Приложение N 8. Расчет зон видимости и топографическая обработка позиции РЛС

Информация об изменениях:

Методические рекомендации дополнены приложением 8 с 29 июня 2012 г. - Распоряжение Минтранса России от 29 июня 2012 г. N МС-82-Р

Приложение N 8
к Методическим рекомендациям по летным
проверкам наземных средств РТОП, связи
и систем ССО

Расчет
зон видимости и топографическая обработка позиции РЛС

Общие положения

Под зоной видимости РЛС понимают область пространства, в пределах которой цели с определенной эффективной отражающей поверхностью обнаруживаются с заданной вероятностью (как правило, для первичного и для вторичного каналов).

Расчет и построение зон видимости РЛС производится графоаналитическим методом, позволяющим учесть влияние местности и выявить области пространства, в которых данные расчеты не обеспечивают требуемой точности.

Исходными данными для построения зон видимости РЛС являются:

зоны видимости РЛС в вертикальной плоскости для идеальной позиции;

профили местности в ближней зоне формирования диаграмм направленности антенн метрового и дециметрового диапазонов;

профили местности в дальней зоне;

графики углов закрытия;

топографическая карта масштаба 1:200 000;

координатные сетки;

таблицы поправок на крутизну Земли.

При отсутствии в эксплуатационной документации РЛС зон видимости в вертикальной плоскости они могут быть построены по нормированной диаграмме направленности антенн РЛС в вертикальной плоскости и известной дальности обнаружения РЛС на заданной высоте полета.

Построение координатных сеток

Координатные сетки служат для построения зон видимости РЛС.

Их построение производится в такой последовательности (рисунок 1):

провести две взаимно перпендикулярные оси: линию оптического горизонта (ОГ) и линию высоты (ОН);

выбрать масштаб по дальности и по высоте.

Для построения зон обнаружения на малых высотах удобнее выбирать масштаб по дальности 1 см/5 км, по высоте 1 см/50 м, для средних и больших высот соответственно 1 см/10 км и 1 см/2 км;

построить дугу земного круга радиусом R _экв=8450 км (с учетом нормальной тропосферной рефракции радиоволн).

В выбранной системе координат дуга земного круга с достаточной точностью отображается параболой. Для построения дуги земного круга нанести ряд точек, лежащих ниже оси (ОГ) на расстояниях h (м) = или взять данные из таблицы 1, где приведены поправки на кривизну Земли с учетом нормальной тропосферной рефракции.

Таблица 1

Д,км	h м	Д, км	h м
10	5,9	210	2609,5

20	23,7	220	2863,9
30	53,3	230	3130,2
40	94,7	240	3408,3
50	147,9	250	3698,2
60	213,0	260	4000,0
70	289,9	270	4313,6
80	378,7	280	4639,1
90	479,3	290	4976,3
100	591,7	300	5325,4
110	716,0	310	5686,4
120	852,0	320	6059,2
130	1000,0	330	6443,8
140	1159,8	340	6840,2
150	1331,4	350	7248,5
160	1514,8	360	7668,6
170	1710,1	370	8100,6
180	1917,2	380	8544,4
190	2136,1	390	9000,0
200	2366,9	400	9467,5

Полученные точки соединить дугой (ОД).

В соответствии с выбранным масштабом параллельно оси (ОН) проводятся линии дальности.

На линиях дальности вверх от дуги земного круга в соответствии с масштабом по высоте нанести точки высоты, которые затем соединить плавными изовысотными линиями.

Через начало координат и точки, определенные по формуле =arctg=Н _г/Д _г (где Н _г - высота точки относительно линии горизонта (ОГ) на дальности Дг; - угол места), нанести линии углов места. Для основных значений угла места величины Н _г и Д _г приведены в таблице 2.

