Максимов М. В. - Защита от радиопомех, страница 15

Днполи, разлетаясь под действием большого числа сильно «закрученных» местных вихрей, приобретают значительные скорости и образуют относительно небольшие по размерам облака. При этом как распределение концентрации диполей, так и распределение их пространственной ориентации являются случайными. В течение небольшого интервала времени, непосредственно следующего за развертыванием пачки, наиболее оправданным следует считать предположение о равновероятной пространственной ориентации диполей в облаке. В дальнейшем, когда влияние спутных струй постановщика помех становится незначительным, рассеяние диполей в пространстве продолжается за счет вихревого движения (турбулентной диффузии) отдельных участков атмосферы. В силу этого размеры облака продолжают возрастать, а среднее значение концентрации диполей в нем — уменьшаться; причем эта концентрация будет неодинаковой в различных местах внутри облака.

Скорости, с которыми движутся разные диполн как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, также оказываются различными. Геометрический центр облака в целом смещается относительно начальной точки развертывания под действием ветра и спускается вннз за счет силы тяжести. Экспериментально установлено, что в подавляющем большинстве случаев рассеяние диполей в горизонтальной плоскости больше, чем вертикальное их рассеяние.

Поэтому облако диполей, как правило, представляет собой образование, вытянутое в горизонтальной плоскости, причем его наибольший размер совпадает с направлением скорости ветра. Исследования показывают, что при движении дипольпых отражателей в сильно возмущенной атмосфере допустимо предположение о равновероятпой ориентации их в облаке. Если степень турбулентности атмосферы невелика, то появляется преобладание некоторых пространственных ориентаций и связанное с этим «разделение» диполей по скоростям снижения. Последнее объясняется следующим образом. Когда дипольный отражатель идеально одноро- 83 ден по всей своей длине, он, снижаясь под действием силы тяжести в однородной невозмущенной атмосфере, ориентируется горизонтально с тем, чтобы его сопротивление набегающему потоку воздуха было максимальным.

Если же вес диполя распределен по его длине неравномерно, то, снижаясь в спокойной атмосфере, он ориентируется вертикально «тяжелым» концом вниз. В связи с тем, что днполи, входящие в одну и ту же пачку, не строго идентичны, при развертывании блока образуется группа как горизонтально, так и вертикально ориентированных отражателей.

Исследования, проведенные сдиполями сантиметрового диапазона, показали, что отношение числа горизонтально ориентированных диполей к количеству вертикально ориентированных в различных опытах и разных условиях погоды колеблется от 1,5 до 8 151. Различие в ориентации двух групп диполей приводит и к различию в скоростях их снижения. Горизонтально ориентированные отражатели образуют«медленную», а вертикально ориентированные — «быструю» группы диполей. Отражатели с промежуточными пространственными ориентациями обладают и промежуточными скоростями снижения. Различие в скоростях снижения постепенно приводит и к пространственному «расслоению» облака в вертикальной плоскости — создаются два движущихся с различными скоростями уплотненных слоя отражателей, разделенных между собой областью, в которой диполи имеют меньшую концентрацию. Расстояние между указанными слоямн в связи с разницей в скоростях снижения монотонно увеличивается.

Рассмотренная картина монотонного снижения центра облака (или центров <скоростных групп») диполей может оказаться существенно нарушенной в том случае, когда отражатели выбрасываются с достаточно большой высоты. Причиной этого является наличие постоянных воздушных течений над нашим континентом иа высотах, равных приблизительно 1Π— 12 км. «Толщина» слоя атмосферы, в котором имеют место такие течения, оценочно равна 1 км, а скорость самих течений измеряется десятками и сотнями километров в час. Воздушный поток внутри движущегося слоя характеризуется относительно невысокой турбулентностью. Однако на границах, отделяющих быстро переме- 84 щающиеся массы воздуха от смежных относительно неподвижных его слоев, возникают сильно турбулентные слои с большим количеством восходящих потоков и вихрей.

Попадая в верхний пограничный слой, диполн «перемешиваются» имеющимися там вихрями. Их установившиеся пространственные ориентации меняются, н закон распределения пространственных ориентаций отражателей приближается к равновероятному. Размеры облака увеличиваются, а средняя концентрация диполей падает.

Прн этом облако может оказаться «отброшенным» вверх восходящими потоками воздуха, за счет чего средняя скорость его снижения существенно уменьшается. Такие «отбрасывания» всего облака нли отдельных его частей могут повторяться многократно, вследствие чего диполи в ряде случаев находятся вблизи пограничных слоев аномально долгое время.

