Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015), страница 8

Осо­бенности этих характеристик для цели, состоящей из совокупности от­ражателей, определяются перемещением отражателей при движениицели относительно радиолокатора, взаимным перемещением отражате­лей и изменением состава отражателей цели. Иногда от корреляционнойфункции флуктуаций отраженного сигнала R ( t) переходят к нормиро­ванной корреляционной функции (рис. 2.10, а)R (t) R (t)Здесь о2 - мощность (дисперсия) флуктуаций;тR (r) = Um(t)Um(t + T) = limT -1 f Uя ( t)Um(t + r )dt,Г-Х» Qгде T - интервал усреднения (на практике он выбирается конечным, нодостаточно большим по сравнению со средним периодом флуктуаций7фЛ); Um(t) - амплитуда отраженного сигнала. Спектральная плотностьсвязана с корреляционной функцией флуктуаций сигнала соотношениемВинера - Хинчина:ООJ00G (f) =4f R(r) cos(2xf r)dr, R( r) = G (f) cos(2nfr)df.0041Рис.

2.10. Экспериментальные нормированные корреляционная функция (а)и спектр флуктуаций амплитуды (б) сигнала, отраженногоот летящего самолетаПерейдем к нормированной спектральной плотности (рис. 2.10 , б)g ( f ) = G ( f ) j j G ( f ) d f =^.Большинство реальных целей из-за сложной формы является сово­купностью блестящих и резонансных элементов вместе с шероховатымиучастками, имеющими диффузное рассеяние. Поэтому ДОР имеетсложный изрезанный многолепестковый характер (рис. 2.11), причемчисло лепестков и провалов между ними, как и ширина лепестков, зави­сит от отношения наибольших размеров цели к длине волны облучаю­щего сигнала.

Пределы изменения <т0 достигают 30...40 дБ, хотя сг0неизменна при ее измерении в различных диапазонах радиоволн.а)б)Рис. 2.11. Диаграмма обратной рассеяния реального самолета:а - Л = 3 см; 6 - / 1 = 10 см42Особенности отражения радиоволнот реальных объектов,Флуктуации фазового фронта волны фазы и частотыотраженного сигналаПри обнаружении реальных объектов и определении их координатили параметров движения необходимо учитывать флуктуации не толькоЭПР, рассмотренные в п. 2.3.1, но и фазового фронта волны, а также фа­зы и частоты отраженного сигнала.

Кроме того, следует принимать вовнимание изменение интенсивности этих сигналов из-за деполяризациирадиоволн и зависимости отражательной способности цели от направ­ления на точку приема сигнала.Рассматриваемые флуктуации вызываются изменениями ракурса иугловыми перемещениями цели, а также интерференцией волн, отражен­ных различными ее локальными отражателями. Если в процессе облуче­ния цели изменяется ее ракурс, то изменяется и положение блестящих то­чек, от которого зависит пространственное местонахождение фазовогоцентра отражения. При этом фазовый центр перемещается по поверхностицели, что вызывает искажения и флуктуации фазового фронта отраженнойволны и приводит к флуктуациям направления прихода и фазы отражен­ного сигнала. Принимая в первом приближении возможность «блужда­ния» центра отражения по контуру цели, можно найти наибольшее откло­нение угла прихода волны Ав= IJR , тогда среднеквадратическая погреш­ность а© по угловой координате составит 0,167/ц/Я.

Спектральный составфлуктуаций угла прихода волны зависит от типа и динамики движенияцели. Флуктуации фазового фронта называют угловым шумом.В действительности на такой дальности, когда максимальный уг­ловой размер цели 0Ц соизмерим с шириной <ра ДНА радиолокатора, ре­гистрируемые на практике значения вызываемых угловым шумом по­грешностей Да с вероятностью р < 0,13 могут превышать срц, т.е. «блу­ждания» центра отражения выходят за геометрические контуры цели.Это явление объясняется интерференционной природой углового шума.В простейшем случае, когда цель состоит из двух локальных отра­жателей (двухточечная модель цели), нормированная мгновенная угло­вая погрешность может быть найдена из соотношенияЛв0Ц1- а 22[\ + а2 + a c o s 0>] ’где а - отношение амплитуд; (р - разность фаз сигналов, принятых отлокальных отражателей.Видно, что при флуктуациях амплитуд и фаз отраженных сигналовхарактер изменения этой погрешности случайный, а ее значение может43существенно превышать угловой размер цели.

Значительный рост по­грешности ДСможет наблюдаться и при отсутствии амплитудных флук­туаций и равновероятном распределении (р.Перемещение центра отражения вдоль линии визирования цели со­провождается флуктуациями времени запаздывания сигнала (Д ^ )тах == 21ц/с , следовательно, и погрешностями по дальности ДRmax = /ц, длякоторых aR= 0,33/ц.

Что касается флуктуаций частоты, следовательно, ирадиальной скорости цели, то они связаны с угловыми перемещениямицели. Если известна угловая скорость цели= 2nFn, то ширина допле­ровского спектра сигнала Д/тах = 2lnFn/ Л .Деполяризация при отражении радиоволнПоляризация сигналов, отраженных от объектов сложной формы,обычно не совпадает с поляризацией зондирующего сигнала. Степеньтакой деполяризации зависит как от формы объекта, так и от исходнойполяризации падающей волны. Различие <т0 при двух видах поляризациииногда достигает 10 дБ, что может привести к соответствующим поте­рям, если приемная антенна рассчитана на прием только горизонтальноили вертикально поляризованной волны. В общем случае от тел слож­ной формы отражаются эллиптически поляризованные волны, незави­симо от исходной поляризации.

