Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Это приводит к тому, что в рассмотренном примере облучения морской поверхности в центре экрана ИКО навигационной РЛС будет наблюдаться ярко засвеченная область, на фоне которой выделить отметку точечной цели (если не предприняты специальные меры) часто не удается. Во-вторых, расположение РЛС и цели возле границы раздела двух сред воздух — земная поверхность создает условия для много- лучевого распространения радиоволн, при котором цель облучается прямой волной и волной, отраженной от подстилающей поверхности.
Интерференция прямой и отраженной волн — причина ряда явлений, оказывающих воздействие на характеристики РЛ С. Для уверенного обнаружения цели на фоне отражений от земной поверхности необходимо, чтобы ЭПР цели существенно превышала ЭПР элемента разрешения земной поверхности. Последнюю ЭПР часто называют ЭПР фона. Рассеивающие свойства таких распределенных целей, к которым относится земная поверхность, характеризует удельная ЭПР о„,. На вход антенны РЛС одновременно поступают сигналы от всех мешающих отражателей (иапример, гребней морских волн), находящихся внутри элемента разрешения РЛС, поэтому ов — — о„,о, где оф — ЭПР фона; о— площадь элемента разрешения РЛС. Отсюда следует очевидный вывод: для уменьшения помеховых сигналов от земной поверхности следует увеличить разрешение РЛС, соответственно уменьшив площадь Бее элемента разрешения. В навигационной РЛС с простым импульсным сигналом этого можно достигнуть путем уменьшения длительности излучаемого импульса и сужения ДНА РЛС.
Пределы уменьшения элемента разрешения РЛС ограничены геометрическими размерами полезной цели. Другие методы уменьшения влияния помеховых отражений от земной поверхности на работу РЛС основаны на учете свойств удельной ЭПР. В общем случае удельная ЭПР зависит от вида земной поверхности, ее геометрических и электрических характеристик, длины волны и поляризации РЛС, угла скольжения, погодных условий, времени года и ряда других факторов. Из разнообразных видов земной поверхности кратко остановимся только на опенке удельной ЭПР моря и суши, покрытой растителыюстью. Удельная ЭПР моря.
В связи со сложностью процессов рассеяния радиоволн на реальной морской поверхности установить простые аналитические соотношения межлу удельной ЭПР моря и характеристиками поверхности, параметрами РЛС не прсдставля- 75 ется возможным. В инженерной практике в таком случае используют эмпирические модели, базирующиеся на результатах экспериментальных измерений. Приведем формулу модели средней удельной ЭПР моря, разработанную сотрудниками Технологического института Джорджии (США): о„х~~ =10!8(3,9 !О ~),0е4Л„ЛмЛ„), (2.37) где о„„„— средняя удельная ЭПР на горизонтальной поляризации, дБ; Х вЂ” длина волны РЛС, м; 0 — угол скольжения, рад (рис.
2.8); Л„Л„, ˄— коэффициенты соответственно многолучевого распространения радиоволн, направления морских волн и скорости ветра. Формула (2.37) справедлива для диапазона частот от ! до 10 ГГц при углах скольжения 0 < 15' и средней высоте морских волн )ге< 3,5 м. Коэффициент Л„учитывает взаимодействие прямого и переотраженного полей (см. рис.
2.8). При условии, что ординаты ~ морской поверхности распределены по нормальному закону, 4 г(1 „пг) где а — параметр, введенный для оценки многолучевого распространения радиоволн. Этот параметр определяется выражением а = (14,41+ 5,5)0гг,/Х. Плотность вероятности высоты Н морских волн подчиняется закону Рэлея: Н ( Н) И'(Н) =, ехр —,, О < Н < 4п, '~ Загз ~ где о, — среднеквадратическое отклонение ординат ~ волнового профиля. Можно показать, что )г, = ~/2яяог. Прямой Переотралгенный Рис. 2.8. Математическая модель поля, рассеянного взволнованной мор- ской поверхностью 76 При оценке интенсивности волнения наряду со среднеквадратическим отклонением ординат волнового профиля часто используют высоту волны 3%-й обеспеченности Нзя. Под ней понимают такую высоту волны, вероятность превышения которой составляет 3%, т.е.
р(Н ) НЗя) = 0,03. Параметры Нзя и и, связаны соотношениями: Нзя =5,29п„ о~ = 0,0358Н'я. Коэффициент Л„в формуле (2.37) имеет вид Л„= ехр!0,2сохср(! — 2,86)(Х+ 0,0!5) ' ), где у — угол между направлением против ветра и линией визирования антенны РЛС.
Коэффициент Л устанавливает связь о„„, „со скоростью ветра: Л„= ~1, 94 а„/(1+ г„ /15, 4)~~, где и„— скорость ветра, м/с; 8 — параметр, определяемый выражением 8 — 1 1/Р О О Г5)аа В стационарном состоянии при полностью развитом волнении средняя высота морских волн связана со скоростью ветра формулой и„= 8,67694, где г измеряется в м/с; И« — в метрах. В этом случае удельная ЭПР (см. Формулу (2.37)) будет зависеть только от средней высоты морских волн. При изменении скорости ветра (в нестационарных условиях) изменяется тонкая структура взволнованной поверхности моря, что ведет к изменению о„„», В этом случае параметры г„и Ь, следует вводить в формулу (2.37) независимо.
