Бакулев (П. А. Бакулев. - Радиолокационные системы), страница 6

2.1 приведены ЭПР некоторых обьектов простейших форм. Сложные точечные цели, к которым относятся и все реальные цели, имеют ряд особенностей, в первую очередь, сложную («неправильную») форму, что не позволяет простыми средствами решить электродинамическую задачу рассеяния электромагнитных волн для теоретического нахождения ее ЭПР, Из-за сложной формы рассеивающего объекта в точку приема одновременно приходит совокупность парцнвяьных сигналов, отраженных от различных частей или различных локальных Оектрок отражения (ЛЦ) объекта.

Эти сигналы имеют случайные фазовые соотношения, так как точки отражения расположены друг относительно друга случайным образом и меняют взаимное расположение в течение времени наблюдения объекта вследствие взаимного движения цели и радиолокатора. При векторном сложении этих сигналов на входе приемника случайность их фаз приводит к флуктуации амплитуды и фазы принимаемого от цели результирующего сигнала. При некоторых положениях ОЛ возникает увеличение результирующей амплитуды — так называемый эффект Йоес»5ян)ей л1очки, соответствующий зеркальному отражению радиоволн от какого-либо элемента цели, а при других положениях — уменьшение амплитуды — провал в ДОР. 26 Таблица 2. ! ЭПР ао =лг 4л(аЬ! 00 2 2л — аяпи Л .?1 ~ — У 5 ! п д ~ 4л~г ~ ~0, 2 Л соя 0 4л — гя!п0 л яо =4лгг~ ?-2 0омкч л?э~?эг Вид объекта Полуволновый вибратор Шар металлический г»2?.

ге<22 Шар диэлектрический г»2?с ге<2?с Прямоугольная пластина Круглая пластина Ф Выпуклая поверхносп. с радиу- сами кривизны р, н рг ьо(0) = 0,86Л' соз" 0 Яо,„,„= О, 86Л' ~омО,!7Л~ оо =!44л г /Л ~О 00 мак '~ " оо = ос =64 эГЕ'+ 2 50=50 и =50 5!и аз!пи) ~ Л (2л 5!и ~ Ььбп (?) л Яо... -- -4л(аЬ?2 Ц ' р я(ад ~орды 28 Угояковый отражатель с прямоугольной гранью Уголковый отражатель с треугольной гранью Бнконический отражатель Линза Люнеберга Пассивная ФАР (отравгатель Ваи-Атга) Конус Ф //ропот.вкяие маял, 2. / ов„„„= ) 2л а' /2' Ложат = 4яп /32 ( 2я/ япз~ совр) (, л 2я/ — соя/г 2 Я„„, =гга гл а (влоль оси конуса) Проаыжеяве ямах 3 Г Определить ЭПР сложной 1реальной) цели можно двумя путями: 1) создать феноменологические модели отражений от сложной цели (модель цели) и с их помощью найти статистические характеристики отраженного сигнала: 2) экспериментально измерить ЭПР.

Однако при этом из-за флуктуаций фазы и амплитуды отраженного сигнала и их зависимости от ракурса (взаимного положения цели и измерительной установки) приходится выполнять большой объем измерений (набирать статистику). Наиболее распространены две феноменологические модели отражения. В обеих моделях цель представляется в виде совокупности и точечных элементов, среди которых либо нет преобладающего отражателя (первая модель), либо имеется один преобладающий отражатель (вторая модель), который дает стабильный отраженный сигнал, что соответствует картине отражения с эффектом "блестящей точки".

С помощью указанных моделей можно получить следующие выражения для плотности распределения вероятностей ЭПР: при отсутствии преобладающего отражателя (2.1) 29 при наличии преобладающего отражателя (2.2) Определить Уя можно, используя соотношение р Н ~о =',~„~о; ~=О Б,„, При т = О, где м = '"' — отношение ЭПР преобладающего отража- ~з -~ч, геля к ЭПР случайных отражателей, ЭПР цели распределена по экспоненциальному закону и вероятное или срединное значение ЭПР имеет вид Когда гл = 1, распределение вероятностей отличается от экспоненциального незначительно, но с ростом т начинает сказываться влияние наибольшей составляющей отражения.

При т»1 распределение в(Я,/ба) стремится к гауссовскому с максимумом при Я,/Яо =1. Это значит, что стабильное отражение от наибольшего отражателя превышает суммарный вклад случайных отражателей и определяет ЭПР цели (рис. 2.9). В технической литературе по радиолокации иногда используют обобщенную модель Сверлинга с распределением вида Это выражение соответствует распределению типа )( с юг степе- 2 нями свободы, где 1г определяет сложность модели отражения цели: при )г = 1 получаем модель цели с экспоненциальным распределением ЭПР, а при )г = 2 — модель цели в виде большого отражателя, меняющего в небольших пределах ориентацию в пространстве, или в виде набора равноправных отражателей плюс наибольший. Первая модель Сверлннта (я = !) соответствует цели с медленными флуктуациями амплитуды и с рэлеевской плотностью распределения вероятностей (ПРВ), вторая модель (/с=2) соответствует цели с быстрыми флуктуациями амплитуды и рэлеевской ПРВ, третья модель (к = 3) справедлива для цели с у-квадрат ПРВ и медленными флуктуацнямн, наконец, четвертая модель (/г = 4) имеет )(-квадрат ПРВ и быстрые флуктуации.