Таблица 2

Угол места , град.	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
Высота Н г над линией горизонта на дальности Д г=300 км, м	500	1000	1500	2050	2600	3200	4300	5250	7860	10450	13000	15750	18300	21000
Угол места , градус	5		6		7		8		9		10		12
Высота Н г, над линией горизонта на дальности Д г=100 км, м	8720		10450		12200		13900		15650		17360		20800
Угол места , градус	15		20		25		30
Высота Н т над линией горизонта на дальности Д г=50 км, м	13000		17000		21000		25000

Построенную координатную сетку можно использовать для различных масштабов дальности и высоты, при этом следует помнить, что изменение масштаба дальности в n раз вызывает соответствующее изменение масштаба высоты в n ² раз и углов места в n раз.

Например, сетка, построенная в масштабах по дальности 1 см/20 см и по высоте 1 см/1 км, может быть использована и в масштабе по дальности 1 см/10 км и по высоте 1 см/250 м. При этом углам места 0,5°; 1,0°; 2,0° и т.д. будут соответствовать углы места 0,25°; 0,5°; 1,0° и т.д.

При необходимости изменения только одного из масштабов (дальности или высоты) необходимо заново строить дугу земного круга, изовысотные сетки линии и сетку углов места. При построении координатной сетки для сильно пересеченной местности, а также при установке позиции РЛС на насыпи, линия горизонта (ОГ) проводится через точку, соответствующую электрическому центру антенны (линия ОГ, рисунок 2).

Топографическая обработка позиции РЛС

1. Топографическая обработка позиции РЛС включает:

ориентирование антенных систем РЛС, расположенных на позиции;

съемку профилей местности в ближней зоне для РЛС метрового и дециметрового диапазона;

оценку влияния препятствий, расположенных в ближней зоне формирования диаграмм направленности антенн РЛС;

построение профилей местности в дальней зоне и определение углов закрытия.

2. Для точного ориентирования антенных систем РЛС на позиции или вблизи нее выбирается реперная точка с таким расчетом, чтобы с нее обеспечивалась прямая видимость антенн всех РЛС, развернутых на позиции, и двух-трех геодезических ориентиров (триангуляционные вышки, водонапорные башни, телевизионные передающие антенны и т.п.).

Азимуты геодезических ориентиров относительно реперной точки рассчитываются специалистами топогеодезической службы с погрешностью до 10'. Геодезические координаты точек стояния антенн РЛС определяются с погрешностью до 10 м. Полученные данные заносятся в документацию соответствующих РЛС (КДП).

Ориентирование антенных систем РЛС производится следующим образом:

тренога с буссолью (теодолитом) устанавливается на площадке таким образом, чтобы отвес буссоли находился строго над центром реперной точки;

буссоль устанавливается по уровням строго горизонтально и поочередно наводится на геодезические ориентиры с рассчитанными для них азимутами;

на лимбах буссоли выставляются азимуты ориентиров, что соответствует ориентированию буссоли относительно истинного меридиана.

Дальнейшее ориентирование антенных систем РЛС производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации для конкретного типа РЛС.

3. Перед съемкой профилей местности в ближней зоне определяются пределы границ ближней зоны, где возможно влияние местности на формирование диаграмм направленности антенн РЛС, по формулам:

; , где

H _a - высота электрического центра антенны относительно уровня подстилающей поверхности, м;

- длина волны РЛС, м.

Съемка профилей местности в ближней зоне производится с помощью теодолита, мерной цепи и геодезической рейки по характерным азимутам через 5° для сильно пересеченной местности и через 30° для ровной местности в такой последовательности (рисунок 3):

с помощью теодолита, установленного рядом с антенной РЛС по уровням и ориентированного по выбранному азимуту, измеряется высота визирования первого шага Hi;

геодезическая рейка переносится вдоль линии визирования на расстояния, кратные 10 (10 м, 20 м, 30 м и т.д.), и последовательно в каждой точке производится измерение высот на первом шаге h ₁;

фактические разности высот этих точек рассчитываются относительно уровня подстилающей местности в точке установки теодолита, значения которых заносятся в строку 1 таблицы 3;

теодолит (при необходимости) переносится в последнюю из измеренных точек первого (в дальнейшем предыдущего) шага; аналогичные измерения проводятся на этапах второго и последующих шагов; фактические разности высот точек установки геодезической рейки рассчитываются относительно точки установки теодолита на этом шаге измерений, значения которых заносятся в соответствующие строки таблицы 3 (H ₂, H ₃ и т.д.);

в свободных правых графах каждой строки повторяются значения последнего измерения предыдущего шага;

значения разности высот в каждой из вертикальных граф алгебраически суммируются и записываются в итоговой строке таблицы 3.

