Радиолокация, радиолокационные цели (стр. 2 из 3)

Для фиксированного взаимного положения РЛС и отражающих объектов амплитуда и фаза отраженной волны имеют вполне определенную величину. Поэтому в принципе для каждого конкретного случая может быть определен результирующий суммарный отраженный сигнал. Однако в процессе радиолокационного наблюдения относительное положение целей и РЛС обычно меняется, что приводит к случайным флюктуациям интенсивности и фазы результирующих отраженных сигналов.

2.1.Эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР).

Расчет дальности радиолокационного наблюдения требует количественной характеристики интенсивности отраженной волны. Мощность отраженного сигнала на входе приемника станции зависит от целого ряда факторов и прежде всего от отражающих свойств цели. Обычно радиолокационные цели характеризуются эффективной площадью рассеяния. Под эффективной площадью рассеяния цели в случае, когда антенна РЛС излучает и принимает электромагнитные волны одной и той же поляризации, понимается величина σ_ц, удовлетворяющая равенству σ_цП₁=4πК²П₂, где П₁ -плотность потока мощности прямой волны данной поляризации в точке расположения цели; П₂ — плотность потока мощности отраженной от цели волны данной поляризации у антенны РЛС; R — расстояние от РЛС до цели. Значение ЭПР непосредственно может быть вычислено по формуле

σ_цП₁=4πR²П₂/ П₁

Как следует из формулы приведенной выше, σ_ц имеет размерность площади. Поэтому ее условно можно рассматривать как некоторую эквивалентную цели нормальную радиолучу площадку площадью σ_ц, которая, изотропно рассеивая всю падающую на нее от РЛС мощность волны, создает в точке приема ту же плотность потока мощности П₂, что и реальная цель.

Если задана ЭПР цели, то при известных величинах П₁ и R можно вычислить плотность потока мощности отраженной волны П, а затем, определив мощность принимаемого сигнала, оценить дальность действия радиолокационной станции.

Эффективная площадь рассеяния σ_ц не зависит ни от интенсивности излучаемой волны, ни от расстояния между станцией и целью. Действительно, всякое увеличение П₁ ведет к пропорциональному увеличению П₂ и их отношение в формуле не изменяется. При изменении расстояния между РЛС и целью отношение П₂/П₁ меняется обратно пропорционально R² и величина σ_ц при этом остается неизменной.

2.2.Сложные и групповые цели

Рассмотрение простейших отражателей не вызывает затруднения. Большинство реальных радиолокационных целей представляет собой сложную комбинацию отражателей различного типа. В процессе радиолокационного наблюдения таких целей имеют дело с сигналом, который является результатом интерференции нескольких сигналов, отраженных от отдельных элементов цели.

При облучении сложного объекта (например, самолет, корабль, танк и т. д.) характер отражений от его отдельных элементов сильно зависит от их ориентации. В некоторых положениях определенные части самолета или корабля могут давать весьма интенсивные сигналы, а в других положениях интенсивность отраженных сигналов может падать до нуля. Кроме того, при изменении положения объекта относительно РЛС меняются фазовые соотношения между сигналами, отраженными от различных элементов. В результате этого возникают флюктуации результирующего сигнала.

Возможны и другие причины изменений интенсивности отраженных сигналов. Так, может наблюдаться изменение проводимости между отдельными элементами самолета, одной из причин которого являются вибрации, обусловленные работой двигателя. При изменении проводимости меняются распределения токов, наведенных на поверхности самолета, и интенсивность отраженных сигналов. У винтовых и турбовинтовых самолетов дополнительным источником изменения интенсивности отражений является вращение винт.

Рис 2.1. Зависимость ЭПР цели от ракурса.

В процессе радиолокационного наблюдения взаимное положение самолета (корабля) и РЛС непрерывно меняется. Результатом этого являются флюктуации отраженных сигналов и соответствующие им изменения ЭПР. Законы распределения вероятностей эффективной площади рассеяния цели и характер изменений этой величины во времени обычно определяются экспериментально. Для этого записывают интенсивность отраженных сигналов и после обработки записи находят статистические характеристики сигналов и ЭПР.

