CC BY
2
Visnyk N'l'UU KP1 Servia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2020, Iss. 83, pp. 47—54
УДК 623.624.2
Вплив опащв на роботу судново1 радюлокацшно1 системи при спостереженш за
навн^ацшними об'ектами
Вплив опад!в па роботу судпово! радюлокагцйпо! системи (РЛС) проявляеться у вигляд! ослабления потужпост! електромагштио! хвил! 1 попршеппя радюлокагцйпого спостережеппя за иав1гац1шшми об'ектами. як! иеребувають або в зош опад!в. або за !х зоною. Наявшсть опад!в по трас! поширеппя електромагштио! хвил! призводить до змепшеппя далыюст! 1 ймов1рпост1 виявлеппя шимгацшпих об'ектв судповото РЛС. При опромшепш електромагштио ю хвилето частшюк опад!в частила епергп перетворюеться в тепло та розспоеться по р!зпих папрямках. а частипа в!дбито! епергп розповсюджуе-ться в папрямку аптепи судпово! РЛС 1 створюе па ищикаторах помилков! сигпали про шимгацшш об'екти. У робот! представлен! результати моделюваппя загасаш1я потужпост хвил! 1 отримаппя епергетич1шх характеристик матриц! втрат усередиш атмосферного об'екта, за якими встаповлюються його ф!зичш властивость пеобх!дш для радюлокацшпого прогнозу змепшеппя далыюст виявлеппя павц-агцйпого об'екта. Показано, що радюф1знчпу шформацио про об'ект спостережеппя судпово! РЛС можпа отримати за зпачеппями матриц! втрат потужпост! електромагштио! хвил! всередиш об'екта, елемепти яко! е епергетичпими характеристиками лупа-сигпалу електромагштио! хвил!. Встаповлепо. що коефщ!епти матриц! втрат лупа-сигпалу визпачаються штепсившстю опад!в 1 кутами поляризацп всередиш радюлокацишого об'екта. За результатами розрахупшв показано, що пайбглыш втратп потужпост! електромагштио! хвил! спостер!гаються при форм! частипок у вигляд! сплюспутих елшсо!д!в. що характерно для злив. Встаповлепо. що витягпут! частки також впливають па втрату потужпост! випромиповапо! аптепото судпово! РЛС електромагштио! хвиль а сферичпа форма частипок. що характерно для туману, не вливае па втрату потужпост сигналу. Отримаш результати мають паукову 1 практичпу гцпшсть 1 можуть бути використаш для оцшки втрат потужпост! лупа-сигпал1в в залежпост! в!д штепсивпост! опад!в при радюлокагцйпому спостережепш пав1гац1шшх об'ектав судповото РЛС па шляху судпа.
Клюноог слова: радюлокагцйпа система: метеоролопчш явища: плоска електромагштпа хвиля: погли-паппя 1 розояппя електромагштио! епергп
Ревенко В. Ю.
Нацншалышй Ушворситот "Одоська морська акадоьпя", м. Одоса, Укра'ша
E-mail: vílalíymíamí&gmaíl.com
DOI: 10.20535/RADAP.2020.83.47-54
ною судновою РЛС при радюлокащйному спосте-реженш навЬащйних об'ектав, що ^находиться за зоною опад1в або в 1х зош, взаемод1е з ними. В результат! тако! взаемод11 вщбуваеться втрата потужпост хвиль що призводить до зменшення дально-ст виявлення нав1гацшних об'ектв на шляху судна, зниження детального анал1зу радюлокащйно1 ш-формащ! про об'ект [2]. Елементи матрищ втрат залежать в1д форми, електричних та шших власти-востей як атмосферного явища, так \ навЬащйного об'екта. Використання поляризащйно1 шформащ! луна-сигналу на двох довжинах хвиль в судновш РЛС дозволяе отримати втрати потужпост луна-сигналу, за якими встановлюеться ф1зичний змшт косфшдеттв матрищ втрат [3].
На сьогодшшнш день основними засобами для безпечного судноводшня \ виявлення об'ектв при р1зних погодних умовах залишаються радкшокащй-ш системи (РЛС) \ системи супутниково! навкагщ. Точна шформащя про об'ект виявлення РЛС за-лежить ввд процесу поширення слсктромагштно1 хвшп в атмосфер!. Як правило, радюлокащйний сигнал несе в соб1шформащю про об'ект \ середовище, в якому поширюеться електромагштпа енерпя, з урахуванням 11 коефщента заломлення, магштнем проникност 1 питом о! електрично! провщност [1].
PÍ3iii метеоролопчш явища також е радкшока-щйними об'ектами, як1 виявляються судновою РЛС. Електромагн1тна хвиля, що випромпиоеться систем-
48
Ревенко В. Ю.
