Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 22
Текст из файла (страница 22)
д.). Кроме того, при атом всегда имеется опасность пробоя как в самом передатчике, так н в антенно-фидерном тракте. Недостатком импульсного метода является неоднозначность измерения радиальной скорости цели, слепые скорости н вообще трудности практической реалязацкн системы СДЦ. Часто в качестве недостатка импульсного метода отмечают большие минимальные дальности.
Однако зто относится к одноантеиному варнаиту РЛС. Двухаитениая система с импульсами наносекундная длительности встречается в радиовысотомерах малых высот, хотя чаще импульсные радиовысотомеры применяются для измерения больших высот. 2. Непрерывный метод с Чм. Как показано в 56.1, дальность действия РЛС определяется средней мощностью передатчика.
При непрерывном излучении требуется такая же средняя мощность, как и при импульсном. Это позволяет упростить конструкцию передатчика, сократить его размеры и массу, что особенно важно для бортовой аппаратуры, Другое преимущество непрерывного метода состоит в том, что ои обеспечивает однозначное и точное измерение ско- 124 рости цели„при этом отсутствует эффект слепых скоростей. Однако при реализации методов, связанных с непрерывным излучением радиоволн, требуются, как правило, две антенны. Зто существенно усложняет конструкцию РЛС. Трудно также устранить такое специфическое для непрерывного метода явление„как проникновение шумов передатчика в приемник и снижение вследствие этого его чувствительности. Поэтому метод ЧМ применяется главным образом в радиовысотомерах малых высот. Имеются н другие недостатки, например, затруднен параллельный спектральный анализ при радиолокации многих целей, трудно также достигнуть линейности изменения частоты.
Глава 3 РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ЦЕЛИ 3.1. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАЖАЮШАЯ ПЛОШАДЬ ЦЕЛ ЕИ !. Общая характеристика радиолокационных целей. Первичная (падающая) радиоволна наводит на поверхности цели токи проводимости (в проводнике) илп токи смещения (в диэлектрике). Зти токи являются источником вторичного излучения в разных направлениях, т. е. происходит рассеяние радиоволн. Рассеивается лишь часть приходящей энергии, остальная превращается в тепло. Особый интерес для однопозиционной радиолокации представляет отражение в сторону РЛС (в обратном направлении).
Для ограниченного числа тел сравнительно простой формы (полуволновой вибратор, шар, металлический лист и т. д.) возможен электродннамический расчет галя вторичного излучения. Однако большинство реальных целей имеет более сложную форму. Их вторичное излучение целесообразно описывать статистически. С л о ж н ы е ц е л и можно разделить на сосредоточенные и распределенные. К сосредоточенным относятся цели, размеры которых заметно меньше размеров разрешаемого объема РЛС. Примерами таких целей являются летательные аппараты (ЛА) и корабли на больших расстояниях от РЛС.
Заметим, что сосредоточенные цели, в свою очередь, можно разделить на одиночные и групповые, состоящие нз ряда независимых одиночных целей (например, 12З группа самолетов в пределах одного разрешаемого объема). Одиночные сосредоточенные цели будем называть точечными. Как уже отмечалось в э 1.4 и 1.5, они практически не изменяют форму отраженного сигнала. К р а с п р е делее н ны м цел я м относятся земная и водная поверхность (поверхностные цели), облака, дождь, снег, туман (объемные цели), для которых указанное соотношение размеров и элементов разрешения не выполняется. Онн могут занимать несколько разрешаемых объемов.
Отражающие свойства цели зависят от ее размеров (обычно имеется сильная зависимость от площади проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению на РЛС), конфигурации, материала поверхности, длины волны РЛС, ее поляризации, направления облучения. Чаще всего интересуются интенсивностью вторичного излучения в дальней зоне. Для характеристики отражающих свойств цели пользуются обобщенной величиной, учитывающей совокупность указанных выше факторов: эффективной отражающей площадью цели (ЗОП), называемой также эффективной площадью рассеяния (ЗПР), и радиолокационным поперечным сечением (РПС).
