Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015), страница 9

При методе гистограмм считается, чтокоэффициент к0 = const, а это требует поддержания технических пара­метров радиолокатора неизменными в течение всего эксперимента, чтотрудно обеспечить на практике.Метод калибровки радиолокатора по эталонной целиПри этом методе одновременно наблюдают две цели: испытуемуюс неизвестной ЭПР ах и эталонную с известной ЭПР <гзт. ИзмеряяР 2„ = Ц ё ,Т/ К ) и P2x=kQ(ax/R 4x ),по полученным данным вычисляют^ = ^ Р г х1 Р г Ж 'К ) При этом зависящий от параметров радиолокатора коэффициент к0из расчетов исключается.Метод моделированияЭтот метод заключается в использовании на полигонах или в без­эховых камерах моделей целей, размеры которых уменьшены в т раз.Облучая модели и измеряя отраженную мощность Р2, находят а м.

Дли­на волны при таком эксперименте для удовлетворения принципа подо­47бия также берется в т раз меньшей (обычно в диапазоне миллиметро/А.вых или оптических волн): — = — . Результаты эксперимента при рас'м Кчете ЭПР реальной цели увеличиваются в т2 раз, т.е. а ц = с мт2 .Данные о средних ЭПР реальных целей приведены в табл.

2.2.1,5...34...1251...315...75а , м2ЦельКатерРубка подводной лодкиЭсминецКрейсера , м250...30010...2000>1500> 1040,1...1Автомобиль5...20Танк7...30Человек0,5...1ооЦельИстребительБомбардировщикВертолетТранспортный самолетСамолет по технологии«Стеле»Крылатая ракетаГоловная частьбаллистической ракетыооТаблица 2.21...10 23ЭПР протяженных целейОбычно в качестве поверхностно протяженного объекта выступаетповерхность Земли при ее облучении с помощью поднятой над ней ан­тенны, например с какого-нибудь летательного аппарата.При излучении непрерывного сигнала мощность отраженного сиг­нала на входе приемника формируется отражениями от участка поверх­ности, ограниченного пределами ДНА (по уровню 0,5) и содержащегобольшое число отражателей (неровности почвы, деревья, различные со­оружения и т. п.).При импульсном зондирующем сигнале на поверхности высвечи­вается отражающая площадка характерной формы (рис.

2.14), контурыкоторой образованы границей лепестка ДНА (по уровню 0,5) и элементаразрешения по дальности, определяемого длительностью импульса ги.Внутри этого контура (отражающей площадки) также имеется совокуп­ность объектов. Отраженные от этих объектов сигналы одновременнодостигают приемной антенны и формируют мощность результирующе­го сигнала на входе приемника. Таким образом, можно воспользоватьсяодной из рассмотренных моделей отражения от сложной цели, имею­щей плотность распределения вероятностей ЭПР вида (2.1) и (2.2).При высокой разрешающей способности радиолокатора ( ги<< 0,5 мкс) и углах визирования поверхности /3< 5° математическое опи­48сание флуктуаций амплитуды сигнала отличается от приведенных и хо­рошо аппроксимируется логарифмически нормальным распределением(особенно при отражении от водной поверхности):12]P(U) = 77 - expU(7MU / U m)где о2 - дисперсия lg(U/Um)\ Um - медианное значение распределения,или законом распределения Вейбуллаw(U) = {ri^<j pilfer Х)П* exp { - ( u < j 1)7ф},Рис.

2.14. Формирование отражающей площадкипри облучении земной поверхностигде щ - параметр формы, связанный с сг и параметром масштаба а со­отношением а =; щ > 0; а < 0.49Парамсетром статистических характеристик сигналов, отраженныхпот земной гловерхности, считается сг0 = ^ с г 0/.

