レーダー地平線

レーダー地平線は、航空機検出システムのパフォーマンスにとって重要な領域であり、レーダービームが地球の表面から十分に上昇して、可能な限り低い高度でターゲットを検出できる距離によって定義されます。これは、パフォーマンスの低高度領域に関連付けられており、その形状は地形、レーダー高度、および信号処理によって異なります。この概念は、レーダーシャドウ、クラッターゾーン、およびクリアゾーンの概念に関連付けられています。

航空機は地表航法と呼ばれる技術を使ってレーダーの影の領域と乱雑な領域を利用し、レーダーによる検出を回避することができる。^[1]

大気による屈折を考慮に入れない場合、レーダー地平線は、海抜からのレーダーの高さと地球の半径（約 6.4·10 ³ km）のみを考慮した、レーダーから地平線までの幾何学的距離になります 。 ${\displaystyle D_{h}}$${\displaystyle H}$${\displaystyle R_{e}}$

${\displaystyle D_{h}={\sqrt {2\times H\times R_{e}+H^{2}}}}$

H が に比べて小さい場合、これは次のように近似できます。 ${\displaystyle R_{e}}$

${\displaystyle D_{h}={\sqrt {2\times H\times R_{e}}}}$

[高度にほぼ比例して増加するパーセンテージ誤差は、H が 250 km 未満の場合は 1% 未満です。]

この計算では、高度 1 マイル (1.6 km) にあるレーダーの地平線は 89 マイル (143 km) です。海上でアンテナの高さが 75 フィート (23 m) の場合、レーダーの地平線は 10 マイル (16 km) です。ただし、大気の圧力と水蒸気含有量は高度によって変化するため、レーダー ビームが使用する経路は密度の変化によって屈折します。標準大気の場合、電磁波は一般に下向きに曲げられたり屈折したりします。これにより影の領域は減少しますが、距離と高さの測定に誤差が生じます。実際には、を求めるには、実際の地球 の半径ではなく、有効地球半径(その 4/3) として8.5·10 ³ kmの値を使用する必要があります。 ^[2]${\displaystyle D_{h}}$${\displaystyle R_{e}}$

したがって、方程式は次のようになります。

${\displaystyle D_{h}={\sqrt {2\times H\times \left({\frac {4R_{e}}{3}}\right)}}}$

また、同じ例で、高度 1 マイル (1.6 km) のレーダーのレーダー地平線は 102 マイル (164 km) になり、高度 75 フィート (23 m) のレーダーのレーダー地平線は 12 マイル (19 km) になります。

さらに、温度や湿度が逆の傾向にある層は、大気ダクトを形成し、ビームを下方に曲げたり、電波が垂直方向に広がらないように閉じ込めたりします。この現象は、次の 2 つの状況で発生します。

• 湿度の高い薄い安定した層
• 安定した温度逆転

ダクトの影響は、周波数が低下するにつれて強くなります。3 MHz 未満では、空気全体が導波管として機能してレーダーの影を埋め、ダクト ゾーン上のレーダー感度も低下します。ダクトは影のゾーンを埋め、クラッター ゾーンの距離を延長し、低 PRFレーダーの反射を計測範囲を超えて作成する可能性があります。

Dh を超えるオブジェクトは、高さが次の要件を満たす場合にのみ表示されます。

${\displaystyle H_{T}>{\frac {\left(R_{T}-{\sqrt {2\times H\times R_{e}}}\right)^{2}}{2\times R_{e}}}}$

ここで、はターゲットの高さ、はターゲットの距離です。この高さより下の物体はレーダーの影の中にあります。 ${\displaystyle H_{T}}$${\displaystyle R_{T}}$

クラッターゾーンは、レーダー エネルギーが最も低い数千フィートの空気中に広がる場所です。これは、レーダー地平線の約 120% の距離まで広がります。

これらの仰角では、地上に多数の反射体があります。時速約 15 マイルの卓越風により、これらの反射体が移動し、この風により小さな物体が空中に舞い上がります。この干渉はクラッターと呼ばれます。

クラッターゾーンには、陸上またはその近くで運用する場合の 沿岸地帯と地形が含まれます。

ビーム幅は、レーダーパルスが 10 マイル (16 km) に到達するまでに、数百万平方フィートの表面を照らします。ターゲットは通常、はるかに小さいため、クラッターによって隠されます。クラッターの反射により、不要な偽のターゲットが作成されることがあります。 ${\displaystyle 1^{o}}$

信号処理のクラッター低減が改善されていないレーダーのアンテナは、コンピューターやユーザーに負担をかけないように、通常は地面の近くに向けられません。

移動目標指示（MTI）は、約35dBのクラッターを削減できます。これにより、1,000平方フィート（93m ²）ほどの小さな物体を検出できます。卓越風や天候によりMTIのパフォーマンスが低下する可能性があり、MTIは盲速度をもたらします。^[3]

パルスドップラーレーダーは、 60 dB 以上もクラッターを低減できるため、コンピューターやユーザーに過負荷をかけずに、 1 平方フィート (0.093 m ^{2 ) 未満の物体を検出できます。風速よりも高い速度で速度除去を設定した}パルスドップラー信号処理を使用するシステムには、クラッターゾーンがありません。つまり、クリアな領域が地面まで広がっています。

クリア領域は、低仰角でレーダー地平線から数キロメートル先までの範囲です。

晴天地域は、低仰角の上空で空が晴れている地域でもあります。

天候や生物活動（雨、雪、雹、強風、渡り）が活発な地域には、明確な領域はありません。

影の領域にあるターゲットを検出できるレーダー システムが数多く開発されています。これらのシステムは、総称して地平線越えレーダーと呼ばれています。一般的に使用されているシステムは 3 つあります。最も一般的なものは、電離層を反射板として使用し、上空に信号を発射して、上空から返ってくる小さな信号を待ちます。他のシステムは、遠方のアンテナを使用してそれらの間を通過する物体を探すバイスタティック配置を使用します。少数のシステムは、影の領域に伝わる「クリーピング波」を使用します。

• 見通し内伝播
• ハルダウン