Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 32
Текст из файла (страница 32)
На рис. 3.33 даны значения у (0) для нескольких поверхностей (Л = 3 см). Как видно из рисунка, эти значения отличаются на несколько десятков децибел (согласно некоторым источникам до 50 дБ). Наиболее близка к диффузной поверхности вспаханная земля. Ровная песчаная почва занимает промежуточное положение между диффузным отражением и зеркальным.
Последнее характеризуется резким увеличением коэффициен. та у (В) при О, близком к нулю. Случай О ж 90' (е ж 0') важен, например, для определения уровня помех от местных предметов в наземных РЛС, При этом можно воспользоваться эмпирической формулой (3.8.9) пуд — — 3,2 10-"/Л, 184 где п = б для гладкой земной поверхности без леса; п =- 4 для лесистой неровной поверхности; п = 3 для гористой местности. Например, при изменении Л от 0,23 до 0,032 м для лесистой неровной поверхности отд растет от 1,3 10-5 до !О-', т. е. от — 29 до — 20 дБ. В заключение остановимся на влиянии поляризации, Для квазнгладких поверхностей при 0 = 0 ... 20' ЭОП при вертикальной н горизонтальной поляризациях равны (имеется в виду одинаковая вертикальная или горизонтальная поляризация прн излучении н приеме).
При 0 ) 20' ... 30' +Гр улб Рнс. З.ЗЗ. Коэффи|гиеит об. ратного отражения т(0) -тн разных поверхностей дли 1ь=з см. -20 цифры т ытрнтовыт линна соответствуют волнению мори. выраженному в баллах ио жиа- -30 лс Бофорта; à — слабое волнение, высота волн ОД ...
5,25 м; т умеренное волнение, 'высо' -50 та волн 0,25 ... 0.75 м; 3, а— значительное волнение с высо. 50 тоа Ояа ... Ьта и 1,55 ... т м вфнтблаыллли лаоса Лллтли для вертикальной поляризации отд больше, чем для горизонтальной, причем различие достигает при малых углах скольжения 10 дБ и выше. У неровных поверхностей отд для вертикальной и горизонтальной поляризаций близкй друг к другу. Среднее значение а„нвт или и „„, для перекрестной поляризации (при вертикальной поляризации излученного сигнала и горизонтальной поляризации принимаемого или наоборот) меньше, чем при параллельных поляризациях приблизительно на 10 дБ.
Перекрестная поляризация уменьшается с ростом 0 для неровных и пересеченных поверхностей и практически отсутствует для мелкошероховатых поверхностей. х(ля растительности интенсивность отражения пропорциональна биомассе растений, особенно при наклонном падении. Сезонные изменения а составляют б ... 10 дБ. Отношение удельных ЭОП при вертикальной и перекрестной поляризациях (а д„/птд,„) меньше 3 дБ. Это свидетельствует о значительйом влиянии горизонтально ориентированных отражателей.
3. Аппроксимация реальных ДОР. При моделировании шероховатой поверхности обычно задаются определенным 185 законом распределения случайных неровностей и коэффициентом корреляции неровностей. Шероховатость поверхностей можно, например, характеризовать разностью хода лучей 1 и 2 на рис. 3.28. В качестве параметра шероховатости можно использовать среднее квадратическое значение углового сдвига одв, которое связано со средним квадратическим значением неровностей зависимостью (3.7.18), где Ь<ра заменяется на пдв, а Ьу на п„(см. (3.7.19)1. бард( б) и, -и Рнс.
3.34. Диаграммы рассеяния (ДР) и обратного рассеяния (ВОР) в зависимости от степени шероховатости земной поверхности (аа Вычисление мощности сигнала, отраженного от шеро ховатых поверхностей, для различных углов О позволяет определить ДР и ДОР. Ограничимся лишь качественной картиной. На рис. 3.34 изображеныДР и ДОР для разных значений адв. При аде —— О отражение чисто зеркальное. Для слегка шероховатой поверхности, когда адв с 1, рассеяние волн происходит главным образом в направлении зеркального отражения. Для сильно шероховатых поверхностей (сгдв ъ ъ 2п) направление зеркального отражения практически выделить невозможно. Этот случай близок к идеальной диффузной поверхности.
