6.4. Влияние на дальность действия рлс ослабления энергии радиоволн в атмосфере

 

Распространяясь в атмосфере, радиоволны ослабляются из-за потери части электромагнитной энергии, которая поглощается и рассеивается молекулами кислорода и водяного пара, атмосферными осадками, частицами пыли и другими неоднородностями атмосферы.

Ослабление энергии радиоволн осадками происходит как за счёт её поглощения частицами влаги (в основном при малых размерах капель, например при тумане), так  и вследствие её рассеяния (при крупных каплях).

Ослабление энергии зависит от длины волны, температуры, влажности, атмосферного давления и параметров частиц, вызывающих поглощение и рассеивание электромагнитной энергии.

Снег и град при одинаковой с дождем интенсивности значительно меньше влияют на величину ослабления энергии, поэтому их можно не принимать во внимание.

Следует иметь в виду, что затухание радиоволн уменьшается более чем в три раза при повышении температуры от 0 до 40⁰ С. Поглощение в кислороде пропорционально квадрату давления и, следовательно, уменьшается с подъемом на высоту. Поглощение в парах воды пропорционально влажности.

При прохождении радиоволн в прямом и обратном направлении через участок атмосферы длиной l км, на котором затухание характеризуется величиной δ_п дБ/км, общее ослабление энергии будет равно 2lδ_п дБ. Выражая в децибелах отношение энергий сигналов на входе приёмника без учёта и с учётом ослабления, получим:

.

Переходя к натуральным логарифмам, находим

и  ,

т.е. затухание энергии в атмосфере имеет экспоненциальный характер.

При отсутствии ослабления энергии принимаемого сигнала  , а при его учёте , где k_D– величина, определяемая остальными параметрами, входящими в выражении для дальности. Из-за наличия ослабления одному и тому же пороговому значению сигналов (Е_прммин) будут соответствовать различные дальности.

В первом случае D=D_max, а во втором случае, когда требуется компенсировать потери энергии, меньшая дальность: D=D_max п. Таким образом, для пороговых условий получим

.

Отсюда находим выражение для максимальной дальности обнаружения с учётом ослабления энергии в атмосфере

.

(6.18)

 

 

6.5. Влияние кривизны земной поверхности и атмосферной рефракции на дальность действия

 

В реальных условиях следует учитывать кривизну земной поверхности, так как способность радиоволн диапазона УКВ к огибанию выпуклых поверхностей выражена очень слабо и дальность действия будет ограничиваться предельным значением D_пред.

При прямолинейном распространении радиоволн предельная дальность, называемая «дальностью прямой видимости», будет равна (рис.6.3)

,

где R_з=6370 км – радиус Земли.

Так как  и  , то

км.

(6.19)

При обнаружении высоколетящих космических объектов, например спутников связи, когда величины R_з и Н соизмеримы,

км.

(6.20)

 

 

 

Рис.6.3.Предельная дальность действия РЛС при прямолинейном распространении радиоволн.

 

Неоднородность тропосферных слоев атмосферы по высоте приводит к искривлению траектории радиоволн (рефракции) в вертикальной плоскости. Величина и характер рефракции зависят от скорости изменения коэффициента преломления n при изменении высоты. Величина nопределяется формулой

,

(6.21)

где Т⁰ – абсолютная температура воздуха;

р_в – барометрическое давление воздуха, мбар (1 мм рт.ст.=1,3332 мбар);

е – парциальное давление водяного пара (абсолютная влажность), мбар

Учёт влияния рефракции при расчётах распространения радиоволн обычно состоит в замене радиуса Земли R_з его эффективным значением R_{з эфф}; атмосфера при этом считается однородной (радиоволны распространяются прямолинейно).

Значение эффективного радиуса Земли определяется из уравнения

,

Для стандартной атмосферы  , и выражение для предельной дальности с учётом рефракции:

км.

(6.22)