Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Ширина спектра флюктуаций Ьр„максимальна в момент сброса и уменьшается затем до своего установившегося значения, обусловленного теми же факторами, что и для гидрометеоров. Усредненные значения /ЗР„ при сбросе на высоте 8... 1О км для Л=10 см по уровню — 20 дБ могут составлять: ° через 15..20 с после сброса — 200..250 Гц; ° через 120..! 80 с после сброса - 120..180 Гц; ° через ! 2..13 мин после сброса - 50 Гц.
Если известно среднее число отражателей в единице объема, то наряду с (8.29) могут использоваться выражения (8.66), (8.67). Выражения (8.66), (8.67) применимы и при некогерентном рассеянии от ионнзированных областей, содержащих большое число свободных электронов, возбуждаемых падающей волной. Их эффективные площади оценивают величиной 10 м', число нх на мз оценигж вают по графикам рис. 11.26 нли из табл.
1! .2. 128 8.9А. Образование ангел-эхо Ангел-эхо — тропосферные отражения от оптически ненаблюдаемых объектов [0.7, т.1, 0.73, 2.52, 7.42, 7.43], создающих целеподобные отметки на экранах РЛС. Такими объектами могут быть турбулентные вихри и термики. К ангел-эхо относят также отражения от птиц, птичьих стай, насекомых. Птицы н птичьи стан. Примеры ЭП были уже приведены в табл. 8.1. ЭП птиц средних размеров максимальна для длины волны Л=!Осм и уменьшается для Л=Зсм на 10 дБ и для Л=ЗОсм на 15дБ. Число птиц на !км' в воздушном слое от 0 до 400м над морем может составить до нескольких десятков, но в среднем колеблется от 0,04 до 6 [2.52].
При ночной миграции 90% птиц летит в слое от 200 до ! 800 м, а скорости нх полета изменяются от 50 км/ч (морская чайка) до !10 — 150 км/ч (черный стриж). В межмиграционный период скорости полета уменьшаются в 1,5 раза. Большая часть птиц в дневное время концентрируется на высотах до 200-300м. Скоплении насекомых. Приводят к появлению дискретных или распределенных целей на индикаторах РЛС. Медианные значения удельных ЭП в см-дм диапазонах составляют о коло (-60...-70) дБ/м' и распределены по лог-нормальному закону.
В отдельных случаях достигают -30 дБ/м'. Турбулентные вихри в тропосфере. Согласно теории Колмогорова-Обухова эти вихри характеризуются турбулентностью трех масштабов (интервалов): ° анизотропные вихри с размерами 1>1,„вызываются действием ветра и градиентов температуры; ° крупньге изотропные вихри 1,„> 1 > !,„дробятся на более мелкие без потерь энергии; ° мелкие вихри 1 с1 ы разрушаются в вязкой среде, нх кинетическая энергии переходит тепловую. Порядок величин 1,„— десятки ...
сотни метров, а !,„— единицы сантиметров. Рассеяние радиоволн происходит на турбулентностях с размерами около Л/2. Поэтому в см и дм диапазонах волн преимущественно рассеивают турбулентности масштаба !„т >1 >1,„ с удельной ЭП [2.27, 7.42]. Удельная ЭП 0=0.38С Л '/ . (8.69) пропорциональна структурной постоянной турбулентности Сз, аппроксимнруемой экспоненциальной зависимостью от высоты и при /чв = ! м [7.42]: Сз =3.9 !О '~ехР(-й/2йв), [м "]. Максимальное значение С„'=3.9 !О ' [м' '] структурной постоянной достигается в приземном слое. Оно может превышать 1О и м ~ . На длинах волн менее 3 см структурная постоянная экспоненциально уменьшается из-за повышения роли вязкости.
Пространственные размеры турбулентных неоднородностей составляют от десятков до 200-300 м. Время жизни, определяемое временной корреляционной функцией их интенсивности, до 200...500 с [7.42]. ЭП турбулентнь1х образований до 1О ' м', что обеспечивает дальность их обнаружения высокопотенциальными РЛС до 1О...20 км. Термики. Это замкнутые объемы воздуха с повышенными влажностью и температурой относительно окружающей атмосферы, сохраняющие эти характеристики определенное время [2.52).