Проблема розрахунку вщбивних характеристик полщисперсного середовища, що складаеться з ча-стинок р1зних тшдгв огтндгв, за даними радюлокацш-ного сигналу розглядалася в багатьох роботах [4-10] з використаниям ргших методик. Для моделювания процесу загасання випромшюваних хвиль при допц з ргшою штенсившстю на частотах мшметрово-го д1апазону використовувалися теор1я розйювання ]УП, гамма-модел1 1 модеш розподшу Вейбула, яш найкраще узгоджуються з даними тшлпргв, пред-ставленими в [5-7]. Щ результати показують те, що при в1дповцщш шириш смуги частот, яка демон-струе кращу збгжтслъ мгж коефщентами вщбиття дощових крапель 1 загасанням, бортову РЛС мо-жна використовувати для прогнозування опад1в [8]. Результати математичного та комп'ютерного моделювания в робот! [9] демонструють, що мгж поляри-затцйними характеристиками радюлокацшного сигналу 1 атмосферними динам1чними явищами юнуе взаемозв'язок, що може бути використано для оцш-ки розм1ру часток дощових опад1в 11х штенсивность Однак для судново1 РЛС, що працюе зазвичай в сантиметровому д1апазош (Х- 1 ^-д1апазони хвиль Ь. середньою довжиною хвитп близько трьох 1 десяти сантиметр1в, вцщов1дно), вивчення впливу опад1в на загасання гтотужносл! хвитп практично в1дсутне в л1тератург
Метою щеТ роботи е обг"рунтування можливо-с/п отримання енергетичних характеристик матрищ втрат усередиш атмосферного об'екта, за якими встановлюються його ф1зичш властивоста необхщш для радюлокацшного прогнозу зменшення дально-с/п виявлення навшацшного об'екта.
1 Моделювання загасання по-тужност1 електромагштно1 хвшп всередиш радюлокацш-ного об'ему опад1в
Плоска електромагштна хвиля, що випромшюе-ться антеною судново'1 РЛС, при проходженш через зону опад1в уздовж оа г, що характеризуються дво-ма комплексними коефщентами заломлення пх [ пу уздовж осей декартово!' системи координат, взаемо-всередиш об'ему огтндгв з IX частками [11]. Орто-гональш компоненти електричного вектора хвиш в декартовому базис! представлен! на рис. 1 1 мають наступний вигляд:
Ех = Ех
— г1к'п 7
Е = Е е
(1)
де к - хвильовий вектор.
Частники опн/цв мають ргшу форму 1 ор1ентащю в простор^ тому частина електромагштно1 енергп', що опромшюе хви.;П поглинаеться частниками 1 пе-ретворюеться в тепло, а частина розйюеться по р1зних напрямках, яю не завжди збшаються з на-прямком на натнгагцйний об'ект або в напрямку на антену судново'1 РЛС при в1дбитт1 електромагштно'1 хвитп рлд навшацшного об'екта. Частина рлдбитоТ енергп рлд дощових частинок розповсюджуеться в напрямку антени судново'1 РЛС 1 створюе на шди-каторах помилков1 сигнали про навшацшш об'екти. Наявшсть огтндгв по трас! поширення електрома-гнгтноТ хвитп призводить до зменшення дальност1 1 йморлрност1 виявлення натнгагцйних об'екпв судново'1 РЛС. Виникае необх1дшсть врахування впливу опн/цв на роботу судново'1 РЛС.
Рис. 1. Взаемод1я електричного вектора хвиш з об'емом опад1в
Величини Ех \ Еу змшюються вщ 0 до Ехт 1 Еут. Компонента електричн01 хвил1 Е всередин1 зо-ни ()Г1а;цв зазнають комплексну затримку, виражену у змш компонент вектора Ех \ Еу на Ехте-гкпх, Еуте-гкпу 1 утворенш вектора Е'.
У загальному випадку електричне поле хвил1 всередиш об'ему опад1в в дов1льшй точщ матиме вс! три складов! Ех (£), Еу (Ь), Ег як1 можна предста-вити електричним вектором Евс (г) 1 рис. :
Ех (I)
Евс (г) =
Еу (г)
Ег (Ь)
(2)
де г - рад1ус-вектор Евс в дов1льшй точщ об'ему.
Рис. 2. Векторний вплив опромшюючо!' хви.тп в трьох перетинах всередиш атмосферного явища на д1електричш частники (е0б = ^ = 81)
Вилив оиадш на роботу судиово! радшлокащйио! систоми ири сиосторожоши за нава'ащшшми об'ектами
49
Для вйх трьох иеретишв 1зотропного атмосферного середовшца (обложш 1 мрячш опади) в по-чатковому сташ. якгцо хвиля иоширюеться вздовж ош г, тензор доелектрично! ироникносп в перетинах х = 0 у = 0 -г = 0 записуеться у вигляд1 суми симетрично! \ несиметричио! частин:
£; 0 0 £
¿4 + ¿7
ЬЗ
х,у,г,
1 0 0 1
+
10 01
(3)
« = 3.
