Характеристики радиолокационных целей

Электромагнитная энергия, излучаемая радиолокационной станцией, распространяется в пространстве и встречает на своем пути различные материальные тела. В этих телах под воздействием электромагнитного поля возбуждаются токи, которые, в свою очередь, создают собственно электромагнитные волны, которые распространяются от тела во всех направлениях, в том числе и в направлении РЛС. От энергии отраженного сигнала существенно зависит эффективность РЛС. Приходящая на РЛС от предметов волна образует отраженный сигнал. Отраженное электромагнитное поле в большей или меньшей степени практически создает любой предмет, электрические свойства которого (электропроводность, диэлектрическая и магнитная проницаемость) отличаются от свойств среды, в которой распространяются электромагнитные волны. Характер отраженного поля, помимо электрически свойств предметов, зависит также от их формы и размеров, длины и поляризации электромагнитной волны.

Тела большие и гладкие по сравнению с длиной волны (линейные размеры значительно больше длины волны, а неровности поверхности – значительно меньше ее) создают зеркальное отражение, при котором угол отражения волны равен углу падения. Отраженная волна не возвращается к РЛС. Исключением является тот случай, когда отражающая поверхность расположена перпендикулярно напряжению распространения.

Предметы большие, но шероховатые (неровности поверхности большие длины волны) создают диффузное отражение, при котором отражение имеет место в различных направлениях. Такой характер отражения объясняется тем, что вследствие неровности поверхности различные ее элементы ориентированы различным образом. В том случае, когда линейные размеры предметов или ярко выраженных их деталей раны нечетному числу полуволн, возникает резонансное отражение, интенсивность которого превосходит величину диффузного отражения. Резонансное отражение в отличие от диффузного обладает резко выраженной направленностью.

Предметы малые по сравнению с длиной волны практически не создают отраженного поля, так как электромагнитные волны огибают их. Таким образом, с точки зрения эффективного радиолокационного наблюдения интерес представляют большие по сравнению с длиной волны предметы, обладающие диффузным или резонансным отражением. Такие тела могут создавать достаточный по величине отраженный сигнал и вследствие этого выступать как объекты радиолокационного наблюдения или радиолокационные цели. В радиолокационной практике встречаются разнообразные типы целей, которые можно разделить на точечные, поверхностно-распределенные и объемно-распределенные.

Точечными целями называются такие объекты, геометрические размеры которых значительно меньше поперечных размеров луча антенны и расстояния с τ / 2, соответствующего длительности импульса. К таким целям относятся самолеты, корабли, дома и различные строения, отдельные деревья, мачты и т. п.

Поверхностно-распределенными целями называют совокупность большого числа отдельных отражающих элементов, расположенных близко друг от друга на поверхности. Размеры совокупности отражателей могут быть значительно больше поперечных размеров луча и геометрического размера импульса. Примером такого рода целей являются земная и водная поверхности.

Объемно-распределенной целью называется совокупность большого числа отражающих элементов, близко расположенных друг к другу и занимающих некоторый сравнительно большой объем пространства. К таким целям относят облака, грозовые очаги, осадки в виде снега, дождя и тумана. К ним также относят и групповые цели – ряд точечных целей, находящихся близко друг от друга, например группу самолетов.

Отражающие свойства простых геометрических тел могут быть определены теоретически достаточно просто. Большинство объектов радиолокационного наблюдения представляют сложные геометрические тела, состоящие из большого числа элементов простой формы, и для них отражающие свойства определяются экспериментально. Сигналы, отраженные реальными целями, не являются регулярными. В процессе работы РЛС случайно изменяется взаимное расположение РЛС и отражающего объекта, а также относительно положение отдельных отражающих элементов у поверхностно- и объемно-распределенных целей. Вследствие этого величина отраженного сигнала изменяется во времени по случайному закону. Таким образом, отраженные сигналы в общем случае являются случайными функциями времени, хотя для каждого конкретного расположения РЛС и объекта отраженный сигнал будет регулярной функцией времени.

Отражающие свойства объектов наблюдения в радиолокации принято оценивать эффективной площадью рассеяния (отражения) цели. Под эффективной площадью рассеяния цели понимается плоскость σ_ц, расположенная перпендикулярно направлению распространения, рассеивающая равномерно во все стороны всю падающую на нее энергию и создающая в точке приема ту же плотность потока мощности, что и реальная цель. Площадка σ_ц с точки зрения величины отраженного сигнала эквивалентна цели. Мощность, рассеиваемая этой эквивалентной цели площадкой,

Р_расс = П₁σ_ц,

где П₁ плотность потока мощности падающей волны.

Если плотность потока мощности в точке приема обозначить через П₂, а расстояние между РЛС и целью через r, то, учитывая равномерное рассеяние энергии площадкой σ_ц, можно записать, что

Р_расс = 4πr²П₂,

и, следовательно,

4πr²П₂ = П₁πσ_ц.

