Radar Basics

Ztráta kolísání

Diagram sekundárního odrazu skutečných letových cílů (efektivní odrazová plocha) má mnohonásobně vějířovitý, silně členitý charakter. Kolísání odraženého signálu vychází z tohoto složitého diagramu relativní plochy zpětného rozptylu. Při pohybu vpřed se obrazec zpětného paprsku letadla otáčí vzhledem k radaru. Nelze předpovědět, který úhelný segment tohoto diagramu je v daném okamžiku v platnosti. Vzhledem k časovým změnám amplitud a fázových změn způsobených průběhem cíle podléhá intenzita přijímaného pole na radarové soupravě silnému kolísání, které se nazývá fluktuace.

Pro matematický popis vlivu fluktuace na dosah radaru definoval Peter Swerling v roce 1954 čtyři modelové případy. Předpokládala se obdélníková charakteristika antény, tj. zanedbávala se modulace amplitud ozvěny charakteristikou antény.

Čtyři modelové případy („Swerlingovy případy”)

Swerling ve své práci ukazuje, že fluktuace cíle vnášejí do radarové rovnice další ztráty fluktuací L _f. Závisí silně na pravděpodobnosti detekce P_D, ale jen mírně na pravděpodobnosti falešného poplachu P_N. (Poznámka: V literatuře jsou někdy čtyři modelové případy číslovány postupně římskými číslicemi).

Obrázek 2: Swerling 1 a 2: Cíl se skládá z několika izotropních reflektorů stejné velikosti rozmístěných na povrchu. Z jiného úhlu pohledu na stejné uspořádání (pohled b) vyplývají různé vzdálenosti, a tedy i různé rušivé podmínky.

Obrázek 2: Swerling 1 a 2: Cíl se skládá z několika izotropních reflektorů stejné velikosti rozmístěných na povrchu. Z jiného úhlu pohledu na stejné uspořádání (pohled b) vyplývají různé vzdálenosti, a tedy i různé rušivé podmínky.

Modelový případ 1:

Amplitudy echa zůstávají konstantní během otáčení antény nad cílem, tj. během doby setrvání cíle nebo doby osvětlení T_d. Jejich velikost se však v jednotlivých vzorcích mění statisticky nezávisle, tj. amplitudy se v po sobě jdoucích vzorcích liší a nejsou korelovány.

Tento model se nazývá kolísání od skenu ke skenu (scan-to-scan fluctuation, zde: od otáčky k otáčce). Rozdělení hustoty pravděpodobnosti návratové oblasti σ je dáno Rayleighovo rozdělení pravděpodobnosti a součet návratové oblasti je rozdělen exponenciálně.

kde σ_average je střední hodnota všech vyskytujících se průřezů zpětného rozptylu.

Tento případ charakterizuje chování cílů složených z mnoha nezávislých zpětně vyzařujících prvků přibližně stejné velikosti. To platí například pro vzdušné cíle. Radar je průzkumný radar pro letecký průzkum nebo průzkum na mořské hladině s relativně rychle se otáčejícím pokrytím.

Modelový případ 2:

Fluktuační zákon je opět dán rovnicí (44), ale fluktuace je mnohem rychlejší. Výsledkem je změna amplitudy od impulsu k impulsu (fluktuace od impulsu k impulsu) v průběhu n echo signálů za dobu osvětlení.

Stejně jako případ 1 charakterizuje případ 2 statistické chování echosignálů z letadel. Zde se však nejedná o rotační všesměrovou vyhledávací anténu, ale o radar pro sledování cíle zaměřený na cíl.

Obrázek 3: Swerling 3 a 4: dominantní izotropní reflektor je překryt několika malými reflektory.

Obrázek 3: Swerling 3 a 4: dominantní izotropní reflektor je překryt několika malými reflektory.

Modelový případ 3:

Kolísání probíhá od vzorku ke vzorku stejně jako v případě 1, ale podle rozdělení hustoty pravděpodobnosti

Modelový případ 4:

Celková efektivní retroreflexní plocha σ_ges odpovídá rozložení χ². Kolísání probíhá jako v případě 2 od periody impulsu k periodě impulsu, ale rozdělení hustoty pravděpodobnosti probíhá podle rovnice (45).
 

Případy 3 a 4 popisují chování cílů, u nichž se větší oblast zpětného rozptylu překrývá s některými menšími, nebo u nichž velká oblast zpětného rozptylu mírně mění svůj aspekt. Pravděpodobně se budou vztahovat především na lodní cíle.

Případy 2 a 4 jsou v praxi poměrně málo zajímavé, protože rychlé kolísání mezi impulsy vyžaduje buď rychlosti cíle výrazně vyšší než rychlosti letadla, nebo dlouhou dobu setrvání cíle. Tyto zvláštní případy se mohou vyskytovat u sledovacích radarů pro protiraketovou obranu nebo u dělostřeleckých průzkumných radarů. Vzhledem k tomu, že v těchto případech dochází k určitému zprůměrování různých amplitud již v rámci řetězce echo pulzů, jsou ztráty fluktuací spojené s ustáleným cílem relativně malé. V průměru dosahují pouze 1 až 2 dB s pravděpodobností detekce P_D více než 60%..

Obrázek 4: Ztráta kolísáním L _f pro Swerlingovy případy 1 a 3

Obrázek 4: Ztráta kolísáním L _f pro Swerlingovy případy 1 a 3

Případy 1 a 3 v podstatě platí pro vyhledávací radary. Ztráta fluktuací v závislosti na pravděpodobnosti detekce P_D je znázorněna na obrázku 4. Pro P_D<30% dochází k zesílení fluktuace, protože pro velmi malé poměry signálu k šumu jsou statistické změny amplitudy příznivé pro detekci.

Modelový případ 0 nebo 5:

Tento případ byl následně přijat jako referenční. Jedná se o syntetický cíl bez jakéhokoli kolísání.