Таблица 3

Разность высот, см	Расстояние от начала отсчета, м
	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200	220	240	260	280	300	320	340
H 1=H 1-h	-30	-50	-70	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40	-40
H 2=H 2-h					0	-30	-30	0	+30	+20	+20	+20	+20	+20	+20	+20	+20
H 2=H 3-h											-30	-80	-50	+20	+60	+40	+40
H 2=H 4-h																	-80
Общее отклонение	-30	-50	-70	-40	-40	-70	-70	-40	-10	-20	-50	-100	-70	0	+40	+20	-60

4. По величинам итоговой строки таблицы 3 строится карточка (график) профиля местности по данному азимуту (рисунок 4). На данной карточке могут быть построены профили местности по двум-четырем азимутам (желательно различными цветами).

Карточка профиля местности строится в такой последовательности:

на графике откладываются значения принижения или превышения (H), соответствующие определенным дальностям;

для определения среднего угла наклона местности из точки "О" (рисунок 4) проводится луч ОД таким образом, чтобы площади заштрихованных участков, расположенных над лучом, равнялись площади участков, расположенных ниже луча;

на оси дальности откладываются значения, соответствующие R _min и R _max (точки М и Д), и из этих точек перпендикулярно оси дальности откладываются отрезки, величина которых определяется по формулам:

, , где

, R _min и H _a в метрах;

вершины отрезков соединяются линиями, которые соответствуют допустимым уровням неровностей местности в ближней зоне.

Если уровни неровностей местности находятся в пределах допустимых значений, то средний угол уклона (подъема) местности с достаточной степенью точности может быть определен по формуле:

.

Если на каких-либо азимутах профиль местности выходит за пределы допустимых значений (сильно пересеченная местность), то зоны видимости по этим азимутам на малых высотах уточняются только при летной проверке.

5. Уклон (подъем) местности в зоне формирования диаграмм направленности PЛC метрового и дециметрового диапазонов приводит к уклону (подъему) на соответствующий угол зон обнаружения РЛС (рисунок 5).

На рисунке 5 сплошной линией показана зона обнаружения, построенная для идеальной позиции размещения РЛС.

Если по данному азимуту в ближней зоне имеется уклон  _ср, то зона обнаружения опускается на этот же угол. Так, на высоте Н ₇ для идеальной позиции дальность обнаружения составляет величину Д ₁. При наличии угла наклона местности  _ср зона обнаружения смещается на этот же угол ( _ср) и дальность Д ₁ будет уже на высоте Н ₆ (точка ). На высоте Н ₇ дальность обнаружения будет больше (точка ).

6. Влияние препятствий (кузова машин, обваловка позиций и т.п.), расположенных в начале зоны формирования диаграммы направленности РЛС и изменяющих размеры этой зоны (от R _min до R _max), проявляется в искажении диаграммы направленности под большими углами места (рисунок 6).

Значение угла места , выше которого можно ожидать искажения диаграммы направленности, определяется по формуле:

Если значение (максимального угла места зоны видимости РЛС), то препятствие не оказывает существенного влияния на формирование диаграммы направленности (рисунок 6а).

Если , то в пределах этой разности углов зона видимости РЛС не может быть рассчитана с достаточной точностью и требует уточнения при облете (рисунок 6б).

Влияние препятствий (крутых склонов, строений и т.п.), расположенных в зоне формирования диаграммы направленности РЛС (рис. 7), может проявляться в экранировании отраженного луча (луч АКМ) и соответствующем искажении диаграммы направленности под малыми углами  _min, где

Если , то препятствие не оказывает существенного влияния на формирование диаграммы направленности, а при влияние это существенно и нижняя кромка зоны видимости в пределах от нуля до должна уточняться при облете.

