Методическое пособие 231

Ионосфера – ионизированная часть атмосферы Земли, расположенная на расстоянии, большем 50 км от поверхности Земли, в которой происходит отражение и рассеяние радиоволн определенного диапазона.

Виды волн

Пространственная волна – радиоволна, распространяющаяся на большие расстояния и включающая прямую, отраженную от Земли, и ионосферные радиоволны, а также радиоволны, распространяющиеся от ионизированных следов метеоров.

Поверхностная волна – радиоволна, распространяющаяся вдоль поверхности раздела двух сред.

Порядок расчета отношения сигнал/шум на входе анализирующего устройства приемника. Основные исходные данные и их физический смысл

Радиочастотный сигнал – сигнал в форме радиоизлучения или сигнал в электрической цепи на частоте радиоизлучения.

Радиопередатчик – устройство для формирования радиочастотного сигнала, подлежащего излучению.

Антенна – устройство, предназначенное для излучения или приема радиоволн.

Радиоприемник – устройство, соединяемое с антенной и служащее для осуществления радиоприема.

Радиоприем – выделение сигналов из радиоизлучения. Основные элементы технического канала утечки

информации (ТКУИ) приведены на рис. 9).

Рис. 9. Элементы технического канала утечки информации

19

Технические характеристики защищаемого радиоэлектронного средства (РЭС) и параметры его радиосигнала будем обозначать индексом S, параметры разведприемника – индексом R (reconnaissance).

S (signal) – обозначение сигнала, N (noise) –

PS - мощность сигнала на входе разведприемника PN - мощность шума на входе разведприемника

рассчитывается по формуле:

qPS 0GS ( )GR 2 Z

16 2 D2 PRmin

где использованы следующие ТХ РЭС, аппаратуры РРТР и параметры среды:

ТХ РЭС:

РS0 – выходная (суммарная) мощность радиосигнала РЭС

λ –длина волны радиосигнала РЭС

GS (θ) – коэффициент усиления антенны РЭС по направлению θ

(GS (θ)= GS/Кб , где GS – коэффициент усиления по главному лепестку, Кб – уровень бокового лепестка, по которому ведется прием сигнала).

ТХ аппаратуры РРТР

GR– коэффициент усиления антенны аппаратуры РРТР (по главному лепестку)

R – пороговая чувствительность разведприемника

20

Параметры среды распространения:

D – наклонная дальность (расстояние между антеннами РЭС и аппаратуры РРТР)

Z – коэффициент, учитывающий изменение мощности сигнала при его распространении в среде.

Физический смысл ТХ аппаратуры и параметров среды распространения следующий.

Длина волны радиосигнала РЭС – длина волны излучаемого сигнала, переносящего полезную информацию, закодированную с использованием параметров модуляции сигнала.

Коэффициент усиления антенны РЭС - отношение мощности на входе изотропной антенны, размещенной в свободном пространстве, к мощности, подводимой ко входу антенны РЭС, при условии, что обе антенны создают в данном направлении θ на одинаковом расстоянии D равные значения плотности потока мощности.

Изотропная антенна – воображаемая антенна без потерь, излучающая равномерно во все стороны.

Направленная антенна – антенна, обеспечивающая в определенном или определенных направлениях более эффективное излучение или прием радиоволн, чем в других.

Ненаправленная антенна - антенна, обеспечивающая одинаковую эффективность излучения или прием радиоволн по всем направлениям в заданной плоскости.

Коэффициент усиления антенны – отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой ко входу реальной антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или плотности потока мощности. При отсутствии указания о направлении значение коэффициента усиления антенны соответствует направлению максимального излучения. Коэффициент усиления антенны может выражаться в

21

децибелах и равняться увеличенному в 10 раз десятичному логарифму отношения мощностей.

Абсолютный коэффициент усиления антенны - коэффициент усиления антенны в данном направлении в случае, когда эталонная антенна представляет собой изотропную, расположенную в свободном пространстве.

