РЛГ — радиолокационный горизонт¶

РЛГ (радиолокационный горизонт) — это предельное расстояние, на котором радиолокационная станция (РЛС) способна обнаружить объект при данной высоте антенны и высоте цели, определяемое условиями распространения радиоволн в атмосфере и кривизной земной поверхности. В отличие от оптического горизонта, радиолокационный горизонт зависит от длины волны, рефракции радиоволн в тропосфере и энергетических характеристик станции, поэтому его величина обычно превышает геометрический горизонт видимости.

¶Физическая сущность

Распространение радиоволн УКВ-диапазона, применяемого в большинстве РЛС, происходит в пределах прямой видимости. Поскольку Земля имеет сферическую форму, между антенной и целью существует геометрическое ограничение по дальности. Однако радиоволны в тропосфере испытывают рефракцию — искривление траектории из-за изменения диэлектрической проницаемости воздуха с высотой. Нормальная рефракция «прижимает» луч к Земле, что увеличивает дальность прямой видимости примерно на 15 % по сравнению с чисто геометрическим расчётом.

Для учёта этого эффекта в инженерных расчётах используют понятие эквивалентного радиуса Земли, который принимают приблизительно в 4/3 раза больше истинного (около 8500 км). Это позволяет применять простые геометрические формулы.

¶Расчёт дальности

Дальность радиолокационного горизонта для идеальной гладкой поверхности приближённо вычисляется по формуле:

D ≈ 4,12 × (√h₁ + √h₂),

где D — дальность в километрах, h₁ — высота антенны РЛС в метрах, h₂ — высота цели в метрах. Коэффициент 4,12 учитывает нормальную атмосферную рефракцию.

Например, при высоте антенны 10 м и высоте цели 100 м дальность прямой видимости составит около 4,12 × (3,16 + 10) ≈ 54 км.

При наличии атмосферных волноводов, возникающих при температурных инверсиях, дальность обнаружения может многократно возрастать — вплоть до сотен километров за счёт сверхрефракции.

¶Факторы, влияющие на РЛГ

На величину радиолокационного горизонта влияют:

• Высота установки антенны — основной управляемый параметр; увеличение высоты расширяет зону прямой видимости.
• Высота полёта цели — низколетящие объекты обнаруживаются на меньших дистанциях.
• Рельеф местности — холмы, горы, лес создают радиотени и сокращают реальную дальность.
• Метеоусловия — влажность, осадки, температурные градиенты изменяют рефракцию.
• Длина волны — метровые волны огибают препятствия лучше, чем сантиметровые, что увеличивает дальность за горизонтом.
• Мощность передатчика и чувствительность приёмника — определяют, достаточен ли отражённый сигнал для обнаружения на предельной дальности.

¶Практическое значение

Понятие радиолокационного горизонта критично для нескольких областей.

В противовоздушной обороне и системах предупреждения о ракетном нападении знание РЛГ определяет построение сети станций: для перекрытия зон обнаружения РЛС размещают на возвышенностях, а также применяют самолёты дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО), поднимающие антенну на большую высоту.

В гражданской авиации диспетчерские РЛС проектируют с учётом того, что низколетящие воздушные суда могут «пропадать» за горизонтом; для контроля заходов на посадку используют вынесенные вышки и обзорные радиолокаторы.

В морской навигации судовые РЛС имеют ограниченный горизонт, зависящий от высоты антенны на мачте; это учитывается при расхождении судов и в правилах предупреждения столкновений.

В метеорологии метеорологические РЛС ограничены горизонтом при обнаружении низких облаков и осадков, что влияет на построение радиолокационной сети.

¶Радиогоризонт и радиолокационный горизонт

Следует различать два близких термина. Радиогоризонт в широком смысле — область, в пределах которой возможна радиосвязь на данной частоте. Радиолокационный горизонт — частный случай применительно к задаче обнаружения объекта по отражённому сигналу. Для радиолокации важна двусторонняя дальность: сигнал должен дойти до цели и вернуться, поэтому энергетические ограничения накладываются поверх геометрических.

¶Методы расширения

Для увеличения дальности за пределы РЛГ применяют:

• размещение антенн на высотных мачтах, вышках, горных вершинах;
• использование авиационных и космических носителей РЛС;
• переход на более длинные волны, лучше огибающие земную поверхность;
• загоризонтные РЛС (ЗГ РЛС), использующие отражение от ионосферы для обнаружения целей на расстояниях в тысячи километров;
• пассивная радиолокация и многопозиционные системы.

Загоризонтные станции поверхностной волны работают на декаметровых волнах и способны фиксировать объекты за сотни километров, однако уступают в точности обычным РЛС.

¶Ограничения модели

Формула радиолокационного горизонта даёт приближённую оценку. Реальная дальность зависит от диаграммы направленности антенны, уровня помех, эффективной площади рассеяния цели и пороговой чувствительности приёмника. Для точных расчётов применяют уравнение радиолокации, связывающее мощность сигнала с дальностью в четвёртой степени. Поэтому РЛГ следует рассматривать как геометрический предел, поверх которого действуют энергетические ограничения.

Источники: учебники по радиолокации и радиотехнике, справочники по распространению радиоволн, материалы по устройству РЛС и противовоздушной обороне.