30 Распределение вероятностей ЭПР характеризует изменение значения ЭПР, но не указывает на характер и скорость изменения ЭПР во времени. Пример. Построить плотность распределения вероятностей ЭПР цели при отсутствии и наличии преобладающего отражателя, если Яма=25 м, а Яаа=О, Яаа= ! 8 м- и Лая=24 м-. Решение приведено на рис. 2.9 в виде соответствующих графиков. Статистические характеристики отраженного сигнала. Дл оценки вариаций ЭПР и их скорости необходимо знать корреляционную функцию и спектральную плотность его флуктуаций. Особенности этих ха- а рактеристик для цели, состоящей из совокупности отражателей, определя- ' Ф / ются перемещением отражателей при движении цели относительно радио- а и а ~ а локатора, взаимным перемещением Ф отражателей и изменением состава отражателей цели.

Иногда от корреля- — ва«а ционной функции флуктуаций отраженного сигнала я(т) переходят к !'на. 2л. Платность паанаадаааниа нормированной корреляционной аааакшаазея НаРСИааааяпаа ЭГ!Р функции (рис. 2. ! О, а) й(г) л(г) р(г) = — = —, Н(0) б а где и — мощность (дисперсия) флуктуаций; Н(т)= ц„,(г)ц„,(г+ г) = г = !(1пТ ' ГУ„(Г)(Г,„(г+г) а Здесь Т вЂ” интервал усреднения (на практике он выбирается конечным, но достаточно большим по сравнению со средним периодом флуктуацнй Таа); (.'„,(Г) — аМПЛИтуда ОтражЕННОГО СИГНаЛа.

СПЕКтраЛЬНая ПЛОТ- ность связана с корреляционной функцией флуктуаций сигнала соотношением Винера — Хинчина; й(г') = 4~В(г)соз(2лг гк(г, Р(г) = ~б(г)соз(2луг)г(Т . а а Перейдем к нормированной спектральной плотности (рис, 2. ! О, 6) 31 Рпг. 2ЛВ. Экспарггмапальньк нормиропаниме корроляцнонцая функция 1а) и спакгр флукгуациа амплитуды 16) сигнала, отраженного от ямагиаго синолога Большинство реальных целей из-за сложной формы являются совокупностью блестяших и резонансных элементов вместе с шероховатыми участками, имеюшими диффузное рассеяние.

Поэтому ДОР имеет сложный изрезанный многолепестковый характер (рис. 2.11), причем число лепестков и провалов между ними, как и ширина лепестков, зависит от отношения наибольших размеров цели к длине волны облучаюшего сигнала. Пределы изменения Яа достигают 30 — 40дБ, хотя 5а неизменна при ее измерении в различных диапазонах радиоволн. Рпг. 2.11. Диаграмма обрягиого рагсаяиия реального самольта: и — Л=зсм, б — Х=)асм 2.3.2. Особенности отражения радиоволн от реальных объектов При обнаружении реальных объектов и определении их координат или параметров движения необходимо учитывать флуктуации не только ЭПР, рассмотренные в п.

2.3.1, но и фазового фронта волны, а также фа- 32 зы и частоты отраженного сигнала. Кроме того, следует принимать во внимание изменения интенсивности этих сигналов из-за деполяризации радиоволн и зависимости отражательной способности цели от направления на точку приема сигнала. Флуктуации фазового фронта волны, фазы н частоты отраженного сигнала. Рассматриваемые флуктуации вызываются изменениями ракурса и угловыми перемещениями цели, а также интерференцией волн, отраженных различными ее локальными отражателями. Если в процессе облучения цели изменяется ее ракурс, то меняется и положение блестящих точек, от которого зависит пространственное местонахождение фазового центра отражения. При этом фазовый центр перемешается по поверхности цели, что вызывает искажения и флуктуации фазового фронта отраженной волны и приводит к флуктуациям направления прихода и фазы отраженного сигнала.

Принимая в первом приближении возможность "блуждания" центра отражения по контуру цели, можно найти наибольшее отклонение угла прихода волны ЛВ=(,/й, тогда средняя квадратическая погрешность ов по угловой координате составит 0,167!„И. Спектральный состав флуктуаций угла прихода волны зависит от типа и динамики движения цели.

Флуктуации фазового фронта называютуглоаым игуиом. В действительности на таких дальностях, когда максимальный угловой размер цели Оч соизмерим с шириной у, ДНА радиолокатора, ре- гистрируемые на практике значения вызываемых угловым шумом погрешностей Ь, с вероятностью Р ~ 0,13 могут превышать О„, т.е. "блу- ждания" центра отражения выходят за геометрические контуры цели. Это явление объясняется интерференционной природой углового шума. В простейшем случае, когда цель состоит из двух локальных отражателей (двухточечная модель цели), нормированная мгновенная угловая погрешность может быть найдена из соотношения ц0 1-а 0„2(1+ а вами созОр)) где а — отношение амплитуд; р — разность фаз сигналов, принятых от локальных отражателей.

Видно, что при флуктуациях амплитуд и фаз отраженных сигналов характер изменения этой погрешности случайный, а ее значение может существенно превышать угловой размер цели. Значительный рост погрешности ЛО может наблюдаться и при отсутствии амплитудных флуктуаций и равновероятном распределении ф, Перемещение центра отражения вдоль линии визирования цели сопровождается флуктуациями времени запаздывания сигнала (Жя)„=З„/с, 33 (2.3) где элементы матрицы отражения (М, ) в общем случае определяются по формулам; и =еК е" ", и э1 рп ' и э1 трп а =ч "™', =чк 2! э1 низ! ' 22 э/ нрээ Величины ан =,~К„мае '""' — комплексные коэффициенты отражения, причем индексы 1 и д соответствуют излучаемому и принимаемому полю. При одной приемопередающей антенне н однородном пространстве по принципу вза- Рис.