Оценка, прогнозирование и расчет радио- и радиолокационной наблюдаемости.

Распространение радиоволн СВЧ диапазона в атмосфере сопровождается их преломлением, поглощением, отражением и рассеянием, что сказывается на изменении тактико-технических характеристик радиотехнических средств и систем, и в первую очередь на изменении их дальности действия. Дальность действия радиотехнических средств и систем является важным элементом при оценки тактической и навигационной обстановки и должна учитываться в штабах, на кораблях и частях ВМФ при подготовке и проведении боевых действий. 

Умение определять и правильно учитывать изменения в использовании распространение радиоволн обеспечивать преимущества в использовании своих радиотехнических средств наблюдений и управлений оружием и позволяет правильно оценить:

- предельную дальность обнаружения надводных сил и средств воздушного нападения противника своими радиолокационными станциями;

- дальность вероятного радиолокационного обнаружения противником наших сил;

- предельную дальность обнаружения работы радиолокационных средств противника станциями обнаружения радиолокационных сигналов и станциями радиотехнической разведки;

- дальность вероятного обнаружения и разведки противником работы наших радиолокационных средств.

При использовании РЛС в навигационных целях знание дальности радиолокационного обнаружения позволяет правильно установить режим работы станции на корабле и принять необходимые тактические и навигационные предосторожности.

Изменения дальности действия радиотехнических средств происходят в больших пределах. они зависят от географической широты, сезона года и времени суток. По мере увеличения энергетических потенциалов РЛС и повышения чувствительности приемных устройств СОРС и СРТР изменение условий распространения радиоволн приводит к более существенным изменениям дальности действия радиотехнических средство.

Основной причиной, вызывающей изменения дальности действия радиолокационных средств сантиметрового и дециметрового диапазонов, является рефракция радиоволн приводном слое, зависящая от вертикального распределения показателя преломления атмосферы. При изменении степени рефракции дальность действия РЛС может изменятся на порядок и более.

Изменение дальности действия радиотехнических средств СВЧ диапазона, обусловленное поглощением и рассеянием электромагнитной энергии в туманах и осадках, существенно лишь для коротковолновой части сантиметрового диапазона.

Степень рефракции радиоволн определяется скоростью изменения показателя преломления N с высотой, т.е. его вертикальным градиентом dN/dh. Связь между численными значениями коэффициента преломления атмосферы n, диэлектрической проницаемостью воздуха и показателем преломления N определяется выражениями:     

                                                                                                  (2.1)

В зависимости от характера воздействия метеорологических условий на распределение радиоволн выделяются два типа рефракции:

- отрицательная dN/dh > 0

- положительная dN/dh < 0

При отсутствии рефракции dN/dh равно 0, при этом радиоволны распространяются прямолинейно.

Отрицательная рефракция возникает при таком состоянии атмосферы, когда показатель преломления N увеличивается с высотой. При этом радиоволны распространяются по траектории с отрицательной кривизной (удаляются от Земли) и дальность действия радиотехнических средств становится меньше, чем при отсутствии рефракции.

Положительной рефракцией принято называть рефракцию, возникающую при уменьшении показателя преломления с высотой. При этом радиоволны распространяются по криволинейной траектории с положительной рефракции. При таком состоянии атмосферы дальность действия радиотехнических средств больше, чем при отсутствии рефракции.

По величине вертикального градиента показателя преломления положительная рефракция подразделяется на следующие виды:

- пониженную 0.04 < dN/dh < 0

- нормальную dN/dh = -0.04

- повышенную –0.157 < dN/dh < -0.04

- критическую dN/dh = -0.157

- сверхрефракцию dN/dh < -0.157

Слой воздуха, в котором имеет место сверхрефракция, называют атмосферным волноводом (N-инверсией). Траектория распространения радиоволн в таком слое имеют радиус кривизны меньше радиуса кривизны радиуса Земли и распространение электромагнитной энергии путем полного внутреннего отражения от границ слоя.

В зависимости от толщины слоя и скорости уменьшения показателя преломления атмосферные волноводы оказывают различное влияние на распространение радиоволн СВЧ диапазона.

Они, как правило, эффективны для волн сантиметрового диапазона. Атмосферные волноводы подразделяются на два вида: приводные и приподнятые. Возможность захвата электромагнитной энергии приводным волноводом определяется соотношением между длиной излучаемой и критической длиной волна , которая может быть захвачена волноводом с заданными значениями высоты  и вертикального градиента приведенного показателя преломления dM/dh. Захват происходит при .

Критическая длина волны определяется из выражения:

,                                                                                      (2.2)

где М=N+0.175*h.                                                 

При расположении антенны РЛС внутри атмосферного волновода электромагнитная энергия распространяется в нем с ослаблением, значительно меньше, чем при нормальной рефракции. Этим объясняется наблюдаемое увеличение дальности действия радиотехнических средств, достигающее многократного превышения формулярной дальности.

