Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970), страница 13

Пусть длительность импульса тн = 1 мсек, а луч радиолокатора сантиметрового диапазона волн имеет игольчатую форму шириной ЛО = = 2'. Если задаться концентрацией электронов Л~з = 10" м †', то эффективная поверхность единицы объема т1 = 10 †" м ' и оказывается равной примерно 0,1 м'. Поверхностно-распределенные объекты могут вызывать зеркальное (когерентное) и диффузное (некогерентное) отражения; возможны промежуточные случаи. Отражение от гладкой поверхности, размеры которой значительно превосходят длину волны Х радиолокатора, оказывается зеркальным(рис, 2.36, а). Отражение от шероховатых поверхностей с неровностями порядка Х является диффузным.

При этом падающая волна рассеивается во всех направлениях и часть энергии возвращается к радиолокатору. Диаграмма направленности диффузного вторичного излучения имеет вид сферы, касательной к поверхности ( рис. 2.36, б). Переход от зеркального к диффузному отражению связан с неровностями облучаемой поверхности. Одна и та же неровность по-разному сказывается на различных длинах волн и при различных углах облучения. Условие, а) Рис, 2,36. Характер вторичного излучения радиоволн поверхностно-распределенными объектами: а — зеркальное отражение; б-днффузное отражение ф 2.14 Л»= А — АС= — ~1— в!и 0~ — з1п ~ — — 20 =26 з1'и О, 2 откуда, ограничивая фазовый сдвиг за счет разности хода величи- ной находим и 1 В сантиметровом диапазоне, даже для лучей 0 ( —, близких к касательным по отношению к земной поверхности, зеркальное отражение наблюдается лишь в случае достаточно гладких поверхностей (спокойной водной поверхности, бетонированной дорожки аэродрома и т.

д.). Большую же часть поверхности суши следует считать шероховатой, главным образом из-за наличия растительности. Особенностц отражения от местности используются в в о з д у шной и морской навигации. Гладкая поверхностьизображается на экране индикатора радиолокационной станции в виде темного пятна, так как падающий луч, зеркально отражаясь, к радиолокатору не возвращается.

Шероховатая поверхность, часть рассеянной энергии от которой возвращается обратно, дает на экране светящуюся область. $ 2.15. Поляризационные эффекты при вторичном излучении Эффективная поверхность реальных объектов зависит от вида поляризации зондирующих колебаний. Простейший пример подобной зависимости был рассмотрен при анализе полуволнового отражателя Я 2.5). Однако приводившиеся данные об эффективной поверхности аэродинамических целей и диаграммы обратного вторичного излучения (рис. 2.20) относились только к одному горизонтальному виду поляризации.

Между тем, диаграммы обратного вторичного излучения могут меняться при изменении вида поляриза- 74 э 2.!В Рис, 2.37. К выводу критерия нерон ности при котором поверхность с неровностью Й можно считать гладкой или зеркально отражающей, иллюстрируется на рис. 2.37.

Разность хода Лг между лучами, отразившимися в точках А и В, равна ции, особенно когда размеры элементов цели соизмеримы с длиной волны. В этом можно убедиться из рис. 2.38, где изображены экспериментальные диаграммы самолета при горизонтальной и вертикальной поляризациях для облучающих колебаний частоты 75 Мггг. При облучении реальных объектов, кроме того, имеет место явление деполяризации, когда поляризация поля в точке приема отличается от поляризации зондирующих колебаний. Степень деполяризации определяется электрическими свойствами и формой объекта, зависит от длины волны и условий распространения.

Если цель представляет собой гладкую большую идеально проводящую пластинку, то при облучении ее линейно поляризованной плоской волной вторичное излучение будет также линейно поляризовано. Деполяризации колебаний и связанных с ней потерь энергии не будет; фаза электрического компонента поля при отражении изменяется на противоположную. Поэтому при круговой поляризации нормально падающей на пластинку плоской волны ее ортогональные компоненты в виде линейно поляризованных колебаний отражаются без деполяризации.

Поле вторичной волны будет поляризовано по кругу, но меняет направление вращения, если смотреть вдоль распространения волны. Все сказанное относительно пластинки распространяется на криволинейные тела, радиусы кривизны которых много больше длины волны.

Вибратор же, как правило, де>голлрггзует приходящую волну. Пусть, например, линейно поляризованная волна падает нормально к оси вибратора таким образом, что вектор электрического поля составляет угол 0 с осью вибратора (см. рис. 2.5, б). Вторичная волна 10 гг ю а'и 1гггг 1~а 1гг оааурс цела,грау Рис, 2 38. Зависимость величины эффективной поверхности самолета от поляризации при различных ракурсах: горянок.

аертикальная поляризация; тальная поляризация вызывается током вибратора и наряду с составляющей, рассчитанной в ~ 2.5, будет содержать ортогональную по поляризации составляющую. Аналогичный вибратору эффект создают ребра и грани пластин, цилиндров и т. п. При отражении от объектов сложной формы эффект деполяризации может привести к потере принимаемой энергии. Поле в точке приема, как правило, эллиптически поляризовано, независимо от поляризации первичной волны. Так, при облучении самолета линейно поляризованной волной сантиметрового диапазона часть энергии вторичного поля ( — 10 дб) приходится на поперечную поляризацию.