Среднее время жизни термика составляет единицы...десятки минут. В нижнем слое атмосферы термик поднимается с малой скоростью (около 0.8 м/с). Далее его вертикальная скорость падает и он колеблется по высоте с периодом 1О ...20 мин, перемещаясь в горизонтальной плоскости со скоростью ветра (до 30 м/с). Пространственные размеры термиков 30 — 80 м, но могут достигать 200 — 500 м.
Распределение термиков по высоте примерно равномерное с верхней границей 2 ...2.5 км. В гпзиводном слое термики наблюдаются при скоростях ветра до 12 м/с. Вероятность наблюдения термиков возрастает с повышением влажности в приповерхностном слое воздуха (более 85%) и отрицательных разностях температур воздуха и поверхности -2 ... -40 'С. Они наблюдаются над морем ночью, а в районах с континентальным климатом утром в теплое время года.
В качестве моделей термиков рассматривают «пузыри», «струн, «султанчики». Поднимающиеся струи моделируют как диэлектрические сферы. Отражения от ннх )» = 5...10 см практически не зависят от длины волны. ЭП наиболее интенсивных термиков в умеренных широтах, судя по увеличению дальности наблюдения в отсутствие сверхрефракции, составляют 1О ... 10 ' м', возрастая иногда до 1О м . Концентрация термиков с ЭП, превышающей -35 дБ/м', по разным данным 0.05...0.5 шт./км'. Высокопотенциальные дециметровые РЛС кругового обзора на дальностях 50-80 км (до 120 км) наблюдали сотни и тысячи термиков, парализующих алгоритмы наблюдения малоразмерных маловысотных целей.
На рис. 8.45 [7.42) показан наблюдаемый на индикаторе дециметровой РЛС наступающий холодный фронт воздуха за 2 часа до развития облаков. К северу от холодного фронта интенсивность отражений от термиков су- Рнс. 8.45 щественно увеличена. Поляризационные свойства ангел-эхо при Х = 3... 10 см интенсивно изучаются [7.60). Коэффициент корреляции ргв = 0,5...0,85 ангел-эхо ниже, чем для гидрометеоров (табл. 8.5).
Отношение гг / =в для насекомых и птиц (пропорции тел около 1/3 и 1/1О) более 5...6 дБ. Для атмосферных ангел-эхо это отношение близко нулю. 8.9.8. Статистические характеристики объемно распределенных отражений Включают распределения квадратурных составляющих и ЭП; энергетических спектров, их средней частоты и ширины; влияющих на них природных факторов. Распределения квадратурных составляющих и ЭП. Квадратурные составляющие имеют обычно гауссовское, а ЭП вЂ” экспоненциальные распределения (см.
разд. 13.22). Отклонения от гауссовости могут быть вызваны быстрой сменой отражателей в пределах разрешаемого объема при вращении антенны. Для распределения ЭП термиков над морем используется логарифмически — нормальный закон [2.52]. Энергетические спектры. Для большинства метео- образований смещены по частоте на величину Р;, и описываются аппроксимациями вида +(/'-Рг,р)" /гзг™), (8.70) где п > 2, а /гг — ширина энергетического спектра. Частотное смешение г,„к Обусловлено усредненной радиальной скоростью перемещения отражателей в разрешаемом объеме под действием ветра.
Это сказывается на осадках (скорость падения при диаметре капель 1...7 мм около 4...9.5 м/с). Скорости собственного движения птиц слагаются со скоростями ветра векторно. Ширина энергетического спектра. Расширение спектра обусловлено совокупностью факторов. Природные факторы сведены в табл. 8.6 и обсуждаются ниже. Таблица 8.6. Природные факторы расширения спектра Турбулентность атмосферы. Влияет на все виды отражений. Скоростные поправки минимальны для слабых дождей и ангел-эхо (Лч <1...2 м/с) и максимальны дпя грозовых фронтов (/зч = 3...5,5 м/с).
