СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА РАДАРА
RADAR ENERGY POTENTIAL CORRECTION METHOD

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано как в гражданской, так и в военной метеорологии для коррекции значения энергетического потенциала наземных и бортовых радаров.
Известны различные способы контроля и коррекции энергетического потенциала радара следующими методами:
- по величине отраженного сигнала от местных предметов;
- путем раздельного измерения технических параметров радара;
- с помощью стандартного отражателя;
- с помощью контрольного резонатора (эхо-камеры).
(Латинский С.М., Шарапов В.И., Ксендз С.П., Афанасьев С.С. Теория и практика эксплуатации радиолокационных систем под ред. Латинского С.М. - М.: Советское радио, 1970, с.30-36).
К недостаткам известных способов можно отнести низкую точность измерений, обусловленную влиянием неконтролируемых факторов и сложность их реализации на практике.
Наиболее близким к заявляемому объекту является способ коррекции энергетического потенциала радара по стандартной токопроводящей мишени, у которой значение поперечного сечения обратного рассеяния известно (Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6. / М.Т.Абшаев, И.И.Бурцев, С.И.Ваксенбург, Г.Ф.Шевела. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.138-145. Прототип).
На практике при определении энергетического потенциала радара осуществляют его калибровку по стандартной мишени. Смысл калибровки радара по стандартной мишени сводится к определению энергетического его потенциала, что позволяет в дальнейшем измерять радиолокационную отражаемость цели относительно известного поперечного сечения обратного рассеяния токопроводящей мишени.
λ
При калибровке радара по известному способу используется стандартная мишень в виде металлизированной сферы диаметром не менее 30,5 см. При калибровке радара стандартную мишень устанавливают на расстоянии 3-10 км от радара и поднимают с помощью специального троса на высоту 500-1000 метров над поверхностью земли. Для этой цели, как правило, используют шары-пилоты, а сам процесс осуществляется в безветренную погоду. Затем путем радиолокационного зондирования определяют расстояние до мишени и мощность радиоэхо на приемном конце радара. После чего определяют значение энергетического потенциала радара (С) по известной формуле.
λ
λ
λ
λ
Существенным недостатком известного способа является то, что под воздействием ряда неконтролируемых факторов величина (С) не является постоянной, а сама процедура его измерения сопряжена со значительными трудозатратами, т.к. требует специального транспорта, лебедки, удерживающей шаро-пилот на высоте 500-1000 м с помощью специального троса. Кроме того, рельеф подстилающей поверхности и климатические условия (снег, грязь, туман, ветер) не всегда обеспечивают возможность коррекции значения (С) таким способом. Поэтому на практике данную процедуру выполняют один раз в течение года, а затем при эксплуатации радара осуществляют периодически коррекцию величины (С) по реперным целям (гора, различные искусственные возвышения и т.д.). Однако осуществлять регулярно в оперативном режиме коррекцию величины (C) по реперным целям в каждом цикле измерения не представляется возможным. В результате существенно снижается точность радиолокационных измерений.
Техническим результатом от использования заявленного технического решения является повышение точности радиолокационных измерений путем коррекции энергетического потенциала радара в каждом цикле измерения.
λo
o
R.1
1
max.1
e
1
λ.o
o
max.o
Технический результат достигается тем, что в известном способе коррекции энергетического потенциала радара с использованием калибровочной мишени, наряду с существующим реальным радиолокационным каналом формируют виртуальный опорный канал с заданным значением энергетического потенциала радара (С), и калибровочной мишенью, в качестве которой используют виртуальную облачную среду, с заведомо известным уровнем радиолокационной отражаемости (η), затем, при коррекции энергетического потенциала радара в реальном канале, осуществляют зондирование облачной среды, в котором, выделяют локальный исследуемый объем, и с экрана радара для данного объема, используя огибающую видеоимпульса, определяют максимальное значение интенсивности эхо-сигнала под огибающей видеоимпульса (Z), расстояние до облачной среды (R), соответствующее этому значению, максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z) от локального исследуемого объема на удалении его от радара, равном единичному расстоянию (R) в 1 км, и протяженность проекции огибающей видеоимпульса (ΔR) на ось расстояний, после этого для виртуального опорного канала, где задано значение энергетического потенциала радара (С) и значение радиолокационной отражаемости виртуальной облачной среды (η), расчетным путем определяют максимальную дальность аппаратурного контакта (R) по формуле
max.o
max.o
e
затем для данного канала, используя найденное значение (R), определяют максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z) от виртуальной облачной среды, на удалении его от радара, равном единичному расстоянию (R) в 1 км, по формуле
R.0
1
и максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z), соответствующее найденному в реальном канале расстоянию (R), по формуле
R.0
max.0
max.1
o
после чего, используя полученные значения Z, Z и Z, определяют протяженность проекции огибающей видеосигнала на ось расстояний в виртуальном эталонном канале (ΔR) по формуле
o
1
max.o
R.1
и, используя значения найденных величин (ΔR, ΔR, Z и Z), находят разность электромагнитной плотности облачной среды между виртуальным опорным и реальным каналами (ΔD), по формуле
λ.1
после этого осуществляют коррекцию энергетического потенциала радара (С), определяя истинное его значение по формуле
max.1
e
Технический результат достигается и тем, что максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z) на расстоянии (R) от радара в реальном канале определяют по формуле
Технический результат достигается также и тем, что при определении проекции огибающей видеоимпульса на ось расстояний в каждом канале берется начальный участок огибающей эхо-сигнала, ограниченный максимумом интенсивности эхо-сигнала.
