книги из ГПНТБ / Радиотехнические системы в ракетной технике

Благодаря этому большие сферические объекты с хорошо про­ водящей поверхностью широко применяются в качестве эталонов при экспериментальном определении ЭПР реальных целей.

Если при неизменных размерах шара увеличивать длину волны

облучающей РЛС, то при значениях R <С -^г ЭПР будет опреде­

ляться формулой Рэлея, характеризующей резкую зависимость ЭПР от длины волны облучающих колебаний

с. = 4,4-10*-g - .

РЛС

100

Следует отметить, что для любой выпуклой поверхности ЭПР может быть оценена по формуле

a3 = ^RiH2)

если главные радиусы кривизны в «блестящей» точке Rb R23S>^. ЭПР цилиндра длиной и диаметром 2R Э>А, ориентиро­

ванного параллельно электрическому полю, определяется выра­ жением

Зависимость изменения ЭПР вращающегося (кувыркающегося) цилиндра от ракурса облучения 0 имеет более сложный вид:

где

х — -Д- h sin 0.

ЭПР конуса (рис. З.бв) в предположении, что плоская элек­ тромагнитная волна падает вдоль оси его симметрии и R,

равна

Для вращающегося конуса формулы для определения оэ не по­ лучено, однако с достаточной точностью конус можно рассматри­ вать как сочетание различных поверхностей. Например, зависи­ мость амплитуды сигнала от ракурса для основания конуса может быть определена по формуле для круглой пластины. По времени появления блестящих точек, соответствующих максимальной ам­ плитуде сигнала, отраженного от боковой поверхности, могут быть выяснены данные о высоте конуса и угле при его вершине.

ЭПР параболоида вращения (рис. З.бг) при тех же условиях определится формулой

2

ТС

cos к

где y— arctg-^-, а значение к определяется так же, как и в [3.6].

101

Теоретический метод расчета эффективной площади рассеяния объектов сложной формы состоит из трех этапов:

— объект сложной конфигурации разбивается на составные элементы, каждый из которых представляет собой объект про­ стейшей формы;

—вычисляются значения ЭПР простейших объектов;

—находится величина ЭПР исходного объекта.

На первом этапе апостериорно определяется важность каж­ дого из простейших элементов. Если вклад какого-либо элемента в полную величину ЭПР на 20—30 дб ниже, чем у других элемен­ тов, то его ЭПР вычисляется обычно приближенно. Геометриче­ ские детали исследуемого объекта становятся существенно важ­ ными в том случае, если их размеры превышают длину волны либо сравнимы с ней. Если лее размеры объекта малы по сравне­ нию с длиной волны, то задача ограничивается отысканием ЭПР эквивалентного сфероида.

Головные части большинства иностранных МБР имеют кони­ ческую или оживальную форму. Носик ГЧ часто имеет форму сег­

сегмента, полусферы, сфероида или усеченного конуса. Форма го­ ловных частей МИРВ в донной части может определяться нали­

На втором этапе вычисления ЭПР возникают задачи, связан­ ные с затенением и эффектом рассеяния на концах. Так, для ко­ нусов со сферическими основаниями (рис. 3.7) в случае облучения их с вершины вторичное излучение обусловлено:

— рассеянием на вершине, т. е. дифракцией на заостренном конце объекта (это единственный вклад, вносимый конусом бес­ конечной длины);

Рис. 3.7. Конус со сферическим основа­ нием и скругленной вершиной

—бегущими волнами, т. е. отражением и (или) возбуждением поверхностных волн на неоднородностях поверхности тела (конеч­ ный круговой конус дает существенный вклад вследствие влияния острого края у основания);

—ползущими волнами, т. е. излучением, обусловленным по­ верхностными волнами, которые могут распространяться вокруг

102

тыльной части тела (или области затенения) и направляться -об­ ратно к излучающему источнику (экспериментально было доказано, что вклад ползущих волн становится существенным при облу­ чении объекта под нулевым ракурсом).

жателей для заданных ракурса объекта, длины волны и поляри­ зации.

Суммирование производится обычно двумя методами:

— методом относительной фазы;

— методом случайной фазы.

Метод относительной фазы основан на учете относительных фазовых сдвигов сигналов, отраженных от каждого из N элемен­ тарных отражателей. ЭПР объекта в целом в этом случае равна

По чертежу объекта находят относительные расстояния <ф ме­

жду элементами. Величины сЦопределяют соответствующие фазы ерь которые прямо пропорциональны отношению d; : А.

Метод относительной фазы применяется в том случае, если исследователю необходимо выяснить характер колебаний (струк­ туры) диаграммы вторичного излучения объекта в зависимости от ракурса при фиксированной длине волны (или наоборот).

Метод случайной фазы, дающий «среднее значение» ЭПР, при­ меняют для приблизительной оценки величины ЭПР в зависимости от ракурса при некоторых фиксированных значениях длин волн (или в зависимости от длин волн при некоторых фиксированных ракурсах). В основе данного метода лежит предположение о том, что все фазы :р{характеризуются равномерным распределением на

—- максимально возможное значение ЭПР

амакс

— дисперсию ЭПР

N

D(a) = [ E (a )P - 2 ° ? - i—1

103

Для экспериментальных значений ЭПР, получаемых обычно на одной фиксированной частоте, производят сглаживание по ра­

h =55 A, 2R =13,5 А, ?= 6,6°)

г— среднегеометрическое значение ЭПР

Для сравнения эффективной площади рассеяния двух различ­ ных объектов используют интегральные распределения ЭПР. Так,

104

интегральные распределения ЭПР двух тонких тел (рис. 3.8), по­ строенные на основании зависимостей их ЭПР от ракурса, позво­

В настоящее время в США проводится каталогизация радио­ локационных характеристик различных космических и баллисти­ ческих объектов.