31 збшыненням штенсивносп опад1в по трасй ру-ху судна. 1х частки набувають олштичнсм форми \ розсповашш електричного поля падаючсм хвшп в1д-буваеться по трьох осях частки з доолоктричними проникностями ех, £у, ег, яи взаемодшть з електри-чним полем хви.ш у виглядо трьох р1внянь:
£х - £0 = /1 (Р1 - А) + Л (Л + Р2); £у - £0 = -/1 (Л - Р2) + Ъ (Л + Р2); 4 - ео = -/1 (Р1 + Р2) + /а (Р1 + Р2),
£о =
^0 х х £0 х у ¿0 х г £0 у х &0у у ^0у г ^0 гх &0гу ^0 гг
Е х V)
Е = Е у (*)
Ег = 0
[п] =
\Е ■ 1 х тп Ш12 \Е ■ 1 х
Е ■ у Ш21 Ш22 Е ■ у
£вн (г) = |7 (г)| Еш
де 7 (г) - матрпця, що характеризуе поле електро-магштно! хвшп всородиш об'ему опад1в:
|7(г)| =
711 712 713 721 722 723 731 732 7зз
Коефшденти матрищ 7^ (г,^ = 1, 2, 3) залежать ввд форми. орш1тащ1, дгслоктричних властивостей частинок оиад1в \ кута падшня плоско! електрома-гштн01 хвшп.
М1рою поглинання \ розаяння електромагштно1 енерп!, що падае на радюлокацшний об'ем V оиад1в, е ефективш плогщ поглинання о-(г)ПОГЛ 1 ефективш плошД розйяння &(г)р03 [ ]. Втрати електромагш-тно1 онери! (потужноста) слектромагштно1 хвшп. випромшюванси антеною судновсм РЛС. при 11 про-ходженш повз зону опад1в усередиш радюлокащй-ного об'ему знаходяться шдсумовуванням електричного поля:
Рп =
(4)
«Те (г) Е1С) ¿V = (г
(г) (Щ рхшс + Рушс +Р>,
^ Ех вс+Еувс + Е^вс
¿V = ¿V,
де fl - функщя векторно! реакгщ елштичних частинок оиад1в па вплив електромагштно1 хвшп липшим поляризащ!; fs - функщя скалярно! реакщ!, що обумовила розаювання онорп1 хвшп на частинках атмосферного явища; £0 - вих1дна д1електрична проникшсть опромпиованого об'сму атмосферного явища представлена залежшстю:
(Ю)
(5)
Електричиий вектор випромпиовано! хвил1, що падае на вадбивний об'ем атмосферного явища. представлений у вигляд1 матрищ [12]:
(6)
Втрати потужносп [П] луна-сигналу об'екта ви-значаються через матрицю втрат \ матрицю вадбито! ввд атмосферного явища (вадбивного об'ему) елек-тромагштно! хвил1 за наступною формулою:
де стЕ (г) = а^(г)тгл + ^Е(г)р03.
Позначимо втрати потужност1 всородиш об'ему опад1в Р\ ВС 1Рц ц(.. Втрати потужност1 в об'ем1 дощу визначаються в напрямку х 1 у, отримаемо:
^ ВС 1^11^(^)погл
+ ^ЕуП.А д; (11)
Рц вс ( ^21£ (^)погл
+ (^22Е(Г)П0ГЛ + ^Еуы д. (12)
Коефшденти матрищ (г)т
1 ^огр (г
(г)
роз
визна-
чаються через питом1 коефщенти поглинання 7ПОГл 1 7роз наступними залежностями [ ]:
34 * 10 ^^погл^)^
(13)
(7)
При спостсреженш об'екта пщ довшыпга ку-том© матрищ втрат т12 = т21 = 0 1
матрпця стае д1агоналыгою. 3 урахуванням р1внянь (2) 1 (5) буде доречиим також матричие р1вняння для поля всородиш атмосферного об'екта:
(8)
(9)
7роз(г)н = 4, 34 • 103Ж^3(г)Е, (14)
де N - тасток в 1 м3 рад1олокащйного об'ему
дощу.
Сумарний кооф1щент ослабления елоктромагнь тно1 онорп1 всородиш рад1олокащйного об'ему опа-д1в визначаеться з умови:
7£погл+роз (г)= 4, 34 • 103Ж (^гл(г)Е з(^)е) = = 4, 34 • 103Жстпогл+роз (г).
(15)
Для типових закошв розподшу краиоль в допц р1зно1 штонсивност1 на шляху судна питомий коо-фщент ослабления иотужност1 хви.ш (дБ/км) всородиш радюлокащйного об'ему опад1в визначаеться за допомогою наступноТ заложност1:
7£погл+роз (г) — ,
(16)
2
50
Рошшко В. Ю.
