Литература / бакулев радиолокация распозн

Р11с. 2.10. Эксперимеапальные нормированные корреляционная фунюmя (а) и с11ектр флукrуащ111 амплитуды (б) сигнала, отраженного от летящего самолета

Большинство реальных целей из-за сложной формы являются со­

вокупностью блестящих и резонансных элементов вместе с шерохова­

тыми участками, имеющими диффузное рассеяние. Поэтому ДОР имеет

сложный изрезанный мноrолепестковый характер (рис. 2. 1l), причем

число лепестков и провалов между ними, как и ширина лепестков, зави­

сит o:r отношения наибольших размеров цели к длине волны облучаю-

щего сигнала. Пределы изменения S0 достигают 30 - 40дБ, хотя So не­

изменна при ее измерении в различных диапазонах радиоволн.

Sо,дБ

Р11с. 2.11. Диаграмма обр,tшого р~ссеяния реаr1ьноrо самолета: а- л.=3см; б- л.=IОсм

2.3.2. Особенности отражения радиоволн

от реальных объектов

При обнаружении реальных объектов и определении их координат или параметров движения необходимо учитывать флуктуации не только ЭПР. рассмотренные в п. 2.3.1, но и фазового фронта волны, а также фа-

32

зы и частоты отраженного сигнала. Кроме того, следует принимать во

внимание изменения интенсивност1:1 этих сигналов из-за деполяризации

радиоволн и зависимости отражательной способности цели от направ­

ления на точку приема сигнала.

Флуктуации фазового фронта волны, фазы и частоты отра­

женного сигнала. Рассматриваемые флуктуации вызываются измене­ ниями ракурса и угловыми перемещениями цели, а также интерферен­

цией волн, отраженных различными ее локальными отражателями. Если в процессе облучения цели изменяется ее ракурс, то меняется и положе­

ние блестящих точек, от которого зависит пространственное местона­

хождение фазового центра отражения. При этом фазовый центр пере­ мещается по поверхности цели, что вызывает искажения и флуктуации фазового фронта отраженной волны и приводит к флуктуациям направ­ ления прихода и фазы отраженного сигнала. Принимая в пер~ом при­

ближении возможность "блуждания" центра отражения по контуру це­ ли, можно найти наибольшее отклонение угла прихода волны Л0=/цlR,

тогда средняя квадратическая погрешность а0 по угловой координате

составит О, 167/JR. Спектральный состав флуктуаций угла прихода вол­

ны зависит от типа и динамики движения цели. Флуктуации фазового фронта называют угловым iuy..\ю.111.

В действительности на таких дальностях, когда максимальный уг-

ловой размер цели 011 соизмерим с шириной <f>a ДНА радиолокатора, ре-

гистрируемые на практике значения вызываемых угловым шумом по­

грешностей Ла с вероятностью Р ~ О, 13 могут превышать 011 , т.е. 11блу-

ждания11 центра отражения выходят за геометрические контуры цели.

Это явление объясняется интерференционной природой углового шума.

В Qростейшем случае, когда цель состоит из двух локальных отра­

жателей (двухточечная модель цели), нормированная мгновенная угло­

вая погрешность может быть найдена из соотношения

Л0 1-а2

0" 2(t+a2 +2а cos(<p)}'

где а - отношение амплитуд; <р - разность фаз сигналов, принятых от

локальных отражателей.

Видно, что при флуктуациях амплитуд и фаз отраженных сигналов

характер изменения этой погрешности случайный, а ее значение может

существенно превышать угловой размер цели. Значительный рост по­

грешности Л0 может наблюдаться и при отсутствии амплитудных флук­

туаций и равновероятном распределении <р.

Перемещение центра отражения вдоль линии визирования цели со­

провождается флуктуациями времени запаздывания сигнала (Лlu)nnx = '11• /с,

1

33

имности К0тр12=К0тр21, rp 12 = rp21 и поляризационная матрица описывается

только пятью параметрами вместо восьми:

f/)22- f/)11; f/)12- f/JII.