Введем удельную ЭПР/=15п = ^уд п = dr/Snл , которая совпадает с коэффициентом отражения земнойповерхности! площадью S^. Обычно при обзоре Земли радиолокаторамиSR « 0,5с ги и! (ро,5г < 30°. Определим площадь участка отражения падаю­щего на поверхность сигнала РЛС (рис. 2.14). Продольный размер участкаотражения равен /прод = сги/ ( 2 co s/?); а поперечный /попер. = Л ^ >5, гдеуголравнаизмеряется в радианах.

Таким образом, общая площадь участкаSy4 = R<Po,5/(crJ(2cos/3)).Поэтом у участок облучается потоком энергии через часть сферыразмером (смг рис. 2.14)5сф = Sy4 sin р = R<p05tg/?и падаю>щая мощность равна Рпад = П , ^ . Сигнал, отраженный об­лучаемым участком, характеризуется удельной ЭПР а уд п и поэтому от­раженная мощность равна Ротр = Рпад<туДшП. Плотность потока энеэгии уприемной антенны РЛС П 2 = Ротр/(4 лК 2) , следовательно,а = П 2 / 1П1 = П^уд н^уи/П, = о’уд.п^'уч •Тогда средняя ЭПР земной поверхности& = a yllM{Q,5CT»)R<Po,s,4P,где а- удельная ЭПР поверхности, т.

е. эффективная повер>ностьотражения 1 1И2 отражающей местности.Значений su зависит от типа отражающей поверхности (лес, про­мышленный объект, водная поверхность и т. п.). Характерными видамиотражения являются зеркальное и диффузное. Зеркальное отражениеимеет место при гладкой (рис.2.15, а), а диффузное - при шероховатойповерхности (рис. 2.15, б). Условная граница этих видов отражения оп­ределяется требованиями к степени неровности поверхности: разностьфаз сигналов (fo, отраженных от основания и вершины неровности (рис.2.15, в), не должна превышать 45° для гладкой поверхности и \ожетбыть больше для шероховатой. Относительная высота неровности h/Лне должна превышать (16sin/?)больше для шероховатой.50-1для гладкой поверхности и может бытьРис.

2.15. Зеркальное (а) и диффузное (б) отражения и формирование сигналапри неровности высотой h (в)Таблица 2.3Л= 3Л = 70ооss, дБ (м2/м2)БетонированнаяТравянистаяМореСтепьплощадьповерхность- 2 6 ...Ю-35...1 0-5 5 ...5 0^ 0 ...2 2-4 0 ... 18-23...1 4-35...12-50...30-60...55-60...5 0-6 0 ...5 0Кi)и©00Длина волны,смЛес-16...12-15...12-35...25В табл. 2.3 приведены ориентировочные значения удельных пло­щадей рассеяния sn разных местностей.В практике радиолокации часто приходится сталкиваться с задачейобнаружения определенной цели (например, точечной) среди другихотражающих объектов, находящихся в одном элементе разрешения сэтой целью. Для характеристики условий обнаружения в такой ситуациииспользуется понятие наблюдаемости цели qH, под которой понимаютстепень радиолокационного контраста,Ян ~ ^>2ц/-^>2ф5где Р2хх и Р2ф - мощность сигналов, отраженных соответственно от целии от окружающих ее объектов (фона).При qH> 1 цель наблюдается на фоне мешающих отражений, а приqH< 1 не наблюдается.

К типичным примерам использования понятиянаблюдаемости относятся задачи обнаружения на фоне пространствен­но протяженных и объемно распределенных целей.Наблюдаемость цели на фоне отражений от поверхностно протя­женного объекта. Например, наблюдаемость qHразличных участков ме­стности определяется степенью их контраста:где /, к - номер, зависящий от типа местности; Р2 - мощность отражен­ного сигнала на входе приемника.51Наблюдаемость точечной цели на фоне местности зависит от ЭПРцели, вида местности и разрешающей способности радиолокатора:Р2ф°ф■= Л Ги^0,5г^)-(С!ИiM .Srtg /5К объемно распределенным или протяженным относятся такиеобъекты как облака различного вида отражателей: дождевые капли,снежинки, ионизированные частицы, дипольные помехи и т.п.Средняя ЭПР таких объектов (рис.

