Рекомендация МСЭ-R M.1849-1* Технические и эксплуатационные аспекты . наземных метеорологических радаров (стр. 9 )

Метеорологические радары обрабатывают несколько отраженных импульсов, попадающих в элемент разрешения по дальности, для формирования выборки, размер которой устанавливается пользователем. Эти несколько отраженных импульсов, формирующих элемент разрешения по дальности, усредняются для получения оценки элемента разрешения по дальности. Предлагаемые системы ССИЗ и метеорологические радары работают на существенно различающихся частотах повторения импульсов, поэтому вероятность попадания более одного мешающего импульса в один набор выборок элементов разрешения по дальности метеорологического радара является небольшой при условии малого размера выборки. Подход состоит в определении максимального уровня одиночного импульса, при котором среднее значение по размеру выборки не будет выходить за пределы качественных показателей базовых продуктов данных радара.

Определение критерия защиты требует понимания требований в отношении точности, касающихся уровня шума приемника, минимального отношения сигнал/шум, используемого для обработки, и базовых продуктов радара (отражательной способности, средней радиальной скорости и ширины спектра). Поскольку в данной полосе частот работают различные метеорологические радары, должны быть сделаны некоторые предположения. Радар, использованный при анализе, имеет минимальный уровень шума приемника –110 дБм при самой узкой ширине полосы ПЧ.

Значение минимального отношения сигнал/шум, вероятно, сложнее всего установить не для конкретного радара. Для радаров, работающих в полосе частот 2700?2900 МГц, типовыми являются отношения сигнал/шум 0?3 дБ, поскольку радары, работающие на нижней частоте, обычно эксплуатируются для обнаружения на больших расстояниях. Метеорологические радары, работающие в полосе частот 9300?9500 МГц, как правило, используются на более коротких расстояниях для обнаружения с более высоким разрешением и могут работать при больших минимальных отношениях сигнал/шум. В таблице 6 представлены требуемые для этого анализа значения точности базовых продуктов данных при S/N = +3 дБ и минимальном уровне шума –110 дБм.

ТАБЛИЦА 6

Требования к точности данных

Требования к точности базовых данных
Оценка отражательной способности	1 дБ
Оценка скорости	1 м/с
Оценка ширины спектра	1 000 Гц

Как показано в таблице 7, для метеорологического радара, используемого в данном примере, предполагается, что максимальный предел искажения отражательной способности составляет 1 дБ, что соответствует отношению помеха/минимальный сигнал I/S, равному 0,26, или отношению мощности 1,26. Размер выборки отражательной способности будет предполагаться равным 25. Возможен размер выборки, больший 25, что позволяет дополнительно снизить влияние одиночного импульса, однако больший размер выборки также увеличивает вероятность появления второго мешающего импульса в той же выборке.

8.4.2.2        Расчет I/N для импульсного источника помех (одиночное попадание)

8.4.2.2.1        Предположения

–        Нормально восстанавливаемый сигнал минимального уровня имеет отношение сигнал/шум, равное 2 дБ.

–        Искажение зависит от отношения сигнала к средней мощности помех. Поэтому оно зависит от уровня помех и количества "попаданий" в периодограмму оценки.

–        Максимальный уровень помех в отношении отражательной способности определяется искажением отражательной способности.

–        Искажение отражательной способности (Rb) в 1 дБ дает отношение мощности, равное 1,2589.

               Отношение мощности = 10(Rb/10) = 10(0,1) = 1,25892589.

Вычитая отношение неискаженной мощности из отношения мощности, при которой возникает искажение в 1 дБ, получаем отношение помеха/сигнал, равное 0,2589.

               I/S = [10(Rb/10) – 10(Rb/10)] = [1,2589 – 1] = 0,2589.

Уровень мощности помех может быть рассчитан с помощью следующей формулы:

               IL = (NS) (I/S) = (16) (0,2589) = 4,414.

Это значение соответствует сигналу 6,17 дБ.

               IL (дБ) = 10 log (4,14) = 6,17 дБ.

В случае отношения сигнал/шум, равного 3 дБ, I/N может быть рассчитано следующим образом:

               I/N = 6,17 дБ + 3 дБ = 9,17 дБ.

