Радарный горизонт

Радарный горизонт является критической областью работы систем обнаружения самолетов , которая определяется расстоянием, на котором луч радара поднимается достаточно над поверхностью Земли , чтобы обеспечить обнаружение цели на минимально возможном уровне. Он связан с маловысотной областью действия, а его геометрия зависит от местности, высоты радара и обработки сигнала. Это связано с понятиями радиолокационной тени , зоны помех и свободной зоны .

Воздушные объекты могут использовать зону тени радара и зону помех, чтобы избежать обнаружения радаром, используя метод, называемый навигацией по земной коре . ^[1]

Определение

Без учета рефракции в атмосфере радиолокационный горизонт будет представлять собой геометрическое расстояние от радара до горизонта , принимая во внимание только высоту радара над уровнем моря и радиус Земли (приблизительно 6,4·10 ³ км): $D_{h}$ $H$ $R_{e}$

D_{h}={\sqrt {2\times H\times R_{e}+H^{2}}}

Когда H мало по сравнению с , это можно аппроксимировать следующим образом: $R_{e}$

D_{h}={\sqrt {2\times H\times R_{e}}}

[Процентная ошибка, которая увеличивается примерно пропорционально высоте, составляет менее 1%, когда H меньше 250 км.]

При таком расчете горизонт для радара на высоте 1 миля (1,6 км) составит 89 миль (143 км). Горизонт радара с высотой антенны 75 футов (23 м) над океаном составляет 10 миль (16 км). Однако, поскольку давление и содержание водяного пара в атмосфере меняются с высотой, путь луча радара преломляется из -за изменения плотности. В стандартной атмосфере электромагнитные волны обычно отклоняются или преломляются вниз. Это уменьшает зону тени , но вызывает ошибки в измерении расстояния и высоты. На практике для нахождения необходимо использовать для эффективного радиуса Земли (4/3) значение 8,5·10 ³ км вместо реального. ^[2] $D_{h}$ $R_{e}$

Таким образом, уравнение становится:

D_{h}={\sqrt {2\times H\times \left({\frac {4R_{e}}{3}}\right)}}

И для тех же примеров: радиолокационный горизонт для радара на высоте 1 мили (1,6 км) будет 102 мили (164 км), а на высоте 75 футов (23 м) будет 12 миль (19 км). .

Кроме того, слои с обратной тенденцией температуры или влажности вызывают атмосферные волноводы , которые изгибают луч вниз или даже улавливают радиоволны, чтобы они не распространялись вертикально. Это явление происходит в двух случаях:

Тонкий устойчивый слой повышенной влажности
Стабильная инверсия температуры

Влияние воздуховода усиливается по мере падения частоты. Ниже 3 МГц весь объем воздуха действует как волновод, заполняя тень радара, а также снижает чувствительность радара над зоной воздуховода. Воздуховоды заполняют теневую зону, увеличивают расстояние до зоны помех и могут создавать отражения для радаров с низким PRF , выходящие за пределы инструментального диапазона .

Ограничивающие факторы

Теневая зона

Объекты за пределами Dh будут видны только в том случае, если высота удовлетворяет следующему требованию:

H_{T}>{\frac {\left(R_{T}-{\sqrt {2\times H\times R_{e}}}\right)^{2}}{2\times R_{ е}}}

где - высота цели и - дальность цели. Объекты ниже этой высоты находятся в тени радара. $H_{T}$ $R_{T}$

Зона беспорядка

Зона помех — это место, где энергия радара находится на высоте нескольких тысяч футов над уровнем моря. Это распространяется на расстояние около 120% радиолокационного горизонта.

На земле под этими углами возвышения находится большое количество отражателей. Преобладающие ветры со скоростью около 15 миль в час заставляют эти отражатели двигаться, и этот ветер поднимает в воздух более мелкие объекты. Это вмешательство называется помехой .

Зона помех включает прибрежную зону и местность при работе на суше или вблизи нее.

Луч шириной осветит миллионы квадратных футов поверхности к тому времени, когда импульс радара достигнет 10 миль (16 км). Цели обычно намного меньше, поэтому будут замаскированы беспорядком. Отражения от помех могут создать нежелательные ложные цели. $1^{о}$

Антенна для радара без улучшения обработки сигнала для уменьшения помех обычно не направляется вблизи земли, чтобы не перегружать компьютеры и пользователей.

Индикация движущейся цели (MTI) может уменьшить помехи примерно на 35 дБ. Это позволяет обнаруживать объекты площадью до 1000 квадратных футов (93 м ^{2 ).}Преобладающий ветер и погода могут ухудшить характеристики MTI, а MTI вводит слепые скорости . ^[3]

Импульсно-доплеровский радар может уменьшить помехи более чем на 60 дБ, что позволяет обнаруживать объекты площадью менее 1 квадратного фута (0,093 м ^{2 ), не перегружая компьютеры и пользователей.}Системы, использующие импульсно-доплеровскую обработку сигналов с отклонением скорости, установленной выше скорости ветра, не имеют зоны помех. Это означает, что чистая область простирается до самой земли.

Очистить регион

Чистая область — это зона, которая начинается в нескольких километрах от радиолокационного горизонта при малых углах места.

Ясной областью также является зона над малыми углами места с ясным небом.

В районах с погодой и сильной биологической активностью (дождь, снег, град, сильный ветер и миграция) четкой области нет.

За горизонтом

Разработан ряд радиолокационных систем, позволяющих обнаруживать цели в теневой зоне. Эти системы известны под общим названием « загоризонтные радары» . Обычно используются три системы; наиболее распространенная использует ионосферу в качестве отражателя и направляет сигнал в небо, а затем прослушивает крошечные сигналы, возвращаемые с неба, другие используют бистатическую схему с удаленными антеннами, которые ищут объекты, проходящие между ними, и небольшое количество систем используйте «ползущие волны», которые перемещаются в теневую зону.