При установке РЛС сантиметрового диапазона под малыми углами места характер местности в ближней зоне может также оказывать существенное влияние на форму диаграммы направленности, нижняя кромка которой приобретает многолепестковый характер. Отклонение максимумов и минимумов лепестков могут достигать 30-50% по сравнению с диаграммой направленности в свободном пространстве (рисунок 8). Расчет степени этого влияния графическим методом затруднен.

7. Профили местности в дальней зоне строятся с использованием топографических карт масштабом 1:200000 и 1:100000 в такой последовательности:

на карте по характерным азимутам не реже чем через 30° для равнинной местности и через 5° для сильно пересеченной местности наносится сетка азимутов;

на линии азимута определяются высоты характерных точек местности и их удаление от позиции РЛС;

полученные результаты измерений заносятся в таблицу 4, по которым на координатной сетке (рисунок 2) строится линия профиля местности по выбранному маршруту.

Для выполнения последующих расчетов по линиям профилей местности определяются углы закрытия по всем характерным азимутам, создаваемым препятствиями в дальней зоне, значения которых заносятся в таблицу 5.

Таблица 4

Азимут 210°	Дальность, км	0	0,1	5	10	15	20	22	32	35	40 и т.д.
	Высота, м	125	120	120	125	150	230	270	300	250	173

Таблица 5

Азимут, градус	0	15	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
Угол закрытия, градус	0,33	-0,3	-0,4	-0,13	-0,3	-0,2	0	+0,23	+0,3	+0,17	0	-0,23	-0,3

8. Построение графиков углов закрытия проводится в координатах азимут - угол места (рисунки 9 и 10). Углы закрытия для РЛС сантиметрового диапазона определяются с помощью теодолита, размещенного на уровне электрического центра антенны. Дискретность съема значений угла закрытия не должна превышать ширины диаграммы направленности соответствующей РЛС в горизонтальной плоскости. Для РЛС с остронаправленной диаграммой углы закрытия будут определяться путем снятия круговой панорамы окружающих РЛС радионепрозрачных препятствий.

На графике (рисунок 9) наносятся значения углов закрытия за счет рельефа местности в дальней зоне, взятые из таблицы 5 (пунктирная линия), а также углов закрытия за счет местных предметов ближней зоны (сплошная линия).

Кроме того, на графиках (рисунки 9 и 10) выделяются (стрелками) участки, в пределах которых суммарные углы закрытия ближней и дальней зон постоянны, а также участки, где они возрастают или уменьшаются (например, стрелки на 24°, 42°, 49°, 75° и т.д., рисунок 9).

Порядок построения зон видимости РЛС по нормированной диаграмме направленности антенны в вертикальной плоскости и по известной дальности обнаружения

При отсутствии в эксплуатационной документации РЛС зоны видимости для идеальной позиции она может быть построена по общей нормированной диаграмме направленности РЛС и известной дальности видимости (по результатам летной проверки или формуляру). Нормированная диаграмма направленности представляет собой зависимость величины от угла места , где P _max - мощность, излучаемая антенной в направлении максимума диаграммы направленности; P  - мощность, излучаемая антенной под углом места ; K ₀ - коэффициент нормированной диаграммы направленности.

Нормированная диаграмма направленности в вертикальной плоскости задается таблицей 6 или графиком зависимости K=f() (рисунок 11). Для большей наглядности нормированная диаграмма направленности может задаваться на координатной сетке (рисунки 12а и 12б).

На координатной сетке коэффициент нормирования диаграммы направленности К ₀ определяется вектором, проведенным под соответствующим углом места из начала координат к линии, изображающей форму диаграммы направленности. Координатная сетка (рисунок 12б) отличается от общепринятой (рисунок 12а) тем, что дуга земного круга изображена прямой ОД, изовысотные линии тоже изображены прямыми, а линия горизонта ОГ и линия углов места  ₁,  ₂ и т.д. кривыми.

