Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 67

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 67)

Препятствием для радиоволн служит любая неоднородность электрических параметров среды (абсолютной диэлектрической проницаемости в„ абсолютной магнитной проницаемости р„проводимости о). В радиолокации интерес представляют как объекты с большой проводимостью (о -+ ю), так и объекты с малой проводимостью (диэлектрики): гидрометеоры, неоднородности тропосферы и др. Под действием электрического поля волны на облучаемой поверхности, например проводящей, возникают колебания электрических зарядов.

Наведенные при этом токи проводимости являются источником излучения вторичных электромагнитных волн. В диэлектрике таким же источником являются токи смещения. Характер вторичного излучения зависит от многих факторов, основными из которых являются электрические свойства, геометрическая форма, движение и взаимное перемещение элементов отражающего объекта, соотношение размера объекта и длины облучаюшей его волны, соотношение размеров объекта н разрешаемою объема пространства (объект считается сосредоточенным, если он попадает в пределы одного разрешаемого объема, и объемно распределенным, если занимает несколько разрешаемых объемов), закон модуляции н поляризация облучающей электромагнитной волны (31, 43, 84, 94 — 96). 363 1 Информационные технологии в радиолокационных системах т г з з Рнс.

7.5. Экспериментальное определение диаграмм: о — обратного вторичного излучения; б — вторичного излучения Наиболее важной энергетической характеристикой вторичного излучения сосредоточенного объекта (цели) в точке приема, не зависящей от интенсивности первичной волны, является его эффективнал площадь о„. На рис. 7.5, а, б поясняются условия возбуждения и приема: а — обратного вторичного излучения в совмещенном радиолокаторе; б — вторичного излучения в разнесенном локаторе.

Пусть в окрестности цели создается плотность потока мощности первичной волны П„, Дж/с м = Вт!м~. На расстоянии г от цели в точке приема создается плотность потока мощности вторичной волны П„,. Реальный вторичный излучатель можно заменить эквивалентным, создающим равномерную плотность потока Пер на сфере радиуса г с площадью поверхности, равной 4лгз, именно такую, которая создается в направлении приемника реальной целью. Отношение мощности Р = 4кг'П, рассеиваемой эквивалентной целью без потерь, к плотности потока мощности у цели имеет размерность площади и служит искомой характеристикой р 4кг П„ о„= — = П„ П„ которую называют эффективной площадью (эффективной поверхностью) вторичного излучения цели (ЭПВИ, ЭПЦ, ЭП). Широкое распространение получило также название эффективная площадь рассеяния (ЭПР).

Таким образом, эффективная площадь рассеяния о„— это площадь поверхности такого эквивалентного вторичного отражателя, который равномерно рассеивает всю падающую на него энергию н создает в точке приема такую же плотность йотока энергии, что и реальная цель. Выражая П„р и П„через квадраты амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей, формулу для определения ЭПР цели представ- ляют в виде 7.5. Формирование отраженного радиолокационного сигназа 4яг~ (Е ! 4яг~ )Н )Е„) (Н„! (7. 1) Знаки модулей позволяют вводить в расчет комплексные амплитуды колебаний.

Зависимость ЭПР от направления на приемопередатчик в равноудаленных от цели точках называют характеристикой (диаграммой) обратного вторичного излучения о„(9). Для ее измерения приемопередатчик перемешают вокруг цели (см. рис. 7.5, а), либо цель поворачивают относительно направления на приемопередатчик. Зависимость ЭПР от направления на приемник в равноудаленных от цели точках при фиксированном направлении облучения цели называют характеристикой (диагралсиой) вторичного излучения о„(0, О~) при В1 = сопзп Для ее измерения приемник перемещают вокруг модели цели (см.

рис. 7.5, б), сохраняя положение передатчика. Эффективная площадь вторичного излучения для фиксированной длины волны является функцией о, =о„(в,'р) двух углов при однопозиционной локации и функцией о„=о„(в,!),в,,б,) четырех углов при разнесенной локации. 7.5.2. Эффективная площадь рассеяния пря различных соотношениях размеров цели и длины волны Зб5 Поля вторичного излучения, позволяющие определить ЭПР объектов, находят точными и приближенными расчетными методами, в том числе методом математического моделирования, наряду с которым широко используют физическое моделирование и натурный эксперимент. Полагают, что вторичные излучатели расположены в свободном пространстве с диэлектрической и магнитной проницаемостями соответственно в = ! и ц = 1. г!а практике ЭПР может быть рассчитана различными методами.

Точные решения обеспечиваются на основе использования уравнений Максвелла и решения соответствующих волновых уравнений при заданных граничных условиях. Решения таких частных модельных задач найдены для тел сравнительно простой формы: шара, полуплоскости, клина, плоских пластин, цилиндров, усеченных конусов, сфероидов, прямых и искривленных ребер. Для решения модельных задач также используют приближенные методы, к основным из которых относятся следующие методы: геометрической оптики, физической оптики, геометрической теории дифракции, физической теории дифракции; смешанные методы (35, 84,85, 94 — 97).

