Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 5

Это объясняется тем, что с увеличениемплощади, во-первых, растет перехватываемая пластиной мощностьпадающей волны, а во-вторых, концентрируется направленностьвторичного излучения. При отклонении направления падающейволны от нормали к поверхности пластины значение ЭПР резкоуменьшается, причем диаграмма вторичного излучения пластиныносит многолепестковый характер. Значительная часть мощностиотраженной волны заключена в основном лепестке, и только небольшая часть мощности приходится на боковые лепестки. Ширина основного лепестка Θ0 = λ / b, ширина боковых лепестковΘ 0 = λ / 2b, где b — размер пластины по измеряемой угловой координате.Перекрестные преобразования ортогонально поляризованныхлинейных компонентов при отражении от пластины отсутствуют, аматрица эффективных площадей рассеяния принимает видσцmax=σ11 0,0 σ 222где σ11 = σ 22 = 4πSпл/ λ2.Таким образом, при падении линейно поляризованной волнына металлическую пластину поляризация отраженной волны не30изменяется, т.

е. отраженная волна имеет ту же ориентацию вектора напряженности поля Е, что и падающая.Если на плоскую пластину падает волна, имеющая правуюкруговую поляризацию, то отраженная волна также имеет круговую поляризацию, причем направление вращения вектора напряженности электрического поля для наблюдателя со стороны РЛСне меняется. Однако из-за перемены направления распространенияволны правая круговая поляризация изменяется на левую круговую.

А если в РЛС для передачи и приема используется одна и таже антенна с круговой поляризацией, то такая волна антеннойприниматься не будет, как не будет наблюдаться и металлическаяпластина.Металлический шарТела сферической формы (элементы конструкций летательныхаппаратов, гидрометеоры и т. п.) — типичные объекты радиолокационного наблюдения.Характер отражения радиолокационных волн от шара зависитот соотношения между диаметром шара d = 2r и длиной волныизлучаемых электромагнитных колебаний λ.

Зависимостьσ = σ(r / λ) имеет вид, представленный на рис. 3.2.Рис. 3.2. Зависимость ЭПР шара радиусом r от длиныотраженной волны λ31Когда радиус шара много меньше длины волны ( r λ ), шарведет себя как элементарный точечный переизлучатель. Преобладают дифракционные явления, случайные изменения амплитудысигнала подчиняются закону Рэлея. Для малого металлическогошара ЭПР пропорциональна отношению d 6 / λ 4 :σ = 690d6,λ4а для диэлектрического шара с относительной диэлектрическойпроницаемостью ε′d 6 ⎛ ε′ − 1 ⎞σ = 306 4 ⎜⎟.λ ⎝ ε′ + 2 ⎠Например, для дождевых капель относительная диэлектрическаяпроницаемость ε ′ ≈ 80 1 и, следовательно, σ = 306d 6 / λ 4 .Если r / λ > 0,1 ( r = d / 2 — радиус шара), наблюдается осцилляция значения ЭПР (σ), т.

е. зависимость σ от отношения r / λносит резонансный характер. Первый максимум отмечается, когдаразмер шара становится соизмеримым с полуволновым вибратором, т. е. когда соблюдается соотношение πr / λ = 0, 5 (илиr / λ = 1 / 2π ≈ 0,17 ). В этом случае отношение σ / πr 2 ≈ 4 максимально, т. е. ЭПР шара в 4 раза больше площади его поперечногосечения.При дальнейшем увеличении отношения r / λ происходит сначала уменьшение ЭПР, а затем увеличение и т. д.

Первые два минимума величины σ наблюдаются при r / λ ≈ 0, 27 и r / λ ≈ 0, 46.Когда размер шара становится гораздо больше длины волны,колебательный характер изменения величины ЭПР сглаживается, азначение ЭПР стремится к значению площади поперечного сечения шара πr 2 и не зависит от направления на РЛС.Резонансный характер зависимости σ от отношения r / λ можно объяснить на основе зон Френеля (из оптики).Рассечем шар (рис. 3.3) плоскостями с шагом между ними,равным λ/4. На поверхности шара образуются зоны 1, 2, 3, 4,называемые зонами Френеля.

Площади всех зон Френеля на шаре32равны, поскольку поверхности сферических поясов одинаковойвысоты равны между собой.При облучении шара электромагнитной волной слева разностьфаз электромагнитных волн, отраженных от крайних точек первойзоны 1′ и 2′, равна половине длины волны. Каждая последующаязона по отношению к предыдущей является противофазным источником обратного вторичного излучения. Интенсивность этихисточников пропорциональна площади проекций зон на вертикальную плоскость и с увеличением номера зоны уменьшается.Напряженность результирующего поля при большом числе зонуменьшается и стремится к половине модуля вектора Е1 (рис. 3.4).Рис.

3.3. Зоны Френеля шараРис. 3.4. Формирование результирующей напряженности Ерпри отражении волны от шараТаким образом, при большом числе зон напряженность результирующего поля отраженной волны Ер и эффективная поверхностьрассеяния σ остаются постоянными. Отсутствие зависимости σ отλ, даже при уменьшении площади первой зоны Френеля, объясняется тем, что уменьшение произведения плотности тока на площадь зоны компенсируется большей напряженностью поля вторичного излучения в случае более коротких волн. Когда вторичноеизлучение определяется первой зоной Френеля, т.