Из последнего равенства получаем математическое выражение, определяющее эффективную площадь рассеяния:

σ_ц = 4πr² П₂/П₁.

Переходя от мощностей П₁ и П₂ к напряженностям Е₁ и Е₂, из формулы (1.46) получим:

σ_ц = 4πr² (Е₂/Е₁)².

Выражения и показывают, что эффективная площадь рассеяния определяется отношением плотности потоков мощности прямой и отраженной волны или квадратом отношения напряженностей. Поэтому от величины излучаемых сигналов величина σ_ц не зависит. Несмотря на то, что в указанные формулы входит расстояние от РЛС до цели, эффективная площадь рассеяния от него не зависит, так как отношение П₁/П₂ изменятся обратно пропорционально квадрату расстояния. Эффективная площадь рассеяния цели зависит только от ее отражающих свойств, т. е. является характеристикой самой цели.

Для тел простой формы (стержень, шар, цилиндр, плоская пластина и т. п.) эффективная отражающая поверхность может быть рассчитана путем определения величины прямой и отраженной волны. Для тел сложной конфигурации σ_ц определяется экспериментально пустем измерения напряженности поля отраженной волны.

В радиолокационной практике часто используются искусственные отражатели, например, для маркировки определенных точек земной поверхности широко распространен трехгранных уголковый отражатель. Радиолуч, попадая на уголковый отражатель, последовательно отражается от трех его граней и возвращается в направлении, обратном направлению приходящей волны. Поэтому интенсивность отраженного сигнала, образованного уголковым отражателем, сравнительно велика.

Объекты сложной конфигурации можно рассматривать как совокупность большого числа элементов простой формы. Отраженный от такого объекта сигнал равен сумме отдельных сигналов, отраженных от элементарных отражателей. Величина и фаза этих сигналов зависит от ориентации объекта относительно РЛС. По этой причине отражающие свойства сложной цели в сильной степени зависят от ее ориентации по отношению к направлению распространения радиоволн и определяются экспериментально. К сложным целям относятся самолеты. При эволюциях самолета в пространстве величина отраженного сигнала может значительно изменяться (до 30-35 дБ).

Рис. 8. Диаграмма отражения от самолета

В качестве примера на рис. 1.40 показана диаграмма отражения от самолета, имеющая сложный лепестковый характер. Ввиду того что эффективная площадь рассеяния сложных целей резко изменяется от направления, при ее оценке пользуются средним значением по всем направлениям эффективной площади рассеяния σ_ц. Величина σ_ц для некоторых реальных целей имеет следующие значения: истребителя 3 – 5 м²; фронтового бомбардировщика 15 – 20 м²; дальнего бомбардировщика 20 – 50 м²; стратегический бомбардировщик до 150 м²; корабль большого тоннажа 20000 м²; крейсер 10000 – 14000 м²; катер 50 – 25 м²; лодка 5 м²; автомобиль 1 – 3 м²; человек 0,8 м².

Поверхностно-распределенные цели имеют эффективную площадь рассеяния, зависящую не только от свойств поверхности, но также и от расстояния до цели и параметров РЛС. Объясняется это тем, что величина площадки, на которую одновременно падает энергия, зависит от ширины диаграммы направленности антенны РЛС, длительности импульса и угла падения радиоволны.

Отражающие свойства поверхностно – распределенной цели оценивают также нормированной величиной эффективной площадки рассеяния, равной отношению действительной величины σ_ц к площади облучаемого участка S:

σ’_ц = σ_ц / S = ρsinβ.

Объемно-распределенные цели обладают свойствами, аналогичными поверхностно-распределенными целям заключающимися в том, что облучаемый объем цели зависит от параметров РЛС и расстояния до цели. Для наземных радиолокационных станций полезными целями являются самолеты и вертолеты, которые представляют сложные точечные цели. Объемно-распределенные и поверхностно-распределенные цели (атмосферные образования, облако дипольных отражателей, населенный пункт, участки земной поверхности) создают мешающие отраженные сигналы, которые затрудняют обнаружение полезных объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом на данном занятии мы рассмотрели общие сведения, задачи радиолокации и принципы радиолокационного обнаружения целей.

Изучили область применения радиолокационных систем управления воздушным движением, порядок их использования в составе системы управления полетами.

Задание на самостоятельную подготовку:

1. Закрепить знания полученные на занятии №3 по теме №6.

2. Прочитать рекомендованную литературу, подготовиться к устному опросу на следующем занятии.

Начальник цикла – старший преподаватель отдела ВВС

подполковник

Е. Моисеенко

«___»____________20__г.

Дата добавления: 2014-01-11