Зависимость отражательной способности цели от направления на точку приема. Когда радиолокаторы расположены на разнесенных в пространстве позициях (рис. 2.13), ЭПР цели характеризует отражатель­

ную способность объекта в направлении на приемные позиции РЛС.

Рассмотрим бистатиче-

м

скую систему, когда угол меж­

ду направлениями на цель с пе­

редающей и приемной позиций

равен у. Установлено, что для

элементарных точечных целей

при lц >л значение ЭПР в такой

системе S02 равно обычной

ЭПР S01 в направлении биссек- fJис. 2.13. Геометрия бистатической РЛС

трисы угла у :

s02 =sщ(л/2).

В общем случае облучения тел простой формы плоскими электро­

магнитными волнами при О:::; у:::; 50° наблюдается медленный рост ЭПР.

При у, лежащих в пределах 50 - 110°, ЭПР быстро возрастает до значе­

ний, на порядок больших .S02 • Когда у достигает 180°, может иметь ме­

сто резкое увеличение ЭПР:

поля с бистатиtrеской плоскостью (плоскость биссектрисы угла у) и рав-

35

По результатам экспериментов в БиРЛС может наблюдаться

уменьшение ЭПР S02 для судов на [О - 15 дБ, для самолетов на 6 - 8 дБ.

Одновременно отмечается уменьшение изрезанности ДОР, эффекта

мерцания и вклада углового шума цели.

2.3.3. Методы определения ЭПР реальных целей

Для определения S0 используют три основных метода:

1)обработки гистограммы результатов записи отраженных сигналов при движении объекта по определенному маршруту;

2)сравнения или калибровки радиолокатора по эталонной uели;

3)моделирования.

Недостаток первых двух методов - необходимость наблюдения объекта в течение всего эксперимента, что связано с затратами на пере­ мещение целей на специальных полигонах или на создание безэховых

камер, где нужно размещать цель или ее модель в натуральную величи­

ну. Поэтому чаще используют метод моделирования. Сущность этих

методов сводится к следующему.

Метод обработки гистограмм. Значение S0 находят по зависимо­

сти результатов наблюдения мощности отраженного движущимся объ­ ектом сигнала от дальности P1=f (R). Поскольку ракурс цели и ее даль­

циент, учитывающий параметры радиолокатора. Время усреднения

должно быть, с одной стороны, мало, чтобы R не успевало сильно изме­ няться и его можно было считать постоянной величиной на интервале

усреднения, а с другой стороны, настолько большим, чтобы можно бы­

ло набрать требуемую статистику флуктуаций отраженного сигнала.

Обычно это время составляет несколько секунд. Зависимость Р2 строят в виде гистограммы, по которой и находят величины Р2 , R и S0 • При методе гистограмм считается, что коэффициент Ко= co11st, а это требует

поддержания технических параметров радиолокатора неизменными в

течение всего эксперимента, что трудно обеспечить на практике.

Метод калибровки радиолокатора по эталонной цели. При этом методе одновременно наблюдают две цели: испытуемую с неизвестной

ЭПР SQr, и эталонную с известной ЭПР SоэтИзмеряя

по полученным данным вычисляют

36

При этом зависящий от параметров радиолокатора коэффициент Ku из расчетов исключается.

Метод моделирования. Этот метод заключается в использовании на полигонах или в безэховых камерах моделей целей, размеры которых уменьшены в п раз. Облучая модели и измеряя отраженную мощность

Р2, находят S0111 • Длина волны при таком эксперименте для удовлетво­

рения принципа подобия также берется в п раз меньшей (обычно в диа­ пазоне миллиметровых или оптических волн): /ц / / 111 = л0ц n..0111 • Резуль-

таты эксперимента при расчете ЭПР реальной цели увеличиваются в п2

раз, т.е.1.S0ц=S0мп2 j.

