Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015), страница 7

(Пн и Пнн, Рн и Р нн, Е ]н и Е]нн плотность потока энергии, мощность передатчика и напряженностьэлектрического поля при использовании направленной и ненаправлен­ной передающей антенны).33Рассеивающие свойстза целей в радиолокации принято оцениватьполной площадью рассеянш цели ор\Если учесть £ - коэффициент деполяризации вторичного поля(О < £ < 1), то по диаграмме обратного рассеяния D(a,fi) = D{)f 2(a,fi)(ДОР) можно определить мощность отраженного в сторону приемнойантенны сигнала:^пр=:£ТР° 0^П 1 ,где Ротр - мощность отраженного сигнала; П! - плотность потока энер­гии радиолокационного сигнала на сфере радиусом Я в окрестноститочки М , где находится цел* (рис.

2.8); D0 - значение диаграммы обрат­ного рассеяния в направленш на радиолокатор.Рис. 2.8. Взаимное положеше радиолокатора и обнаруживаемой целиКак правило, объединяот величины, от которых зависит интен­сивность отражения сигнала в единый показатель, называемый эффек­тивной площадью отраженье -рассеяния ЭПРа =ор$F 1Е2Отметим, что П 1нн = — j = ~ Е ШНШ = —^ .4л-1 2240лВ общем случае, G = G(a, р) = Ga0f 2(a , р) и тогда в сторону РЛСотражается мощность34Pmv= a l i x.На сфере радиуса R около приемной антенны РЛС плотность потоРока энергии электромагнитного поля отраженного сигнала П2 = ^ °^2 .Приемная антенна примет сигнал, отраженный от цели:Ра2 = П 2Здесь S2 - активная или эффективная поверхность приемной антенны,определяемая соотношением S2 =Эффективная поверхность антенны меньше геометрической из-затого, что КПД антенны меньше единицы (распределение электромаг­нитного поля на апертуре отличается от расчетного).

Обычно исполь­зуют соотношение 5а = 0,645т , а это эквивалентно увеличению шириныглавного лепестка ДНА по сравнению с теоретическим значениемЯЯ<ра = — рад = 57,3— град, где Я - длина волны, da - размер (диаметр)антенны. Это увеличение можно оценить следующим образом. Известносоотношение, связывающее эффективную поверхность и коэффициентусиления антенны:4 7Г^л4;г£г л . 4 nabGa = 0,64— ^ = 0,64— — = 0,64= 0,64Я(Я/аХЯ/6)<Раа<РаЦ4 7Г(^ a /° > 8)(« V / 0 , 8)4п1 .2 5 ^ - 1 ,2 5 ^Яяd..dnСледовательно, <рй = 1,25 — рад = 70— град .При этом на вход приемника придет сигнал^2 -P & fh S g fh * s C p(4 я-)2л4где rj2 - КПД фидерного тракта, соединяющего приемную антенну сприемником; С - константа.Таким образом, эффективная площадь рассеяния цели представ­ляет собой выраженный в квадратных метрах коэффициент, учитываю­щий отражающие свойства цели и зависящий от ее конфигурации, элек­трических свойств ее материала и отношения размеров цели к длиневолны.

В радиолокационных задачах распознавание и классификацияцелей переходят к более полной характеристике цели - ее радиолокаци­онному портрету (сигнатуре), связанному с геометрическими, физиче­скими и кинематическими свойствами объекта.35Условно принято подразделять цели на точечные, когда /ц « 8Rили /ц « Я, и протяженные, когда /ц > SR или /ц > Я , где SRu 81 - разме­ры элемента разрешения по дальности в радиальном и в поперечном (тан­генциальном) направлении при используемых параметрах зондирующегосигнала и антенного устройства радиолокатора.

Протяженные цели назы­вают также распределенными. Различают элементарные и сложные то­чечные цели, а протяженные цели делят на поверхностные и объемные.Существенным различием точечных и протяженных целей являет­ся то обстоятельство, что в формировании мощности отраженного сиг­нала участвуют либо все элементы (локальные отражатели) цели (то­чечная цель), либо только часть таких элементов (протяженная цель)Точечные целиОбъекты, имеющие правильную геометрическую форму, являютсяэлементарными точечными целями, поэтому их ЭПР можно вычислитьаналитически в процессе решения электродинамической задачи рассея­ния радиоволн на теле определенной формы.

Обычно ЭПР представля­ется в видеа = 4rrR2ill= 4k R1 ^щ= <xmaxDpac(ar,/?),где <ттах - максимальная ЭПР; Dpac(a, Р) - диаграмма неравномерностивторичного излучения, или диаграмма обратного рассеяния.В табл. 2.1 приведены ЭПР некоторых объектов простейших форм.Сложные точечные цели, к которым относятся и все реальные цели,имеют ряд особенностей, в первую очередь, сложную (геометрическинеправильную) форму, что не позволяет простыми средствами решитьэлектродинамическую задачу рассеяния электромагнитных волн длятеоретического нахождения ее ЭПР.Из-за сложной формы рассеивающего объекта в точку приема од­новременно приходит совокупность парциальных сигналов, отражен­ных от различных частей или различных локальных центров отраженияобъекта.

