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

Некоторое уменьшение времени корреляции объясняется потерей части информации о сходстве случайных величин при детектировании, 68 ь~ 2.13 Наряду с корреляцией модулирующего множителя и амплитуды отраженных колебаний в различные моменты времени представляет интерес изучение корреляции модулирующих множителей для различных несущих частот.

Этот вопрос анализируется в приложении 2 и в ~ 5.11. $2.14. Вторичное излучение гидрометеоров, земной и водной поверхностей, ионизированных областей т) =- Уо, (1) где о — среднее значение эффективной поверхности одного эле ментарного вторичного излучателя; Ж вЂ” число излучателей в еди. нице объема. Маскирующее действие объемно-распределенных объектов обыч но определяется величиной эффективной поверхности ор, прихо дяи(ейся на разрешаемый объем 1': ар = т~Г= по, (2) т. е. результатом некогерентного суммирования полей вторичного излучения и = У$~ элементарных вторичных излучателей в разрешаемом объеме (суммирования по мощности).

Исключение составляют лишь отдельные случаи когерентного суммирования при полном и частичном отражении в ионосфере, при отражении от нераскрывшейся пачки дипольных отражателей и т. д., когда суммирование полей от элементов объемно-распределенного объекта может происходить практически синфазно (или противофазно). Перейдем к э 2.14 69 В отличие от сосредоточенных групповых излучателей гидрометеоры (продукты конденсации влаги в атмосфере: туман, дождь, снег), ионизированные области, участки земной и водной поверхностей относятся, как правило, к распределенным излучателям, т. е. излучателям, размеры которых превышают размеры разрешаемого объема.

Гидрометеоры и ионизированные образования являются объемно-распределенными, а участки земной и водной поверхности— поверхностно-распределенными объектами. Вторичное излучение распределенных объектов маскирует полезные сигналы, но иногда находит практическое использование, например, для обнаружения дождевых и снежных облаков, навигации самолетов вдоль земной поверхности и т. д. Наряду с маскирующим эффектом на работе РЛС сказывается ослабление энергии вторичного излучения цели вследствие ее рассеяния и поглощения распределенными отражателями (см.

также ~ 5.8). Объемно-распределенные объекты обычно характеризуются удельной эффективной поверхностью гь т. е. средним значением эффективной поверхности на единицу объема ~С9фЛ~а, (4) где частота сигнала ~ в г11, а концентрация электронов 1ч', в м †'. В радиолокационном диапазоне волн полное отражение возмож- 70 э 2л4 ~~ма/я тзч рассмотрению отдельных видов объемно-распределенных отража- Р = 1ХОмм/час 1ООмм/час Хсмм/час Гидрометеоры в жидкой фазе гхмм/.ас (туман, дождь) состоят из капель сферической формы, размеры кото- 1О г,хм /„рых обычно малы по сравнению с длиной волны 1. Удельная эффективная поверхность в соответствии с формулами (1) и ((5), ~ 2.4) равна 1 у 'в — 1!ч у 11=лай — ~ = 1т Л' —,(3) в,+2 ~ 14' где а — диаметр капли; аа— 1О г з ~ х х ~ в.~,с усредненное значение шестои сте- пени диаметра с учетом разброса Рис.

2.34. ГРафнк зависимости размеров капель; в, — относительудельной эффективной поверхности обратного вторичного излу- ная диэлектрическая проницаечения дождя различной интенсив мость капель вОДы (в, )) 1). ности от длины волны На рис, 2,34 дан расчетный гра- фик зависимости удельной эффективной поверхности обратного вторичного излучения дождя (м'/кма) от длины волны при различной интенсивности осадков Р [мелкий дождь (Р = 0,25 мм1час), умеренный (Р = 4 мм!час), сильный (Р = 15 мм!час), ливень (Р = 100 мм(час)1.

Вторичное излучение гидрометеоров и твердой фазе — снега, града, значительно слабее, чем в жидкой, так как величина диэлектрической проницаемости льда (ь, = 3) много меньше, чем воды, ~в — 1Р и множитель ~~, 2~ сравнительно мал. Исключение составляет вс т случай, когда температура близка к температуре таяния льда и кристаллики последнего, принимая форму игл, дисков, сфероидов, покрываются пленкой воды и создают интенсивное вторичное излучение. От ионизированных образований: ионосферы, следов метеоров, областей полярных сияний, областей искусственной ионизации (вызванной, например, высотными ядерными взрывами) — возможны три вида отражений.

