Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 12
Текст из файла (страница 12)
По определению нормированная функция Е,(О,1р) есть ДН передающей антенны Р(О,<р) . Пусть антенна РЛС расположена так, что ось, нормальная к плоскости (~,т~ ), направлена в центр зоны обзора под углом О„относительно вектора скорости Ч носителя РЛС, а ось с находится в плоскости Ч,К„ (рис. 4.2,б). При движении носителя РЛС с постоянной скоростью Ч возникает доплеровское смещение несущей частоты, пропорциональное косинусу угла между направлением на объект и вектором путевой скорости носителя.
В зтом случае напряженность поля облучения Е,(О,1р,С) = ехр(3ЕК„) х )к 2яК„ х ехр()кЧ1 созО„) ехр(фЧ1 з1пО„з1п О сох 1р) Г(0,1р). 3 — 3169 Глава 4 Рис. 4.2. Формирование поля облучения Я Поле облучения в зоне обзора определяется ДН передающей антенны. Каждому направлению в зоне обзора в данный момент времени соответствует поле облучения с определенной доплеровской частотой.
Среднее значение частоты в центре зоны обзора определяется фазовым множителем ехр()ИЧсозО„), а доплеровская частота внутри зоны обзора — множителем ехр( фМ япО„з1пО сояр~ . 4.3. Функция отражения Рассеивание электромагнитной волны возникает тогда, когда есть неоднородности среды распространения в виде того или иного объекта (самолет, грозовое облако, элементы земной поверхности и т.п.). Отражающие (рассеивающие) свойства объекта определяются его геометрическими и электрическими характеристиками (формой, размерами„диэлектрической и магнитной проницаемостями материала объекта).
Неоднородность (изменение) этих характеристик как поверхности объекта, так и его внутренней структуры вызывает рассеяние падающей на объект электромагнитной волны. Свойства рассеянного, в том числе отраженного в сторону облучения, поля определяются многочисленными факторами: свойствами объекта, параметрами облучающей волны, условиями облучения и приема отраженной волны. Поэтому определение функции отражения объекта представляется сложной и зачастую неоднозначной задачей.
В то же время существуют общие закономерности формирования отраженного от объекта поля и, следовательно, функции отражения: !. Рассеянное поле возникает вследствие отличия свойств среды распространения электромагнитной волны от свойств объекта. Даже 66 Модель РСА при полном поглощении объектом падающей волны («абсолютно черное тело») тем не менее образуется рассеянное объектом поле вследствие изменения среды распространения на границе объекта. Отдельные элементы объекта также имеют различные отражающие свойства, если их форма и свойства материала отличаются от соседних элементов объекта. Неоднородность свойств внутри объекта также может влиять на функцию отражения вследствие частичного проникновения электромагнитной волны облучения вглубь материала.
При этом диэлектрическая и магнитная проницаемость материала объекта определяет длину волны и ее поглощение в материале. 2. Рассеивающие свойства объекта определяются в основном соотношением длины волны облучения и размеров неоднородностей. Так, если размер неоднородности меньше длины волны, рассеиваемое им поле невелико и определяется в основном объемом неоднородности, как, например, при отражении волны от облаков, дождя и других неоднородностей атмосферы.
Прч размере неоднородности порядка длины волны наблюдается резонансное взаимодействие и большое рассеивание волны. Например, головки заклепок на крыле и щель люка самолета вызывают большое отраженное поле в сантиметровом диапазоне волны. Если размер неоднородностей намного больше длины волны, отражение имеет сложный характер взаимодействия различного типа волн.
3. Неоднородности обьектов. По свойствам, влияющим на рассеяние волны, их можно разделить на два больших класса: шероховатые неоднородности (случайные поля) и гладкие неоднородности. Шероховатые поверхности формируют диффузное (во все стороны) отражение, а гладкие — зеркальное. Случайные поля состоят из неоднородностей, дисперсия н радиус корреляции которых изменяются в широких пределах в зависимости от типа объекта. Поэтому такие поля имеют нестационарный харакгер, однако при достаточной детальности описания (наблюдения) их можно представить кусочно-стационарными полями. В этом случае отдельные наблюдаемые участки объекта с размерами, намного превышающими радиус корреляции неоднородностей, представляются стационарными полями с постоянной дисперсией и нормальным законом распределения параметров неоднородности.
Напомним, что объектами радиовндения являются отдельные элементы техники, сооружений, аэродромов, дорог, воздушные цели, элементы земной и водной поверхности. Для участков ровной земной поверхности (степь, пашня, верхушки деревьев леса, взлетно-посадочная полоса (ВПП), ледовые поля и т.п.) среднее квадратическое отклонение (СКО) и радиус корреляции неоднородностей изменяется от единиц до десятков и сотен сантиметров. При этом радиус корреляции г„шероховатостей обычно превышает в несколько раз СКО 67 Глава 4 поверхности по высоте о„: лес, г„/о„=1,5...2; луг, степь летом, г„/о„= 5...6; серый лед, г„/гг„=10...20; пустыня, г„/сг„= 3...4. 4.
Пересеченная местность наряду с неоднородностями поверхности имеет также неоднородности рельефа, СКО и радиус корреляции которого исчисляются десятками метров. Рельеф изменяет угол падения волны на шероховатую поверхность. Вследствие этого изменяется средняя мощность обратного рассеяния. Существует аналогичная зависимость мощности отраженного поля от угла падения на поверхность и других объектов (стены сооружений, ВПП, водная поверхность и т.п.). Границы стационарных участков поверхности могут быть и плавными (поле-кустарник-лес) и резкими (реки, дороги в лесу, пашня). 5. Гладкие неоднородностп образуются поверхностями с малыми шероховатостями, когда СКО неоднородностей меньше длины волны облучения.
