Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970), страница 5

Осваиваются новые диапазоны волн, растут мощности передающих устройств, развиваются новые методы радиолокации, широкое развитие получает обработка радиолокационной информации методами цифровой электронно-вычислительной техники. Об успехах отечественной радиоэлектроники свидетельствуют замечательные запуски первых в мире советских искусственных спутников Земли и Луны, первый в мире и последующие полеты советских людей в космос, решение основной задачи противоракетной обороны. Радиолокация — быстро развивающаяся отрасль радиоэлектроники, ее'развитие нельзя считать завершенным.

Возникла и развивается, например, статистическая теория радиолокации. Ее основы были заложены фундаментальным исследованием потенциальной помехоустойчивости радиоприема, завершенным советским ученым В. А. Котельниковым в 194б году. В связи с усложнением задач радиолокации намечается переход к использованию более сложных зондирующих сигналов, антенн, систем обработки информации и автоматического управления. $1.5.

Предмет и задачи курса Предметом курса является теория получения информации о наличии, координатах, параметрах движения и принадлежности целей путем использования вторичного излучения, переизлучения или собственного излучения радиоволн. Основными задачами курса являются установление принципов построения и выяснение потенциальных возможностей радиолокационных устройств на основе современных методов статистической теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения их параметров.

В начале курса рассматриваются вопросы электродинамики и статистики вторичного излучения радиоволн (гл. 2). Далее 'рассматриваются основы статистической теории обнаружения радиолокационных сигналов на фоне флюктуационных помех (гл. 3). При этом выявляется тесная связь практических методов синтеза устройств оптимального обнаружения с математическими решениями соответствующих статистических задач. Наряду с вопросами обнаружения существенное внимание уделяется теории и принципам оптимального измерения параметров радиолокационных сигналов (гл. 4). Вопросы теории обнаружения и измерения являются базой изучения методов радиолокации при различных видах зондирующих излучений. В первую очередь рассматриваются основы радиолокации при зондировании пространства радиоимпульсами малой длительности (гл.

5). Сюда входят: общие особенности радиолокации при импульсном зондировании, методы обзора пространства и измерения угловых координат, расчет дальности обнаружения и зон видимости, использование активного ответа в целях увеличения дальности обнаружения и решения задачи опознавания. Далее излагаются особенности радиолокации при зондировании пространства когерентными сигналами большой длительности (гл.

6). Увеличение длительности когерентных посылок является в настоящее время важным средством повышения дальности обнаружения малоразмерных целей. Базируясь на результатах статистической теории обнаружения и измерения, обработку принимаемых колебаний в этом случае следует проводить с учетом различия в скоростях (и дальностях) целей. В этой связи подробно рассматриваются новые широкополосные сигналы, импульсные и непрерывные, а также методы их оптимальной обработки. Учитывается влияние условий распространения радиоволн. В гл. 7 изложены основные виды помех активной радиолокации и принципы защиты от помех. В гл. 8 кратко даны основы пассивной радиолокации. Изложение материала предполагает знание предшествующих курсов, в первую очередь курса теории вероятностей.

ГЛАВА 2 ВТОРИЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ РАДИОВОЛН А. ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАЖАЮШАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЦЕЛИ ф 2.1. Явление вторичного излучения Явление вторичного излучения, лежащее в основе активной радиолокации, свойственно волнам любой природы. Оно возникает всякий раз, когда волна встречает препятствие на пути своего распространения. Падающую на препятствие волну называют первичной, отраженную или рассеянную — вторичной, а препятствие— пассивным вторичным излучателем. Препятствием для радиоволн служит любая неоднородность электрических параметров среды: диэлектрической и магнитной проницаемости, или проводимости. Под действием электрического поля волны на облучаемой поверхности, например проводящей, возникают колебания электрических зарядов.

Наведенные при этом токи проводимости являются источником излучения вторичных электромагнитных волн. В диэлектрике таким же источником являются токи смещения. При изучении явления вторичного излучения интересуются двумя группами вопросов: электродинамической и статистической. В первом случае изучаются закономерности вторичного излучения конкретных излучателей в зависимости от соотношения их размеров и длины волны, поляризации облучающего поля, ориентации относительно радиолокатора, геометрической формы и материала облучаемой поверхности.