Данные· о средни~ ЭПР реальных целей приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

2.3.4. ЭПР протяженных целей

,

Обычно в качестве поверхностно протяженного объекта выступает поверхность Земли при облучении ее с помощью поднятой над ней ан­

тенны, например, с какого-либо ЛА. При импульсном зондирующем сиг­ нале на поверхности высвечивается пятно характерной формы (рис. контуры которого образованы границей лепестка ДНА (по уровню 0,5)

иэлемента разрешения по дальности, определяемого длительностью

импульса ти, Внутри этого контура (отражающей площадки) имеется со­ вокупность объектов (неровности почвы, деревья, различные сооруже­ ния и т.п.). Отраженные от этих объектов сигналы одновременно дости­ гают приемной антенны и формируют мощность результирующего сиг­ нала на входе приемника. Таким образом, можно воспользоваться одной

из рассмотренных моделей отражения от сложной цели, имеющей плот­

ность распределения вероятностей ЭПР вида (2.1) и (2.2).

37

~С:11•··:.. .

• ...,\А.с. --t.._ ~

• ., .. 111

Р11с. 2.14. Форм~1рован11е отражающей площадки при облучении земной

поверхности

При высокой разрешающей способности радиолокатора ('tи<О,5 мкс)

и углах визирования поверхности (3 < 5° математическое описание

флуктуаций амплитуды сигнала отличается от приведенных и хорошо

аппроксимируется логарифмически нормальным распределением (осо­

бенно при отражении от водной поверхности):

iv(u)= 1 exp{lg(U/Um)},

auJii 2а

где cr2 - дисперсия lg( U!Ит); Иm - медианное значение распределения,

или законом распределения Вейбулла

i,v(U) = (17Фa-1)(Ua-1)'1;i/ехр{-(uа-1)17Ф},

где lJФ - параметр формы, связанный с а и так называемым параметром

масштаба а соотношением а.=а''Ф; IJФ>O; а.<0.

Параметром статистических характеристик сигналов, отраженных

п

от земной поверхности, считается S0 = LS0, . Введем удельную ЭПР

i=I

sn= s0/snл , которая совпадает с коэффициентом отражения земной по­

верхности площадью Sпл· Обычно при обзоре Земли радиолокаторами R~0,5C't'и и (f)o,sг<30°. При подсчете поперечного размера участка R<p0,5 на

рис. 2.14 и в формуле S0 (f)o,5 измеряется в радианах. Тогда средняя ЭПР

земной поверхности

lso == sп(O,Scтн)R<po,sгtgp.1

38

Р11с. 2.15. Зеркальное (а) и диффузное (6) отраже11ия и формирова11ие сигнала при неров­

ности высотой h (в)

Значение sп зависит от типа отражающей поверхности (лес, про­

мышленный объект, водная поверхность и т.п.). Характерными видами отражения являются зеркальное и диффузное. Зеркштьное ompa:жel/ue имеет место при гладкой (рис. 2.15,а), а диффузное - при шероховатой поверхности (рис. 2.15,6). Условная граница этих видов отражения оп­ ределяется требованиями к неровностям поверхности: разность фаз сиг­ налов <рр, отраженных от основания и вершины неровности (рис. 2.15,в), не должна превышать 45° для гладкой поверхности и может быть боль­

ше для шероховатой. Относительная высота неровности h/л. не должна

превышать ( l 6sinp )-1 для гладкой поверхности и может быть больше

для шероховатой.

В табл. 2.3. приведены значения удельных площадей рассеяния sп

разных местностей.

Таблица 2.3

В практике радиолокации часто приходится сталкиваться с задачей

обнаружения определенной цели (например, точечной) среди других

отражающих объектов, находящихся в одном элементе разрешения с этой цел~ю. Для характеристики условий обнаружения в такой ситуации используется понятие наблюдаемости цели q11 , под которой понимают

степень радиолокационного контраста, т.е.

lчн=Р2'ц/ Р2ф '1

где Р2ц и Р2Ф - мощности сигналов, отраженных соответственно от цели и от окружающих ее объектов (фона). При q~ 1 цель наблюдается на фоне мешающих отражений, а при qн<l не наблюдается. К типичным примерам использования понятия наблюдаемости относятся задачи об­

наружения на фоне пространственно протяженных и объемно распреде­

ленных целей.

39