де I - штенсившсть опад1в, мм/год; коефь
даенти, значения яких при температур! дощу 18° С для довжии хвиль Ai = 3 см i Х2 = 10см, на яких працюють суднов! РЛС, ввдповвдио pisni: а = 1, 31, ¡3 = 0,007 i а =1,0 Р = 0,0003 [ ].
Враховуючи (15) втрати потужиоси в об'ем! дощу можуть бути виражеш як:
Р\ вс ^Е погл+роз 11 ^х пад + ^Е погл+роз 12пад;
(17)
Рпвс 'ТЕ погл+роз (^)21 паД + Œ погл+роз (^)22 ^У пад • 21 22
Приймаючи Ех пад i Е„ над piBIIIIMII 1, ДЛЯ кожнсм iiiTeiiciiBiiocTi оиад1в визначаються су-марш коефь даенти ослабления в оиадах в напрямку на РЛС, за значениями яких знаходяться складов! втрати BiinpoMiinoBaiioï потужиоси всередиш радюлокадай-ного об'ему при ïï ввдбитта вда частинок опадав pi3iioï iiiTCiiCHBHOCTi в напрямку на суднову РЛС, з ура-хуванням ( ), Р\ъс, Рцвс визначаються з умови:
^с=гап +
ni 12'
fil» 0=1^/^21 + WÏÏ22,
Ре
Е=
елштично!', а орш1тац1я частинок елштично!' форми буде залежати ввд iiiTenciiBiiocTi опадав. При роз-глядо втрат BirapoMiinoBaiioï потужносп в зливових оиадах скористаемося фактором форми р частинок, наведеним в |15|, a oci елшеоцщих частинок опадав позначимо через a, b i с. Тод1 для витягнутого двохосьового елшсо1'да (а = b < с) фактор форми р = ^ < 1, а для сплюснутого ел1 пссяда (а = b > с) фактор форми р> 1. Якщо частники оиад1в мають сферичну форму, то р = 1, а = b = с (рис. ).
(19)
де [Р1п]11 - Р\вс при опромшенш об'ему опад1в хвилею горизонтально!' поляризащ!' \ придали луна-сигналу горизонтально!' поляризада!'; [Р1%]12 - Две при опромшенш об'ему опад1в хвилею горизонтально!' поляризада!' ! прийом! луна-сигналу вертикально!' поляризада!'; [Р1%]21 - ^Лвс ПРИ опромшенш об'ему опад1в хвилею вертикально!' поляризада!' ! прийом! луна-сигналу горизонтально!' поляризада!': [Р1%]22- ^ивс при опромшенш об'ему опад1в хвилею вертикально!' поляризада!' ! прийом! луна-сигналу вертикально!' поляризада!'; п - помер опад1в певпо!' !итеисивиост!.
Тод1 з урахуваниям (19) сумарна втрата ви-промпповано!' потужносп всередиш об'ему опад1в визначаеться з умови:
(а) (Ь)
Рис. 3. Частка опад1в у вигляд1 сплюснутого (a) i витягнутого (Ь) слшсо!'да
Втрати енергп всородиш олшеодаио!' частки в форм! сплюснутого, витягнутого СЛШСОЦЦВ, В1ДНО-сно втрат eiioprii' всередиш сферично!' частники, розраховуються з урахуваниям диполышх момон-tîb, що наводиться падаючою на частку елоктро-магштною хвнлею jriiriflnoï полярнзацп у вигляда:
Ехп&д — cos fîc
Еу пад = sin
lut.
lut.
(21)
Jy пад ~
F,
i фактора форми елшеоцщих частинок опад1в за такими залежиостями:
2
Р
=
Чел Ч ел\ Чсф
Ч ,
ел 'a1(a2sin^+a1cos^)+--
Чсф J Чсф
cos^
fi ВС + fil вс
11 + m 12 + m 21 + m 22
(20)
(22)
Опади на шляху судна складаються з водяних краиель з д1 електричного проникн!стю е = 81, з крижаних кристал1в або сшжинок з дцолоктричною проиикн1стю е = 3, а також можуть випадати в зм!шаиому сташ (град з водяннми краплями). Д1я м!кроф!знчних ! динам!чних процойв в хмарах при-зводить до змши форми, розм1р1в, ор№нтащ1! числа частинок опад1в в радкшокащйиому об'емь Тому при опромшенш зонн опад1в олектромагштною хвнлею лпийно!' поляризада!' луна-сигнал, що надходить на вхщ антенн судново!' РЛС, формуеться як су-марний та складаеться з луна-сигнал!в вщ кожно!' частки опад1в. У загальному вииадку форма частинок зливових опад1в зм!июеться в1д сферично!' до
filBC ~
ДС
i fen _^елЛ ^(^sinfj + «1COs^sin^ \<?сф Чсф)
Чсф
(23)
Чел
abc £ _ 1
3 (е _ 1) п '
abc £ _ 1 Т 1 + (е _ 1) п' ,£- 1
Ч = Ч = Чсф =
а + 2
Виразимо ni п' через фактор форми р, тодк
^(1 _ Р2 )3
(ln 1 + V 1 _ ^ _
1 _VÏ_P2
2
ч
ел
а
2
Р
п
Вилив оиадш на роботу судиово! радшлокащйшЛ' систоми при сиосторожоши за иашгащшшми об:ектами
51
для витягнутого елшсоща „2
п
р
^(1 - Р2)г
[р2 — 1 — агй Р2 —
для сплюснутого елшсоща:
псф
для сфери:
а.\\ а.2 кути, що характеризують стан частники в простор! вщносно системи координат х, у, г; 0 -кут площиии поляризащ! випромпиованся антоною судновсм РЛС олектромагштнсн хвшп лшшнсн по-ляризагщ; е - д1електрична проникшсть речовини частки опад1в.