2.16) а = <j vV , где av - удельнаяЭПР с размерностью м2/м3; V- отражающий объем.Для элемента разрешения в виде эллиптического цилиндраV=ст„ 7rR224^ 0 ,5 г'^ 0 ,5 в*Рис. 2.16. Граница облака отражающих частици отражающий объемпУдельная ЭПР единицы объема a v =, где п - число отража/=1телей в единице объема.Для дождевого облака ЭПР капли в виде диэлектрический сферы срадиусом г/и s'= 80 (см.

табл. 2 . 1 )_(7: =64л-5(д;) ( £ ’- 1---- -----s '+2Я464 лсг =-*64 тг5гвл~5где Z = 2 •10 aQb ; Q - интенсивность осадков, мм/ч; постоянные а и b и\к\2 (корректирующий коэффициент) зависят от диапазона волн.52В случае дождя корректирующий коэффициент равен 0,93, а = 16,б = 1,6. Для снега корректирующий коэффициент равен 0,2, а = 15,6 = 2.Тогда для дождя_2 е ’М И ю - 10я4Примерные значения удельной ЭПР дождя для разных диапазоноврадиоволн приведены в табл.

2.4.Таблица 2.4Интенсивность осадковQ, мм/ч5102550100сгу (м2/м3) 10 7Я = 3,2см7,12293280860Я = 5,5см0,571,77,42368Для дипольных помех (табл. 2.5)пav= ^ a i « лег = 0, \1пЛ2 ,/=1и тогда его = 0,02125яг/7гиЛ2^05г^05в .Наблюдаемость точечной цели на фоне дождевого облакаЯи=\к\ VУ(^и>^),5в> ^Ъ,5г»^)СГи* ^0,5в^0,5г^Повысить <7„ можно, увеличив разрешающую способность радио­локатора, т. е.

уменьшив ги, ^ь>5г, ^ь>5в, а также увеличив Л. Однако привыборе большей Л не следует забывать, что от Я зависят ^ь>5г,( <р05 = Я/da , где da - размер апертуры антенны).Таблица 2.5Диапазончастот30...300 мГц300... 1000 МГц1...2 ГГц2...4 ГГц4...9 ГГц8...12 ГГцот земли <тп, дБ-36,5-33,5-29-25-22-20Отражениеот дождя сгу, дБм 1 от диполей <tv, дБм 1-130-73-76-118-81,5-97-83-85-73-88-63-9053Кроме того, для повышения qHна фоне дождя можно использоватьметод поляризационной селекции.

Сферические капли дождя представ­ляют собой цели, матрица отражения в (2.3) которых при декартовыхбазовых векторах имеет диагональную форму:поэтому отражение радиоволн от такого объекта происходит без нару­шения вида поляризации(круговая), но с изменением направления рас­пространения:илиПусть, например, передающая антенна (рис. 2.17) излучает верти­кально поляризованные волны.Циркулятор, представляющий собой металлическую линзу длинойА.ц/4, трансформирует поляризацию волн в круговую, так как нормаль­ная составляющая электрического поля Е„ проходит линзу без сдвигафазы, а тангенциальная Е г- со сдвигом фазы на 90°. Таким образом, Е„и Е г сдвинуты на 90° в пространстве и по фазе и образуют поле с круго­вой поляризацией.Сферическая цель изменяет эту круговую поляризацию на круго­вую поляризацию с противоположным вращением (если смотреть полинии капля - антенна), а при вторичном прохождении через циркуля­тор отраженная волна Е г получает новый сдвиг фазы на 90°.

В результа­те Е г сдвигается по фазе на 180°, после чего исходная линейная верти­кальная поляризация радиоволн на входе антенны превращается в ли­нейную горизонтальную.Этот процесс превращения вертикально линейно поляризованногозондирующего сигнала в горизонтально линейно поляризованный отра­женный сигнал иллюстрируется на рис. 2.17.Если антенна не рассчитана на прием волн этой поляризации, тоимеет место подавление отраженного от дождя сигнала.