При исходной круговой поляризациипотери могут достигать 3 дБ из-за неодинакового сдвига фаз ортого­нальных составляющих отраженного поля.Для учета поляризационных эффектов можно воспользоватьсяпредставлением эллиптически поляризованной падающей на цель вол­ны Е ь в виде ортогональных E !b и Е !г поляризационных векторов, обра­зующих поляризационный базис.Если \х п \ у - декартовы базисные векторы (рис.

2.12), характери­зующие линейные поляризации вдоль осей X и У, то комплексный век­тор электрического поляEi = E ir + EiB= Eirix+ Einiy.При таком представлении вектора Е\ для описания характера по­ляризации поля отраженной волны Е2 можно использовать поляризаци­онную матрицу видаа \\а \2= ( ^ о Тр )^Е 2 в ,ч Е 1вуа 2 2 ) ч Е 1 в,где элементы матрицы отражения (Л/отр) в общем случае определяютсяпо формулам:44Рис. 2.12.

Разложение эллиптически поляризованной волнына декартовы базисные векторыa w = y Jk 0Tp\\^m ^ ’а \2 - y jk отр12е ^«21 = 7 /Готр21е,У^ ' ).«2 2 = V ^ 22e<y№2)-2^Величины aik = yjkorpik e^J<Pik^ - комплексные коэффициенты отра­жения, причем индексы i n k соответствуют излучаемому и принимае­мому полю. При одной приемопередающей антенне и однородном про­странстве по принципу взаимности korp\2 = kow2и ф]2 = <Р2Х и поляризаци­онная матрица описывается только пятью параметрами вместо восьми:ктф 11 9••• ^отр22 9••• ^отр12 9 Ф гг ~ (Р \ \ 9 -'-(Р \ 2 ~ (Р\\'Зависимость отражательной способности целиот направления на точку приемаКогда радиолокаторы расположены на разнесенных в пространствепозициях (рис.

2.13), ЭПР цели характеризует отражательную способ­ность объекта в направлении на приемные позиции РЛС.МРис. 2.13. Геометрия бистатической РЛС45Рассмотрим бистатическую систему, когда угол между направле­ниями на цель с передающей и приемной позиций равен у. Установлено,что для элементарных точечных целей при /ц > Л значение ЭПР в такойсистеме а 2 равно обычной ЭПРв направлении биссектрисы угла у :ст2 = о:| ( г /2 ).В общем случае облучения тел простой формы плоскими электро­магнитными волнами при 0 < у < 50° наблюдается медленный рост ЭПР.При у, лежащих в пределах 50...

110°, ЭПР быстро возрастает до значе­ний, на порядок больших о 2. Когда у достигает 180°, может иметь ме­сто резкое увеличение ЭПР:а 2{у = Ш °) = АтгА2Г 2,где А - площадь плоской фигуры, ограниченной кривой раздела осве­щенной и теневой части объекта.Следовательно, при А » 1 2 ЭПР а 2 может быть намного больше<т,. Например, для металлического шара сг, = пг 2, а при у = 180° полу­чаем А = то? и, следовательно, о 2 - 4л 3г4Л~2, что дает увеличение от­ношения ЭПР а 2Дт, в (2я т А 1) раз.Для дипольных помех при совпадении векторов электрического поляс бистатической плоскостью (плоскость биссектрисы угла у) и равноверо­ятной их ориентации <т2 =(o,06A2)(l+ c o s(2 /)), при этом (&\)тах =0,17Л2 ,а (а2) =0,06А2 .V 1 /шахПо результатам экспериментов в БиРЛС может наблюдатьсяуменьшение ЭПР <т02 для судов на 10... 15 дБ, для самолетов на 6...8 дБ.Одновременно отмечается уменьшение изрезанности ДОР, эффектамерцания и вклада углового шума цели.Методы определения ЭПР реальных целейМетод обработки гистограммДля определения сг0 используют три основных метода:1) обработка гистограммы результатов записи отраженных сигна­лов при движении объекта по определенному маршруту;2) сравнение или калибровка радиолокатора по эталонной цели;3) моделирование.46Недостаток первых двух методов - необходимость наблюденияобъекта в течение всего эксперимента, что связано с затратами на пере­мещение целей на специальных полигонах или на создание безэховыхкамер, где нужно размещать цель или ее модель в натуральную величи­ну.

Поэтому чаще используют метод моделирования.Сущность этих методов сводится к следующему.Значение ст0 находят по зависимости результатов наблюдения мощ­ности отраженного движущимся объектом сигнала от дальности Р2 =АЮПоскольку ракурс цели и ее дальность изменяются, производится ус­реднение результатов, т. е. переходят к соотношению Р2 = к0 ( а / Л4) , гдек0 = P\GaXGa2T]xri2X2(2к) ~3 - коэффициент, учитывающий параметры ра­диолокатора. Время усреднения должно быть, с одной стороны, мало,чтобы R не успевало сильно изменяться и его можно было считать по­стоянной величиной на интервале усреднения, а с другой стороны, на­столько большим, чтобы можно было набрать требуемую статистикуфлуктуаций отраженного сигнала. Обычно это время составляет не­сколько секунд. Зависимость Р2 строят в виде гистограммы, по которойи находят величины P i, R и а .