エンベロープ（レーダー）

レーダーエンベロープは、試験評価マスタープラン（TEMP）で特定されている重要な性能指標（MOP）です。これは、レーダーシステムが特定のサイズと速度の物体を確実に検知するために必要な空間の容積です。これは、受入試験プロセスの一環として評価しなければならない要件の一つです。[1]

レーダーシステムには、物理​​法則によって変更不可能な性能制約が生じるため、固有の欠陥があります。パルス圧縮に伴うアンビギュイティ関数や、移動目標検出に伴うスカロッピングなどがその例です。

完全なカバレッジには、複数の場所に複数の異なる種類のレーダーが必要です。

意味

レーダー エンベロープは、特定のレベルのパフォーマンスが必要な領域を表します。

レーダーシステムの仕様では、特定のレーダーエンベロープ内で特定のレベルの性能が求められます。この性能には、以下の特性が含まれます。

  • 断面
  • ブラインドレンジ
  • 視線速度
  • 計器範囲
  • スキャン時間
  • 高度
  • 仰角
  • ベアリングカバー
  • サイドローブ性能

航空機、気球、船舶、ドローン、ミサイルなどの物体がレーダー探知範囲内を移動している間、レーダーシステムからデータが抽出・記録されます。記録されたデータは、物体の距離、高度、速度と比較され、合否基準が評価されます。

これらは物理的なレーダーエンベロープの典型的な形状です。

  • 平らにしたドーナツ
  • 中心付近に球状の空洞がある円筒
  • 中心付近に球状の空洞がある円盤
  • スライスが欠けていて、中央付近に球状の空洞があるパイ

断面

断面積とは、レーダーの方向で観測され、検出可能でなければならない最小の見かけの表面積です。

レーダー断面積はアスペクト角によって変化します。

完全な球体以外の場合の断面積は、アスペクト角、つまりレーダーパルスに対して反射体がどれだけ回転するかによって決まります。

ブラインドレンジ

レーダー システムのブラインド レンジとは、送信パルスが占める距離と受信機のセットアップ時間です。

ブラインドレンジ ＝ 0.5 × c × （ 送信パルス幅 + セットアップ時間 ） 、 {\displaystyle {\text{ブラインドレンジ}}=0.5\times c\times ({\text{送信パルス幅}}+{\text{セットアップ時間}}),}

ここで、は媒質中の光速です。モノスタティックレーダーは、送信パルスの持続時間中は何も観測できません。 c {\displaystyle c}

セットアップ時間は 2 つのデバイスに関連付けられます。

分岐デュプレクサには、高出力マイクロ波に対しては高い減衰特性を持ち、低出力マイクロ波に対しては減衰特性を持たないガス封入管が組み込まれていることが多い。このため、送信パルスの終端におけるセットアップタイム中にマイクロ波ノイズが発生する。

フェーズドアレイアンテナは、送信パルスの終了後に調整を必要とする位相シフタを使用します。これらの位相シフタは、セットアップ時間後まで受信信号を劣化させる変調と高いサイドローブを生成します。アクティブフェーズドアレイレーダーには、このような制限がない場合があります。

レーダーの地平線を超える範囲で盲点をついた飛行をすると、探知されないようにするために地表飛行技術を使用することができる。[3]

H e 私 グラム h t < c 2 × （ T r 1つの n s メートル 私 t   P あなた l s e   W 私 d t h + S e t あなた p   T 私 メートル e ） 2 8 × E 1つの r t h   R 1つの d 私 あなた s {\displaystyle 高さ<{\frac {c^{2}\times (送信\パルス\幅+セットアップ\時間)^{2}}{8\times 地球\半径}}}

視線速度

視線速度とは、レーダーに近づく視線とレーダーから遠ざかる視線に沿った速度です。このような動きは、以下の現象により断面積性能を低下させます。

計器範囲

計器距離とは、レーダー反射を表示できる最大距離です。これは、この距離で物体が検出されることを意味するものではなく、この距離を超えると反射が全く表示されないことを意味するだけです。[4]