Помимо приводных и приподнятых волноводов к N-инверсиям относят приподнятые слоистые образования атмосферы с повышенной рефракцией, которые также оказывают существенное влияние на распространение радиоволн. Степень влияния инверсионных слоев зависит от расположения антенны РЛС и цели по отношению к этим образованием. При расположении антенны РЛС и цели по разным сторонам границы инверсионного слоя может наблюдаться резкое ослабление уровня сигнала, что сопровождается уменьшением дальности действия средств.

Этим объясняются наблюдаемые на практике случаи пропадания сигналов от высоколетящих воздушных целей в моменты резкого увеличения дальности действия РЛС по надводным целям, а также уменьшение дальности обнаружения малых целей (выдвижных устройств подводных лодок, плавающих мин) радиолокационной станцией, которой расположена выше волновода.

Определение понятия радиолокационной наблюдаемости. Шкала баллов РЛН и методы их расчета.

Для оценки условий работы корабельных и береговых РЛС введено понятие Радиолокационной наблюдаемости (РЛН), определяемой как относительная дальность обнаружения цели.

Относительной дальностью обнаружения называется отношение фактической предельной дальности обнаружения данной станцией данной цели к ее расчетному значению при нормальных условиях.

Для практического использования принята приведенная в табл. 1 шкала баллов РЛН, содержащая диапазоны возможного изменения относительной дальности обнаружения целей.

Шкала баллов радиолокационной наблюдаемости                                                   Таблица 1.

Радиолокационная наблюдаемость (РЛН)		Пределы измен. дальности действия РЛС R по отнош. к расчетной Rp для нормал. (стандарт. условий)	Рефракция
Балл РЛН	Характеристика РЛН	R/Rp	Тип	Вид
1	Понижен.	<0.9	Отрицательная Рефракция отсут. Положительная	---- ---- понижен.
2	Нормал.	0.9-1.1	Положительная	Нормальная
3	Повышен.	1.1-2.0	Положительная	Повышенная
4	Сверхдал.	>2.0	Положительная	Повышенная Критическая Сверхфракц.

Расчет предельной дальности действия конкретных РЛС по заданной цели или прогнозируемых условий радиолокационной наблюдаемости, в том числе для нормальной рефракции, может быть произведен:

- на ЭВМ по методике №8716 (17Р), включенной в Библиотеку методике ВМФ.

- с использованием планшета ‘’ Муссон-Р ‘’.

В указанных методах расчет учет атмосферной рефракции состоит в том, что рассматривается распространение радиоволн не по реальным траекториям над земной поверхностью с радиусом Земли а=6370 км, а по прямолинейным траекториям над воображаемой поверхностью с эквивалентным радиусом аэ.

Значение эквивалентного радиуса определяется из условия сохранения постоянства относительно кривизны между траекторией радиолуча и поверхностью Земли в действительных условиях и в предлагаемой эквивалентной схеме распространения.

Эквивалентный радиус Земли рассчитывается по формуле:

,                                                                                                 (2.3)

где dN/dh – градиент показателя преломления атмосферы, вычисленный в предположении линейной зависимости N от h.

Каждому баллу РЛН можно условно приписать среднее значение аэ:

1 балл аэ = 5600 км.

2 балла аэ = 8500 км.

3 балла аэ = 15000 км.

4 балла аэ = 36000 км. и более.

Численное значениеаэ = 36000 км. соответствует увеличению дальности в 2 раза, т.е. условиям повышенной рефракции. Для критической рефракции аэ = ~, а для сверхрефракции аэ становится отрицательной величиной.

Дальность радиогоризонта определяется выражением:

                                                                                                       (2.4)

В условиях нормальной (стандартной) рефракции, аэ = 8500 км.

При проведение испытаний и контрольных обмеров РЛС в качестве формулярной дальности действия должна записываться предельная дальность обнаружения цели. Полученная только в условиях нормальной рефракции при тщательном контролируемой метеорологической обстановке. Как правило, фактически измеренная дальность в этих условиях соответствует расчетной. Метеорологическая обстановка, характеризующая нормальную рефракцию, определяется следующими значениями метеоэлементов:

- давление воздуха 1000 мбар;

- температура воздуха +18 С;

- относительная влажность воздуха 75-95%;

- вертикальный градиент температуры воздуха 0,6 С/100 м;

- вертикальный градиент абсолютной влажности воздуха 1 мбар/100м.

Определение фактической РЛС, производимое путем непосредственных измерений на корабельных и береговых РЛС, должно осуществляться по цели с известной эффективной отражающей поверхностью при соблюдении следующих условий:

- наблюдения должны проводиться при удалении целей от береговой черты не менее чем на 3-5 км;

- на трассе распространения не должно быть никаких экранирующих препятствий в виде островов и мысов;

- обнаруженная цель не должна сопровождаться до предельного расстояния, пр котором на фоне собственных шумов РЛС, при оптимальном положении органов регулировки (уровень сигнала, субъективно оцениваемой оператором по пятибалльной шкале, не должен превышать двух баллов).

