www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Podstawy radiolokacji

Straty z tytułu fluktuacji

Rysunek 1: Przyczyna fluktuacji sygnału odbitego

Rysunek 1: Przyczyna fluktuacji sygnału odbitego

Straty z tytułu fluktuacji

Wykres wtórnego odbicia rzeczywistych celów lotu („skuteczna powierzchnia odbicia”) ma charakter wielokrotnie wachlarzowy, mocno poszarpany. Fluktuacja sygnału odbitego opiera się na tym skomplikowanym wykresie względnego obszaru odbicia wstecznego. Podczas ruchu do przodu wzorzec powrotny samolotu jest obracany w stosunku do radaru. Nie jest możliwe przewidzenie, który segment kątowy tego diagramu jest w danym momencie w mocy. Ze względu na czasowe zmiany amplitud i faz wywołanych przebiegiem celu, natężenie pola odbieranego na zestawie radarowym podlega silnym fluktuacjom, które nazywamy fluktuacjami.

Dla matematycznego opisu wpływu fluktuacji na zasięg radaru Peter Swerling w 1954 roku zdefiniował cztery przypadki modelowe. Przyjęto prostokątną charakterystykę anteny, tzn. pominięto modulację amplitud ciągu echa przez charakterystykę anteny.

Cztery przypadki modelowe („przypadki Swerlinga“)

Swerling pokazuje w swojej pracy, że fluktuacje celu wprowadzają do równania radaru dodatkowe straty fluktuacyjne L f. Zależą one silnie od prawdopodobieństwa wykrycia PD, ale tylko nieznacznie od prawdopodobieństwa fałszywego alarmu PN. (Uwaga: W literaturze cztery przypadki modelu są czasami numerowane kolejnymi cyframi rzymskimi).

Bild 2: Swerling I und II: Ziel besteht aus einer Anzahl von gleichgroßen isotropischen Reflektoren, die auf einer Fläche verteilt sind. Aus einem anderen Aspektwinkel der gleichen Anordnung (Ansicht b) ergeben sich andere Abstände und somit andere Interferenzen.

Rysunek 2: Swerling 1 i 2: Cel składa się z pewnej liczby izotropowych reflektorów o tej samej wielkości rozmieszczonych na powierzchni. Z innego kąta widzenia tego samego układu (widok b) wynikają różne odległości, a tym samym różne warunki zakłóceń.

Wzór przypadku 1:

Amplitudy echa pozostają stałe podczas obrotu anteny nad celem, tj. podczas czasu przebywania celu lub czasu naświetlania Td. Jednak ich wielkość zmienia się z próbki na próbkę w sposób statystycznie niezależny, tzn. amplitudy są różne w kolejnych próbkach i nie są skorelowane.

Model ten nazywany jest fluktuacją skan do skanu (scan-to-scan fluctuation, tutaj: rewolucja do rewolucji). Rozkład gęstości prawdopodobieństwa obszaru powrotnego σ jest określony funkcją Rayleigha, a suma obszaru powrotnego jest rozłożona wykładniczo.

(44)

gdzie σaverage jest średnią wartością wszystkich występujących przekrojów poprzecznych rozpraszania wstecznego.

Przypadek ten charakteryzuje zachowanie się celów składających się z wielu niezależnych elementów promieniujących wstecznie o mniej więcej tym samym rozmiarze. Dotyczy to na przykład celów powietrznych. Radar ten jest radarem rozpoznania lotniczego lub rozpoznania powierzchni morza o stosunkowo szybko rotującym pokryciu.

Wzór przypadku 2:

Prawo fluktuacji jest ponownie dane równaniem (44), ale fluktuacja jest znacznie szybsza. Wynikiem jest zmiana amplitudy z impulsu na impuls (fluktuacja impuls-impuls) w ciągu n sygnałów echa w czasie naświetlania.

Podobnie jak przypadek 1, przypadek 2 charakteryzuje statystyczne zachowanie sygnałów echa pochodzących od statków powietrznych. Jednak w tym przypadku nie jest to obrotowa dookólna antena poszukiwawcza, ale radar namierzający cel, skoncentrowany na celu.

Rysunek 3: Swerling 3 i 4: na dominujący izotropowy reflektor nakłada się kilka małych reflektorów.

Rysunek 3: Swerling 3 i 4: na dominujący izotropowy reflektor nakłada się kilka małych reflektorów.

Wzór przypadku 3:

Fluktuacje występują z próbki na próbkę, tak jak w przypadku 1, ale zgodnie z rozkładem gęstości prawdopodobieństwa

(45)
Wzór przypadku 4:

Całkowita efektywna powierzchnia odblaskowa σges odpowiada rozkładowi χ². Fluktuacja występuje jak w przypadku 2 od okresu impulsu do okresu impulsu, ale rozkład gęstości prawdopodobieństwa przebiega zgodnie z równaniem (45).
 

Przypadki 3 i 4 opisują zachowanie celów, w których większy obszar rozpraszania wstecznego nakłada się na kilka mniejszych, lub w których duży obszar rozpraszania wstecznego zmienia nieznacznie swój aspekt. Będą one prawdopodobnie miały zastosowanie głównie do celów związanych ze statkami.

W praktyce, przypadki 2 i 4 są stosunkowo mało interesujące, ponieważ szybka fluktuacja impulsów wymaga albo prędkości celu znacznie przekraczających prędkości samolotu, albo długiego czasu przebywania celu. Te szczególne przypadki mogą występować w radarach śledzących dla obrony przeciwrakietowej lub w radarach rozpoznania artyleryjskiego. Ponieważ w tych przypadkach pewne uśrednienie różnych amplitud ma już miejsce w ciągu impulsów echa, straty fluktuacji związane z nieruchomym celem są stosunkowo niewielkie. Średnio wynoszą one zaledwie 1 do 2 dB przy prawdopodobieństwie detekcji PD przekraczającym 60%.

Rysunek 4: Strata z tytułu fluktuacji L f dla przypadków Swerlinga 1 i 3

Straty wahań dla przypadków Swerlinga 1 i 3

Rysunek 4: Strata z tytułu fluktuacji L f dla przypadków Swerlinga 1 i 3

Przypadki 1 i 3 są zasadniczo prawdziwe dla radarów poszukiwawczych. Stratę fluktuacji w funkcji prawdopodobieństwa wykrycia PD pokazano na rysunku 4. Dla PD<30% występuje wzmocnienie fluktuacji, ponieważ dla bardzo małych stosunków sygnału do szumu, statystyczne zmiany amplitudy sprzyjają detekcji.

Przypadek 0 lub 5:

Sprawa ta została następnie przyjęta jako punkt odniesienia. Jest to cel syntetyczny, bez żadnych wahań.

Źródło: