Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970), страница 10

За 51 Выражение (3) соответствует очевидной из рис. 2.16 трансфорл~ации временного масштаба, которая сводится к растяжению колебаний, отраженных от удаляющейся цели (~ — ~,:- ~' — ~о). Лля приближающейся цели (о„(0) происходит сжатиевременного масштаба. Изменение масштаба времени тем значительнее, чем больу 1 — в,/с ~ ше по абсолютной величине отличие множителя ~ 1 + „р ) от о, с,) единицы. Наряду с трансформацией временного масштаба наблюдаются изменения амплитуды отраженного сигнала, связанные с изменением расстояния от радиолокатора до цели. Однако последние происходят медленно и поэтому далее не анализируются. В соответствии с трансформацией масштаба времени изменяется зависимость принимаемых колебаний ивр(1) по сравнению с зависимостью для излучаемых колебаний и(~).

Принимаемое колебание в момент времени 1 в соответствии с рис. 2.16 имеет значение, пропорциональное значению излучаемого колебания в момент времени 1', определяемый из выражения (3), т. е. При ~ о„~ С=с дробь в выражении (6) можно разложить в степенной ряд. Ограничившись двумя первыми членами этого ряда, получим для допплеровской поправки частоты формулу 2ьл 2ьр у д — у'о С Хр (7) Как видно из формулы (7), в условиях активной радиолокации допплеровская поправка частоты определяется эффектом двойного преобразования частоты: при облучении (цель как движущийся приемник энергии) и прп излучении (цель как движущийся источник колебаний).

В условиях пассивной радиолокации, когда трансформаииа частота имеет место только ори излучении, р ~г (8) ~р При импульсной работе рассмотренное выше изменение масштаба времени в равной степени относится к длительности и периоду следования импульсов (т. е.

эффект Допплера — Белопольского имеет место и для частоты следования). Поскольку, однако, допплеровская поправка пропорциональна частоте, обычно она наиболее существенно сказывается на высокочастотных колебаниях. ф 2.10. Трансформация сигнала, отраженного совокупностью движущихся блестящих точек Ф 2.1О Вторичноеьизлучение ряда реальных целей можно обычно рассма- тривать как вторичное излучение совокупности и ) 2 блестящих то- чек. При изменении положения цели блестящие точки перемещаются. Исключая из рассмотрения перемещение блестящих точек по криво- линейным поверхностям, их движение можно свести к двум видам— поступательному движению вместе с некоторой системой координат, жестко связанной с целью, и вращению относительно начала коор- динат. Трансформация сигнала оказывается, таким образом, бо- лее сложной, чем в случае вторичного излучения одной блестящей точки.

Одно и то же явление трансформации сигнала, отраженного совокупностью движущихся блестящих точек, можно пояснить, используя: — общие принципы интерференции колебаний, — понятие эффекта Допплера — Белопольского для каждой из блестящих точек, — понятие диаграммы обратного вторичного излучения, Пусть, например, две связанные блестящие точки имеют векторы скорости, одинаково направленные на радиолокатор, но разли- чающиеся по величине (рис. 2.17, а). Тогда центр системы поступа- тельно движется со средней радиальной скоростью 52 огг + оса гс 2 а вращение точек вокруг центра происходит с г (рис.

2.17, б) угловои скоростью гдето =о „вЂ” о„а. Рассматривая систему из этих двух блестящих точек как групповую цель 5 2.3), замечаем, что расстояния этих точек до радиолокатора в процессе движения ия меняются неодинаково, поэтому разность хода будет переменной: Кг=г, Я вЂ” г,ф) =Лг®. П и ри облучении цели протяженным гармоническим колебанием отраженный сигнал представляет собой результа ф двух колебании, разность фаз которых непреры з льтат интер ерени,ии рерывно меняется.

При этом будут меняться (флюктуировать) амплитуда и фаза ез льтирующего колебания. Спектр сигнала ра Т расширяется. е же выводы можно получить основываяс ь ь на эффекте Допплера — Белопольского. Если радиальные скорост то отличны будут и допплеровские частоты г"„, =1= г", а значит и сти О„и О„различны, стящими точками. Результирующее колебание п биения (рис. 2.18) пе ио ание представляет собой р ..