Для пересчета нормированной диаграммы направленности в зону видимости необходимо на координатную сетку нанести точки в соответствии с известными данными по видимости Д ₀, Н ₀ и определить угол места .

Таблица 6

, град	0,5	1	1,5	2	2,5	3	4	5	6	7	8
	0,26	0,55	0,7	0,83	0,92	0,99	0,95	0,6	0,65	0,7	0,4

По таблице 6 или графику (рисунок 11) определить коэффициент нормированной диаграммы направленности К ₀, соответствующий углу места  _o. Построить зону видимости РЛС в соответствии со значениями Д для углов места , которые определяются по формуле:

, где

Д - дальность видимости РЛС для заданных углов места ;

В - коэффициент рефракционного ослабления сигнала для соответствующих Д и ;

В _o - коэффициент рефракционного ослабления сигнала соответствующих Д ₀ и  ₀.

Значения коэффициентов рефракционного ослабления приведены на рисунке 13.

Потенциальная дальность обнаружения РЛС (км) с учетом коэффициента использования радиогоризонта приближенно может определяться по формуле:

, где

h _a - высота электрического центра антенны, м;

h _ц - высота полета цели над уровнем моря, м;

К - коэффициент использования радиогоризонта, равный 0,6-0,75.

Для позиций на равнинной местности Д _обн принимается равным среднестатистическим данным (по типам РЛС).

Найденные дальности соединяются плавной линией на координатной сетке (рисунок 5), обозначая зону видимости в вертикальной плоскости (при этом необходимо учитывать средний угол уклона).

Полученные зоны видимости уточняются летной проверкой. Данные летной проверки одного из азимутов наносятся на тот же график, где нанесена расчетная зона видимости, и определяется среднее значение отклонения расчетных и фактических данных:

Д=Д _расч-Д _обн (фактическая)

На других азимутах, где летная проверка не проводилась, поправка вносится того же значения. Расчетные значения дальностей (Д _расч), границ областей радиотеней (R) на различных азимутах и высотах полета цели после уточнения по результатам облета на каждой заданной высоте сводятся в таблицу, по которой затем строится график, используемый в дальнейшем для построения зон видимости в горизонтальной плоскости (рисунок 14). Построение обычно выполняется на карте масштаба 1:500 000. На азимутальных линиях сечения профиля рельефа откладываются участки зон видимости и радиотеней, которые затем соединяются плавной линией.

Пересчет зон видимости РЛС для целей с различными значениями эффективной отражающей поверхности

В ряде случаев возникает необходимость пересчета зон видимости для одной и той же РЛС, но для целей с различными эффективными отражающими поверхностями.

Пересчет зоны видимости для средних и больших высот производится по формуле:

Д _обн=Д _обнK _n, где

Д _обн - дальность обнаружения цели с отражающей поверхностью ;

Д _обн - дальность обнаружения цели с отражающей поверхностью ;

- коэффициент пересчета, определяемый по рисунку 15.

Пересчет зон видимости на малых высотах (до 1000 м) производится по формуле:

, где

f - частота РЛС, МГц;

m - коэффициент, определяемый по рисунку 16.

, ДБ

______________________________

* Под радиальными полетами ВС понимаются полеты, при которых линия перемещения ВС максимально приближена к радиальной линии относительно АРП и при этом разница азимутов от точки АРП на соседние радиолокационные отметки ВС (А=А1-А2) не должна превышать значения (0,1 _нд), где  _нд - среднеквадратическая ошибка пеленгования АРП по нормативной документации (рисунок 1 приложения N 7).

** Под нерадиальными полетами ВС понимаются полеты, при которых разница азимутов от точки АРП на соседние радиолокационные отметки ВС (A=A1-A2) превышает значение (0,1 _нд), где  _нд - среднеквадратическая ошибка пеленгования АРП по нормативной документации (рисунок 1 приложения N 7).