Во втором случае исследуются статистические характеристики поля вторичного излучения при случайной ориентации одного или совокупности вторичных излучателей с учетом особенностей их движения. Эти характеристики существенно влияют на статистическую оценку предельной дальности действия радиолокатора, точности измерения координат и параметров движения цели. С точки зрения электродинамики (как и динамики волн произвольной природы) важное значение имеет соотношение размеров цели и длины волны.

Соответствуюшую закономерность легко наблюдать на водной поверхности, возбуждая распространяющиеся по ней ко- 24 $2. 3 лебания определенной длины волны. Если на пути распространения установлен прут, тонкий по сравнению с длиной волны, то он, в свою очередь, возбуждается участками водной поверхности, колеблющимися в фазе.

Рассеяние энергии первичной волны невелико и происходит во все стороны равномерно. Если же на пути распространения установлена пластина, широкая по сравнению с длиной волны, то в результате интерференции волн от элементов отражающей поверхности происходит более интенсивное и неравномерное рассеяние энергии. В том направлении, где волны складываются в фазе, вторичное излучение максимально.

Наоборот, оно отсутствует в тех направлениях, где элементарные водяные волны гасят друг друга. Аналогично, при вторичном излучении радиоволн в зависимости от соотношения размеров цели и длины волны создаются различные распределения фаз (и амплитуд) токов на облучаемой поверхности и проявляется различный характер интерференции создаваемых этими токами волн в различных точках пространства. Интенсивность результирующего поля в точке приема, создаваемого в какой-либо момент времени, определяется только теми элементарными отражателями, которые расположены внутри одного разрешаемого объема пространства.

Только эти излучатели создают интерферирующие между собой отраженнь|е сигналы. Сигналы, принятые из соседних разрешаемых объемов, во времени не совпадают. В этой связи различают сосредоточенные вторичные излучатели, элементы которых не разрешаются радиолокационной станцией, и распределенные, занимающие в пространстве несколько разрешаемых объемов. Из класса сосредоточенных излучателей выделяют одиночные и групповые.

Групповой вторичный излучатель состоит из ряда независимых одиночных. Так, группа самолетов в пределах разрешаемого объема — групповой излучатель, в то время как каждый самолет — одиночный либо групповой, если его составные части (фюзеляж, крылья и т. п.) рассматриваются как одиночные излучатели. При изучении сосредоточенных и распределенных вторичных излучателей наибольший практический интерес представляет характеристика интенсивности создаваемого ими поля вторичного из' лучения в дальней зоне, независимая от мощности облучения.

Эта характеристика дается с помощью понятия эффективной поверхности вторичного излучателя. $2.2. Эффективная поверхность произвольного сосредоточенного вторичного излучателя Пусть в свободном пространстве расположены передатчик, облучаемая цель и приемник радиолокатора (рис. 2.1, а).

Расстояние от цели до приемника равно г. Плотности потоков мощности первичной волны у цели З„и вторичной волны в точке приема З„р 2В Зак. ! 200 Рис. 2.1. К определению диаграммы направленно. сти вторичного излучения (а) и диаграммы обратного вторичного излучения (б) для заданной поляризации приемной антенны считаются известными. Заменим цель воображаемым ненаправленным вторичным излучателем, который создает на всей сфере радиуса г плотность потока мощности, равную 5п, и, следовательно, рассеивает мощность Р = 4пгз5,р. Отношение этой мощности к плотности потока мощности первичной волны, имеющее размерность площади, 4 „з~пр (1) Зц Яц называют эффективной поверхностью вторичного излучателя.

Величину о называют также эффективной поверхностью вторичного излучения, эффективной отражающей поверхностью, эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР). Для совмещенных РЛС (рис. 2.1, б) используют термин эффективная поверхность обратного вторичного излучения. Когда ясно, что речь идет о вторичном излучении, в дальнейшем будем использовать более краткий термин эффективная поверхность. Выражая 5, и 5ц через квадраты амплитуд соответствующих полей, выражейие (1) можно представить также в следующем виде: 2 2 Епр Опр а = 4пгз — = 4пг'— я2 ц2 (2) Величина эффективной поверхности о в общем случае зависит от ориентации цели относительно передатчика и приемника РЛС (рис. 2.1, а). Пусть цель поворачивается в плоскости, проходящей через пункты приема и передачи.