е. носит локальный характер, а вторичное излучение остальных зон взаимно компенсируется, светящийся элемент поверхности (первую зону Френеля) называют «блестящей» точкой. В общем случае у целиможет быть несколько «блестящих» точек с разными значениямиЭПР: σ = πρ1ρ 2 , где ρ1 и ρ2 — радиусы кривизны поверхности (дляшара ρ1 = ρ 2 = r ).33В поляризационном отношении объект сферической формыпредставляет собой изотропную цель; матрица эффективных поверхностей рассеянияσ =σ11 0.0 σ 22Если сферический объект облучать волной с линейной поляризацией, то отраженный сигнал будет иметь ту же поляризацию.Если антенна РЛС излучает волну с круговой поляризацией, тоотраженная волна сама имеет круговую поляризацию, ортогональную поляризации антенны.

В результате РЛС не будет приниматьсигналы, отраженные от объектов идеально сферической формы.Эту особенность можно использовать для селекции сигналов целей, находящихся на фоне дождя. Например, сигналы с круговойполяризацией, отраженные от капель дождя, ослабляются антенной с круговой поляризацией значительно сильнее, чем сигналы,отраженные от реальных целей сложной конфигурации с эллиптической поляризацией.Искусственные отражателиИногда возникает необходимость в устройствах, формирующих интенсивные отраженные сигналы при облучении с разныхнаправлений. Основные требования к подобным устройствам следующие:• как можно бóльшее значение ЭПР при минимальных габаритах;• независимость ЭПР от направления облучения.В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют уголковые отражатели. Они используются в качестве радиолокационных ориентиров и могут служить средством радиолокационноймаскировки.

На рис. 3.5 представлены уголковые отражатели стреугольными (а) и прямоугольными (б) гранями.Большое значение ЭПР обеспечивается тем, что при измененииугла падения лучей в широких пределах отражение происходитпрактически строго в обратном направлении, т. е. переизлучательведет себя как эквивалентная плоская пластина, перпендикулярная34направлению на РЛС. Переизлучение энергии в пределах одногоквадранта (при максимальном значении ЭПР) происходит строго вобратном направлении.Рис. 3.5. Уголковые отражателиДля уголкового отражателя с треугольными гранями ЭПРопределяется выражением4 a4σ= π 4,3 λа для отражателя с квадратными гранямиσ = 12πa4,λ4где а — длина ребра отражателя.При одинаковой длине ребер ЭПР уголкового отражателя сквадратными гранями в 9 раз больше, чем отражателя с треугольными гранями. Однако его применяют реже, поскольку он обладает меньшей жесткостью и его диаграмма переизлучения значительно ýже.Эффективность уголковых отражателей в значительной степени зависит от перпендикулярности его граней.

Так, при a λ = 40отклонение от перпендикулярности в 1° уменьшает значение ЭПРв 10 раз и значительно сужает диаграмму переизлучения.Что касается деполяризации электромагнитных волн, то трехгранный уголковый отражатель аналогичен плоской металлической пластине, что обусловлено троекратным отражением падаю35щей волны от его плоских граней. Если соответствующим образомсгруппировать отдельные уголковые отражатели в групповой отражатель, то можно получить искусственную цель, переизлучающую энергию в широком угловом диапазоне (вплоть до 360°).3.3. Эффективная поверхность рассеянияповерхностных целейОпределение площади элемента разрешенияповерхностной цели в импульсной РЛСВ качестве поверхностной цели обычно рассматривают поверхность Земли. Для вычисления ЭПР поверхностной целинеобходимо найти площадь Sп элемента разрешения поверхностной цели в пределах разрешаемого для РЛС объема. Разрешаемый для РЛС объем — это область пространства, в которойвсе находящиеся цели рассматриваются как одна цель.

Рассмотрим случай, когда антенна импульсной РЛС направлена на поверхность Земли с высоты h с наклонной дальностью D(рис. 3.6).Рис. 3.6. Элемент разрешения поверхностной цели вимпульсной РЛСПлощадь Sп в данном случае определяется длиной разрешаемого объема по дальности и шириной диаграммы направленности вгоризонтальной Θаз и вертикальной Θу.м плоскостях. Для обычных36импульсных сигналов длина разрешаемого объема по дальностиопределяется длительностью импульса τи и равна cτ и 2.При малых углах β разрешаемую площадь можно определитьпо формулеSп = DΘазcτ и.2 cos βКроме того, при малых значениях β можно полагать, чтоcos β = 1 иcτSп = DΘаз и .2При больших значениях угла β и узкой диаграмме направленности по углу места и азимуту площадь элемента разрешения независит от длительности импульса τи и определяется следующимобразом:Θаз Θ у.мSп = D 2.sin βОпределение площади элемента разрешенияповерхностной цели в РЛС с непрерывным излучениемВ пределах участка поверхности Земли, облучаемого РЛС, различные точки земной поверхности отражают сигналы с различнымдоплеровским сдвигом частоты (с доплеровской селекцией сигналов).