Втрати онери! олектромагштнсн хвшп в радюло-кацшному об'еьп опад1в, в якому е N (¿¿) частинок 0ЛШСО1ДНО1 або сфоричнся форми, визиачаються з умови:
Р
I ВС
— Ч^^ (^2 дщ р + а1 СОд р) +
ел
ч 9сф Чсф
+ ^ СО8 0
Чсф
Рш
Чел Ч ел | Лсф
— ) а2 (а2 81п Р + а1 СО8 0) + Чсф )
2
Чсф
р=0,2 (сплюснут! частки). Сферична форма (р=1) частинок (наприклад, туман) но впливае на втрату потужноста випромпиованся антоною судновсм РЛС електромагштнся хвшп. Витягнуп частки також впливають на втрату потужносп електромагштнся хвшп (¿>=1,1 — 2,1). Таким чином, вплив атмосфер-них опад1в на радюлокацпшо спосторожоння навиа-цпших об'екпв обумовлоннй штенсившстю опад1в 1 кутом иоляризащ! в радюлокацпшому об'емь Цо призводить до збшыноння втрат потужноста луна-сигнатв вщ частинок оиад1в, при радюлокащйному спостореженш навпацшних об'екпв судновою РЛС на шляху судна.
Табл. 1 Залежшсть втрати потужносп всорсдиш радюлокащйного об'сму опад1в вщ 1х штонсивносп та кута иоляризащ!
УМ №); (24)
УМ(^), (25)
де У = ^^р- Д2©2 - радюлокацшний об'ем в зош опад1в, в якому мштиться N частинок дааметром ¿1, тобто Nс - швидшсть свила, м/сек; тш -
тривалшть вииромшюваного 1миульсу, мкс; Д — вщ-
©
сирямованосп антони судновсм РЛС, рад.
Сумарна вщносна втрата онери! хвшп всереди-ш радюлокащйного об'сму, заповноного частниками несферичнсн форми 1 р1зного фазового стану, визна-часться залежшстю:
р Р Рп Ръ
©,°
0 90
0,2^0,3 0,5093 25,6228 26,132
0,3^0,4 0,5536 10,2786 10,826
0,4^0,5 0,6042 5,4864 6,09
0,5^0,6 0,6599 3,4547 4,115
0,6^0,7 0,7202 2,4167 3,137
0,7^0,8 0,7845 1,8163 2,601
0,8^0,9 0,8527 1,4370 2,290
0,9^1,0 0,9246 1,1813 2,106
1,0-1,1 1,0000 1,0000 2,000
1,1-1,2 1,1609 0,8663 2,027
1,2-1,3 1,2463 0,7644 2,011
1,3-1,4 1,3349 0,6847 1,931
1,4-1,5 1,4266 0,6210 0,956
1,5-1,6 1,5214 0,5692 2,091
1,6-1,7 1,6192 0,5162 2,135
1,7-1,8 1,7200 0,4002 2,211
1,8-1,9 1,8238 0,4596 2,283
1,9-2,0 1,9306 0,4334 2,364
2,0-2,1 2,0402 0,3907 2,431
Рьг
Р ВС + Рц I
(26)
2 Результата та обговорення
Результата розрахунку втрат иотужноста олектромагштнсн хвшп всорсдиш радюлокащйного об'сму опад1в на шляху судна в заложносп вщ 1х штенсивносп (фактор форми р частинок) 1 кута поляризащ! представлош в табл. 1.
