www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Аномалии при разпространението на електромагнитни вълни

субрефракция
няма рефракция
под влияние на
рефракция
суперрефракция
оптичен хоризонт
радиохоризонт

Изображение 1. Влияние на рефракцията върху обхвата на радиохоризонта

субрефракция
няма рефракция
под влияние на
рефракция
суперрефракция
оптичен хоризонт
радиохоризонт

Изображение 1. Влияние на рефракцията върху обхвата на радиохоризонта

субрефракция
няма рефракция
под влияние на
рефракция
суперрефракция
оптичен хоризонт
радиохоризонт

Изображение 1. Влияние на рефракцията върху обхвата на радиохоризонта

Аномалии при разпространението на електромагнитни вълни

Разпространението на електромагнитни вълни в хомогенна среда с постоянни характеристики следва квазиоптични закони. На практика обаче подобни условия са относително редки в земната атмосфера.

Ненормално разпространение

Анормално или аномално разпространение (наричано в англоезичните източници anaprop) възниква, когато коефициентът на пречупване се променя поради температурния градиент, въздушното налягане и влажността. Влиянието на споменатите фактори може да доведе до различни нестандартни условия на разпространение на електромагнитните вълни (изображение 1).

обратен слой

Изображение 2: Инверсия на атмосферата

обратен слой

Изображение 2: Инверсия на атмосферата

Една от най-често срещаните аномалии на атмосферните условия в Европа е температурната инверсия, която възниква, когато земята излъчва топлина през ясна нощ. Температурата на земята се понижава, но горните слоеве на атмосферата остават сравнително топли. В този случай температурният градиент е обратен на нормалния отрицателен температурен градиент, при който температурата на атмосферата се понижава с увеличаване на височината. Тази температурна инверсия води до изкривяване на пътя на разпространение на електромагнитните вълни към земната повърхност (изображение 2). Това значително увеличава обхвата на активните радиосредства, включително радарите.

Свръхрефракция

В някои особени случаи, като например над морската повърхност, когато по-топлият въздух от сушата се измества от по-хладния въздух от водата, може да възникне явлението суперрефракция. Известни са примери, при които теоретичният обхват на радиоуправляемото превозно средство е надвишен с 600%.

При условия на сферична рефракция сигнал, отразен от целта, може да се появи в следващия (или дори след един) период на сондиране. Очевидно е, че тогава позицията на маркировката на целта на дисплея на радара няма да съответства на действителната позиция на целта в пространството и нейните координати ще бъдат измерени неправилно.

Атмосферен канал

При нормални атмосферни условия най-топлият въздух се намира близо до повърхността на Земята. С увеличаване на височината въздухът постепенно става по-хладен. Понякога обаче възниква необичайна ситуация, при която слоеве топъл въздух се образуват над слоеве студен въздух. Тази ситуация е известна като температурна инверсия. Температурната инверсия води до задържане на слоеве студен въздух между земната повърхност и слой топъл въздух или между два слоя топъл въздух. Това създава т.нар. атмосферен канал (наричано в англоезичните източници ducting).

обратни слоеве
«сляпа зона»

Изображение 3: Атмосферен канал (Duct)

обратни слоеве
«сляпа зона»

Изображение 3: Атмосферен канал (Duct)

Ако електромагнитна вълна (особено в диапазоните КВ и УКВ), излъчвана от предавателна антена, попадне в такъв канал със студен въздух под много малък ъгъл на падане, тя може да се разпространи далеч отвъд нормалния обхват на пряката видимост. Когато атмосферните канали са резултат от температурни инверсии, доброто приемане на телевизия от станция, намираща се на стотици километри, не е необичайно. Причината за това е разликата в плътността и показателя на пречупване на топлия и студения въздух. Внезапната промяна в плътността на въздуха, когато електромагнитна вълна навлезе в слой топъл въздух над канал, я кара да се пречупи обратно към Земята. Когато вълната се удари в Земята или в слоя топъл въздух под канала, тя се отразява или пречупва отново нагоре и се разпространява надолу по канала с множество отражения. Пример за разпространение на радиовълни през атмосферен канал е показан на изображение 3.

Субрефракция

Възможна е и обратната ситуация, когато атмосферните условия са такива, че траекторията на електромагнитната вълна се отклонява от земната повърхност, а не към нея. Това явление се нарича отрицателна рефракция или субрефракция. При субрефракция се наблюдава намаляване на обхвата на откриване на целите. Това се вижда от появата на пропадания в радарното покритие при малки ъгли на издигане.

В таблица 1 са показани различните аномални условия на разпространение на електромагнитните вълни.

Рефракция Градиент на
показателя на
пречупване

Схематично
представяне
Условия на възникване
Отрицателен
(субрефракция) )
>0 Снеговалеж,
Ситуация, при която с увеличаване на височината температурата се понижава много по-бързо, а влажността намалява много по-бавно, отколкото в нормална атмосфера.
Няма 0 Ако индексът на пречупване не се променя на определени интервали от височина.
Положителен,
слаб
от 0 до
−4·10−8
Дъждовно и облачно време, ако температурата се понижава много по-бързо с увеличаване на надморската височина, а влажността намалява по-бавно, отколкото в нормална атмосфера.
Положителен,
нормален
−4·10−8 Облачно, когато атмосферните слоеве са добре смесени. Нормална атмосфера, ако температурата на въздуха се понижава с 6,5° на 1 км височина и налягането се понижава с 3,5 mbar на 1 км височина./td>
Положителен,
увеличен
от −4·10−8
до −17,5·10−8
Ясно време след залез слънце, когато температурата на въздуха леко се понижава с височината, т.е. започва температурна инверсия.
Положителен,
критичен.
−17,5·10−8 Ясно време след залез слънце с температурна инверсия
Свръхрефракция по-малко от
−17,5·10−8
Високо налягане, значителна температурна инверсия и намалена влажност. Значителни над континенталната част на страната през нощта и сутринта, над морето при ясно време, често в продължение на цели дни, когато въздухът на повърхността на морето е по-малко топъл и по-влажен, отколкото в по-високите слоеве.

Таблица 1 - Класификация на пречупването на радиовълните в земната атмосфера