Эти сигналы имеют случайные фазовые соотношения, так какточки отражения расположены друг относительно друга случайным об­разом и меняют взаимное расположение в течение времени наблюденияобъекта вследствие взаимного движения цели и радиолокатора. Привекторном сложении этих сигналов на входе приемника случайность ихфаз приводит к флуктуации амплитуды и фазы принимаемого от целирезультирующего сигнала. При некоторых положениях объектов радио­локации возникает увеличение результирующей амплитуды - эффектблестящей точки, соответствующий зеркальному отражению радио­волн от какого-либо элемента цели, а при других положениях - умень­шение амплитуды - провал в диаграмме обратного рассеяния.36Таблица 2.137Окончание табл.

2.1Определить ЭПР сложной (реальной) цели можно двумя путями:1) создать феноменологические модели отражений от сложной це­ли (модель цели) и с их помощью найти статистические характеристикиотраженного сигнала;2) экспериментально измерить ЭПР.Однако при таких экспериментах из-за флуктуаций фазы и ампли­туды отраженного сигнала и их зависимости от ракурса (взаимного по­ложения цели и измерительной установки) приходится выполнятьбольшой объем измерений (набирать статистику).Наиболее распространены две феноменологические модели отра­жения.

В обеих моделях цель представляется в виде совокупности п то­чечных элементов, среди которых нет преобладающего отражателя(первая модель) или имеется один преобладающий отражатель (втораямодель), который дает стабильный отраженный сигнал, что соответст­вует картине отражения с эффектом «блестящей точки». С помощьюуказанных моделей можно получить следующие выражения для плот­ности распределения вероятностей ЭПР:1) при отсутствии преобладающего отражателяw(<t ) =2)( 2. 1)апри наличии преобладающего отражателяvv(<t ) =1(7 - (7,00, СГ+ сгп,ех р ^- —о - о .002л/ асг,00( 2 .2)где аоо - ЭПР преобладающего отражателя; а - средняя ЭПР сложнойцели.39Определить а можно, используя соотношение1=0При т = 0, где т = —а°°------отношение ЭПР преобладающего от-о ~ ^00ражателя к ЭПР случайных отражателей, ЭПР цели распределена поэкспоненциальному закону и вероятное или срединное значение ЭПРимеет вид<Твер = <Тср = СГ50%Когда т= 1, распределение вероятностей отличается от экспоненци­ального незначительно, но с ростом т начинает сказываться влияние наи­большей составляющей отражения.

При т » 1 распределение w (a/a)стремится к гауссовскому с максимумом при а /а = 1. Это значит, чтостабильное отражение от наибольшего отражателя превышает суммар­ный вклад случайных отражателей и определяет ЭПР цели (рис. 2.9).Рис. 2.9. Плотность распределения вероятностинормированной ЭПРВ технической литературе по радиолокации иногда используютобобщенную модель Сверлинга с распределением вида, ч1к ( ксгЛк 1( ксг“■ы=ьго;?Ы еЧ-тЭто выражение соответствует распределению типа 2Г с 2к степе­нями свободы, где к определяет сложность модели отражения цели: прик = 1 получаем модель цели с экспоненциальным распределением ЭПР,а при к = 2 - модель цели в виде большого отражателя, меняющего в40небольших пределах ориентацию в пространстве, или в виде набораравноправных отражателей плюс наибольший.Первая модель Сверлинга (к = 1) соответствует цели с медленнымифлуктуациями амплитуды и с рэлеевской плотностью распределениявероятностей, вторая модель (к = 2) соответствует цели с быстрымифлуктуациями амплитуды и рэлеевской ПРВ, третья модель {к = 3)справедлива для цели с j -квадрат ПРВ и медленными флуктуациями,наконец, четвертая модель (к = 4) имеет j -квадрат ПРВ и быстрыефлуктуации.Пример.

Построить плотность распределения вероятностей ЭПР целипри отсутствии и наличии преобладающего отражателя, если а 0ср = 25 м2, асг00 = 0, cTqq = 18 м2 и сг00 = 24 м2.Решение приведено на рис. 2.9 в виде соответствующих графиков,где по оси абсцисс отложены w,( сг0/ сг00 ) а по оси ординат сг0 .Распределение вероятностей ЭПР характеризует изменение значенияЭПР, но не указывает на характер и скорость изменения ЭПР во времени.Статистические характеристики отраженного сигналаДля оценки вариаций ЭПР и их скорости необходимо знать корре­ляционную функцию и спектральную плотность его флуктуаций.