Для получения фактической РЛН полученную предельную дальность обнаружения делят на расчетную (формальную) дальность обнаружения этой цели. Результат вычисляется с точностью до 0,01 и округляется до 0,1. Значение балла РЛН определяется по табл. 1.

По аналогии с понятием радиолокационной наблюдаемости для пассивных радиотехнических средств (СОРС, СРТР) вводится понятие радио-наблюдаемости (РН) со своей шкалой баллов РН, отличающейся от шкалы баллов РЛН численными значениями границ. Необходимость изменения численных границ шкалы баллов РН по сравнению с границами баллов РЛН обусловлена следующими причинами:

- большая протяженность загоризонтных участков трасс и связанная с ней значительная неоднородность метеорологических условий;

- малым изменениям множителя ослабления в зоне дальнее тропосферное распространение (ДТР) соответствует более существенные по сравнению с зоной дифракции изменения предельных дальностей обнаружения.

Характеристика и численные границы баллов РН приведены в табл. 2.

 

Шкала баллов радионаблюдаемости                                                                  Таблица 2.

Радионаблюдаемость (РН)		Пределы изменения дальности действия пассивных радиотехнических средств R по отношению к расчетной Rp для нормальных условий
Балл РН	Характеристика РН	R/Rp
1	Пониженная	<0.75
2	Нормальная	0.75-1.25
3	Повышенная	1.25-2.0
4	Волновая	>2.0

Расчет предельной дальности действия конкретных СОРС И СРТС при работе по источнику излучения с заданными параметрами в условиях различной радионаблюдаемости может быть произведен на ЭВМ по методике №8718 (17З), включенной в библиотек методик ВМФ. Оценка ожидаемых изменений дальности действия СОРС И РЛС на загоризонтных участках трассы распространения в зависимости от состояния радионаблюдаемости может быть осуществлена по монограмме.

При проведении испытаний и контрольных обмеров СОРС в качестве формулярной дальности действия должна записываться предельная дальность, соответствующая условиям нормальной (стандартной) рефракции в природном слое и отсутствию приподнятых волноводов и слоев N-инверсий над районом испытаний. Также условия соответствуют случаю хорошо перемешанной атмосферы и отсутствию по трассе распространения фронтальных разделов. При этих измерениях должен быть также обеспечен контроль за фактическим местонахождением радиоизлучающей цели с помощью других источников информации.

Определение РЛН станции сантиметрового диапазона в приводном слое по данным корабельных и береговых гидрометеорологических наблюдений.

Для определения РЛН по фактическим гидрометеорологических условиях необходимо иметь сведения о следующих параметрах:

- температура воздуха t C

- температура воды tв С

- разности температур вода-воздух С

- относительная влажность воздуха u %

- скорость ветра v м/с

- осадках и туманах.

Сведения о всех элементах, за исключением параметра , получают путем стандартных гидрометеорологических измерений. Причем используются только данные, полученные в течении последнего часа. Параметр  вычисляется как разность между температурной воды и температуры воздуха, =tв-t.

Определение балла РЛН по полученным гидрометеорологическим параметрам с помощью табл. 3-6 производится в следующем порядке:

- выбирается конкретная таблица в зависимости от состояния водной поверхности (открытая вода, плавающий лед, сплошной) и температура воздуха.

- отыскивается строка, соответствующая сочетанию значений относительной влажности, скорость ветра и осадков;

- на продолжении этой строки считывается балл РЛН.

Радиус действия балла РЛН (под радиусом действия балла понимается расстояние (от точки его определения) на котором значение балла не изменяется) связан с общей синоптической обстановкой в районе.

В открытых районах океана и в прибрежных районах при морских ветрах в условиях циклонической деятельности радиус действия балла РЛН составляет 100-150 км, в антициклональных условиях – 200-600 км. В прибрежных районах при береговых ветрах радиус действия балла по данным береговых ГМС, зависит от типа воздушной массы: в теплой массе, движущейся с суши на море, он достигает 150-200 км, в холодной воздушной массе – 80-110 км. 

Расчеты произведены для 50% вероятности обнаружения при отношении сигнал/шум, равном единице, и отсутствии ложных тревог. Исходными данными для расчета дальности радиолокационного обнаружения кораблей с помощью заданной РЛС являются:

- энергетический потенциал РЛС (С), дБ;

- длина волны, см;

- высота расположения антенны РЛС, м (берется из формуляра станции);

-  балл фактической или прогнозируемой радиолокационной наблюдаемости (РЛН), определяемый в соответствии с требованиями «Руководства по оценке и прогнозированию радио- и радиолокационной наблюдательности в диапазонах сантиметровых и дециметровых волн (Р-ПРН-80)»

Энергетический потенциал РЛС вычисляется по формуле:

,                                                                                 (2.5)

где

- мощность передатчика, Вт;

- предельная чувствительность приемного устройства, Вт;

- коэффициент усиления антенны;

- длина волны;

- произведение всех составляющих потерь при радиолокационном обнаружении цели.

Ниже приведен пример, поясняющий способ определения дальности радиолокационного обнаружения кораблей по планшету ‘’ Муссон – Р ‘’.