3.2.Влияние сферичности Земли на дальность действия НРЛС
Вдиапазоне сантиметровых (особенно миллиметровых) радиоволн дифракция (способность радиоволн огибать выпуклую поверхность Земли) выражена очень слабо [2,5]. Поэтому эти радиоволны распространяются практически прямолинейно.
Для определения прямолинейного распространения таких радиоволн воспользуемся рис.3.3.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3.3 |
|
|
|
|
Из него следует, что |
|
|
|
|
|
|
Dnp= (Rэ + h1 )2 − Rэ |
2 |
+ (Rэ + h2 )2 − Rэ |
2 |
, |
|
(46) |
где Rэ - эффективный радиус Земли. |
|
Dnp h1 |
|
Dnp h2 , |
||
Уравнение (46), вследствие того, что |
|
и |
||||
можно записать: Dnp = |
2Rэ ( h1 + h2 ) |
|
или, |
с |
учетом |
|
коэффициента рефракции kp , равным для стандартной |
атмосферы |
|||||
kp =1,33 и радиуса Земли ≈ 6370км, Rэ =1,33 6370 = 8472,1 км.
С учетом того, что 1 морская миля = 1852 метра и, принимая
значения высот h1 и |
h2 |
в метрах, |
находим значение дальности |
прямой радиолокационной “видимости” |
с учетом сферичности Земли |
||
в морских милях. |
|
+ h2 ). |
|
Dnp = 2,22 ( |
h1 |
(47) |
|
3.3.Влияние атмосферы на дальность действия НРЛС
Атмосфера может изменять распространения СВЧ радиоволны от их прямолинейного распространения, а также поглощать и рассеивать энергию СВЧ колебаний [2,15].
В радиолокации, на отображение навигационной обстановки, могут сказываться такие явления, как субрефракция и сверхрефракция.
Характер и величина атмосферной рефракции зависят от значения вертикального градиента коэффициента преломления по
высоте - |
dn , |
|
|
|
dh |
|
|
где: |
n = ε0 - изменение коэффициента преломления |
( ε0 - |
|
диэлектрическая проницаемость); |
|
|
|
|
h − высота. |
dn |
|
Субрефракция – (см. рис.3.4) возникает при условии |
0 . |
||
|
|
dh |
|
При этом явлении луч СВЧ колебаний изгибается вверх (луч “а”), что приводит к реальному уменьшению дальности действия (обнаружения целей) НРЛС.
Рис.3.4
Это явление может происходить на высоких широтах, когда холодная масса воздуха проходит над более теплой поверхностью (например, ветер дует над открытой водой после прохождения его надо льдом).
Сверхрефракция– (см. рис.3.4, луч “в”) возникает при условии dndh 0 . При этом явлении СВЧ колебания изгибаются вниз.
Сверхрефракция может происходить, если воздух, пройдя над теплой сушей, проходит над относительно холодным морем.
Сверхрефракцию можно ожидать вблизи суши и в умеренной и тропической зонах. Она может проявиться в открытом море, далеко от берегов, особенно в районах пассатов.
В результате сверхрефракции значительно увеличивается дальность обнаружения объектов (больше, по сравнению с нормальным распространением СВЧ импульсов – луч “б”, рис.3.4).
Сверхрефракция встречается достаточно часто [2,15]. В ЛаМанше, например, ветер обычно дует со стороны суши. Весной и летом, когда температура суши часто выше, чем температура воды, сверхрефракцию можно ожидать почти все время. В Средиземном море, которое также окружено сушей, сверхрефракция наблюдалась девять дней из десяти в течение весны и лета.
Чем больше разница температур между воздухом и морем, тем больше будут проявляться эти явления.
Поверхностный волноводный радиоканал.
Иногда оператор НРЛС может обнаружить цели на чрезвычайно больших дальностях, и в то же время он не может обнаружить цели в пределах выбранной шкалы дальности (в том числе и максимальной) при условии, что НРЛС технически исправна.
Эти явления происходят во время крайних случаев сверхрефракции. Из-за некоторого состояния атмосферы, СВЧ импульсы НРЛС распространяются под углами 1° или меньше к поверхности моря и могут отражаться слоями атмосферы. Таким образом возникает поверхностный радиоканал.
В поверхностном радиоканале, показанном на рисунке 3.5, СВЧ импульсы НРЛС (радарные лучи) преломляются вниз к поверхности моря, затем отражаются вверх, снова преломляются вниз в пределах канала, и так далее непрерывно.
Рис.3.5
Простирается радиоканал на достаточно большие расстояния, достигая иногда сотни морских миль.
Поверхностный волноводный радиоканал может образоваться на высотах несколько сот метров: два прилегающих слоя воздуха могут иметь настолько различные коэффициенты преломления, что верхний слой повторно отражает излученный импульс. Таким
образом, импульсы НРЛС и их эхо (отражения) могут распространяться на очень большое расстояние.
Именно это явление может вызывать необъяснимое изображение навигационной ситуации на индикаторе НРЛС.
На дальность действия НРЛС существенно сказывается затухание энергии радиоволн в кислороде, парах воды, гидрометеорах и др.
С укорочением длины волны затухание увеличивается. Максимальное поглощение энергии парами воды происходит на
λ=1,34 см и 0,16 см, а кислородом – на λ = 0,5 см и 0,25 см.
Затухание радиоволн, вызванное дождем, туманом, снегом, происходит по двум причинам. Во-первых, капли воды в атмосфере – несовершенный диэлектрик для сантиметровых волн, поэтому возбуждаемые в них колебания расходуются на тепло (тепловая потеря энергии); во-вторых, происходит отражение и рассеяние радиоволн.