Ахияров В.В, Нефедов С.И., Николаев А.И. Радиолокационные системы (2-е издание, 2018) (1151780), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

При облучении поверхностей, по­добных воде, наблюдатель видит солнечный свет, отраженныйтолько фацетами (малыми площадками), для которых угол паде­ния луча равен углу отражения. Таким образом, закономерностинаблюдаемого отражения могут быть описаны методами ГО, еслипредставить отражающую поверхность в виде совокупности плос­ких пластинок.При нормальном падении электромагнитной волны на фацетыбольших (по сравнению с длиной волны) размеров подавляющаячасть энергии отраженного сигнала направлена перпендикулярноплоскости фацета; фацеты малых размеров рассеивают падающуюэнергию в довольно широком секторе углов относительно нормалибез значительного уменьшения интенсивности рассеянного сигна­ла. Таким образом, в действительности фацет может рассеивать внаправлениях, не согласующихся с равенствами углов падения иотражения.Диффузное отражение.

Диффузное отражение возникает привыполнении соотношенийlmin »при(рис.этом3.2,падающаял,;h ;?: А,энергия рассеивается(3.3)вовсехнаправленияха, б), а рассеивающая поверхность называется матовой633. Влияние подстилающей поверхности и атмосферы ...бавРис.3.2. Диффузное отражение:аоблучение с зенита; б--облучение под углом0;в-наличие зеркальнойкомпонентыили шероховатой. Закон отражения для таких поверхностей уста­новлен Ламбертом и формулируется следующим образом[ 16]:ес­ли поток излучения мощностью Ро падает нормально к матовойповерхности, то мощность вторичного излучения под углом у кнормали пропорциональнаcos у:P=Pocosy.(3.4)В полярной системе координат косинусоида (ее половина, со­ответствующая верхней полусфере) изображается окружностью(см.

рис.3.2).Если поток излучения Р0 падает под углом(см. рис.0к поверхности3.2, б), тоP=Pi cosy,гдеPi = Ро cos 0 . Следовательно,Р = Ро cos0cosy.В случае совмещенного излучения и приема(3.5) принимает видР = Ро cos 0.264(3.5)( 0 =у )формула3.2.Основы теории рассеяния радиоволн на статически неровной ...Физический смысл формуль1нием угла0(3.5)состоит в том, что с увеличе­уменьшается перехватьmаемый поверхностью падаю­щий поток, отчего снижается ее освещенность и, как следствие,яркость. Это уменьшение излучаемой мощности на рис.3.2,б отра­жено уменьшением радиуса окружности.Отражающая по закону Ламберта поверхность является идеа­лизацией, к которой можно приблизиться искусственно, но кото­рая в природе не существует.

На практике размеры неровностей уодной и той же поверхности могут иметь широкий диапазон зна­чений, поэтому реаm,ные поверхности обычно дают смешанноеотражение, в котором есть диффузная и зеркальная компоненты(рис.3 .2, в).3.2. Основы теории рассеяния радиоволнна статистически неровной поверхностиВ большинстве практически важных случаев при решении ра­диолокационныхзадачиспользуетсястатистическоеописаниеземной поверхности.

Задача рассеяния радиоволн на статистиче­ски неровной поверхности решается методами статистической ра­диофизики, которые к настоящему времени разработаны доста­точно ПОЛНО[17, 18].Рассмотрим поверхность, уравнение которой можно записать ввиде функции трех переменныхдинат х, у и времени t:функцияl;(x,у,t) --двух пространственных коор­z = с; (х, у, t).Будем предполагать, чтооднозначная и достаточно гладкая, т. е.нужное число раз дифференцируемая по всем аргументам. Волно­вое поле, рассеянное на такой поверхности, будет функционаломот с;, но определение этой функциональной связи (т.

е. решениезадачи дифракции)-очень сложная проблема.Однако во многих практически важных случаях интерес пред­ставляют не сами решения, а средние характеристики рассеянногополя для некоторого ансамбля рассеивающих поверхностей. Подансамблем здесь понимается совокупность поверхностей с набо­ром общих свойств. Например, форма какого-нибудь ограниченно­гоучасткаповерхностиморявтечениеконечногопромежуткавремени может быть описана довольно сложной функцией коор­динат и времени.

Но решение задачи о рассеянии электромагнит­ных волн только на этом участке моря не имеет никакой практиче-653. Влияние подстилающей поверхности и атмосферы ...ской ценности, даже если бы это решение можно было построить.Интерес представляют свойства этого решения, относящиеся копределенному состоянию моря вообще, независимо от конкрет­ного вида поверхности в данном месте и в данное время.При дифракции волн на неровной поверхности, которая опи­сывается статистически , рассеянное поле также можно рассматри­вать как случайную функцию, но уже пространственных коорди­нат r= {х, у, z}и времениt.