Анатз даних табл. 1 показав, що найбшыш втрати иотужноста олектромагштнсн хвшп сиостерпаю-ться при фактор! форми частинок зливових опад1в
У пор1внянш з обчнслювалышмн методами за-гасання олоктромагштно1 енорг11 на основ1 модел1 розподшу краполь дощу Вейбула [16] 1 тоор11 роз-сповання [17] для мьшмотрового д1аиазону ра-дюсигналу заиропонована в щй робоп методика може бути застосована для оперативного прогнозу зменшоння дальносп внявлення радюлокащ! навь гащйних об'ектав, що знаходяться в зош або поза зоною зливових опадав. Отримаш в робот1 розуль-тати по доипджоншо втрати потужност1 всорсдиш атмосферного явища безпосоредньо заложать вщ форми частинок опадав.
2
52
Ревенко В. Ю.
Висновки
Показано, що радкхрзичну шформащю про вплив атмосферного явнща на парамотри олоктро-магштнсм хвиль що проходить через атмосфорно явище при радюлокацпшому спосторожонш судно-вою РЛС навшащйного об'екта, можна отрима-ти за значениями матрищ втрат потужноста еле-ктромагштно1 хвил1 всоредиш атмосферного явнща. Коофщенти дано! матрищ с онорготичними характеристиками втрат потужносп луна-сигналу олоктромагштно1 хвиль Показано, що коофшденти матрищ втрат луна-сигналу атмосферного явища визначаються ф1зичними властивостями частинок атмосферного явища всоредиш радкшокащйного об'скта. Встановлено. що найбшына сумарна втра-та oiioprii xBimi всоредиш радюлокащйного об'сму спостсршаеться для сплюснутнх частинок опад1в з фактором форми 0.2. а наймонша втрата для витя-гнутих частинок з фактором форми 1.1. Показано, що сфорична форма частинок не впливае на втрату потужносп РЛС олоктромагштно1 хвиль Отримаш результати мають наукову i практичну цшшеть i мо-жуть бути використан1 для оцшки втрат потужносп луна-сигнал1в в залежносп вщ iiiTeiiCHBiiocTi опад1в при радюлокащйному спостсреженш навшащйних об'екпв судновою РЛС на шляху судна.
Перелж посилань
1. Трофименко 1. В. Ви:шачо1шя иерсиективних иаирям-ктв розвитку iiaBirauifliioro забезиечения судиоводшия з використаииям радюлокащшшх систем //Hoiiiiiii те-xiiojiorii. 2017. №. 2. С. 29-42.
2. Путятин В. Г. Влияние осадков на разрешающую способность радиолокационной станции но угловым координатам / В.Г. Путятин, Д.В. Корбаи, Л.И. Князь // 1'оестрацш, зГжрц-шшя i обробка даиих. 2017. Т. 19, № 4. С. 26 34.
3. Yadnva М. S. Attenuation model from drop size distribution of rain for millimeter wave communication channel / M. S. Yadnva, 1. W. Sudiartha // 2017 11th International Conference on Telecommunication Systems Services and Applications (TSSA). IEEE, 2017. PP. 1-4. DOl: 10.1109/TSSA.2017.8272936.
4. Veselovska G. Modeling of scattering of electromagnetic waves by snow crystals / G. Veselovska, G. Khlopov // 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). IEEE, 2017. PP. 351-354. DOl: 10.1109/YSF.2017.8126646.
5. Norouzian F. Rain attenuation at millimeter wave and low-THz frequencies / F. Norouzian, E. Marchetti, M. Gashinova, E. Hoare, C. Constantinou, P. Gardner, M. Cherniakov // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. Vol. 68, № 1. PP. 421-431. D 01:10.1109 / ТА P.2019.2938735.
6. Hong E. Terrestrial link rain attenuation measurements at 84 GHz /Е. Hong, S. Lane, D. Murrell, N. Tarasenko, C. Christodoulou // 2017 United States National Committee of URS1 National Radio Science Meeting (USNC-URS1 NRSM). IEEE, 2017. PP. 1-2. DOl: 10.1109/U SNC-U RS1-NRSM.2017.7878267.
7. Grabner M. Analysis of propagation of electromagnetic waves in atmospheric hydrometeors on low-elevation paths / M. Grabner, P. Pechac, P. Valtr // Radioengineering. 2018. Vol. 27, № 1. PP. 29-33. DOl: 10.13164/re.2018.0029.
8. Nagel D. Detection of rain areas with airborne radar / D. Nagel // 2017 18th International Radar Symposium (IRS). IEEE, 2017. PP. 1-7. DOl: 10.23919/1RS.2017.8008094.
9. Averyanova Y. Segregating deformation of scattering rain-drops using several receive antennas with di-llerent polarization angles / Y. Averyanova, A. Rudi-akova, F..I. Yanovsky // 2017 18th International Radar Symposium (IRS). IEEE, 2017. PP. 1-6. DOl: 10.23919/1RS.2017.8008260.
10. Navarro К. M. M. Realistic rain model for the estimation of the rainfall rate from radar measurements / K.M.M. Navarro, E. Costa, С.Л.М. Rodriguez, S. CruzPol, L.V.L. Colon // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. Vol. 67, № 9. PP. 6104-6114. D01:10.1109/TAP.2019.2921006.