Коэффициент полезного действия (КПД) антенны – отношение мощности радиоизлучения, создаваемого антенной, к мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне.

Диаграмма направленности антенны (ДНА) – графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости.

Нормированная диаграмма направленности антенны – диаграмма направленности антенны, в которой зависимость коэффициента усиления антенны (коэффициента направленного действия антенны) пронормирована относительно ее максимального значения.

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны

– отношение квадрата напряженности поля, создаваемой в данном направлении, к среднему значению квадрата напряженности, создаваемой по всем направлениям.

Ширина ДНА – угол между направлениями ДНА, на границах которого напряженность поля падает до определенного значения (обычно в 2 раза).

Лепесток ДНА – часть ДНА, которая находится внутри области, ограниченной двумя соседними направлениями минимального излучения.

Главный лепесток ДНА – лепесток ДНА, в пределах которого излучение антенны максимально.

Уровень заднего (бокового) лепестка –отношение КУА в направлении главного лепестка к КУА в направлении заднего (бокового) лепестка.

22

Эффективная площадь приемной антенны – площадь, определяемая отношением максимальной мощности, которая может быть отдана приемной антенной, без учета потерь в согласованную нагрузку, к мощности, приходящейся на единицу площади в падающей плоской радиоволне.

Параметры среды

Дифракция радиоволн – изменение структуры поля радиоволны под влиянием препятствий, представляющих собой пространственные неоднородности среды распространения, в частности, приводящие к огибанию радиоволной этих препятствий.

Радиогоризонт – геометрическое место точек, в которых лучи от антенны становятся касательными к поверхности Земли с учетом кривизны, обусловленной преломлением радиоволн.

Рефракция радиоволн – изменение направления распространения радиоволн вследствие изменения скорости их распространения при прохождении через неоднородную среду.

Поглощение радиоволн – уменьшение энергии радиоволны вследствие частичного перехода ее в тепловую энергию в результате взаимодействия со средой.

Рассеяние радиоволн – преобразование распространяющихся в одном направлении радиоволн в радиоволны, распространяющиеся в различных направлениях.

Чувствительность радиоприемника – мера способности радиоприемника обеспечить прием слабых радиосигналов (определяется при отсутствии внешних радиопомех).

Пороговая чувствительность — чувствительность радиоприёмника, определяемая минимальным уровнем радиосигнала на его входе при равных уровнях полезного сигнала и шума на выходе радиоприёмника.

23

Типовые задачи

1.Рассчитать мощность сигнала на заданной

дальности.

2.Рассчитать дальность, на которой отношение сигнал/шум принимает заданное значение.

3.Рассчитать ослабление сигнала, при котором отношение сигнал/шум принимает заданное значение.

4.Рассчитать значение радиогоризонта.

Контрольные вопросы

1.Каков физический смысл исходных данных для расчета отношения сигнал/шум?

2.Каковы размерности параметров сигнала, приемника и среды?

3.Что такое диаграмма направленности антенны?

4.Что такое коэффициент усиления антенны?

5.Классификация радиоволн по длинам волн.

6.Классификация радиоволн по частотам.

7.Формула, связывающая длину волны и ее

частоту.

8.Что такое эффективная площадь антенны? Как она рассчитывается?

9.Каковы особенности распространения радиоволн различных диапазонов?

10.Что такое атмосферная рефракция?

11.Что такое радиогоризонт?

12.Что такое дифракция радиоволн?

24

Практическое занятие № 5 Расчет предельного линейного разрешения на местности

оптико-электронных средств

Линейное разрешение на местности может быть рассчитано по формулам

d= ,

Технические характеристики, определяющие качество изображений, получаемых оптико-электронными средствами, связаны между собой следующими соотношениями:

d= , α=d/F=l/H, h=lN, f=F/D,

Α =h/H,

где

λ – длина волны из заданного спектрального диапазона;

S - площадь элемента ФПУ,

α - элементарное поле зрения:

N - количество элементов в ФПУ; h – размер линейки ФПУ;

F - фокусное расстояние объектива;

f - относительное отверстие объектива; Α - угол поля зрения объектива;

H - высота перигея.