Наконец, при пдв ж 1 отражение имеет промежуточный характер. Рассеивающие свойства поверхности определяютсн не только размерамн неровностей, но и плотностью их расположения, характеризующейся интервалом корреляции вдоль поверхности. При одинаковом значении параметра неровностей одм поверхность с большим интервалом корреляции будет иметь большее значение отражения в зеркальном направлении. Строгое аналитическое описание ДОР известно лишь для простейших моделей. На практике проще пользоваться аппроксимациями нормированной ДОР д (8), определяемой из соотношений б „ (8) = у (8) соз 8 = у,я (8), П,(8) = П,„д(8).
(3.8.10) (3.8.11) Рнс. 3.36, К определению вааимосвван параметров поверхностно-распределенных целей Можно, например, полагать, что ДОР состоит из диффузной и- квазизеркальной составляющих, что приводит к функции я (8) = Ь" соз О + ехр ( — 0,7 (28/О )Ч, где ь — множитель, характеризующий долю диффузной составляющей; 8 „, — ширина квазизеркальной составляющей по точкам половинной мощности. Более простой аппроксимацией ДОР является функция д (8) = соз"' О, (3.8.12) Р = Ротр1Рц пап ~ ~1~ (3.8.13) где Р„„„= Пц8 соз Π— мощность, получаемая целью от падающей волны; Р.,р — полная рассеянная мощность в пределах верхней полусферы, причем Ротр = РПцЯ соз О.
(3.8.14) Мощность отраженной волны, проходящей через элемент поверхности сБ верхней полусферы о' цт (рис 3 38) 137 показатель степени т изменяется в зависимости от степени зеркальности (для диффузной поверхности тп = 1), 4. Взаимосвязь некоторых параметров поверхностно- распределенных целей. Иногда для характеристики потерь мощности прн отражении от поверхности вводят коэффициент отражения (альбедо) г)Р„„= Пр (6, (1) Ю, т. е.
отраженная мощность г„,= ~ Па(6,!)) !5. зыз Для полусферы радиуса 0 дЯ = Ог(90 збп Осф = 0- сбп 646сф. Полагая, что ДОР изотропна в горизонтальной плоскости, а в вертикальной плоскости поток мощности Пр выражается формулой (3.8.1!), получаем хч я/3 Р,=П,„0 ~ и(! ~ з!пбл(6) (6= о Л/2 = П 2п0' ~ з!п 65 (8) с(6. (3.8.15) Приравнивая правые части. уравнений (3.8.14) и (3.8.15), получаем с помощью (3.8.11) я!з П,=рП,Зсоз65(6)/2 0 ~ з)п65(8)дО.
(3.8.161 Отсюда на основании (3.!.5) язз о„(8) = 4п0' — з = 2р8соз 65(6) ~ з(п 65(6) ЫО. (3.8.17) п„ о При аппроксимации ДОР посредством (3.8.12) на основании (3.8.1) имеем отд (8) = 2 (т + 1) р соз" ь'О. (3.8.18) В случае диффузной поверхности, когда т = 1, о„д (8) = 4р созз 6 (3.8.19) (см.
зависимость (3.8.8)), а при 8 = 0 получим а „(6) = =у(0) =4р. 5. ЗОП при облучении шероховатой земной поверхности, При облучении диффузно-отражающей земной поверхности~ когда в отраженном сигнале отсутствует когерентная составляющая, в качестве отражающей площадки 3, можно принять такую, все элементарные участки которой одновременно формируют отраженный сигнал. Полагая облучение равномерным, получаем пч —— 5еота — — азу (е) з!п е. (3.8.20) !аз Пусть земная поверхность облучается веерообразным лучом (РЛС обзора земли), ограниченным плоскостями (рис. 3.36, а), угол между которыми обозначим Ор. На рис.
3.36, а заштрихована площадка, все элементарные участки которой одновременно отражают падающую волну. Зта площадка является разрешаемой площадью (см. 3 1.5, рис. 1.17, в). На достаточно большом расстоянии от РЛС ее можно рассматривать как прямоугольник, у которого сторона, перпендикулярная лучу, 6Р, = РОВ = 0,03, = РОВ„= соз е, откуда Ор„= 83/соз е. б/ Рис. З.ЗВ. Облучение земной поверхности веерообразным лучом Сторона 6Р, (в радиальном направлении) ограничена точками земной поверхности, разность наклонных дальностей до которых равна максимальному интервалу, при котором они еще одновременно отражают электромагнитную волну, т. е.