11. Иванов О. В. Распространение электромагнитных воли в аицзотроииых u биаиизотроиных слоистых структурах / О. В. Иванов. Ульяновск : УлГТУ, 2010. 262 с.
12. Коростелев А. А. Теоретические основы радиолокации / А.А. Коростелев, П.Ф. Климов, Ю.А. Мелышк. Москва: Советское радио, 1978. 607 с.
13. Седлецкии Р. М. Эффективная площадь рассеяния идеально проводящих тел простейшей формы в средах с комплексной цроиицаемостыо / Р. М. Седлецкий // Журнал Радиоэлектроники. 2001. № 9. С. 1-4.
14. Нилотов М. В. Радиометеорология / М.В. Нилотов, В.П. Кузьмоико, П.Ф. Павлов, П.В. Цивоико. Москва: Воеииздат, 1984. 208 с.
15. Шуияцкий А. Н. Радиолокационное измерение интен-сивностей и некоторых других характеристик осадков / А.В. Шуияцкий. Москва: Гидрометеоиздат, 1961. 190 с.
16. Sotijadi Е. Eifect of temperature and multiple scattering on rain attenuation of electromagnetic waves by a simple spherical model / E. Sotijadi, A. Matsushima, N. Tanaka, G. Hendrantoro // Progress in Electromagnetics Research. 2009. Vol. 99. PP. 339-354. DU1:10.2528/P1ER09102609.
17. Odedina M. O., Afullo T. .1. (2010) Determination of rain attenuation from electromagnetic scattering by spherical raindrops: Theory and experiment. Radio Science, Vol. 45, Iss. 1, pp. 1-15. DU1:10.1029/2009RS004192.
References
[1] Trolimenko 1. V. (2017) Determination of perspective directions of navigation support development shipping with the use of radar systems. EMERGING TECHNOLOGIES, Iss. 2(4), pp. 29-42.
[2] Putyatin V. G., Korban D. V., Knyaz A. 1. (2017) Iniluence of precipitations on angular coordinates resolution for a radar. DATA RECORDING, STORAGE & PROCESSING, Vol. 19, Iss. 4, pp. 26-34. DOl: 10.35681/15609189.2017.19.4.142919.
Вшшв оиадш ua роботу судиово! радшлокащишн системи ири сиостережеши за иава'ащйиими об'ектамц
53
[3] Yadnya M. S., Sudiartha 1. W. ("2017) Attenuation model from drop size distribution of rain for millimeter wave communication channel. 11 th International Conference on Telecommunication Systems Services and Applications (TSSA), pp. 1-4. DOl: 10.1109/TSSA."2017.8272936.
[4] Veselovska G.. Khlopov G. (2017) Modeling of scattering of electromagnetic waves by snow crystals. IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF), pp. 351-354. D01:10.1109/YSF.2017.8126646.
[5] Norouzian F.. Marchetti E.. Gashinova M., Hoare E.. Gonstantinou C., Gardner P.. Gherniakov M. (2020) Rain attenuation at millimeter wave and low-THz frequencies. IEEE 'lYansactions on Antennas and Propagation, Vol. 68. Iss. 1. pp 421-431. DOl: 10.1109/TAP.2019.2938735.
[6] Hong E.. Lane S.. Murrell D.. Tarasenko N.. Ghristodoulou G. (2017) Terrestrial link rain attenuation measurements at 84 GHz. United States National Committee of UtiSl National Radio Science Meeting (USNC-UtiSl NRSM), pp. 1-2. DOl: 10.1109/USNG-URS1-NRSM.2017.7878267.
[7] Grabner M.. Pechac P.. Valtr P. (2018) Analysis of Propagation of Electromagnetic Waves in Atmospheric Hydrometeors on Low-Elevation Paths, Radioengineering, Vol. 27. Iss. 1. pp. 29-33. D01:10.13164/re.2018.0029.
[8] Nagel D. (2017) Detection of rain areas with airborne radar. 18th International Radar Symposium (IRS), pp. 1-7. DOl: 10.23919/1RS.2017.8008094.
[9] Averyanova Y.. Rudiakova A.. Yanovsky F. .1. (2017) Segregating deformation of scattering rain-drops using several receive antennas with different polarization angles. 18th International Radar Symposium (IRS), pp. 1-6. DOl: 10.23919/1RS.2017.8008260.
[10] Navarro K. M. M.. Costa E.. Rodriguez C. A. M.. CruzPol S.. Colon L. V. L. (2019) Realistic Rain Model for the Estimation of the Rainfall Rate from Radar Measurements. IEEE 'lYansactions on Antennas and Propagation, Vol. 67. Iss. 9. pp. 6104-6114. D01:10.1109/TAP.2019.2921006.