На вертикальной поляризации для диапазона частот от 3 до 10 ГГц формула (2.37) примет следующий вид: о„,„= В„„,р — 1,051п(л, + 0,0!5)+ +1, 09 !п Х + 1, 27 !п(О + О, 0001) + 9, 70. На рис. 2.9 представлен график, иллюстрирующий зависимость средней удельной ЭП Р от угла скольжения. Принято выделять три характерных области изменения й„„: узкую область малых скользягцих углов, в которой о„„- 04; область «плато», где в достаточно широком секторе углов (приблизительно от 5 до 70') удельная ЭП Р моря слабо зависит от 6 (а„,- О или о„, - з)п6); узкую область больших углов, близких к направлению зеркального отражения ам Вкр йкр и Рис. 2.9.
Изменение средней удельной ЭПР морской поверхности при изменении угла скольжения Рис. 2.!О. Зависимость средней мощности отраженного сигнала от дальности (квазизеркальную область), для которой наблюдаются большие удельные ЭПР. Переход от первой области ко второй происходит при некотором критическом угле, определяемом как Окр = агссйп Например, при волнении моря в два балла для РЛС, работающей на частоте 9,3 ГГц, О„р = 0,94, при волнении в четыре балла— О,р — — 0,23'.
На частоте 1,25 ГГц при тех же волнениях соответственно Окр 7 и Окр ! 75 Область скользящих углов — основная область применения морских навигационных РЛС, антенны которых расположены на небольшой высоте над уровнем моря. Кроме угла скольжения на удельную ЭПР в этой области влияет поляризация РЛС. При горизонтальной поляризации удельная ЭПР на 3...5 дБ меньше, чем при вертикальной, в связи с чем с целью уменьшения помех от моря морские навигационные РЛС используют горизонтальную поляризацию. Средняя мощность Р„помехового сигнала как функция расстояния 2к от РЛС до наблюдаемого участка морской поверхности представлена на рис.
2. !О. Критическое расстояние 27„„при котором происходит изменение наклона кривой, связано с критическим углом скольжения О, простым соотношением О„р = А,/гйО„р, где А, — высота антенны РЛС над средним уровнем моря. Расстояние В < Р„р соответствует области «плато», для которой Є— 0-з... 0-". Показатель степени, равный -3, получают при условии, что в области «плато» удельная ЭПР моря не зависит от В, и равный -4, если 6„,- Х> '. Расстояние 22> Р соответствует области скользящих углов, для которой о„, — 22-4 и Рр — Л-'.
Когда площадь элемента разрешения РЛС велика, помеховый сигнал формируется как сумма сигналов большого числа отража- телей. В этом случае выполняется центральная предельная теорема и отраженное поле хорошо описывает комплексный гауссовский случайный процесс с распределением амплитуды Рэлея (см. формулу (2.29)), а флуктуации удельной ЭПР моря — экспоненциальная ПВ (см.
формулу (2.33)). При высоком разрешении н скользящих углах облучения наблюдается не только уменьшение числа отражателей, попадающих в элемент разрешения РЛС, но и их группирование волновой структурой моря. В этих условиях для представления отраженного поля приходится применять негауссовские модели, в которых флуктуации амплитуды помех от моря описывают логарифмически нормальным распределением (см.
формулу (2.32)), распределением Вейбулла, К-распределением. Нормированный энергетический спектр помех от моря аппроксимируют выражением где еэ,.„— частота, соответствующая максимуму спектра б .„„; лв — ширина спектра на уровне -3 дБ; л — показатель степени (2,5 < л с 5), зависящий от длины волны РЛС (в трехсантиметровом диапазоне п = 2,5). Частота в„,„и ширина спектра Ьы определяются следующими выражениями: а = 22 2(2в /Х) дсо= 30 7(2Уо'~/).) где à — средняя скорость ветра, м/с; Х вЂ” длина волны РЛС, см. Удельная ЭПР суши. Задача оценки ЭПР суши более сложна. Это обусловлено не только разнообразием видов земных поверхностей„ но и увеличением числа факторов, оказывающих влияние на ЭПР. Например, установлены сезонная изменчивость отражательной способности суши, зависимость характеристик рассеяния от погодных условий, биомассы растительности, запаса влаги, степени зрелости сельскохозяйственных культур и т.д.
В связи с этим основной объем информации об ЭПР суши получен с помощью измерений в натурных условиях. Эмпирическая формуладля определения средней удельной ЭПР земной поверхности, покрытой растительностью, имеет вид (2. 38) о„, = С, + 10 18(0/20) — 6!8(Х /3,2), где С, — постоянный коэффициент, определяемый видом растительного покрова. Например, для лиственного леса зимой С, = -40 дБ, летом— С, = — 20 дБ. Формула (2.38) справедлива при углах скольжения 0 < 30' и частотах РЛС от 10 до 100 ГГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
