Учет рельефа местности и влияния кривизны Земли. Дальность прямой

Видимости.

Т.к. Земля круглая, то если разместить передающую и приемную антенны в точках А и B соответственно, то радиосигналы будут передаваться.

Но если уменьшить h или H, то не получится получить сигнал => кривизна Земли влияет на дальность распространения радиоволн.

Это называется дальность прямой видимости с учетом геометрического горизонта.

Вычислим дальность прямой видимости:

Высота антенн в метрах, а дальность получается в километрах.

Пример: h = H = 9м, D_пв = 21,4 км.

Итак, чем дальше хотим организовать радиосвязь, тем выше нужно поднимать и передающую и приемную антенну.

ТЕМА №2. РРВ В ТРОПОСФЕРЕ.

Рассмотрим, как распространяются волны в тропосфере.

Все погодные условия определяются эффектами, которые происходят в тропосфере.

Тропосфера от 12 до 60 км над Землей.

Общие сведения о тропосфере. Понятие нормальной тропосферы и

Эффекты РРВ в ней.

Пунктиром изображено значение показателя преломления. Мы считаем его примерно равным единице. (2) Он изменяется с высотой, но по линейному закону.

Давление паров Pe также меняется, но относительно линейно.

Рис. 1

Мы знаем, что:

Эффекты, происходящие с радиоволнами при распространении в тропосфере:

1. Рефракция.- пример рефракции: 1. миражи в пустыне – рефракция в оптическом диапазоне волн. 2. Асфальт при жаре как будто движется.

Рефракция имеет как негативные, так и позитивные моменты.

2. Ослабление энергии РВ. – Облачность, туман.

3. Отражение РВ от гидрометеообразований. - Потому что волны рассеиваются на каплях воды и теряеся соотношение сигнал/шум.

4. Рассеяние РВ на неоднородностях тропосферы. – В тропосфере существуют неоднородности, связанные с концентрацией всевозможных газов, с их движением. На этих неоднородностях будет так же рассеиваться Э.М. волна. Это приводит с одной стороны к уменьшению отношения сигнал/шум. С другой стороны мы можем использовать эти неоднородности для увеличения дальности радиосвязи.

Запишем дальность радиолокации и дальность радиосвязи:

(3)

(4)

Флуктуации показателя преломления в тропосфере очень небольшие и они вытекают из флуктуаций диэлектрической проницаемости:

n = 1,00026…1,00046;

На высотах для нормальной тропосферы: H = 8…10км, n = 1,00011.

С высотой диэлектрическая проницаемость меняется. И это изменение приводит к искривлению луча в пространстве – к рефракции.

Чтобы посчитать это выделяют области в тропосфере с условии, что в пределах области показатель преломления постоянен. Так называемая модель плоскослоистой тропосферы. Далее пользуемся законами геометрической оптики(3 закон Снелиуса).

Получается, что 4 слой более плотной. А при падении луча на с более плотного слоя на менее плотный происходит его искривление. Таким образом от слоя к слою происходит искривление траектории луча.

А если происходит искривление луча, то должно быть и уравнение луча. Запишем уравнение из несложных геометрических соображений.

Рассмотрим модель распространения волны на Рис.3. Все, что с индексом «0» - это параметры, которые считаются более-менее постоянными на малой высоте у поверхности Земли. А на высоте H угол тэта и показатель преломления меняются.

Рис. 3

Уравнение траектории луча будет определяться:

;(5)

Остается выяснить, хорошо это или плохо.

С одной стороны искревление луча – это хорошо, потому что раз луч искривляется, то дальность радиосвязи будет больше, чем радиус прямой видимости.

С другой стороны раз он искривляется, то направление на объект (Рис.7, например) будет уже ошибочным. В итоге получается ошибка в измерении дальности и в измерении угла. Эти вещи нужно учитывать.

Представим модель земной поверхности в роли плоской поверхности, а не сферической, т.е. устремим радиус Земли к бесконечности:

Уравнение 6 – это уравнение траектории луча для идеально плоской поверхности Земли.

Также нас интересует радиус кривизны луча :

Посчитав радиус кривизны луча мы получаем несколько кривых, которые отражены на Рис.5.

- <0 – отрицательная рефракция.

- >4Rз – пониженная рефракция

- =0 – отсутствие рефракции

- =4Rз – нормальная тропосферная рефракция – присутствует практически постоянно.

- <4Rз – повышенная рефракция

- =Rз – рефракция критическая

- <Rз – сверхрефракция – распространение радиоволн осуществляется путем многократного отражения от поверхности. (Пример про пустыню – сверхрефракция в оптическом диапазоне волн). Сверхрефракция характерна в приморских районах, когда начинается прогреваться земная поверхность. Когда нагревается земная поверхность – сверхрефракция исчезает.

Рис. 5

Как учитывать нормальную тропосферную рефракцию в аппаратуре? Нужно выпрямить луч.

Для того чтобы выпрямить луч, следует выпрямить Землю, увеличив искусственный радиус Земли в технике. Rзэ=8470 км.

Так устраняются ошибки в угле при нормальной тропосферной рефракции.

Учтем это в дальности прямой видимости. Подставим вместо Rз.

13 – формула для дальности прямой видимости с учетом радиогоризонта.

За счет нормальной тропосферной рефракции увеличивается дальность обнаружения.

Приведенный показатель преломления N:

N Неудобен для расчетов, т.к. очень мал

Индекс рефракции:

У поверхности земли М = 240…460. Индекс рефракции более удобен для расчетов.

Рис. 7 – недостатки и достоинства нормальной тропосферной рефракции

Ошибки в измерении угла

Выражения для дальности прямой видимости с учетом геометрического горизонта и радиогоризонта: