2368

4. ИСКУССТВЕННЫЕ ОТРАЖАТЕЛИ

Бывают случаи, когда необходимы искусственные устройства, формирующие при облучении с различных направлений интенсивные отраженные сигналы. Такими устройствами могут быть уголковые и диэлектрические отражатели.

Уголковые отражатели (рис. 5.3) находят широкое практическое применение. Они используются в качестве радиолокационных ориентиров, а также могут служить средством радиолокационной маскировки. Важнейшим свойством уголковых отражателей является способность интенсивно отражать падающие с различных направлений волны. При разных углах падения электромагнитной волны такой отражатель ведет себя как эквивалентная плоская пластина, перпендикулярная направлению на станцию

(рис.5.4).

Рис. 5.3.Уголковые отражатели

71

Рис. 5.4. Ход лучей в уголковом отражателе

Эффективная площадь рассеяния уголкового отражателя находится через площадь этой эквивалентной плоской пластины и максимальна, когда направление падения волны совпадает с направлением оси симметрии уголкового отражателя. В этом случае ЭПР уголкового отражателя с треугольными гранями

σmax = 4π l4/(3λ2),

а для отражателя с квадратными гранями

σmax = 12π l4/(λ2),

где l — длина ребра отражателя.

Таким образом, при одинаковой длине ребер ЭПР уголкового отражателя с квадратными гранями в девять раз больше, чем треугольного отражателя. Однако в практике наибольшее распространение нашли уголковые отражатели с треугольными гранями, так как они имеют более широкую диаграмму отражения и обладают большей жесткостью граней. Последнее обстоятельство весьма существенно, так как эффективность отражателя в сильной степени зависит от сохранения строгой перпендикулярности его граней. В отношении деполяризации электромагнитных волн трехгранный уголковый отражатель аналогичен по своим свойствам плоской металлической пластине, что обусловлено трехкратным отражением падающей волны от его плоских граней.

72

Впрактике радиолокационного наблюдения встречаются случаи, когда элементы искусственных сооружений образуют уголковые отражатели. Наиболее часто встречаются образования типа двугранных отражателей. Следствием этого является увеличение дальности наблюдения железнодорожных и шоссейных насыпей, выемок, а, также некоторых промышленных сооружений.

Вкачестве искусственных отражателей могут быть также использованы биконические отражатели (рис. 5.5) и диэлектрические линзы.

Рис. 5.5. Биконический вибратор с нелинейным элементом

Диэлектрические линзы – линзы из диэлектрика,

применяемые аналогично стеклянным линзам в оптике для фокусировки электромагнитных волн. Диэлектрические линзы изготовляют из высокочастотных диэлектриков с малыми потерями и показателем преломления, немногим больше единицы. Пример диэлектрической линзы – параболические антенные отражатели.

73

Контрольные вопросы к главе V

1.Перечислите простейшие конфигурации объектов.

2.Приведите примеры полуволновых вибраторов.

3.При каком условии эффективная площадь рассеяния линейного вибратора максимальна?

5.Как соотносится эффективная площадь рассеяния металлической пластины с ее размером?

6.При каком условии металлическая пластина становится незаметной для станции?

7.От каких параметров сферического объекта зависит его отражающая способность?

8.Какие зоны Френеля присутствуют в отраженной волне, если радиус шара в четыре раза меньше длины волны?

9.При каких условиях станция не принимает отраженные от сферического объекта сигналы?

10.Для каких целей применяют уголковые отражатели?

11.От чего зависит эффективная поверхность рассеяния уголкового отражателя?

12.Какие искусственные отражатели вы знаете?

74

Глава VI. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖЕННЫХ СИГНАЛОВ

1. ПЛОТНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД СИГНАЛОВ ФЛУКТУИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

Поскольку сигналы сложных и распределенных объектов подвержены случайным флуктуациям, их, как и эффективные площади рассеяния, следует характеризовать, пользуясь методами теории вероятностей. При этом достаточно полно статистические свойства сигналов и ЭПР объектов могут быть описаны законами распределения и спектром флуктуации или функцией корреляции.

Остановимся на плотности распределения амплитуд сигналов флуктуирующих объектов.

Предположим, что сложный или распределенный объект состоит из большого числа произвольно расположенных элементов, причем в составе объекта есть элемент (блестящая или яркая точка), дающий стабильный отраженный сигнал, амплитуда которого превышает сумму амплитуд сигналов, отраженных от всех других элементов. В отличие от сигнала от блестящей точки амплитуды и фазы сигналов от других элементов объекта испытывают случайные изменения при относительных перемещениях объекта и станции. Подобная ситуация возникает при наблюдении одиночных интенсивно и стабильно отражающих объектов на фоне пространственнораспределенного объекта (гидрометеоры, дипольные помехи, земная поверхность) или когда в составе сложного объекта (корабль, самолет, сооружение) имеется интенсивно и стабильно отражающий элемент.

С учетом принятых условий для напряжения результирующего сигнала можно записать

n

u U0 cos t Ui cos t i ,

i 1

75

где U0 – амплитуда сигнала стабильной цели или блестящей точки;

Ui – амплитуда сигнала (i-го элемента; φi – фазовый сдвиг сигнала i-го элемента.

Если результирующую амплитуду суммы случайных элементарных сигналов обозначить через UΣ, а фазу – φΣ, то записанное выражение примет вид

и = U0 cos ωt + UΣ cos (ωt – φΣ).

Разложим колебание иΣ = UΣ cos (ωt – φΣ) на две ортогональные составляющие, из которых косинусоидальная совпадает по фазе с сигналом стабильного элемента (блестящей точки):

иΣ = UΣc cos ωt + UΣs sin ωt,

где

n

U c U cos Ui cos i ,

i 1

n

U s U sin Ui sin i ,

i 1

U U2c U2s , tg U s U c .

Косинусоидальная составляющая случайного сигнала совместно с совпадающим по фазе постоянным по величине сигналом блестящей точки дает результирующий вектор

Uc = U0 + UΣc,

а синусоидальная составляющая случайного сигнала изображается вектором

Us = UΣs,

ортогональным вектору Uc (рис. 6.1). Очевидно, что амплитуды ортогональных составляющих Uc и Us являются независимыми величинами: изменение одной не влияет на изменение другой.

76

Рис. 6.1. Разложение сигнала на составляющие

Вектор U, равный геометрической сумме ортогональных составляющих Uc и Us, представляет собой результирующий сигнал

и = U cos (ωt – φ) = U0 cos ω0t + UΣ cos (ωt – φΣ).

амплитуда U и фаза φ которого являются случайными величинами.

Нас прежде всего интересуют изменения амплитуды U случайного суммарного сигнала. При изменениях относительного положения станции и цели будут меняться расстояния до элементарных отражателей и, следовательно, фазовые соотношения между отраженными от них сигналами. Это приведет к случайным изменениям фаз и амплитуд отраженных сигналов. Следовательно, будут случайным образом меняться и амплитуды составляющих UΣc и UΣs.

Каждая из этих составляющих есть результат сложения большого числа элементарных сигналов, для которых справедлива центральная предельная теорема теории вероятностей. Поэтому можно считать, что случайные амплитуды UΣc и UΣs ортогональных составляющих подчиняются нормальному закону распределения

где 2c и 2s – дисперсии амплитуд ортогональных

составляющих.

С учетом физической симметрии разложения случайного результирующего напряжения на ортогональные

составляющие можно утверждать, что c2 2s 2 .

Зная законы распределения случайных амплитуд UΣc и UΣs, можно определить законы распределения амплитуд ортогональных составляющих Uc и Us, средние значения

испытывают относительно своих средних значений случайные колебания, подчиняющиеся нормальному закону распределения:

W U c 21 exp Uc2 U2 0 2 ,

W U s 21 exp 2Us22 .

При этом ортогональные составляющие Uc и Us также статистически независимы. В таких условиях, как известно, амплитуда результирующего сигнала

U Uc2 Us2

является случайной величиной, плотность вероятности которой подчиняется обобщенному распределению Релея:

где I0 — функция Бесселя первого рода нулевого порядка от мнимого аргумента.

При отсутствии стабильной составляющей сигнала U0 = 0 и I0(UU0/σ2) = I0(0) = 1. В результате этого плотность вероятности результирующей амплитуды сигналов случайных отражателей будет определяться простым законом Релея

78

Распределения (5.34) и (5.35) можно записать в более общем виде, если ввести относительные величины:

а = U0/σ, v = U/σ, dv = dU/σ.

Тогда после преобразований от распределений (6.15) и (6.16) переходим к распределениям для относительной величины:

На рис. 6.2 приводятся кривые распределений (6.18) и (6.19), построенные для различных значений относительной амплитуды стабильной составляющей. Из кривых следует, что при большой стабильной составляющей закон распределения нормализуется.

Рис. 6.2. Распределение амплитуд сигналов флуктуирующих объектов

79

При отсутствии стабильной составляющей суммарный сигнал образуется в результате сложения только сигналов случайных отражателей. Математическое ожидание относительной амплитуды этого сигнала

v vexp v22 dv 2 ,

0

а дисперсия относительной амплитуды

v v 2 4 2.

80