雷达探测距离估算的方法

雷达开发进展

原文：

https://www.digitalcombatsimulator.com/upload/medialibrary/751/420tvzzkl8vyxzukcdzamjf7gcrhwzmo/Eagle_Dynamics_Radar_White_Paper_v1.pdf

AN/APG-63、AN/APG-65和AN/APG-73

我们的AN/APG-65和AN/APG-73探测距离估算是基于公开的AN/APG-63雷达数据[1], [2]和一般雷达理论考虑。根据[1]，AN/APG-63 HPRF RWS模式对9平方米RCS（T-33飞机的正面RCS）目标的平均探测距离约为63海里，在MPRF模式下对6平方米RCS（T-33飞机的平均后部RCS）目标的探测距离约为25海里。所有三个雷达的一般技术信息在下表中进行了总结。

注：表中的所有探测距离都假定目标有5平方米的RCS；标星距离—我们的估算，这将在下面解释；没有参考/没有标记的项目—我们的假设。为了进一步解释，我们需要雷达方程，因此：

Pavg – 平均发射机功率


Ae – 有效天线面积，Ae = n * PI * d^2/4, d – 天线直径，n – 孔径效率


σ - 目标RCS


tot - 到目标时间（驻留时间）


L – 损失（所有种类）


λ – 雷达波长


kTs – 平均噪声能量


(S/N)req – 要求探测概率信噪比


Rpd – 达到所需探测概率的距离 

首先，这个方程包含几个未知值的参数（Pavg、(S/N)req和L），对我们的方法产生了影响。我们决定不对这些缺失的数值进行最佳估计，而是将重点放在参数比率上。这三种雷达都是由同一家公司开发的，具有类似的通用设计，并具有类似的信号处理。因此，我们判断这种方法将提供良好的结果。

AN/APG-63和AN/APG-65(73)的平均发射功率是未知的；但是，根据雷达尺寸和假定的功率消耗，这些雷达应该有非常相似的Pavg。即使我们假设功率相差1.5倍，探测距离的合理差异将是。换句话说，检测距离的差异将小于11%。因此，在我们的估算中，Pavg假设是相等的。

目标RCS σ应该是一个恒定的参考值，以使任何比较/估算成为可能。为方便起见，对5平方米的RCS重新计算了来自[1]的探测距离。即63海里*=54海里，25海里*=24海里。

下一个参数是有效天线面积，Ae。根据雷达方程，探测距离与Ae的平方根成正比（二次方x¼次方=½次方）。Ae本身与天线直径的平方成正比，所以探测距离与天线直径成正比。因此，我们有54海里*0.675/0.915=40海里。然而，我们的雷达是扫描式的，我们必须考虑到波束宽度的差异，因为它影响到目标的时间，这也包括在雷达方程式中。

波束宽度与天线直径成反比（我们假设波长是一样的），因此TOT也是。这给了我们40海里*=43海里。到目标时间也取决于平均扫描率，但这些雷达的扫描率大致相同，因此，由于差异很小，我们忽略这种可能的差异。

信噪比，SNR和L损失是最复杂的参数，因为它们中的每一个都结合了几个不同的噪声和损失源。不幸的是，关于现代雷达组件和DSP功能的信息很少，所以估计将只考虑已知数据。其他参数假设不变或适度改变。

AN/APG-65(73)的多普勒分辨率是AN/APG-63的2倍，模数转换器的振幅分辨率也有所提高，还有其他一些变化。这可能意味着2倍的信噪比。让我们把它算作43海里*=51海里。这是我们对AN/APG-65雷达的HPRF RWS模式的最终探测距离估算。 

AN/APG-65 MPRF模式使用13:1的巴克码脉冲压缩，与AN/APG-63一样。然而，实际的距离-多普勒分辨率是未知的。假设与AN/APG-63相比，在HPRF模式下，分辨率有同样水平的提高，然而我们可以预期HPRF和MPRF探测距离之间的比率与AN/APG-63相同。因此，这里是我们的AN/APG-65 MPRF探测距离51海里*24/54=23海里。

AN/APG-73是AN/APG-65的升级版。根据公开资料，AN/ APG-73使用与APG-65相同的天线和相同的行波管发射机，但它接受了一个新的数据处理器、电源和收发器。由此我们可以得出结论，至少接收机的噪声系数得到了改善。由于AN/APG-63和AN/APG-65接收机都配备了低噪声放大器，我们可以预期有1-2dB的适度改进。这使我们的HPRF RWS检测距离约为51海里 *   = 55海里，在MPRF模式下为23海里 * = 25海里检测距离。考虑到这一点，增加数据处理器的吞吐量和2倍好的多普勒分辨率，我们可以期望通过更密集的DSP来提高额外的信噪比。将假设它又有2倍的改进，55海里*=65海里，25海里*=30海里。这是我们对AN/APG-73的最终探测距离估算。

参考文献

F-15 design approach presentation  http://aviationarchives.blogspot.com/2016/06/f-15-designapproach-presentation.html

Introduction To Airborne Radar, G.W. Stimson, 1st edition.

Introduction To Airborne Radar, G.W. Stimson, 2nd edition.

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