Такие неоднородности имеют поверхности большинства объектов военной техники и сооружений, представляющих собой сочетание различных геометрических фигур с достаточно гладкой поверхностью (плоскости, сферы, цилиндры, уголки). Это, например, самолеты, танки, РЛС, автомашины, корабли. 6. Неоднородности с малыми шероховатостями формируют в основном зеркальные отражения, так что суммарное рассеяние от группы гладких неоднородностей преобладает в одном или нескольких направлениях.
В результате мощность отражения в этих направлениях значительно больше, чем при диффузном рассеянии. Наибольшая мощность обратного отражения (в сторону облучения) формируется неоднородностями в виде уголковых отражателей, а также плоскостями, ориентированными перпендикулярно направлению облучения. Неоднородности такого рода создают зеркальную область отражения, так называемую зеркальную точку, т.е. вся область отражения имеет один фазовый центр, из которого излучается отраженная всей областью волна. При этом расстояние между отдельными зеркальными точками на поверхности объекта превышает геометрические размеры неоднородностей, цорож- 2 1 2 дающих эти точки. Кроме того, положение зеркальных точек и мощность отраженной волны остаются 1.7 м 2.5 м 1.7 м стабильными при значи- тельных изменениях углов Рис.
4З. Зеркальные точки отражения облучения, наблюдения и самолета длины волны. Модель РСА Типичной целью, имеющей функцию отражения в виде одной зеркальной точки, является уголковый отражатель. На рис. 4.3 показано положение зеркальных точек для современного истребителя с переднего ракурса облучения в сантиметровом диапазоне волн. Точка 1 соответствует носу фюзеляжа, 2 — воздухозаборникам, 3 — излому кромки крыла. Расстояние между зеркальными точками значительно превышает размеры областей отражения, формирующих эти точки.
Мощность отражения от других областей фюзеляжа и крыла обычно на несколько порядков меньше мощности отражения от зеркальных точек. Зти малые отражения образуются отражающими точками на поверхностях различной кривизны, на краях и ребрах. Вносят вклад также краевые и поверхностные («ползущие») волны. Естественно, что такое радиолокационное изображение самолета мало похоже на фотографическое даже при большой разрешающей способности. Другим примером гладких неоднородностей со специально исключенными зеркальными точками может служить обшивка самолета Г-1!7А, выполненного по технологии СТЭЛС Такая обшивка состоит из отдельных плоских пластинок, расположенных так, что при облучении самолета с переднего ракурса пластинки отражают волну в боковом направлении в соответствии с законом оптики «угол падения равен углу отражения». В обратном направлении отражение минимально, что и обеспечивает снижение заметности.
В этом случае такой объект может рассматриваться как случайное поле, формирующее диффузное отражение при облучении и наблюдении с переднего ракурса. Аналогично сформированы неоднородности обшивки самолета В-2. Все кромки прямые и ориентированы под острым углом к главным направлениям облучения РЛС в передней и задней зонах. Объемные конструкции ограничены криволинейными поверхностями с непрерывно изменяющимся радиусом кривизны.
Все поверхности сделаны наклонными для любого направления облучения. Линии сопряжения поверхностей направлены под острыми углами к главным направлениям облучения. Вся поверхность обшивки гладкая, отсутствуют выступающие головки винтов, заклепок и защелки люков. Все кромки (передние и задние крыла, воздухозаборников и выходных сопел двигателей, люков и панелей обшивок. органов управления, плоских антенн и т.п.) параллельны друг другу. Дополнительно используются поглощающие материалы, максимально снижающие отражения от возможных зеркальных точек и кромок.
В такой конструкции для всех направлений облучения, кроме перпендикулярного к кромкам, достигается минимальное обратное отражение (диффузное отражение), характерное для случайных полей. 7. Реальные поверхности объектов естественного и искусственного происхождения имеют как шероховатые, так и гладкие неоднородности и создают одновременно и диффузное, и зеркальное отражения.
Соотношение между ними определяется размерами неоднородностей, длиной волны и направлением облучения. Особое влияние оказывают поляризационные характеристики волны облучения и приемной антенны. Наибольшее рассеяние происходит в том случае, когда вектор элек- 69 Глава 4 трической напряженности поля совпадает с преобладающим размером неоднородности. Так, отражение от проводов линий электропередач максимально при горизонтальной поляризации волны и минимально при вертикальной. 8. Наряду с пространственными характеристиками отражения объектов существуют временные характериенгики, обусловленные изменением параметров отражения во времени. Если объекты не изменяют своих отражающих свойств за время синтезирования, либо их изменение априорно известно, они имеют когерентную во времени функцию отражения (неподвижная либо движущаяся по известному закону техника, лес при отсутствии ветра, отдельный участок морской волны, вращающиеся лопасти вертолета и т.п.).
Когерентность функции отражения позволяет путем использования когерентной обработки траекторного сигнала синтезировать апертуру и получать высокое разрешение. При случайном движении объекта и его отдельных частей, при случайном изменении за время синтезирования его ракурса или длины волны РЛС происходит случайное изменение фазы и амплитуды отраженного поля, т.е. нарушается когерентность во времени. У реальных объекгов всегда существуют когерентная и некогерентная составляющие отраженного поля. Соотношение мощностей когерентной и некогерентной составляющих зависит от типа объекта и условий наблюдения, но обычно на интервале синтезирования мощность когерентной составляющей больше некогерентной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