Градиенты скорости ветра. Различия направления и силы ветра приводят к расширению или раздвоению спектра. На рис. 8.46 показаны экспериментальные распределения скоростей и направлений ветра в сечениях облака осадков горизонтальными плоскостями на высотах Н = 3 км (рис. 8.46,а) и Н = 8,5 км (рис. 8.46,6) [7.63]. Градациями яркости показана отражаемость облака. гнггггмтс г., 'го» мгп гя Мггггмгсг.~ гг» м О ""' г г м -м -м» ! г» Е -г»;»» 1» г 6) а) Рнс.
8А6 Собственное движение. Радиальная скорость парящей птицы может изменяться за 5 с в 1,5...2 раза [2.52). Взмахи крыльев обогащают и расширяют спектр. Стаям птиц присуща многомодовость и большее расширение спектра. Сигналы измеюпотся от максимума до мини- мума за сотые секунды. 5 — 425! 129 8.10. Поверхностно-распределенные вторичные излучатели -ю 0 го 40 Ьо 130 Существенны как: ° объекты наблюдения [2.27] при дистанционном зондировании поверхности Земли. ° источники помех [0.73] прн локации целей; Основными характеристиками рассматриваемых вторичных излучателей (рассеивателей) являются: ° удельная ЭП 9 на единицу площади [дБ/м']; ° корреляционные функции н спектральные плотности отражений. Ниже приводится обобщение материалов по характеристикам рассеяния [0.7 (т.!), 0.73, 2.27, 2.52, 7.43, 7.52, 7.61] в интересах качественного анализа работы РЛС различных типов и построения компьютерных моделей рассеяния земной поверхностью [7.28, 2.132, 7.61], подобных моделям разд.
8.9 и [2.13 ! ]. Раздельно рассматриваются особенности рассеяния под большими и малыми углами скольжения с учетом специфики бортовых и наземных РЛС, а также суши, моря и их снежно-ледовых покровов. На этой основе обсуждаются принципы моделирования рассеяния. 8.10.1. Особенности рассеяния земной поверхностью под большими углами скольжения Рассеяние определяется пространственно-временной структурой поверхности, ее частотно-поляризационными характеристиками и параметрами РЛС. Многообразие видов рельефа и электрофизических свойств поверхности приводит к различным моделям рассеяния [2.27]. Расчетные соотношения для различив(х моделей рассеяния сведены в табл.
8.7. Гладкий (модель 1) и шероховатый (модель П) рельефы. Модель 1 рассмотрена в разд. 8.6.4. Для модели П (разд. 8.6.5) добавляются оценки поляризационных эффектов при рассеянии сантиметровых волн от асфальта и бетона, более длинных волн — от пашни. На рис. 8.47 показана оценочная (см. табл.8.7) зависимость с.дб/м удельной ЭП Я=20 -го н 0, ' .,', пв ') вае мого от вертикали к поверхности. С ростом 0 велий= чина Р, снижается Переход от передаРис. 8.47 чи и приема верти- кальной поляризации (ВВ) на горизонтальную (П") и уменьшение диэлектрической проницаемости также снижают Р,.
Кривые рис. 8.47 строились по методу малых возмущений, с использованием [2.27]. Распределение высот неровностей полагалось гауссовским с дисперсией, удовлетворяющей критерию Рэлея (разд. 8.6.5). Гауссовской считалась и их пространственная корреляционная функция. Дпя поверхностей, близких к гладким, деполяризация не существенна. Рельеф с крупными гпадкнмн неровностями (модель 111). Высоты неровностей намного превышают длину волны, что характерно дяя морской зыби, Мощность отражений определяется отношением а =а,',/(1„/2) дисперсии высот неровностей п„к квад- рагу попуинтервала (/„/2) нх пространственной корреляции [2.27]. Таблица 8.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
