,25 mm/h určíme r 025max řešením transcendentní rovnice: Pro koeficient útlumu z grafu má hodnotu 0,05 dB/km. První i druhá derivace funkce získané z levé strany rovnice bude vždy kladná a nabízí se použít numerickou Newtonovu metodu tečen. Pro počáteční hodnotu zvolíme r 0max, neboť zcela jistě bude hledané maximum dosahu pro déšť 0,25 mm/h menší. Pro Newtonovu metodu platí iterační vztah :

64 strana 64 Derivace je : MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (16/18) nr 025max (n) f(r 025max (n))f‘ (r 025max (n))- f(r 025max (n))/ f‘(r 025max (n)) ,275-96,2 1180,82345,768-40,6 2140,236,94,044-9,1 3131,11,63,726-0,4 Dosah radaru pro intenzitu srážek 0,25 mm/h je 131,1-0,4 = 130,7 km.

65 strana 65 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (17/18) Dosah bude o něco větší, protože jsme nad 100 km a část energie bude procházet nad dešťovou oblačností. Z uvedeného příkladu je patrný značný vliv povětrnostních podmínek na dosah RLS, zejména při použití velmi vysokých frekvencí. Při návrhu parametrů RLS je třeba vždy zvažovat místní podmínky (pravděpodobnostní charakteristiky srážek, sněžení – průměrná doba trvání dané hustoty deště za rok) s ohledem na pravděpodobnost zjištění cíle s danou efektivní odraznou plochou ve stanovené vzdálenosti. Jiné normy pro Evropu, jiné pro Afriku atd.

66 strana 66 MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (18/18)  Difrakce elektromagnetické vlny  Difrakci elektromagnetické vlny způsobují překážky.  V případě zemské roviny se projeví kulový povrch Země.  Difrakční útlum roste s kmitočtem a vzdáleností cíle.  Od určité vzdálenosti dále neroste.  Je výrazně závislý na elevačním úhlu anténního svazku, uplatňuje se jen do 5°.

67 strana 67 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (1/8)  Moderní RLS jsou vybaveny systémy pro prohledávání určitého prostoru a pro současné určování a vyhodnocování několika souřadnic cíle (šikmé dálky, úhlových souřadnic, případně výšky cíle).  Pro tyto účely je třeba vytvořit speciální anténní charakteristiky a uzpůsobit anténní systém tak, aby mohl vykonávat i značně složité pohyby.  Snímání prostoru dělíme na dvě skupiny:  JEDNODUCHÉ  SLOŽENÉ

68 strana 68 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (2/8)  Jednoduché snímání prostoru  přehledové  sektorové  kuželové

69 strana 69 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (3/8)  Složené snímání prostoru  šroubovicové (spirálové)  pilové (řádkové)

70 strana 70  Určení souřadnic cíle C v prostoru MRAR-P2: Metody snímání prostoru (4/8)  r = šikmá (radiální) dálka   = azimut (  )   = elevace (  ) (polohový úhel)

71 strana 71 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (5/8)  Pro propátrání šikmé dálky r max je zapotřebí doba:  Za tuto dobu získáme informace o všech cílech umístěných ve směru svazku ve vzdálenosti od 0 do r max km. Pro délku impulsu  p je největší rozlišitelný počet jednotlivých cílů pro zmíněný případ nepohyblivého svazku za jednu opakovací periodu (doba nutná k propátrání největší šikmé dálky r max rovné t r ):

72 strana 72 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (6/8)  Počet elementů prostorového úhlu  , které je třeba postupně propátrat svazkem s prostorovým úhlem  je :

73 strana 73 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (7/8) Pro propátrání každého elementu potřebujeme měřící dobu T m. K propátrání celého prostoru s prostorovým úhlem   potřebujeme čas: Příklad 8: Radar se svazkem o prostorovém úhlu  = 1° musí propátrávat sektor zabírající v azimutu úhel 40° a v elevaci úhel 20°. Maximální dosah radaru je r max = 500 km, M = 100. Určete čas nutný k propátrání daného prostoru Prostorový úhel, který musí být propátrán je   = = 800°. Pro potřebný čas k propátrání   platí:

74 strana 74 MRAR-P2: Metody snímání prostoru (8/8) Za tuto dobu letadlo letící rychlostí 800 km/hod urazí cca 60 km. Z uvedeného vyplývá, že návrh radaru pro rychlé pohyblivé cíle je z hlediska času propátrání daného prostoru velmi kritický.

75 strana 75 Děkuji za vaši pozornost Meteoradary v ČR Praha, Brdy Skalky, Drah. vrch.


Stáhnout ppt "PŘEDNÁŠKA 2 MRAR – Radiolokační a radionavigační systémy Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně 22.9.2014."

Podobné prezentace


Reklamy Google