Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Для СШП сигналов значение показателя широкополосности теоретически не превосходит 2, а практически М/Хо = !. (2.2) 50 К сложным относятся сигналы, у которых база В (произведение ширины спектра о/'на длительность т) существенно превосходит 1, т.е. В= о/т» 1. Подробнее свойства сложных сигналов расмотрены в гл. 4.
По показателю широкополосности сложные сигналы могут относиться как к узкополосным (если для них выполняется условие (2.1)), так и к сверхширокополосным (если их параметры удовлетворяют равенству (2.2)). При облучении цели узкополосными сигналами для описания ее свойств применяются следующие ХРЛР: комплексный коэффициент рассеяния (ККР), эффективная площадь рассеяния (ЭПР), диаграммы рассеяния, матрицы рассеяния. Исторически первой и по настоящее время широко используемой на практике ХРЛР является ЭПР. Очень часто для данной характеристики используются и другие термины: радиолокационное поперечное сечение (англ. гаоаг егозя вес6оп), эффективная поверхность.
Под ЭПР понимают плогцадь поперечного сечения такого гипотетического идеального изотропного (рассеивающего энергию во всех направлениях равномерно) отражателя (например, шара), который булучи помещен на место цели создает на входе приемной антенны РЛС такую же плотность потока мощности, что и сама цель. Обычно при определении ЭПР на входе приемника РЛС учитывают волну той же поляризации, что и падающая, хотя при рассеянии могут образовываться волны различной поляризации. Учитывая приведенное определение ЭПР, мощность, рассеянную целью, можно представить в виде (2.3) Рр Про где τ— плотность потока мощности падающего на цель поля; о— эфФективная площадь рассеяния.
С учетом изотропности отражателя плотность потока мощности отраженной (рассеянной) волны в месте нахождения антенны РЛС на расстоянии 0 от цели П „= П„о/(4х0'). Отношение П, /П„= о/4я0' — характеристика мало информативная, так как зависит от расстояния 0. Для устранения зависимости от расстояния ЭПР определяют следующим образом: 2 о = 1пп 4я02( — "'Р1= 1пп 4я02 —.Р = 1нп 4л01 —.", (2.4) где Е„, Н„и Ер, Н вЂ” напряженности падающего и рассеянного полей соответственно.
Определение ЭПР по формуле (2.4) справедливо только для монохроматического сигнала. Но на практике формулу (2.4) используют и для импульсных сигналов, если полоса частот о/, занимаемая спектром падающего поля, удовлетворяет условию ф' (— ЗЕ где с — скорость распространения электромагнитных волн; Е— линейный размер цели в направлении распространения падающей волны. При количественной оценке ЭП Р применяются абсолютные и относительные единицы. Абсолютной единицей ЭПР является еди- ница площади — метр квадратный, м~, относительной — деци- бел, дБ.
ЭПР нормируют либо к 1 м2: о, =!0!я(о/ор), где а, — ЭПР, дБ; о — ЭПР, м', ор = 1 м', либо к квадрату длины волны облучающего поля Х'. о, =!О!0(о/Х'). Часто индексы 1 и 2 при о опускают. Удобство относительных единиц связано с тем, что ЭПР изменяется в широком динамическом диапазоне. Например, вместо о = ! 0000 м' или о = 0,01 м2 пишут о = 40 дБ или о = — 20 дБ соответственно. 51 Для характеристики специфических отражателей, таких как ленты и стержни, подстилающая поверхность, объемные цели (облака), вводят понятие удельной ЭПР.
Цели, протяженность которых много больше поперечного размера, характеризуются удельной линейной ЭПР, подстилающие поверхности — удельной поверхностной ЭПР, объемные цели — удельной объемной ЭПР. Удельные ЭПР определяются соотношениями: Ог = о/Е; Од — О/Х; О~= о/ Р, где Е, Ю, Р— длина, площадь поверхности и объем цели соответственно. Эффективная площадь рассеяния, определяемая выражением (2.4), является исключительно энергетической характеристикой, не зависит от расстояния 0 до цели и поэтому не учитывает фазовые соотношения в падающей и рассеянной волнах. Для одновременного описания изменения фазы и амплитуды поля при его рассеянии используют другую характеристику — комплексный коэффициент рассеяния А = !!гп 2 Ь0 —.' = !пп 2 /я0 —.~-.
Е, Н 0- Е„0- Н„ (2.5) А = ~А~ехр(/агйА), где А~, ага А — модуль и аргумент (фазовый угол) ККР соответственно. Модуль коэффициента рассеяния не зависит от расстояния до объекта, в то время как аргумент зависит. Если начало системы 52 Предел 0 — > в определениях ЭПР по формуле (2.4) и ККР по формуле (2.5) обозначает не соответствующую математическую операцию, а условие нахождения цели в дальней зоне излучения РЛС, позволяющее использовать для облучающего поля модель плоской волны.
Для рассеянного поля необходимо использовать модель сферической волны. Для удобства записи фазовых соотношений рассеянную волну формально представляют как результат отражения от точки, называемой фазовым центром рассеяния (ФЦР). ФЦР— это некоторая условная точка 0' (рис. 2.1) внутри контура объекта или вблизи него, которую можно рассматривать как эквивалентный источник, создающий в точке приема В при заданной напряженности падающего поля Е„такую же по амплитуде и фазе напряженность рассеянного поля Е, что и сама цель. Комплексный коэффициент рассеяния можно представить в виде Фазовый центр рассеяния Рис.