[11] Ivanov O.V. (2010). Rasprostranenie e'lektromagnitny'kh ■uoln v anizotropny'kh i bianizotropny'kh sloisty'kh strukturakh [Propagation of electromagnetic waves in anisotropic and bianisotropic layered structures]. Ulyanovsk State Technical University. Ulyanovsk. 262 p. [In Russian].
[12] Korostelev A. A.. Klimov N. F.. Melnik Yu. A. (1978) Teoreticheskieosnouy' radiolokaczii [Theoretical foundations of radar]. Moscow: Soviet radio. 607 p. [In Russian].
[13] Sedletsky R. M. (2001) E'ffektivnaya ploshhad' rasseyaniya ideal'no provodyashhikh tel prostejshej formy' v sredakh s kompleksnoj proniczaemost'yu [Effective scattering area of ideally conducting bodies of the simplest shape in media with complex permeability]. .Journal of Radioelectroni.es, Vol. 9. pp. 1-4. [In Russian].
[14] Biletov M. V.. Kuzmenko V. P.. Pavlov N. F. and Tiivenko N. V. (1984) Radi.ometeorologi.ya [Radiometeorology]. Moscow: Military Publishing. 208 p. [In Russian].
[15] Shupyatskiy A. B. (1961) Radiolokaczionnoe izmerenie intensiunostej i. nekotory'kh drugikh kharakteri.st.ik osadkou [Radar measurement of intensities and some other characteristics of precipitation]. Moscow: Gidrometeoizdat. 190 p. [In Russian].
[16] Setijadi E.. Matsushima A.. Tanaka N.. Hendrantoro G. (2009) Effect of temperature and multiple scattering on rain attenuation of electromagnetic waves by a simple spherical model. Progress in Electromagnetics Research, Vol. 99. pp. 339-354. D01:10.2528/P1ER09102609.
[17] Odedina M. O.. Afullo T. .1. (2010) Determination of rain attenuation from electromagnetic scattering by spherical raindrops: Theory and experiment. Radio Science, Vol. 45. Iss. 1. pp. 1-15. D01:10.1029/2009RS004192.
Влияние осадков на работу судновой радиолокационной системы при наблюдении за навигационными объектами
Ревенко В. Ю.
Влияпис выпадающих осадков па работу судовой радиолокационной системы (РЛС) проявляется в виде ослабления мощности электромагнитной волны и ухудшения радиолокационной наблюдаемости навигационных объектов, находящихся или в зоне выпадающих осадков, или за их зоной. Наличие осадков по трассе распространения электромагнитной волны приводит к уменьшению дальности и вероятности обнаружения навигационных объектов судовой РЛС. В этой работе представлены результаты моделирования затухания мощности волны и получения энергетических характеристик матрицы потерь внутри радиолокационного объема выпадающих осадков. Показано, что радиофизическую информацию об объекте наблюдения судовой РЛС можно получить по значениям матрицы потерь мощности электромагнитной волпы внутри объекта, элементы которой являются энергетическими характеристиками эхо-сигнала электромагнитной волны. Установлено, что коэффициенты матрицы потерь эхо-сигнала атмосферного образования определяются интенсивностью осадков и углами поляризации внутри радиолокационного объекта.
Ключевые слова: радиолокационные системы: метеорологические образования: плоская электромагнитная волна: поглощение и рассеяние электромагнитной энергии
Effects of Precipitation on the Performance of Shipboard Radar Installations
Revenko V. Y.
Precipitation may affect a ship's radar performance, namely, attenuate a radar electromagnetic wave and thus hinder objects detection within the precipitation zone. The presence of precipitation along a path of electromagnetic wave propagation leads to a decrease in the range and probability of objects detection. When an electromagnetic wave encounters precipitation particles, part of the carried energy converts into heat and dissipates in different directions. The reflected energy propagates toward the ship's radar antenna and creates false signals. This paper presents the results of modeling of electromagnetic wave attenuation with regard to precipitation intensity in the precipitation zone. The proposed matrix of energy attenuation helps to establish the physics of the endoatmosplieric object and forecast, the range of objects detection based on it. The study shows that radiopliysical information about the desired object can be obtained by using the attenuation matrix
54
Revenko V. Y.
with data on the strength of echo signals. It was established that coefficients in the echo signal attenuation matrix were influenced by precipitation intensity and polarization angles inside the precipitation zone. The greatest attenuation was seen with particles taking the form of flattened ellipsoids (this is common during intense rainfall episodes). The elongated particles also were found to cause attenuation of the electromagnetic wave. Particles with a spherical shape,
which are commonly formed as fog, were found to have no implications associated with the electromagnetic signal attenuation. The results of the study can be useful in estimating attenuation of echo signals that propagate from objects to the ship's radar system under precipitation.
Key words: radar system; weather event; plane electromagnetic wave; absorption and scattering of electromagnetic radiation