При рассеянии электромагнитныхволн требуется определить векторную функцию напряженностиE(r, t) электрического поля. Ансамбль реализаций этой случай­ной функции представляет собой совокупность волновых полей,возникающих при дифракции на каждой реализации случайнойповерхностиz = ~(r', t) , r' = {х, у}.Задача теории рассеяния на статистически неровной по­верхности-установление связи между статистическими ха­рактеристикамислучайнойповерхностиирассеянногонаней электромагнитного поля. При этом в большинстве случаевдостаточнотов -ограничитьсявычислениемсреднего значенияпервыхдвухмомен­M{E(r, t)} и комбинаций видаМ {Ei (ri, tr )Ek (r2 , t2 )*}, где Ei,k- проекция вектора Е на еди­ничный вектор ei,k (i,k= 1, 2, 3).Поскольку в рассматриваемыхзадачах дифракции волновое поле формируется в результате ин­терференции большого числа независимых «парциальных» по­лей, то согласно центральной предельной теореме, распределениекомпонент поля Енормальное, и описание его на уровне пер­-вых двух моментов является статистически полным.В простейшем случае линейной поляризации вектор Е сводит­ся к одной компонентевектораточкеrи времениr , но в разныеt.E(r, t) -скалярной функции радиус­Среднее от произведения полей в одноймоменты времениR(t, t') = м{E(t')E(t)* }(3.6)называется временной корреляционной функцией поля.

Для ста­ционарного поля результат усреднения зависит только от разности-r= t' - tи корреляционная функцияR( 't)представление (теорема Винера-Хинчина):66допускает спектральное3.2.Основы теории рассеяния радиоволн на статически неровной ...1R( 't) = 2nf G( ro)efro-rdro;00-Щ(3.7)00-ЩИз теоремы Винера-Хинчина следует, чтоG( ro) представляетсобой спектральную плотность мощности (энергетический спектр)рассеянного волнового поля (радиолокационного сигнала); вели­чинапропорциональна средней энергии поля в точке r,IG( ro)ldroкоторая приходится на колебания с частотами в интервале от со досо+ d ro.Возможный вид спектральной плотности мощности рас-сеянного сигнала в РЛС, размещенной на борту летательного ап­парата[5], приведен на рис . 3.3.Gfo3.3.Рис.Возможный вид спектра рассеянногосигнала в РЛС, размещенной на борту летатель­ного аIПiарата:Т" -период повторения импульсовРеальные поверхности, над которыми распространяются вол­ны, как правило, статистически неровные.

Характер этих неровно­стей обычно настолько разнообразен, что построение общей тео­рии весьма затруднительно. Однако существуют предельные слу­чаи, когда такую теорию можно создать. Это возможно, если не­ровности являются малыми ипологими,т. е.каждаянеровностьслабо искажает падающее на нее поле.Рассмотрим падение волны на какую-либо неровность высо­тойh. Влияниеотдельной неровности можно считать малым, еслиразность фаз между волнами, отразившимися от подножия и вер-673.

Влияние подстилающей поверхности и атмосферы ...шины неровности, будет мала. Эта разность фазрис.3.4, определяетсяOq>,как видно наформулойoq> = 2kh sin '1',гдеk-волновое число;(3.8)угол падения (от горизонтали).'1' -h sin '1'Рис.3.4. Отражение от малого выступаУсловно считая сдвиг фаз между лучами, отразившимися отоснованияивершинынамного меньше пнеровности,несущественным,еслион/ 4, из (3.8) получим:2kh sin \/1 « п ,4(3.9)откудаАh« - - lбsin \/1При скользящем падении радиоволн на рассеивающую по­верхность('!'«1)условие(3.9)можно представить в следующемвиде:л,\lf<< 't'16h '(3.10)илиАh«--.1б\\fВыражение(3 .9)называется критерием Рэлея.

Очевидно, чтовлияние неровности на распространение волн определяется двумяфакторами: углом падения и соотношением между длиной волны ивысотой неровности. Чем длиннее волна и меньше угол падения,683.2.Основы теории рассеяния радиоволн на статически неровной ...тем слабее влияние неровности. В этом смысле критерий Рэлеяможно рассматривать как условие зеркального отражения (см. усло­вия(3.2)),однако на практике приходится иметь дело с рассеяниемэлектромагнитной волны не на одной изолированной неровности, ана статистически неровном участке.

При этом суммарное влияниемногих малых неровностей на напряженность поля может быть зна­чительным из-за многократного рассеяния, которое наиболее суще­ственно при скользящем распространении .Если критерий Рэлея выполняется, то задача рассеяния радио­волн решается методом малых возмущений, при этом искомое по­ле представляется суммой среднего и рассеянного полей:Е=М{Е}+~ас •Отметим, что среднее значение рассеянного поля М {Е} частоназывают когерентным, а рассеянное~-некогерентным, приэтом флуктуации ~полагаются малыми по сравнению с М {Е}.В соответствии с формулой(3 .1)мощность рассеянного сигна­ла на входе приемника РЛС (Рпр) определяется выражениемР.пр-_л, PпepfGпep(i)Gпp(s)Зcro ( ,,' S )ds,22[18]:2( 4тт)где Gпер ( i) , Gпр ( s)-Упер УпрS(3.11)коэффициенты усиления передающей иприемной антенн в направлении излучения и приема; Упер , Упр расстояние от передатчика и приемника до элемента разрешенияРЛС на рассеивающей поверхности;i, s -единичные векторы,определяющие данные направления.Если характерные размеры неровностей на поверхности значи­тельно превышают длину падающей электромагнитной волны ирассеивающая поверхностьSгладкая и пологая, то для расчетаволнового поля используют метод касательной плоскости .

Характеристики

Список файлов книги