PODSTAWY TELEDETEKCJI-ćwiczenia rachunkowe
Temat 5. Zasięg radaru z uwzględnieniem tłumienia ośrodka propagacji.
Wpływ tłumienia na zasięg.
Podstawowe przyczyny tłumienia fal elektromagnetycznych  uwcz w atmosferze:
pochłanianie energii fal przez gazy zawarte w atmosferze, hydrometeory ( opady
atmosferyczne, mgły, zamiecie śnieżne itp. ) ,
rozpraszanie fal elektromagnetycznych przez ciekłe i stałe cząstki zawarte w
atmosferze powodujące osłabienie gęstości strumienia mocy sygnału odbitego.
dB
Wielkość tÅ‚umienia opisywana jest współczynnikiem tÅ‚umienia ´ wyrażonym w .
km
Wartość tego współczynnika zależy od długości fali, ciśnienia atmosferycznego, wilgotności,
temperatury, a także parametrów cząstek powodujących pochłanianie i rozpraszanie energii
fal elektromagnetycznych. W czystej atmosferze pozbawionej hydrometeorów oraz cząstek
odbijających tłumienie wywołane jest pochłanianiem energii cząsteczkami tlenu i pary
wodnej.
Całkowity współczynnik pochłaniania stanowi sumę współczynników określających
tÅ‚umienie poprzez czÄ…steczki pary wodnej ´1 , tlenu ´ , hydrometeory ´ , inne czÄ…steczki ´
2 3 4
´ = ´1 +´2 +´3 +´4
Intensywność pochłaniania przez cząsteczki gazów silnie zależy od długości fali , zwłaszcza
w zakresie poniżej 10cm.
Zależność wartości współczynników tłumienia w cząsteczkach tlenu i pary wodnej od
długości fali przedstawiono w [1] na rys.3.3. Zależność wartości współczynnika tłumienia od
długości fali w deszczu przedstawia rys.3.2.
W przypadku tłumienia fal elektromagnetycznych na ograniczonych odcinkach ( mniejszych
od Rmax ) zasięg opisywany jest wyrażeniem:
Rmax ´ = Rmax "10-0,05´l = Rmax " e-0,115´l lub:
n n
-0,05 li -0,115 li
"´ i "´ i
i =1 i =1
Rmax´ = Rmax "10 = Rmax " e gdzie:
Rmax´ - zasiÄ™g z uwzglÄ™dnieniem tÅ‚umienia,
Rmax - zasięg w wolnej przestrzeni,
´ - współczynnik tÅ‚umienia na i-tym odcinku trasy,
i
li - długość i-tego odcinka trasy w kilometrach.
Przy tłumieniu na całym zasięgu powyższe równania przyjmą postać:
max´ max´
Rmax´ = Rmax "10-0,05´R = Rmax " e-0,115´R
Rozwiązanie równania w postaci ogólnej nie jest możliwe. Na rys.3.4 w [1] przedstawiono
zależność względnego zmniejszenia zasięgu w funkcji iloczynu zasięgu w wolnej przestrzeni i
współczynnika tÅ‚umienia ´ .
Przy stosowaniu fal ultrakrótkich zasięg radiolokacyjny ograniczony jest krzywizną ziemi i
opisywany jest następującym wyrażeniem:
R(km)= 3,57 " [ h(m) + H(m) ].
gdzie:
h-wysokość zawieszenia anteny,
H -wysokość na jakiej leci obiekt.
W warunkach refrakcji normalnej zasięg ulega zwiększeniu i wynosi:
R(km) = 4,1" [ h(m) + H(m) ].
Zadanie 1.
Radar samolotowy powinien mieć zasięg (przy uwzględnieniu tłumienia w troposferze )
równy Rmax ´ = 40km. Jaki powinien być jego zasiÄ™g w wolnej przestrzeni jeżeli brane jest
pod uwagę tłumienie w deszczu o intensywności 4mm/godz dla którego współczynnik
dB
tÅ‚umienia ´ = 0,2 . Na caÅ‚ej trasie propagacji wystÄ™puje tÅ‚umienie w czÄ…steczkach tlenu
i
km
dB
przy wartoÅ›ci współczynnika tÅ‚umienia ´ = 8 " 10-3 .
o
km
Wskazówka.
Przy rozwiązaniu zadania posługujemy się wyrażeniem:
n n
-0,05 li -0,115 li
"´ i "´ i
i =1 i =1
Rmax´ = Rmax "10 = Rmax " e
Sumaryczna wartość współczynnika tłumienia jest sumą współczynników tłumienia deszczu i
tlenu.
Odp. Rmax E" 105km.
Zadanie 2.
Biorąc dane z zadania 2. (rozdział 4) obliczyć zasięg w przypadku tłumienia w deszczu
- 3
dB
o współczynniku tÅ‚umienia ´ = 5 " 10 . Wysokość strefy deszczu wynosi 5km, kÄ…t
km
nachylenia linii propagacji fal względem linii horyzontu wynosi ą = 100 .
Odp. 272km.
Zadanie 3.
Na jakiej odległości stacja obserwacji sztucznych satelitów Ziemi wykryje obiekt lecący na
wysokości 250 km w warunkach refrakcji normalnej.
Odp. 2050 km.
Zadanie 4.
Radar ma zasięg w wolnej przestrzeni równy 379 km i pracuje w warunkach tłumienia fal
e.m. obszar tłumienia jest większy od zasięgu i charakteryzowany jest współczynnikiem
´ =0,02 dB/km.
Odp. 227 km. Wykorzystać metodę wykreślną rys.3.4.w [1].
Zadanie5.
Zasięg radaru w wolnej przestrzeni wynosi 360 km. Kąt nachylenia osi charakterystyki
antenowej wzglÄ™dem linii horyzontu Ä… =10º. Obliczyć zasiÄ™g w warunkach tÅ‚umienia jeżeli:
do wysokości 5 km występuje strefa deszczu o intensywności 16mm/godz.,
do wysokości 30 km występuje tłumienie w cząsteczkach tlenu i parze wodnej.
Radar pracuje na fali  = 10 cm .
Odp. Około 290 km.
Zadanie 6.
Radar mierzy wysokość lotu samolotów. Obliczyć promień powierzchni ziemi wokół radaru,
w przedziałach którego powierzchnię ziemi można uważać za płaską dla kątów podniesienia
Õ1 = 5º oraz Õ2 = 45º . PÅ‚askÄ… bÄ™dziemy nazywać takÄ… część powierzchni w przedziaÅ‚ach
której poprawka na krzywiznę Ziemi nie przekracza 5% rzeczywistej wartości wysokości lotu
samolotu.
Wysokość lotu określa wyrażenie:
R2
H = R Å" sinÕ + gdzie:
2Re
Re = 8500 km promień ziemi ekwiwalentnej.
R - odległość pochyła,
Õ - kÄ…t podniesienia.
Odp. 77,5 km dla Õ = 5º
446 km dla Õ = 45º.