エンベロープ（レーダー）

レーダーエンベロープは、テストおよび評価マスタープラン（TEMP）で特定された重要な性能測定（MOP）です。これは、特定のサイズと速度の物体を確実に検出するためにレーダーシステムが要求される空間の容積です。これは、受け入れテストプロセスの一部として評価する必要がある要件の1つです。 ^[1]

レーダー システムには、物理​​法則によって変更できないパフォーマンス制約が生じるため、当然ながら欠陥があります。パルス圧縮に関連する曖昧性機能と、移動ターゲット表示に関連するスカロッピングがその 2 つの例です。

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。

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パフォーマンスが求められます。このパフォーマンスには、次の特性が含まれます。

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

航空機、気球、船舶、ドローン、ミサイル、その他の物体がレーダー範囲内で移動している間、レーダー システムからデータが抽出され、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。

• 平らなドーナツ
• 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。

完全な球体以外のものの断面積は、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。

レーダー システムのブラインド レンジは、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。

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

ここで、は媒体中の 光の速度です。モノスタティックレーダーは送信パルスの持続期間中は何も見えません。${\displaystyle c}$

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。

• 分岐デュプレクサ受信機保護^[2]
• アンテナビームフォーミング

分岐デュプレクサには、高出力のマイクロ波に対しては高い減衰率を持ち、低出力のマイクロ波に対しては減衰率を持たないガス充填チューブが含まれていることがよくあります。これにより、送信パルスの最後のセットアップ時間中にマイクロ波ノイズが発生します。

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破損す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、地表飛行技術を使用して検出を回避することができる。^[3]

${\displaystyle 高さ<{\frac {c^{2}\times (送信\パルス\幅+セットアップ\時間)^{2}}{8\times 地球\半径}}}$

視線速度とは、レーダーに向かう視線とレーダーから遠ざかる視線に沿った速度です。この種の動きは、以下の現象により断面積の性能を低下させます。

• スカロップ
• ドップラー曖昧関数
• 移動ターゲット表示ブラインド速度

計測距離は、レーダー反射が表示される最大距離です。これは、この距離で物体が検出されることを意味するのではなく、この距離を超えると反射がまったく表示されないことを意味します。^[4]

スキャン時間とは、同じボリュームを再スキャンする間隔のことです。たとえば、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) になります。

スキャン時間のパフォーマンス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、高速物体は検出されずにレーダーに向かって長い距離を移動できるようになります。

高度は地球の表面からの距離です。このパフォーマンスの尺度は仰角と相互作用します。

カーマンラインは一般的に空と宇宙の境界線とみなされている。これは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、宇宙にある物体を観測できるレーダー システムからの RF 放射が含まれる場合があります。

2 つ目の難しさは、低軌道に何百万もの物体があることです。計測範囲を超える距離からの反射により、パフォーマンスが低下する可能性があります。

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。

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の隙間を埋めるオーバーラップを備えて設計される場合があります。

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がある扇形のビームです。レーダーの真上にある物体は検出されない場合があります 。

低高度は、独特のパフォーマンス領域です。この領域で高いパフォーマンスを得るには、低速度反射を排除する 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。

地球の表面の大部分は、時速約 15 マイルの卓越風で覆われています。このため、数千フィートの低層空気中にゴミが絶えず舞い上がり、ゴミの破片ごとに別々の反射が生じます。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の表面では、クラッターは減少します。

反射が多すぎると、コンピュータ システムや人間が圧倒されてしまいます。一般的な解決策は、アンテナ ビームのメイン ローブを制限して、地面に近づかないようにすることです。これは低仰角制限と呼ばれます。これにより、検出を回避するために地表飛行技術を使用して利用できるブラインド ゾーンが作成されます。気象現象により、レーダー システムの低仰角が増加します。

移動目標表示(MTI) は、低仰角制限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作成します。これにより、特定の半径速度でレーダー感度が低下しますが、MTI を使用すると、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。風速が約 5 マイル/時を超えると、破片が十分に速く移動して過度のクラッター負荷が発生し、MTI の改善のほとんどが失われます。

レーダーの 方位範囲は、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。

船の場合、これはマストによって引き起こされる可能性があります。陸上の場合、これは建物や地形によって引き起こされる可能性があります。

大きな物体からの反射や漂遊電子放出がサイドローブからレーダーアンテナに入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の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。