スキャン時間

スキャン時間とは、同じ体積を再度スキャンする間隔のことです。例えば、レーダーが4 RPMの固定速度で回転する場合、スキャン時間は15秒（60/4）となります。

スキャン時間の性能は高速物体と相互作用します。スキャン時間が長すぎると、高速物体はレーダーに検知されずに長距離を移動してしまいます。

高度

高度は地表からの距離です。この性能指標は仰角と相関します。

カーマン線は一般的に空と宇宙の境界線とみなされており、その長さは100km（62.5マイル）である。[5]

高度に関連する困難は 2 つあります。

最初の難しさは、宇宙条約により宇宙活動に関する国際的な情報開示が義務付けられていることです。これには、宇宙空間の物体を観測できるレーダーシステムからの無線周波放射が含まれる場合があります。

2つ目の難しさは、低軌道に数百万個の物体が存在することです。観測範囲を超える距離からの反射によって、性能が低下する可能性があります。

仰角

レーダーの仰角性能はアンテナの種類によって決まります。

高地

フェーズドアレイレーダーで使用されるアンテナパネルは、完全に動作するレーダーの上にある隙間を埋めるオーバーラップを持つように設計される場合があります。

ファンビームアンテナパターン

レーダー固定台座用回転切頂パラボラアンテナの放射パターンは、垂直方向のカバー範囲にギャップのある扇形ビームです。レーダーの真上に位置する物体は検出されない場合があります。

標高が低い

低高度は、特異な性能を発揮する領域です。この領域で高い性能を発揮するには、低速度反射を排除できる パルスドップラーレーダーと連続波レーダーが必要です。

これは、沿岸域および陸上レーダー のパフォーマンスを測る重要な指標です。

時速約24キロメートルの卓越風が地球の表面の大部分を覆っています。この風は、数千フィート下まで絶えずゴミを巻き上げ、それぞれのゴミが別々の反射光を生み出します。これをクラッター負荷と呼びます。陸地から遠く離れた外洋上では、クラッターは減少します。

反射波が多すぎると、コンピュータシステムや人間に過大な負荷がかかります。一般的な解決策は、アンテナビームのメインローブを地面近くを指向しないように制限することです。これは低仰角制限と呼ばれます。これにより、地表付近を飛行する技術を用いて探知を回避できる死角が生じます。気象現象は、レーダーシステムの低仰角制限を増加させます。

移動目標指示（MTI）は、低仰角限界を改善するために使用されます。MTIは、レーダースカロッピングに関連するブラインド速度を生成します。これにより、特定の視線速度でレーダー感度が低下しますが、MTIによりアンテナビームのメインローブを地面に近づけることができます。風速が時速約5マイルを超えると、破片が十分な速度で移動し、過剰なクラッター負荷が発生するため、MTIの改善効果の大部分が失われます。

ベアリングカバー

レーダーの 方位カバレッジは、レーダーアンテナに干渉する可能性のある近くの障害物によって決まります。

船上ではマストが原因となる可能性があります。陸上では建物や地形が原因となる可能性があります。

サイドローブ性能

アンテナのサイドローブはパフォーマンスに影響します。

大きな物体からの反射や漂遊電子放射がサイドローブからレーダーアンテナに侵入する可能性があります。これにより、近くの物体に対する性能が低下します。

このパフォーマンス測定を改善するために、 サイドローブ抑制戦略が使用されることがあります。

参考文献

  1. ^ 「Radartutorial」（PDF） . Radartutorial.
  2. ^ 「分岐デュプレクサ」. Radartutorial.eu.
  3. ^ 「レーダー原理」（PDF）マサチューセッツ工科大学。2012年9月30日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
  4. ^ 「計装レンジ」クリスチャン・ウォルフ. 2021年9月19日閲覧。
  5. ^ 「100km境界（宇宙航行における100km境界）」国際航空連盟（Fédération Aéronautique Internationale）. 2010年7月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年8月12日閲覧。
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