Сигнальные характеристики головных частей анализируются по вторичным признакам — амплитуде и фазе отраженных сигналов, характеризующих размер, форму ГЧ и ее пространственное распо­ ложение. Размеры объекта определяются непосредственно по

математических выражений, описывающих характер отражения от возможных целей. Этот способ предпочтителен, так как пригоден для автоматического анализа сигнальных характеристик с помощью ЭВМ. Однако в настоящее время получены лишь упрощенные фор­ мулы, справедливые при следующих допущениях:

—объект имеет полностью металлическую поверхность с пре­ небрежимо малыми потерями за счет сопротивления;

—объект находится на достаточном удалении от РЛС,

позволяющем считать фронт электромагнитной волны пло­ ским;

—размеры объекта значительно больше длины волны РЛС;

—объект имеет симметричную форму, а ракурс изменяется вращением объекта относительно оси, перпендикулярной оси сим­

метрии.

Первое допущение при использовании радиопоглощающи^ и абляционных покрытий носовых конусов может существенно огра­

105

ничить аналитический способ. В этом случае дополнительно тре­ буются некоторые эмпирические данные.

Второе и третье допущения почти всегда выполняются: фронт волны на удалении свыше 160 км является плоским для объекта длиной от 1,0 м и более (поскольку длина волны в РЛС, распо­ знающих цели, составляет доли метра, т. е. существенно меньше размеров объекта).

Практически ЭПР цели определяется:

—поляризацией передающей и приемной антенн РЛС;

—материалом, из которого изготовлен объект;

—ориентацией объекта относительно луча РЛС;

—формой объекта;

—длиной рабочей волны.

Отражение электромагнитных волн от одиночных целей с про­ стой конфигурацией, ориентированных определенным образом от­ носительно направления на РЛС, может быть оценено с помощью вышеприведенных формул. Практически же головные части МБР представляют собой сложные комбинации отражателей различного типа, вследствие чего отраженный сигнал представляет собой ре­ зультат сложения нескольких сигналов, отраженных от отдельных (простейших) элементов объекта. В свою очередь характер отра­ жений от отдельных элементов цели существенно зависит от их ориентации (рис. 3.10). Кроме этого, при движении цели вдоль траектории меняются фазовые соотношения между сигналами, отраженными от различных элементов, что приводит к возникно­ вению флюктуаций в структуре диаграммы обратного отра­ жения.

По указанным выше причинам законы распределения вероят­ ностей 5)ПР и характер изменения ее диаграммы при каталогиза­ ции объектов определяются экспериментальным путем. Для этой цели используются специальные установки,, позволяющие модели­ ровать характеристики ЭПР различных объектов. Эксперименталь­ ный способ по сравнению с аналитическим имеет преимущества и позволяет:

—определить ЭПР объектов, оснащенных радиопоглощающим покрытием;

—провести тщательный анализ тонкой структуры диаграммы вторичного излучения с целью получения простых эмпирических формул и зависимостей.

На рис. 3.11 приведены диаграммы вторичного излучения кру­ гового конуса с углом при вершине 60° (а) и прямого кругового цилиндра (б) на частоте 9342 Мгц (поляризация перпендикуляр­ на продольной оси конуса и цилиндра). Из диаграмм видно, что применение на моделях радиопоглощающих покрытий (РПП) по­ зволило снизить их ЭПР в среднем на 8—10 дб. Сравнение теоре­ тических и экспериментальных результатов для цилиндра (частота 9800 Мгц, поляризация вертикальная) показывает, что при углах облучения, близких к нулю или 180° (рис. 3.12), объект отражает электромагнитную энергию как плоская пластина.

106

6

Рис. 3.10. Сигнальные характеристики:

в —шара; 6 — круглой пластины; в —цилиндра; г — конуса! д, е — тел цилиндро-конической формы

107

В целях исследования точности экспериментального моделиро­ вания радиолокационного сечения головных частей разработчи­ ками ГЧ Мк.11 и Мк.ПА были проведены на частоте 35 200 Мгц измерения модели объекта конусообразной формы (длина кото­ рого около 2,25 м) с помощью различных измерительных устано­ вок. В одной измерительной установке применялась узкополосная система, работающая в непрерывном режиме, с передатчиком мощ­ ностью 20 вт. В другой установке использовались импульсы дли­ тельностью 30 нсек, что соответствовало примерно 200 длинам мо­ дели. По результатам измерений (рис. 3.13) можно судить об ЭПР объекта во всем дециметровом диапазоне длин волн.

Ракурс, град

---------экспериментальные данные; границы среднеквадратичного откло­ нения по уровню вероятности 0,997

Рис. 3.12. Теоретические и экспериментальные ха­ рактеристики вторичного излучения прямого кру­ гового цилиндра (длина 25,4 см, диаметр 7,5 см)

Как уже отмечалось, наибольшие трудности в определении вида реальных диаграмм вторичного излучения вносит процесс «кувыр­ кания» объектов. Диаграмма отражения тела цилиндро-конической формы, вращающегося вокруг произвольной оси, проходящей че­ рез центр тяжести с периодом около 19 сек, представлена на рис. 3.14. В этом случае на индикаторе РЛС сопровождения будут наблюдаться регулярные усиления яркости отраженного сигнала, по частоте следования которых можно определить частоту «ку­ выркания» объекта. Серия устойчивых зеркальных точек А и В говорит о том, что объект ориентирован относительно луча РЛС своей боковой поверхностью (торец на диаграмме не просматри­ вается). Использование сигнальных характеристик такого вида (рис. 3.14) позволяет в предположении равных условий отделения

109