2А. Определение фазового центра рассеяния координат расположено в точке О (см. рис, 2.!) на поверхности цели, а ФЦР— в точке О', фазовый угол можно представить в виде суммы углов Ч', и Ч',, где Ч'1 = /сР = 2пР/). и Ч', = 2/с/ = 4п//)с (/с — волновое число, /с = 2п/Х). Первый угол зависит от расстояния Р от начала О системы координат до точки приема В, второй— от расстояния /, где 1 — проекция радиуса-вектора г, определяющего положение ФЦР в системе координат Оху~, на направление распространения радиоволн.
Множитель 2 в выражении для Ч', учитывает распространение падающей и рассеянной волн на расстоянии /. С целью устранения зависимости агя А от расстояния Рдо цели, а следовательно, и фазы ККР от 0 в определение (2.5) вводят дополнительный множитель ехр(-//с0). Тогда Ев А = ! ип 2 /п0 —.в ехр(-//с0). (2.6) Р Е„ Эффективная площадь рассеяния, определяемая по формуле (2.4), и комплексный коэфФициент рассеяния, определяемый по формуле (2.5) или (2.6), связаны простым соотношением п=)А( .
(2.7) 53 Понятия ККР и ЭП Р справедливы не только для случая одно- позиционной (моностатической) радиолокации, когда передающая и приемная антенны РЛС совмещены, но и для случая многопозиционной радиолокации, когда приемников несколько и они разнесены в пространстве относительно передатчика. Характеристики ~А~, агКА, и зависят от ориентации цели по отношению к направлениям облучения и приема. Данные зависимости обычно представляют в виде диаграмм рассеяния, класси- фикация которых представлена на рис. 2.2. По виду ХРЛР диаграммы рассеяния подразделяются на амплитудные (отражают зависи- мость А~=~А(6, <р)~, фазовые вида агяА=агяА(6, ~р) и ЭПР о = о(6, <р).
Диаграммы рассеяния характеризуют зависимости отражающих свойств цели от угла падения волны и угла между направлениями облучения и приема. С этой точки зрения различают диаграммы следующих видов: моностатические, бистатические, а также пространственныее моностатические и бистатические. Моностатические диаграммы рассеяния — это зависимости любой из ХРЛ Р от одного из углов: <р (~ря = ~рр) или 6 (Вя = 6„) — при постоянстве другого. Бистатические диаграммы рассеяния — это зависимости любой из ХРЛР от одного из углов: <ря, 6„, ~рр, 6р— или от угла у (рис. 2.3) при постоянстве всех остальных углов.
Пространственные моностатические диаграммы рассеяния — это зависимости ХРЛР от двух углов: ~р (~р, = <р ) и 6 (6„= 6 ) — одновременно. Пространственные бистатические диаграммы рассеяния— это зависимости ХРЛР от двух углов: (у„, 6„) или (Ф~, 6 ) — одновременно при постоянстве остальных углов.
Анализируя диаграммы рассеяния, можно отметить важную особенность ХРЛР— их многомерность. Однако многомерность ХРЛР обусловлена не только зависимостью элекгродинамических свойств целей от углов падения и рассеяния волн, но и вектор- 54 Рис. 2.2. Виды диаграмм рассеяния Фазовый центр рассеяния Рнс. 2.3. Определение бистатических диаграмм рассеяния ным характером электромагнитного поля.
Для учета последнего вводят матрицу рассеяния. Матрица рассеяния характеризует распределение рассеянной энергии по видам поляризации при фиксированной поляризации облучающего поля, а также учитывает неравномерность распределения рассеянного поля в пространстве. При неизменной поляризации облучающего поля рассеянное будет иметь составляющие разной поляризации. Облучающее поле (например, в плоскости, перпендикулярной направлению на цель и касательной к контурам цели) можно представить в виде суммы двух ортогональных составляющих: Е„= Е,як+ Е2пу1 где х и у — орты линейного поляризационного базиса. Рассеянное поле в плоскости апертуры антенны приемника можно представить в том же поляризационном базисе: Е~р = 4нАп + 4иЕзп' Е2р 421Е!п + 422Е2п Эти выражения удобно представить в матричной форме: (2.8) (2.9) 55 Е, = Е„х+Е„у, Процессы распространения и рассеяния электромагнитных волн линейны, поэтому каждая из ортогонально-поляризованных компонент рассеянного поля в общем случае зависит от параллельной и перекрестной компонент падающего поля: Матрица размером 2х 2 в правой части формулы (2.9) называется матрицей рассеяния, а также поляризационной матрицей.
Матрица рассеяния представляет собой набор ККР из формулы (2.6) для различных сочетаний поляризаций падающего и рассеянного полей. Матрица рассеяния является более полной характеристикой цели, так как содержит информацию об амплитуде, фазе и поляризации рассеянной волны при заданном облучающем поле. В качестве ортогональных волн обычно рассматривают волны линейной (вертикальной и горизонтальной) поляризации.
Если необходимо характеризовать только энергии рассеянных полей, то вводят матрицу ЭПР (2. 10) Е„(р, О, со) = ) Е„(щ, О, г) ехр(-усог)дг, (2.!! ) а само электромагнитное поле как функция времени — с помо- щью обратного преобразования Фурье: 56 элементы которой не содержат информации о фазе рассеянного поля. Элементы матрицы ЭПР из формулы (2.10) связаны с элементами матрицы рассеяния в формуле (2.9) соотношением (2.7). Как уже отмечалось, понятия ККР и ЭПР строго определены только для монохроматического сигнала. Для сложных и СШП сигналов вводят обобщенные статические ХРЛР, которые в монохроматическом случае совпадают с традиционными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
