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

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

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

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)

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.

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.

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:

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:

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:

MRAR-P2: Radiolokační cíle (8/30) Odražený výkon od cíle je závislý na směru příchodu ozařující elektromagnetické vlny: kde |tar| je hustota výkonu elmag. energie v prostoru cíle a  je odrazná plocha cíle RCS (Radar Cross Section) v m2 nebo dBm2 (10 log – spjato s výkonem) 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)

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

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

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

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):

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  :

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

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

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

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

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)

MRAR-P2: Radiolokační cíle (19/30) Odrazná plocha u obecného bodového cíle: Sproj 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

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

MRAR-P2: Radiolokační cíle (21/30) 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. 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) Cíle s pomalou fluktuací: kde TM je celková doba měření ve směru cíle:

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

MRAR-P2: Radiolokační cíle (23/30) Efektivní odrazné plochy složených cílů prvního typu Druh cíle av [m2] avdB [dBm2] Velké dopravní letadlo 100 +20 Automobil Velký bombardér 50 +17 Výletní parník 10 +10 Velký stíhací letoun 6 +8 Malý stíhací letoun 4 +6 Jízdní kolo 2 +3 Člověk 1 Jednomístný letoun Otevřený člun 0,1 -10 Konvenční okřídlená střela Velký pták 0,01 -20 Menší pták 0,001 -30 Velký hmyz 0,0001 -40 Malý hmyz 0,00001 -50

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.).

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

MRAR-P2: Radiolokační cíle (26/30) Složené cíle druhého typu objemové σ0 je reflektivita (deště) v m2/m3 = střední odrazná plocha 1 m3 (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

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.

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

MRAR-P2: Radiolokační cíle (29/30) plochu získáme rovnici:  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.

MRAR-P2: Radiolokační cíle (30/30) Složené cíle druhého typu plošné – koeficient odrazu Typ povrchu 10log 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

MRAR-P2: Radiolokační rovnice (1/16)  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 (2/16)  Scénář pro odvození radiolokační rovnice

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

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

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

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

= radiolokační rovnice 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

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

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

MRAR-P2: Radiolokační rovnice (10/16) Příklad 2: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Pulsní radar pracuje na vlnové délce 10 cm s výkonem v impulsu Ptx = 50 kW. Prahová citlivost přijímače je Prxmin = 10-12 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 m2, jsou-li polarizační ztráty nulové. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

MRAR-P2: Radiolokační rovnice (11/16) Příklad 3: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Pulsní radar pracuje na vlnové délce 10 cm s výkonem v impulsu Ptx = 47 dBW. Prahová citlivost přijímače je Prxmin = -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 dBm2, jsou-li polarizační ztráty nulové. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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.

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:

MRAR-P2: Radiolokační rovnice (14/16) a pro GAret = 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:

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

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 Pd.  Efektivní výkon šumu na výstupu z antény v šířce pásma přizpůsobeného filtru:

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

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

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.

 Zakřivení zemského povrchu a refrakce vln v atmosféře 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

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

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:

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 m2 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 h1 = 55 m (h2 = 0 m): Položíme rmax = r, ve větší vzdálenosti budou již cíle za obzorem, a vyjádříme potřebný výkon impulsu z radiolokační rovnice:

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

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“.

 Vliv útlumu v atmosféře 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).

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

MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (12/18) 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) 4- 16 mm/h (hustý déšť) b) Vliv mlhy.

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 P0 po průchodu dráhou 2·r zmenší na hodnotu P = P0·e-0,46·r. Tím se dosah radaru r0max sníží na rmax, 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.

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 r16max = 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 :

MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (15/18) Pro intenzitu srážek 0,25 mm/h určíme r025max 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 r0max, neboť zcela jistě bude hledané maximum dosahu pro déšť 0,25 mm/h menší. Pro Newtonovu metodu platí iterační vztah :

- f(r025max(n))/ f‘(r025max(n)) MRAR-P2: Vliv šíření elmag. vln (16/18) Derivace je : n r025max(n) f(r025max(n)) f‘ (r025max(n)) - f(r025max(n))/ f‘(r025max(n)) 277 1085 11,275 -96,2 1 180,8 234 5,768 -40,6 2 140,2 36,9 4,044 -9,1 3 131,1 1,6 3,726 -0,4 Dosah radaru pro intenzitu srážek 0,25 mm/h je 131,1-0,4 = 130,7 km.

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.

 Difrakce elektromagnetické vlny 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°.

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

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

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

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

MRAR-P2: Metody snímání prostoru (5/8)  Pro propátrání šikmé dálky rmax je zapotřebí doba:  Za tuto dobu získáme informace o všech cílech umístěných ve směru svazku ve vzdálenosti od 0 do rmax 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 rmax rovné tr):

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

MRAR-P2: Metody snímání prostoru (7/8) Pro propátrání každého elementu potřebujeme měřící dobu Tm. 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 rmax = 500 km, M = 100. Určete čas nutný k propátrání daného prostoru. Prostorový úhel, který musí být propátrán je  = 20.40 = 800°. Pro potřebný čas k propátrání  platí:

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.

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