Объединяя эти показатели в функцию, которая описывает I/N по отношению к Ns, I/N и Rb, получаем максимально требуемое I/N для одиночного "попадания":

               ,

где

       Ns:        количество выборок в оценке;

       Smp:        средняя мощность сигнала;

       S/N:        отношение сигнал/шум приемника;

       I/S:        отношение помеха/сигнал,

а I/S выражается как:

               ,

где

       Rb:        искажение отражательной способности;

       Nnf:        нормированный минимальный уровень шума.

Объединяя уравнения, получаем:

               

Ниже приводится примерный расчет, основанный на вышеуказанных предположениях.

8.4.2.2.2                Примерный расчет

Предположения:

       Ns         = 16

       S/N         = 3 дБ

       Rb         = 1 дБ

       Nnf         = 0 дБ7

               

               

8.4.3        Воздействие изменяющихся во времени помех

На рисунках 14 и 15 представлены возможные помехи со стороны системы РСА (радар с синтезированной апертурой) и изменяющиеся во времени помехи.

РИСУНОК 14

Интегральная функция распределения пикового I/N

РИСУНОК 15

Пиковое отношение I/N в зависимости от времени для одного прохода
над метеорологическим радаром

На основании этих иллюстраций представляется вероятным возникновение двух ситуаций:

a)        в первой ситуации высокий уровень I/N будет создаваться на короткое время, в течение которого метеорологический радар, по-видимому, будет находиться в нерабочем состоянии – возможности измерений интенсивности дождя будут заблокированы или будет иметь место существенная переоценка интенсивности дождя;

b)        во второй ситуации в течение длительного периода времени (приблизительно 400 с) критерии помех будут превышаться.

Сложно оценить воздействие помех этого типа на метеорологические радары. Однако следует предположить, что ввиду малой продолжительности интеграции элементов изображения, вероятно, будут иметь место изменяющиеся во времени помехи; в краткосрочной перспективе (т. е. при анализе по каждому элементу изображения) могло бы применяться такое же воздействие, что и при постоянных помехах (импульсных или неимпульсных), как описано в пп. 8.4.1 и 8.4.2. В зависимости от случая и для каждого элемента изображения определение воздействия изменяющихся во времени помех является непростой задачей.

Признавая необходимость дальнейшего и более подробного анализа, следует отметить, что уровень I/N = 30 дБ (без учета импульсного характера излучения РСА), который мог бы соответствовать ситуации 1, может создавать в данной области существенную переоценку мгновенной интенсивности дождя, которая исказит долговременные (от одного часа до нескольких дней) статистические данные о дожде, используемые в процессах оповещения об опасных гидрологических условиях. Длительность помех, составляющая примерно 400 с, соответствует 7 поворотам радара и относится к боковым лепесткам радара. В этом случае на большое количество элементов изображения
(и, следовательно, на большую географическую зону) будет воздействовать несколько возникающих помех, что сделает невозможной аппроксимацию элементов изображения. Очевидно, что размер географической зоны зависит от уровня помех, которые, как предполагается, прежде всего воздействуют на край зоны покрытия радара. Даже небольшие помехи могут обусловить потери в отношении покрытия, составляющие несколько десятков процентов.

Определение воздействия изменяющихся во времени помех является непростой задачей и потребует анализа в каждом отдельном случае, учитывающего результаты динамического моделирования, на основе которого должны будут применяться критерии помех, используемые в отношении источников постоянных или импульсных помех.

8.5        Выводы в отношении критериев защиты метеорологических радаров

Даже несмотря на то, что требования к защите метеорологических радаров сильно зависят от их характеристик и спецификаций, в анализе, проведенном в п. 8 выше, и в элементах, представленных в Отчете МСЭ-R M.2136, учитываются воздействия на дальность действия радаров и точность базовых продуктов и подтверждается, что для постоянных помех отношение I/N = ?10 дБ является соответствующим и должно использоваться для обеспечения защиты метеорологических радаров. Этот критерий согласуется с существующими Рекомендациями МСЭ-R.