Предлагаемый способ коррекции энергетического потенциала радара имеет значительные преимущества в сравнении с известными способами, что позволяет существенно повысить точность радиолокационных измерений без использования сложных калибровочных мишеней.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически представлена система, реализующая предлагаемый способ.
R.1
R.0
1
0
На чертеже схематически изображено облако 1, в котором выделена локальная исследуемая область 2 облачной среды. Реальный канал обозначен позицией I, а виртуальный эталонный канал - позицией II. Радар в каналах I и II обозначен позицией 3. В реальном канале I видеосигнал, принятый от локальной исследуемой области 2, схематически представлен в виде огибающей 4, а в виртуальном опорном канале II - в виде огибающей 5. Максимальные значения интенсивности эхо-сигнала под огибающими 4 и 5 в каналах I и II обозначены, соответственно, через (Z) и (Z), а расстояние от радара 3 до центральной части локальной области 2 в каналах обозначены соответственно через R и R.
1
0
Проекции огибающих эхо-сигналов 4 и 5 на ось расстояний (о-х) в реальном I и виртуальном опорном канале II обозначены соответственно через ΔR и ΔR.
1
0
R.1
R.0
1
0
R.1
R.0
При определении проекций огибающих эхо-сигнала ΔR и ΔR берутся начальные участки огибающих 4 и 5, ограниченные максимальными уровнями интенсивности эхо-сигнала под огибающими (Z) и (Z). На чертеже участки ΔR и ΔR, а также максимальные уровни интенсивности эхо-сигнала под огибающими (Z) и (Z) выделены жирной линией.
Способ коррекции энергетического потенциала радара реализуется следующим образом.
λo
o
λ.1
R.1
1
max.1
1
λ.o
o
max.o
max.o
R.0
1
R.0
max.0
max.1
o
λ.1
Предварительно наряду с существующим реальным радиолокационным каналом (I) формируют виртуальный опорный канал (II) с заданным значением энергетического потенциала радара (С), в котором в качестве калибровочной мишени используют виртуальную облачную среду, с заведомо известными уровнем радиолокационной отражаемости (η). Затем для коррекции энергетического потенциала радара (С) в реальном канале (I) осуществляют зондирование облака 1, в котором затем выделяют локальный исследуемый объем облачной среды 2. После этого с экрана радара 3 определяют максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z) под огибающей видеоимпульса 4, и расстояние (R) до этого уровня в облачной среде. Одновременно определяют и максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z) на удалении локального исследуемого объема 2 от радара в 1 км, и протяженность проекции огибающей видеоимпульса (ΔR) на ось расстояний (о-х). Затем для виртуального опорного канала (II), где заданы значения энергетического потенциала радара (С) и радиолокационная отражаемость виртуальной облачной среды (η), расчетным путем определяют максимальную дальность аппаратурного контакта (R), максимальную интенсивность эхо-сигнала (Z) на удалении локального исследуемого объема 2 от радара в 1 км, и максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z), соответствующее найденному в реальном канале расстоянию (R). Затем, используя полученные значения Z, Z и Z, определяют протяженность проекции огибающей видеосигнала на ось расстояний (ΔR) и разность электромагнитной плотности облачной среды (ΔD) между виртуальным опорным и реальным каналами. Затем осуществляют коррекцию энергетического потенциала радара (С), определяя истинное его значение по формуле
Пример конкретного выполнения способа.
λ.1
λ.1
26
3
В качестве примера приводится результат коррекции энергетического потенциала (С) метеорологического радара типа МРЛ-5, имеющего в штатном режиме С=10 см и длину волны излучения λ=10 см.
λ.1
Для коррекции энергетического потенциала радара (С) в реальном канале (I) осуществлялось радиолокационное зондирование облака 1, в котором затем был выделен исследуемый локальный объем 2, создающий в точке приема эхо-сигнал со следующими параметрами:
1
R.1
1
1
R
1
R=30 км; Z=25 дБ (в одном направлении движения электромагнитной волны); ΔR=5 км. Данные значения R, Z и ΔR, определенные с экрана радара с использованием огибающей эхо-сигнала 4, являются исходными для рассматриваемого канала (I).
λ.0
o
λ.0
o
26
3
-8
-1
Исходные данные для виртуального опорного канала (II): С=10 см и η=10 см. Значения С и η в данном канале приняты соответствующими порядку величин, наблюдаемых на практике.
Используя исходные данные, определяем:
Для реального канала.
Максимальное значение интенсивности эхо-сигнала от локального исследуемого объема облачной среды на удалении его от радара в 1 км
Для опорного канала.
max.o
1. Максимальную дальность аппаратурного контакта (R), по формуле
max.o
2. Максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z), по формуле
R.0
1
3. Максимальное значение интенсивности эхо-сигнала (Z) для найденного в реальном канале расстояния (R) по формуле
R.0
max.0
max.1
o
Затем, используя полученные выше значения Z, Z и Z, определяем протяженность проекции огибающей видеосигнала на ось расстояний (ΔR) в виртуальном эталонном канале по формуле
1
0
max.1
R.1
После этого, используя найденные значения (ΔR), (ΔR), (Z) и (Z), находим разность электромагнитной плотности облачной среды (ΔD) между виртуальным опорным (II) и реальным (I) каналами, по формуле
λ.1
а затем осуществляем коррекцию энергетического потенциала радара (С), определяя истинное его значение по формуле
Использование в качестве стандартной калибровочной мишени виртуальной облачной среды с заведомо известными параметрами позволяет осуществлять контроль энергетического потенциала радара в оперативном режиме и в каждом цикле измерения. При этом учитываются все погрешности, в том числе и погрешности, обусловленные влиянием неконтролируемых факторов, что обеспечивает высокую точность радиолокационных измерений.