для импульсного метода согласно (!.5.1) 60 = = ст„/2. Способ определения стороны 60„понятен из рис. 3.36, б, где 60„= ИР+ 60)з — Н вЂ” Р„= 0,ЗА!+260/О„созе+( 0(Р„)з — Р„. При условии, что горизонтальная дальность Р„ъ60 для углов места в, заметно отличающихся от 90', находим 60т яи 60)сов е. Площадь Зз = 60тбРе = 083607соз е = 2НОВ60!31п 2е, (3.8.21) причем для определенности можно принять Оа = О,„. Как видно, здесь имеет место полное заполнение луча поверхностно-распределенной целью в плоскости, перпен- 139 дикулярной плоскости веерообразного луча. В случае не. прерывного сигнала или импульса большой длительности размер отражающей площадки в плоскости луча 60„= 0„, т.
е. в этой плоскости луч также заполнен целью полностью. Для коротких же импульсов, когда 60„( 0„, имеет место неполное заполнение луча поверхностно распределенной целью в плоскости луча. Для определения ЭОП воспользуемся формулой (3.8.20), Так как земная поверхность на миллиме-оовых и сантнмет- Юбетгх(хе Рпс. 3.37. Облучение земной поверхности пглообразным лучом Рпс, 3.38. К выводу ЭОП гладкой (а) и умерсвпо шероховатой (б) по- всрхпостсй ровых волнах близка к диффузно.отражающей, у которой у (в) = у„то с помощью (3.8.21) окончательно получим оп — — уоРО,лб0 (д е = оупРО,лб0/соз е О, (3.8.22) что характерно для неполного заполнения луча поверхностно-распределенной целью, так как только один нз размеров цели пропорционален дальности Р. Если луч РЛС иглообразный, т. е.
имеет коническую форму (рис. 3.37) и эллиптическое поперечное сечение, то площадь облучаемой лучом поверхности 5о = и (003 /2) (00,/2 з)п в) = пВа 030,/4 ейп е, где Оа и О, — ширина луча в плоскостях азимута и угла места. При не очень высокой разрешающей способности по дальности (большая длительность импульса), когда разрешаемая площадка ограничивается сечением луча пе только в горизонтальной плоскости углов р, но и в вертикальной плоскости углов е, ЭОП равна оп =- Яау (е) з)п е = у (е) л0' Ойбс/4 0', (3 8.23) 190 что характерно для полного заполнения луча поверхностиораспределенной целью, так как каждый из размеров такой цели пропорционален дальности Р. Напомним, что в отличие от распределенной цели ЗОП точечной цели вообще не зависит от дальности.
О. ЭОП прн облучении гладкой и умеренно шероховатой поверхностей. В случае нормального падения волны на гладкую идеально отражающую поверхность последнюю можно заменить зеркально расположенным точечным отражателем (рис. 3.38, а). Плотность потока мощности на расстоянии 2Н в случае ненаправленной антенны равна Р„,„/4п (2Н)' (где Р„„— излучаемая мощность), а с учетом коэффициента направленного действия антенны б' она возрастает до Р„„б'/4п (2Н)'. Если же учесть потери при отражении на границе с реальной средой, учитываемой коэффициентом отражения Френеля по мощности )сц, то Пр — — Р мцб'гтц/4п (2Н)'. (3.8.24) Заменяя теперь отражающую поверхность эквивалентной точечной целью, ЭОП которой равна и ц, получаем согласно (З.Е2) Пр — — Пциц/4пН, а так как Пц = Р,б'/4пН', то П = Р„ццб'ац/Ц(4пН~'.
(3,8.25) Сравнивая (3.8.24) и (3.8.25), имеем о„= п/с'Н'. (3.8.26) Для ориентировочной оценки удельной ЭОП следует разделить пц на площадь, «освещаемую» коническим лучом шириной О,д, т. е. п (НО,д/2)'. Так как б' ж 4п/Оц м то отд —— пКНц/п (НОо ь/2)ц ж б'Яч/п. (3.8.27) В случае умеренно шероховатой поверхности (при размерах неровностей ( Х/4), которая, однако, не может рассматриваться как зеркально отражающая, в качестве ЭОП может быть принята площадь первой зоны Френеля (рис. 3.38, б) с учетом коэффициента отражения по мощности, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