2. Эффективная отражающая площадь цели — это площадь пч некоторой фиктивной плоской поверхности, расположейной нормально к направлению падающей плоской волны и являющейся идеальным н изотропным перензлучателем, которая, будучи помещена в точку цели, создает у антенны РЛС ту же плотность потока мощности, что и реальная цель. Из определения следует, что полностью переизлучаемая ЗОП мощность Рч = Пчпю (3.1.1) где τ— плотность потока мощности падающей плоской волны у цели. Так как на расстоянии 0 от цели (в дальней зоне) вся перензлучаемая мощность равномерно распределяется на поверхности сферы 4пЮ, то плотность потока мощности у РЛС П = П„а„/4пВ'.
(3.1.2) Чтобы лучше уяснить понятие ЗОП, целесообразно ее выразить через хорошо известные параметры антенн — эффективную площадь А ((1, е), коэффициент направленного действия (КНД) б' ((1, е), коэффициент полезного действия (КПД) т)л и коэффициент усиления 6 ((1, е) = 6' ((1, е)т(л (3.1.3) 126 (в дальнейшем изложении, как правило, аргументы !), е, обозначающие азимут и угол места, будут опускаться, хотя соответствующая функциональная зависимость всегда подразумевается).
Рассматривая цель как приемно-передающую антенну, будем ее характеризовать тремя указанными параметрами с индексом «ц». Мощность, выделяемая из поля падающей волны, имеющей плотность потока мощности П „равна Рц„р —— ПцА ц. Соответственно мощность вторичного излучения цели Рц „,„= ПцАцчц. Если бы цель была изотропным вторичным излучателем, то плотность потока мощности на расстоянии 0 у РЛС была бы равна Пр — — Рц ц,„/4п0». С учетом же направленных свойств цели Выражение (3.1.4) полностью совпадает с (3.1.2) при оц = Ачба „= А цыц. Это произведение имеет размерность площадй и характеризует, какую часть энергии падающей радиоволны получает цель (А ц), потери энергии во вторичном излучателе (71„), направленные свойства вторичного излучения (6„:).
Влияние поляризации падающей волны прн отражении будет рассмотрено в 2 3.6. Заметим, что ЭОП часто выражается в децибелах по отношению к оц = 1 м', т. е. пц = 10 !я (пц/1) = 10!я ац (иногда относйтельно квадрата длины волны). Из формулы (3.1.2) получаем общее выражение для ЭОП: оц = 4п0» (Пр/Пц). (3.1.5) Преобразуем формулу (3.1.5), чтобы облегчить ее практическое использование.
Плотность потока мощности П = = ЕН, где Е и Н вЂ” амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей в дальней зоне, связанные соотношением Н = Е!р« (рр = 3l р,й, = 120п — волновое сопротивление свободного пространства (вакуума), е„ р,— электрическая и магнитная постоянные. Поэтому о'ц — — 4п0' (Е»НЕц) = 4п0' (Нр/Нц). (3.! .6) Формулы (3.1.5), (3.1.6), строго говоря, соответствуют случаю 0 - со, когда отсутствуют радиальные компоненты полей. Это, как известно, нарушается в ближней зоне, где, кроме того, векторы электрического и магнитного полей не связаны коэффициентом 120п, а плотность потока 127 мощности не является монотонно уменьшающейся функцией дальности.
ЭОП является функцией направления облучения цели и при заданных расстоянии и параметрах РЛС определяется функцией Ер (11, е) илн Пр (р, е), т. е. характеризуется диаграммой вторичного излучения цели по мощности. Обычно ЗОП; представляемую в виде зависимости и„= оп (р, е), называют диаграммой обратного рассеяния (ДОР).