7. Информационные технологии е радиолокационных системах ош ярг 1,О а„ 1Оч 1О-г о 05 ! 15 2 1е т ш 3 О,О1 1 Р е О,1 Рис. 7.6. Зависимость ЭПР шара, нормированной к плошали его поперечного сечения кр, от величины отношения радиуса шара к длине г волны р/Х (а); зависимость ЭПР вибратора от величины отношения длины вибратора к длине волны 1„1к (б) 366 Метод геометрической оптики основывается на предположении, что энергия рассеянного поля распространяется вдоль узких трубок лучей по законам оптики, когда длина падающей волны стремится к нулю. При использовании метода физической оптики пренебрегают вкладом в рассеянное поле затененных участков объекта при условии, что длина волны много меньше его размеров.

Метод геометрической теории дифракции развивает метод геометрической оптики и основывается на предположении, что основной вклад во вторичное поле вносят токи вблизи геометрических разрывов объекта. При использовании метода физической теории дифракции считается, что основной вклад в рассеянное поле вносят освещенные участки объекта и его острые кромки. Задачи расчета полей вторичного излучения вполне естественно разбиваются на три группы, связанные с относительными размерами целей: — цели малых по сравнению с длиной волны размеров (1„1Х «1); — цели, размеры которых соизмеримы с длиной волны (1„1Х м 1); — цели, размеры которых больше длины волны (1„1Х» 1).

Зависимость ЭПР от размеров цели при фиксированной длине волны рассмотрим на примере объекта простой формы — проводящего шара радиуса р. На рис. 7.6, а представлена зависимость ЭПР шара о, нормированная к его видимой площади кр, от отношения радиуса шара к 1.5. Формирование отраженного радиолокационного сигнала длине волны 135, 841.

На графике можно выделить три характерных области. Первая область (р/Х ( 0,1) называется областью рэлеевского рассеяния (низкочастотной, дифракционной). В рэлеевской области функция и аргумент связаны зависимостью четвертой степени: (7.2) Такая зависимость характерна для любого объекта, наибольший размер которого значительно меньше длины волны. Вторая область — резонансная (кр/Х - 1). Колебательный характер зависимости значений ЭПР от отношения р/Х обусловлен интерференцией зеркально отраженной от поверхности шара волны и волн рассеиваемой «невидимой» (обратной) частью шара.

Максимум ЭПР наблюдается в случае, когда шар как бы эквивалентен полуволновому вибратору и вдоль его полуокружности укладывается полуволна тока (яр/ Х = О, 5). Третья область (р Я ~ 1) называется оптической (высокочастотной, зеркальной) областью, Ее характерная особенность состоит в том, что значение ЭПР постепенно приближается к площади поперечного сечения (видимой площади) цели. Рассмотрим особенности отражения для других объекгов радиолокации.

Для объектов первой группы (/„/Х <к 1) независимо от конфигурации и электрических свойств материала остается в силе зависимость (7.2): (7.3) о - =— ", или — "м~ — "~, где 5, =/„— квадрат линейного размера объекта (видимая геометрическая площадь объекта). Примерами объектов первой группы являются гидрометеоры, аэрозоли для РЛС дециметрового диапазона, птицы — для РЛС метрового диапазона и т. д. Из формулы (7.3) следует, что мешающее влияние метеобразований наиболее существенно в коротковолновой части сантиметрового диапазона, а также в миллиметровом диапазоне.

С другой стороны, РЛС этих диапазонов можно использовать для разведки физических условий на трассе распространения радиоволн. Как уже отмечалось выше (см, з 7.3), низкая эффективность вторичного излучения при А~ /„ ограничивает длины волн (частоты) колебаний, используемых в радиолокации. 367 7. Информационные технологии в радиалокационньех системах Для объекгов второй группы (1„ / Л м 1) рассеяние является резонансным. Так, полуволновый вибратор 1„= Л/2 (используемый для создания пассивных помех РЛС) в направлении, перпендикулярном его оси, имеет ЭПР о = 0,86Л, существенно ббльшую его «видимой» плошади.

При изменении Л или 1„условия резонанса нарушаются и частотная зависимость характеризуется резонансной кривой, которая тем острее, чем тоньше вибратор. В пространстве диполи ориентируются произвольно относительно вектора облучающей волны. В предположении равновероятностн ориентации усредненное значение ЭПР диполя определяется формулой (7.4) онер — — <~е = 0,17Л Зависимость ЭПР диполя от отношения 1„/Л (см. рис. 7.6, б) носит осциллирующий характер, присущий и другим проводящим телам (шар, эллипсоид) при 1„мЛ. К рассматриваемой группе объектов радиолокации можно отнести, например, боевые блоки баллистических ракет, крылатые ракеты, беспилотные летательные аппараты прн условии, что они облучаются радиолокаторами метрового диапазона.

Характеристики

Список файлов книги