Линейные размеры подобного облака значительно увеличиваются, а концентрация отражателей в областях, прилегающих к его середине, уменьшается, 4. Спектры сигналов, отрэжаемых облаком диполей В общем случае спектр сигнала, отраженного облаком диполей, не совпадает со спектром сигнала облучающего это облако, Такое различие объясняется движением относительно подавляемой РЛС всего облака как единого целого, и хаотическим перемещением диполей внутри него, На рис. 2.19 приведен вид спектральной плотности 6 ф, отраженною облаком радиосигнала для случая, когда зондирующий сигнал представляет собой монохроматическое колебание.

Центральная частота г'„ спектра отраженного сигнала смещена и отстоит от частоты г» облучающнх облако колебаний на величину Е», характеризующую допплеров- »г»лу«а«м», «и««а« ское смещение частоты, порождаемое движением облака в цеа Г А лом относительно подавляемой г„Я станции. Спектр отраженного сигнала, даже при монохроматнческом облучении, занимает конечную у»г у область частотной оси.

Это расширение спектра объясняется ги«. элэ, 85 различием в скоростях движения отдельных отражателей образующих облако, и оказывается зависящим от степени турбулентности атмосферы, Как известно, движение газов (нли жидкостей) может носить либо ламинарный, либо турбулентный характер. Ла. минарному движению присуща определенная «упорядочен. ностыь При таком движении один слой газа перемещается относительно других его слоев с некоторой постоянной (или медленно изменяющейся по модулю) скоростью, одновременно присущей всем элементам объема этого слоя. Характерной же особенностью турбулентного движения является ярко выраженное непостоянство как величины, так и направления скорости движения отдельных элементов объема движущегося газа (жидкости).

Скорость в каждой точке этого объема газа хаотически пульсирует вокруг некоторого среднего значения; причем величины указанных пульсаций не являются малыми по сравнению со средней скоростью движения. При заданных условиях погоды, высоте сброса диполей и коэффициентах турбулентной диффузии сравнительно высокие скорости присущи лшпь относительно небольшим объемам и, следовательно, относительно малому количеству дипольиых отражателей. В связи с этим и интенсивность составляющих спектра отраженного сигнала, обусловленных турбулентной диффузией атмосферы, монотонно падает по мере увеличения частоты этих составляющих. Турбулентная диффузия атмосферы не является единственным источником хаотического распределения скорости движения диполей и, следовательно, расширения спектра отражаемого ими сигнала.

Выше уже указывалось, что ввиду неполной идентичности отражателей и различия начальных условий, создающихся при развертывании пачки, диполи, входящие в состав облака, характеризуются разными скоростями снижения. Это влечет за собой дальнейшее расширение спектра отраженного сигнала. Указанное расширение максимально при относительно небольших размерах облака непосредственно после его развертывания, пока не успели установиться стационарные скорости снижения отдельных групп диполей. Еще одной причиной расширения спектра отраженного сигнала является различие скоростей ветра на разных высотах, Если облако имеет значительные вертикальные раз. зв меры, это может привести к заметному расширению спектра отражаемого им сигнала. Спектр отраженного сигнала существенно зависит от скорости ветра и является тем более широким, чем выше эта скорость.

Однако даже при значительных скоростях ветра и связанных с этим высоких уровнях турбулентности атмосферы спектры сигналов, отраженных от облака диполей, остаются относительно узкими. Зффективная ширина спектра помех в десятисантиметровом диапазоне волн, как правило, не превышает нескольких десятков герц. С уменьшением Х ширина спектра будет расти обратно пропорционально длине волны, но в пределах радиотехнического диапазона волн спектр остается относительно узким.

При расчетах спектральная плотность 6„(Р) флуктуирующей огибающей отраженного сигнала за счет перемещения дипольных отражателей часто аппроксимируется колокольной функцией. При такой аппроксимации спектральная плотность 6,(Р) йри Р )~ 0 записывается в виде 116?1 6,(Р) = 6, ехр( — Р«)2ог), (2.3.3) где 6, — значение функции 6,(Р) при Р = 0; ог = = 2о,р)Х вЂ” среднекиадратический разброс допплеровских частот, соответствующий половине ширины энергетического спектра на уровне 0,616, для радиосигнала, поступающего от облака пассивных отражателей; а,р — средне- квадратический разброс радиальной скорости сближения РЛС и дипольных отражателей. В ряде случаев функцию 6, (Р) при Р )~ О считают равной 124, !бб) 6„(Р) = 6, ехр ( — Р«/1,б ЬРз, «).