Потери принимаемой энергии при круговой поляризации облучающих колебаний иногда (по результатам измерений на Х = 3 см) достигают 3 дб, что связано с неодинаковым сдвигом фаз ортогональных компонентов отраженного поля. Деполяризация может быть вызвана н е т о л ь к о ц е л ь ю, но и средой Я 58).

Поляризационные эффекты могут быть использованы для повышения качества обнаружения полезных сигналов аэродинамических целей, принимаемых на фоне мешающих отражений гидрометеоров. Поскольку дождевые капли имеют близкую к сферической форму, то при облучении их волной с круговой поляризацией, создаются отражения также круговой поляризации, но противоположного направления вращения.

Путем выбора конструкции антенны можно обеспечить подавление колебаний с нежелательной поляризацией. Реальные цели, не обладающие симметрией; создают вторичное поле, один из компонентов которого обязательно будет принят антенной. Исследование поляризации отраженного сигнала позволяет также получить некоторую информацию об электрических характеристиках и форме цели. В общем случае зависимость эффективной поверхности от поляризации облучающих колебаний удобно, с точки зрения практических приложений, представлять поляризационной матрицей или, как иногда говорят, матриней рассеяния.

Если электрическое поле падающей волны имеет эллиптическую поляризацию, то оно может быть разложено на ортогональные составляющие Е„и Е„,. Ортогонально поляризованные компоненты поля отраженной волны Е„и Е„, будут связаны с Е„и Е, линейными соотношениями Е„= а„Е„+ а„Е„~, Е„~ —— а„Е„+ а„Е„, (1) где коэффициенты а;д — = 1/ а,.„е'~'~ (1, й = 1, 2) являются коэффициентами отражения, причем первый индекс характеризует поляризацию излучаемого, а второй †поляризац принимаемого колебания. 76 Выражения (1) характеризуют преобразования поляризации падающей волны целью и могут быть записаны в матричной форме: ! Е„~ а„а„Е„ Е„~ а2г а22 Е„г Матрица агг аг,! ~ 7 огге' " "7 о„е ~г~ л ' гг а2г а22'~ ~,3г о2ге 2' 1 о22е и является гголяризационнойг магггрицей.

Если в радиолокаторе предусмотрены независимые каналы приема и передачи для ортогональных видов поляризации (например, для вертикальной и горизонтальной поляризаций), то возможно получение информации в четырех режимах, для каждого из которых могут быть измерены амплитуда и фаза принимаемого колебания относительно некоторого опорного, т. е. определена поляризационная матрица. Для изотропных пространства и цели при одноантенной радиолокации справедлива теорема взаимности, в силу которой о„ о2г и грг, = гр2г. Поскольку начальная фаза, например гргг, не может являться характеристикой цели, поляризационная матрица описывается пятью элементами (тремя независимыми амплитудами 1~о„, 1 ог,, 1/о... и двумя независимыми фазовыми элементами га„— в гргг, гр„— гргг).

Ввиду того, что колебания произвольной эллиптической поляризации могут быть разложены на линейно поляризованные компоненты, поляризационная матрица для двух видов линейной поляризации полностью характеризует вторичное излучение цели при произвольной эллиптической поляризации. Проиллюстрируем понятие поляризационной матрицы на некоторых примерах. Пусть, например, она определяется для криволинейной поверхности, радиусы кривизны которой много больше длины волны. Преобразования видов поляризации в этом случае не происходит, а эффективные поверхности оц и о,, одинаковы и определяются формулой 1(2), ~ 2.71.

Поляризационная матрица имеет вид: „~ г2 (р р )гу~ !! 1 0 1~0 Пусть далее поляризационная матрица определяется для полу- волнового вибратора, лежащего в плоскости, ортогональной направлению на радиолокатор. В качестве ортогональных видов поляризации падающей волны выберем линейно поляризованные колебания, векторы электрического поля которых составляют с вибратором углы О и 90' — О. Используя соотношения для полуволнового вибратора Я 2.5), в данном случае имеем о„= о, соз4 О, 6 2.!5 77 а„= о0з!и' О, где а, определяется по формуле 1(2), ~2.51.

Аналогично получим о~» = о»1 = О0 соз О яп О. Полагая при этом ~„= ~„= ~р„= ~„= О, поляризационную матрицу представим в виде сов'0 — яп 28 2 — яп 20 1 2 яп'О что является математической формулировкой изложенных соображений о деполяризации колебаний вибратором. В случае О = О диагональные члены матрицы соответственно равны 1 и О и деполяризации не происходит. Поляризационная матрица преобразуется, если меняются исходные ортогонально поляризованные облучающие цель колебания.

~ 2.16. Использование особенностей вторичного излучения в целях противорадиолокациониой маскировки При решении задач противорадиолокационной маскировки используют: — искусственное увеличение интенсивности отраженного сигнала, что позволяет создавать ложные цели, например, в виде уголковых и линзовых отражателей; — искусственное уменьшение интенсивности отраженного сигнала, что позволяет ослабить интенсивность вторичного излучения цели путем применения противорадиолокационных покрытий или придания цели специальной формы.