Типовые задачи

Задача 1. Определить предельное линейное разрешение на местности при заданных высоте средства, фокусном расстоянии объектива и размере пикселя.

25

Задача 2. Определить фокусном расстояние объектива, необходимое для достижения заданного значения предельного линейного разрешения на местности при заданных высоте и размере пикселя.

Задача 3. Определить размер пикселя, необходимый для достижения заданного значения предельного линейного разрешения на местности при заданных высоте и фокусном расстоянии объектива.

Задача 4. Определить высоту, на которой обеспечивается заданное значение предельного линейного разрешения на местности при заданных фокусном расстоянии объектива и размере пикселя.

Задача 5. Определить предельное линейное разрешение на местности при заданных высоте и диаметре апертуры для длины волны 0,55 мкм.

Задача 6. Определить диаметр апертуры, обеспечивающий при заданной высоте достижение заданного предельного линейного разрешения на местности.

Контрольные вопросы

1.Что такое предельное линейное разрешение на

местности?

2.Какими параметрами оптико-электронной аппаратуры ограничивается значение линейного разрешения на местности?

3.Что такое диаметр апертуры, фокусное расстояние объектива, размер пикселя?

4.Что такое панхроматический снимок?

5.Как физически получают цветное изображение?

6.Как связаны чувствительность элемента ФПУ и

его размер?

26

Практическое занятие № 6 Основное уравнение радиолокации

Основное уравнение радиолокации

где

Pr— мощность сигнала на клеммах приемной антенны; Pt— мощность радиопередатчика;

Gt - коэффициент усиления передающей антенны; Ar(иногда S) — эффективная площадь (апертура) приемной антенны,

Ar = G*λ²/4π,

где G — коэффициент усиления приемной антенны, λ — длина волны.

σ — эффективная площадь рассеяния цели в данном ракурсе;

F — коэффициент потерь при распространении сигнала;

R— расстояние от передатчика до цели;

Расчет максимальной дальности применения радиолокатора

Наиболее простым способом получения радиолокационного изображения (РЛИ) местности является использование режима реального луча, когда радиолокационная станция (РЛС), установленная на носителе, осуществляет обзор земной поверхности путем сканирования антенной в горизонтальной плоскости,

27

например, в секторе ±90° относительно вектора скорости носителя. При этом изображение местности в зоне обзора наблюдается в виде сектора размером ±90° с максимальным радиусом, равным дальности действия РЛС. Основным недостатком этого режима является низкая разрешающая способность по азимуту, которая при некогерентной обработке определяется шириной диаграммы направленности реальной антенны в горизонтальной плоскости. Ширина ДНА

зависит от горизонтального размера антенны (апертуры) и длины волны электромагнитных колебаний,

излучаемых РЛС: . В то же время линейное разрешение по азимуту увеличивается пропорционально наклонной дальности. Например, при длине волны см

и размере антенны 150 см ширина луча ° и на дальности 120 км линейное разрешение будет составлять около 2,5 км. Такая низкая разрешающая способность приводит к тому, что на изображении наблюдаются отметки только от крупных объектов (мостов, населенных пунктов, кораблей).

По сравнению с некогерентными радиолокационными системами бокового обзора радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны (РСА) (рис. 10) обладают некоторыми уникальными свойствами, в том числе тем, что предельное разрешение вдоль пути δX≈DH/2 и перпендикулярное ему разрешение по дальности δY≈сτ/2cosϑ не зависят от расстояния до наблюдаемого объекта и длины волны излучения (с – скорость света, τ – длительность импульса зондирующего сигнала, ϑ – угол наклона луча антенны РЛС).

28