Учебное пособие 800545

геометрическую площадь S: например, при =10 см ЭПР листа площадью S=1 м2 л=1256 м2, что в несколько раз превышает ЭПР транспортного самолета. Вместе с тем, даже при малом отклонении направления облучения от нормали к плоскости листа его ЭПР резко снижается.

В ряде случаев возникает потребность в устройствах, формирующих интенсивные отраженные сигналы при облучении с различных направлений. К числу таких устройств относятся зеркальные уголковые отражатели.

ЭПР зеркального уголкового отражателя (ЗУО). Конструктивно ЗУО представляет собой сочетание трех взаимно перпендикулярных зеркально отражающих граней (рис. 7.1.):

Рис. 2.1. Конструкция ЗУО

Если направление облучения находится вблизи оси симметрии, проходящей через вершину и центр плоскости раскрыва (АВС) в пределах шестиугольника, вписанного во внешний контур АВС

благодаря трехкратному переотражению волны от граней ЗУО возникает интенсивное отражение навстречу облучению. С учетом площади

листа сохраняет большое значение ЭПР в пределах достаточно существенного телесного угла, тогда как ЭПР листа резко снижается при незначительных отклонениях направлении облучения от нормали.

ЭПР шара. ЭПР шара в общем случае зависит от соотношения между его диаметром и длиной облучающей волны, а также от электрофизических параметров материала, из которого выполнен шар. ЭПР шара, имеющего гладкую идеально проводящую поверхность, при радиусе rш>>равна площади его поперечного сечения и не зависит от

металлические шары с rш>>часто используют в качестве эталонных отражателей при измерении ЭПР реальных объектов путем сравнения интенсивности отраженных волн.

198

Из (8.2) получим выражение, определяющее дальность действия идеализированной радиолинии связи в свободном пространстве:

Обычно формулу (8.3) используют для грубой оценки дальности действия радиолиний.

Применительно к реальной радиолинии связи СВЧ-диапазона мощность сигнала на входе приемника более точно можно рассчитать по следующей формуле:

рассчитываемые с учетом известных коэффициентов стоячей волны (КСВ) для фидерных линий по формуле [11] =(КСВ 1) /(КСВ+1);

e L множитель ослабления радиоволн на трассе распространения; L= R коэффициент суммарного ослабления;

удельный коэффициент ослабления (1/м). Обычно коэффициент , учитывающий поглощение и рассеяние радиоволн на трассе распространения, приводится в литературе в дБ/км; в этом случае в формуле (8.4) следует принять L=0,23 R [9]. Заметим, что выражение (8.4) не учитывает влияния подстилающей поверхности на ДН антенн, деполяризацию и рефракцию радиоволн.

Дальность действия радиолинии с активным ответом.

Радиолиния с активным ответом состоит из двух радиолиний связи линии запроса и линии ответа (рис. 8.2). На рис. 8.2 обозначены: ПРДЗ и ПРМЗ передатчик и приемник запроса, ПРДО и ПРМО передатчик и приемник ответа.

Рис. 3.2. Модель радиолинии с активным ответом

201

равенстве надежностей каналов запроса и ответа. В частном случае, когда в запросчике и ответчике для передачи приема используется по одной антенне, а длины волн радиосигналов запроса и ответа близки ( зо),

ответом служит радиолиния опознавания летательных аппаратов (―свой‖ ‖чужой‖).

Дальность действия радиолинии с пассивным ответом. В данной радиолинии (например, ‗РЛС объект‘ (цель)) запросным можно считать зондирующий сигнал РЛС, а ответным радиолокационный сигнал (отраженный объектом (целью) с ЭПР ц), рис. 8.3.

Рис. 8.3. Модель радиолинии с пассивным ответом

Используем те же обозначения, что и при анализе дальности действия радиолинии связи в свободном пространстве, считая, что РЛС имеет две антенны передающую и приемную.

Плотность потока мощности зондирующего излучения РЛС вблизи объекта (8.1) П1=PиGи/4 R2; мощность, перехватываемая целью (см. § 7.2), P1=П1 ц; по определению ЭПР, вся эта мощность изотропно рассеивается целью и плотность потока мощности излучения, отраженного обратно к РЛС, вблизи ее приемной антенны

202

уравнением дальности или обобщенным уравнением радиолокации.