Как показали многие исследования, для флюктуации σ_ц самолетов с достаточной точностью справедлив экспоненциальный закон распределения

W (σ_ц) = (1/<σ_ц>) ехр ( — σ_ц/<σ_ц>).

где <σ_ц> - среднее значение ЭПР.

Диаграммы обратного излучения кораблей имеют более тонкую лепестковую структуру, чем диаграммы самолетов, что объясняется значительно большими размерами и сложной конструкций кораблей. Отражающие элементы корабля многочисленны и разнообразны, поэтому корабль также можно рассматривать как группу элементов, отражения от которых имеют случайные фазы.

Экспериментальные исследования показывают, что флюктуации ЭПР корабля приближенно описываются также экспоненциальным законом распределения.

Данные о законах распределения амплитуд сигналов или ЭПР необходимы для расчета дальности действия РЛС и обоснования методики обработки сигналов. Сведения о функции корреляции и спектра флюктуации кроме того важны при определении точности измерения координат.

При практической оценке дальности действия радиолокационной станции прежде всего обычно пользуются средним значением ЭПР <σ_ц> Эту величину можно получить усреднением значений <σ_ц> для различных направлений падения облучающей волны. В таблице приведены средние значения ЭПР различных реальных целей, полученные в итоге обобщения большого числа измерений на волнах сантиметрового диапазона. Пользуясь этими величинами, можно произвести вычисления средних значений дальности обнаружения различных целей.

Тип радиолокационной цели	σц,м2
Истребитель Средний бомбардировщик Дальний бомбардировщик Транспортный самолетКрылатая ракета Головная часть баллистической ракеты Крейсер Транспорт малого тоннажа Транспорт среднего тоннажа Транспорт большого тоннажа Траулер Малая подводная лодка в надводном состоянии Рубка подводной лодки Катер Человек	3-5 5-2010—50До 500,3—0,8 10-3— 1,0 14000 1507500 15000 750 140 1100 0,8

2.3.Объемно-распределенные цели

В радиолокационной практике часто встречаются отражения от объемно-распределенных целей, состоящих из большого числа отражающих элементов, относительно близко расположенных друг к другу и занимающих значительную область пространства. Отражающие элементы, принимающие участие в формировании суммарного сигнала, распределяются в пределах некоторого объема V (отражающий объем), определяемого разрешающей способностью РЛС по угловым координатам и дальности

Определить эффективную площадь рассеяния объемно-распределенной цели в предположении, что элементарные отражатели обладают различными значениями σ_i довольно трудно. Поэтому будем считать, что элементарные отражатели, заполняющие объем V, имеют одинаковые ЭПР, равные σ_ц.

Предположим, что элементарные отражатели распределены в пространстве равномерно с плотностью n₀, Тогда в объеме содержится N = n₀V отражателей, а их средняя ЭПР

<σ_ц>=n₀σ₀V

Рис.2.2. К определению характеристик объемных (а) и поверхностных (б) целей.

Подставляя в это выражение значение объема цилиндра с основанием Ω_AR² и высотой сτ/2, получаем формулу для вычисления средней ЭПР объемно-распределенной цели

<σ_ц>=n₀σ₀ Ω_AR²сτ/2,

с учетом того, что телесный угол антенного луча Ω_Aвыражается через эффективную площадь А или или коэффициент направленного действия антенны D, получаем

<σ_ц>=2πn₀σ₀R²сτ/D,

из которой следует характерная особенность объемно-распределенных целей: зависимость эффективной площади рассеяния от параметров РЛС Тд и D, а также от расстояния между станцией и целью.

Полученные соотношения позволяют оценить среднее значение мощности результирующего сигнала объемно-распределенной цели. Амплитуда результирующего сигнала меняется, так как отдельные отражатели все время изменяют свое положение относительно друг друга. Благодаря этому результирующий сигнал, воспринимаемый приемником РЛС в следующих один за другим периодах повторения, флюктуирует во времени по случайному закону.

Следует иметь в виду, что длительность сигнала, отраженного от объемно-распределенной цели, может значительно превышать длительность излучаемого импульса и определяется радиальной протяженностью объемной цели. По мере распространения излученного импульса отражения образуются от новых областей объемно-распределенной цели.