1) Полное отражение, аналогичное полному внутреннему отра- жению в оптике, которое имеет место при т) = (0,5 —: 1) Л',о., где У, и о, — число электронов в единице объема и эффективная поверхность отдельного электрона, а дополнительный коэффициент (0,5 —:1) связан с указанными выше взаимодействиями. Лля обычных ионосферных условий коэффициент 1 соответствует коротковолновой части сантиметрового диапазона, а коэффициент 0,5 в дециметровому и метровому диапазонам волн. Э ф ф е к т и в н у ю п ов е р х н о с т ь о д н о г о электрона найдем по формулам 1(2), ~ 2.2 и (3), ~ 2.4)1, замечая, что произведение П = — ! = = — является первой производной дипольного момента электрона р.

др й Из уравнения движения электрона следует, что производная дипольного момента тогда ( р„')~ (5) После подстановки значений заряда электрона е = 1,59 ! 0 — '9 к, его массы т= 9 10- з'кг и магнитной проницаемости свободного пространства р =4л !Π— ' генри1м получим о, = 10 — 28 м'. Рассмотрим кон к р етн ые п р и мер ы когерентных и некогерентных отражений от ионизированных образований. Ионизированные следы метеоров имеют ли нейную плотность 10" — 10" м ' и могут давать к о г е р е н т и о $2.

14 71 но только при достаточно высокой концентрации электронов 1О'4м — э (электрон(м') и выше. 2) Частичное отражение, которое наблюдается в местах резкого пространственного изменения коэффициента преломления и при Ып „вЂ” А п, где величина п = )l в, определяется электронной плот. ностью У,((4), ~ 5.81.

3) Некогерентное рассеяние на невзаимодействующих флюктуационных скоплениях электронов в пространстве, которое имеет место для любых их концентраций и при любых частотах сигнала. Первые два вида отражения обусловлены преимущественно когерентным сложением полей вторичного излучения электронов, последний вид связан с их некогерентным сложением.

Специфиче. ской особенностью рассматриваемых случаев по сравнению с более простой моделью ~ 2.3 является взаимодействие соседних излучателей (электронов) между собой и с окружающими ионами. Она проявляется в том, что при некогерентном рассеянии эффективная поверхность единицы объема выражается формулой и д~в ~,2~ тпн' ~о" ю'~ ~о'~ Канцентрация, электрон/м ~ ь ~оп еп о 67в ЮВ Ю'о а" т" К7'В Концентрация, зле к прон ~м~ Рис. 2,35, Типичные распределения концентрации электронов по высоте в дневное и ночное время при минимальной и максимальной солнечной ак- тивности отраженные сигналы (подобно синфазной пластинке), которые наблюдаются в течение долей а иногда и нескольких секунд, Интенсивность отраженного сигнала зависит от угла облучения следа и максимальна при нормальном падении волны.

П о л я р н ы е с и я н и я образуются в ионосферном слое Е, как правило, на высотах 90 — 110 км и могут иметь эффективную поверхность до нескольких квадратных километров. Интенсивность к о г е р е н т н о г о отражения полярных сияний возрастает с увеличением длины волны и тоже зависит от направления облучения. Области искусственной ионизации могут также служить причиной интенсивного к о г е р е н т н о г о от- 72 $204 ражения или переотражения радиоволн в течение определенного времени, особенно в низкочастотном диапазоне. Е с т ест вен н а я и о н о с ф е р а в радиолокационном диапазоне вызывает в большинстве случаев только н е к о г е р е н тн о е рассеяние радиоволн. Концентрация электронов в ионосфере зависит от высоты, времени года и суток, а также от солнечной активности.

Примерный вид кривых средней концентрации электронов по высоте для дня и ночи, максимума и минимума солнечной активности приведен на рис. 2.35. В качестве частного примера найдем эффективную поверхность а совокупности некогерентно рассеивающих электронов, находя- шихся в импульсном объеме Г на дальности г = 2500 км.

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.