Для экспериментального определения ДОР РЛС перемещают вокруг цели и при этом измеряют напряженность поля Ев„ (рис. 3.1, а). Затем испытываемую цель заменяют эталон- ,/' 1 Цепь ау / / / ! 1 Ъ Ц Рис. ЗЛ. Условия висперимеитвльиого определения ДОР в ДР ной (имеющей обычно форму шара) с известным значением ЗОП сгиь и определяют напряженность поля Ер,. Так как параметры П н Е„не изменяются, то из выражения (3.1.6) находим искомое значение ЭОП: оп„— — сги, (Евв„(Евв,). Для экспериментального определения ЭОП можно пользоваться вместо реальных целей их моделями, так как при этом нз уравнений Максвелла следует, что дифракционные явления на реальной цели и на ее модели совпадают прн условии соблюдения геометрического подобия и уменьшения всех размеров и длины волны в и раз (если материал поверхности цели не является хорошо проводящим, то проводимость модели уменьшается в и раз).
Предполагается также, что размеры лаборатории (или полигона) обеспечивают сохранение плоской волны. В противном случае можно применять специальную линзу. 3. Понятие об ЭОП разнесенной РЛС. В отличие от рассмотренного случая однопозиционной (моностатической) РЛС для двухпозиционной (бистатнческой) РЛС более применим термин ЭПР (эффективная площадь рассеяния). Прн этом вместо используемой нами здесь н в дальнейшем моностатической ЭОП применяется бнстатическая ЗОП, а ггв вместо ДОР вводят понятне диаграммы рассеяния (ДР). Для снятия ДР можно, например, закрепить передатчик н перемещать приемник по окружностн вокруг цели (рнс.
3.1, б). Представляет интерес возможность сопоставления в некоторых случаях ДР н ДОР. Так, для простых идеально проводящих тел достаточной гладкости прн малой длине волны (строго говоря, стремящейся к нулю) н угле передатчнк †цель †прие Р ~ 180' ДР равна ДОР в направленнн биссектрисы угла Р. Отсюда следует, что ДР не меняется, если поменять местами передатчик н прпемннк.
Данная теорема явно неверна прн углах р — 180,' т. е. вблизи так называемого рассеяния вперед (плн теневого рассеяния), 3.2. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАЖАЮШАЯ ПЛОШАДЬ ТЕЛ ПРОСТОЙ ФОРМЫ 1. ЭОП линейного внбратора. Как уже отмечалось в Э 3.1, и. 2, отражающие свойства нели можно определить, рассматривая ее как антенну, являющуюся одновременно приемной н передающей. Такой подход особенно удобен для линейного внбратора. пч ен ЛДС п1 б) Рис. 3.2. Отрав.ение радиоволны от линейного нноратора На рнс. 3,2, а показано расположение векторов Ен, Н„ н П „ относнтельно линейного внбратора. Наведенная в таком внбраторе ЭДС равна е„ = Е„Гв (0)йд, где Ен (0)— диаграмма направленности (ДН) внбратора по напряженности поля; )тд — действующая высота внбратора.
Ток, возникающий в внбраторе под действием наведенной ЭДС е„, равен !и = еи(Ен = ЕнРн(0)йн/Еи, (3.2,1) где 2н — входное сопротивление внбратора. В формуле (3.2.1) ЭДС е„н ток (и можно рассматривать как приведенные к середине симметричного внбратора (точ- !2Э ка пучности тока для полуволнового внбратора).
В результате протекания тока вибратора 1„возникает вторичное излучение. Напряженность поля вибратора в дальней зоне (у РЛС) равна Ер — 60п — "" Ре(0). ИЭ Подставляя значение /„из (3.2.1), получаем п„и„ц (е) Ер — — 60п (3.2.2) Ц Теперь с помощью найденного выше соотношения (3.1.6) находим ЭОП и„= 4пй' (Е„'/Е„') = 4п (60п ° ИДIЛЕ„)'Я (О). (3.2.3) Рассмотрим два важных частных случая: элементарный и полуволновый вибраторы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