), период которых определяется разностью допплеровских частот — ог! Хо и равен у'= т „,= ! ~гЛ! (3) Рис. 2,1?. Пояснение трансформапии сигнала, отраженного совокупностью движущихся блестящих точек Рис. 2.18. Биения сигналов, отражен. ных двумя движущимися блестящими точками $ 2.1д При изменении положения ! / блестящих точек относительно радиолокатора будет меняться как амплитуда, так ,~г и фаза биений. ~.г ! 1 К аналогичным выводам ! придем, заменяя совокупность блестящих точек одним излучателем со сложной диа! граммой обратного вторичного излучения (рис.

2.19). ! Проследим за изменением ! напряженности поля в точлг ке приема при движении этого излучателя. Если угловая скорость поворота ЯО излучателя составляет †„ , а интервал между лепестками диаграммы ЛО, то средний период модуляции отраженного сигнала равен Рис. 2.19. Пояснение флюктуаций отраженного сигнала ЛО фа (~) = Яе [,Ц (~) Ц(1) е~ ~ (!о д ср) (5) $ 2,10 Для группового излучателя (см. рис. 2.17) величину к10/с(!~ можно.бпределить по формуле (2), а ЛО из ((4), ~ 2.3) ЛО = Хо Поскольку 1а = 1 созО, это приводит снова к выражению (3), найденному ранее иным, но эквивалентным способом.

Для самолета на развороте величина — = — зависит от его !1О о Ж Р скорости о и радиуса разворота 1с. Последний связан с вознио2 кающей при этом перегрузкой р = — =- —, которая представ- а %' ляет собой отношение центробежного ускорения а к ускорению земного тяготения д. Если, например, р=3, о=300 м/сек, то !1О )с = 3 км. — ж О,1 рад!сек. Сводя самолет к модели из двух Ж блестящих точек с расстоянием между ними 1=20 м (при длине волны передатчика Ха = 0,1 м, и соз О = 1) и оценивая ЛОмя„— ~о 1 = †' = — рад получим значение Т , „„„ = — сек. Само принимаемое колебание при наличии амплитудной и фазовой модуляции, вызываемой изменением во времени ракурса цели, можно представить в виде где В(1) — комплексный модулирующий множитель, обусловленный изменением ракурса; 0(1) и ~, — огибающая и несущая частота сигнала; Р„,р — средняя допплеровская частота.

Для реальных целей, которые рассматриваются начиная со следующего параграфа, функция В(1), а значит, и эффективная поверхность цели а являются случайными функциями, хотя в ряде случаев за время длительности сигнала их можно считать постоянными величинами, меняющимися лишь от реализации к реализации $2.11, 2.12). Для протяженных сигналов это недопустимо и необходимо учитывать изменение функции В(1) во времени, которая описывает случийный, практически стационарный, проиесс, характеризуемый энергетическим спектром и автокорреляиионной функ11ией Я 2.13). Г. ВТОРИЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ РЕАЛЬНЫХ ЦЕЛЕЙ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ ф 2.11. Вторичное излучение реальных целей Большинство реальных радиолокационных целей, в том числе аэродинамических (самолеты и т.

п.), баллистических (боевые головки ракет и др.) и орбитально-космических (искусственные спутники Земли), имеют размеры, значительно превышающие длину волны облучающих их колебаний. Конфигурация их поверхности, как правило, очень сложна. Выпуклые и гладкие элементы поверхности реальных целей представляют собой «блестящие точки». Наряду с «блестящими» на поверхности цели могут быть резонансные элементы и шероховатые участки с диффузным рассеянием. Роль диффузного рассеяния возрастает с укорочением длины волны, особенно при переходе к лазерной локации.

Диаграммы обратного вторичного излучения реальных целей имеют многолепестковый характер. Ширина лепестков зависит от отношения линейных размеров цели к длине волны, а ее оценка (например, для уровня половинной мощности) может быть произведена по формуле где /, — некоторый эквивалентный размер цели. Чем короче длина волны, тем уже лепестки диаграммы обратного вторичного излучения. Сложный характер геометрической формы реальных целей затрудняет теоретическую оценку их эффективной поверхности. П1- этому часто пользуются полученными из эксперимента диаграммами обратного вторичного излучения и значениями эффективной поверхности, необходимыми, например, при расчете дальности дей- В 2.11 55 б) Рис.