В случае, когда учитывается только мешающее действие шумов антенны РША и собственных шумов приемника с приведенной ко входу

Рш = РША+ Ршп. Мощность шумов антенны с известной температурой ТА в

Таким образом, дальность действия РЛС в свободном пространстве в наибольшей степени зависит от энергии импульса излучения Еи и от коэффициентов усиления передающей Gи и приемной Gп антенн, а также от ЭПР объекта ц.

§ 8.2. Влияние условий распространения радиоволн на дальность действия РТС

Существенное влияние на дальность действия РТС оказывают поглощение, рефракция, дифракция и деполяризация радиоволн на трассе распространения, подробно рассмотренные, например, в работах [7, 8, 12]. В данном разделе обратим внимание лишь на наиболее важные последствия названных явлений.

Распространение радиоволн в тропосфере (нижнем слое атмосферы) сопровождается их затуханием, главным образом, вследствие резонансного поглощения молекулами кислорода и воды, а также рассеяния гидрометеорами (дождь, туман, снег и т.п.) и различными

204

аэрозолями (частицами пыли, дыма и др.). Затухание радиоволн в соответствии с законом Бугера описывается выражением [1, 7]

учетом двукратного прохождения радиоволн выражение (8.14) записывается в виде

В результате несложных рассуждений для расчета максимальной дальности действия РЛС с учетом затухания радиоволн (8.14) можно получить трансцендентное уравнение вида [1]

Rмаксз Rмакс exp(Rмаксз ) ,

(8.16)

где Rмакс дальность действия РЛС в свободном пространстве.

Уравнение (8.16) относительно Rмаксз можно решить численным методом, либо графически, после преобразования к виду

где =Rмакс з/Rмакс.

По графику зависимости =f( R з макс) приведенному, например, в [1],

по заданным и Rмакс можно определить и, следовательно, Rмаксз= Rмакс. Рефракция радиоволн в атмосфере (криволинейная траектория их

распространения в неоднородной среде) может приводить как к

уменьшению Rмакс, так и к ее увеличению.

Так, например, при отсутствии рефракции радиоволн дальность действия многих радиолиний вследствие кривизны поверхности Земли

приемной антенн. Это характерно для радиолиний систем связи и локации

205

низкорасположенных объектов в диапазонах электромагнитных волн от метрового вплоть до оптического.

В большинстве случаев в тропосфере имеет место положительная рефракция радиоволн (траектория радиолуча отклоняется вверх от поверхности Земли), приводящая к увеличению дальности горизонта до Rr 4,12h1 h2 , и, соответственно, дальности действия РТС [1, 7].

Влияние подстилающей поверхности на дальность действия радиолиний необходимо рассматривать в каждом случае с учетом рабочего диапазона частот и комплексной диэлектрической проницаемости почвы, воды и др. [9].

§ 8.3. Влияние отражения радиоволн от земной поверхности на дальность действия РЛС

Во многих реальных ситуациях при использовании различных радиолиний высоты расположения передающих и приемных антенн (или объектов радиолокационного наблюдения) таковы, что даже в случае применения остронаправленных антенн в пункт приема приходят не только прямые радиоволны, но и рассеянные (отраженные) земной поверхностью. В результате их интерференции величина суммарной напряженности электрического поля, а, значит, и мощности сигнала на входе приемника может оказаться меньше порогового уровня (Рс< Рсмин.).

Рассмотрим общий случай радиолокационного наблюдения низколетящих целей (НЛЦ), используя рис. 8.4:

Рис. 8.4. Влияние отражения радиоволн на дальность действия РЛС

Для приближенного анализа воспользуемся лучевой моделью радиолинии, что допустимо, если высоты hA, hц > и hA, hц<<R [7]. В этом случае можно считать, что напряженность электрического поля вблизи

воображаемого источника А` (зеркального отображения антенны РЛС относительно земной поверхности). Считая лучи 1 и 2 параллельными,

206

примем, что угол места цели п и ц = п = 0), разность фаз прямой и отраженной волн, обусловленная разностью

неподвижны, направление максимума ДН приемопередающей антенны РЛС (по напряженности поля) F( ) в вертикальной плоскости не совпадает с направлением на цель; значения ДН в направлении цели и земной поверхности обозначим Fц и Fп; мощность передатчика РЛС Ри,

тогда Ец описывается следующим выражением (промежуточные выкладки опустим):

учитывающий как свойства земной поверхности, так и форму ДН антенны

интерференционный множитель.

Можно показать, что мощность радиолокационного сигнала на входе приемника РЛС c учетом Фц описывается выражением

из которого дальность действия РЛС с учетом интерференции волн определяется как

207