2.20. Диаграммы обратного вторичного излучения самолета в горизонтальной плоскости при Х = 10 см (а) и Х = 3+5 м (б) Сроднил вффектив1ц1» повенхнос»ь цели, л' Гю рвднолоквцнонноп цели Крейсер Дальний бомбардировщик Средний бомбардировщик Истребитель Рубка подводной лодки Крылатая ракета Головная часть баллистической ракеты !0' !0 — 50 5 — 20 ! — 5 ! 0 3 — 0,8 от !до!Π— а Для большинства аэродинамических целей эффективная поверхность зависит от ракурса, но ее усредненное значение практически не зависит от длины волны.

На рис. 2.3) в качестве примеров приведены диаграммы обратного вторичного излучения аэродинамических целей (самолетов), снятые при Л = 10сми Л = 3 —:5м. Наибольшие значения эффективной поверхности соответствуют облучению с борта. Диапазон изменения о(0) велик и достигает 30 — 35 дб на сантиметровых волнах. Следует указать, что при точной радиолокации крупных аэродинамических целей наряду с флюктуациями эффективной поверхности существенное значение могут иметь флюктуации положения радиолокационного центра вторичного излучения Я 2.3). Баллистические цели (ракеты) имеют некоторые особенности, отличающие их от других целей. При запуске, кроме боевой головки, они содержат одну или несколько ступеней, обеспечивающих вывод головки на заданную траекторию.

По мере расходования гор!очего, эти ступени отделяются и эффективная поверхность меняется вдоль траектории. Входя в плотные слои атмосферы, боевая головка испытывает удар и торможение, вследствие чего образуется плазменная область, преврашаюшаяся затем в «аэродинамический след».

Головка, плазма и след часто не разрешаются по координатам и наблюдаются как одна цель с существенно увеличенной эффективной поверхностью о. На рис. 2.21 точками нанесены опубликованные в литературе результаты измерения эффективной поверхности боеголовки (диаметр д= 12,5 см) из алюминия с тепло- защитным покрытием. Резкое увеличение о в данном случае соответствует высотам 35 — 55 км.

3ффективная поверхность орбиталоно-космических объектов зависит от их размеров и формы. Поскольку орбита этих объектов ЗВ зак !200 57 ствия радиолокатора (см. таблицу). Измерения производятся как по реальным целям, так и на моделях. В последнем случае вторичное излучение модели сопоставляется с вторичным излучением эталона (шара с размерами, значительно превышающими длину волны Л) Величина Л уменьшается пропорционально масштабу модели рова ния.

10 ' 10 2 03 10 Б 550 ББФ ЗБВ ЗБ2 ЗББ 570 Время огп момента пуска,сек 10В У1 7Б 87 55 МЗБ 50 Выела, кн 27 2БВ Рис, 2.21, Значения эффективной поверхности шарообраз ной боеголовки малых размеров проходит через ионосферу, отраженный радиолокационный сигнал может содержать составляющую, обусловленную ионизированным следом. На рис. 2.22 показана зависимость эффективной поверхности второго советского искусственного спутника Земли от направления облучения, снятая при Х= 69 см. Максимальное значение эффективной поверхности составляет 250 м', минимальное — 2-:-3 м', Третий советский спутник имел наибольшее значение эффективной поверхности 20 м', наименьшее — около 1 м'.

с!,ма ЛЮ 100 10 з— 1 20 40 80 80 100 120 Напра8ление облучения, град Рис, 2,22, 3ависимость эффективной поверхности второго советского искусственного спутника Земли от направления облучения $ 2.!! 58 $ 2.12. Законы распределения вероятностей амплитуды отраженного сигнала и эффективной поверхности Р (а < ~ < а+Ла) дР (а) р (а) )1гп ь ло-ь о Ьа Ла От кривой р(а) легко вернуться к кривой Р(а); заштрихованная на рис. 2.25 левее вертикальной прямой а = а, площадь определяет ординату Р(а„), Наряду с кривыми Р(а), р(а), интересуются кривыми г(р), р(р), где р = ф' а — величина, пропорциональная амплитуде отраженного сигнала, для краткости называемая ниже амплитудой.