книги из ГПНТБ / Белосток В.С. Распространение радиоволн (учебное пособие)

характеристикой как отражающих свойств цели в направлении на радиолокатор, так и ее деполяризующих свойств.

Величина эффективной площади рассеяния цели S 0 сложным образом зависит от размеров, формы, электрических свойств, ориентации цели относительно направления на радиолокатор, от поляризации первичного поля и длины волны. Аналитический рас­ чет So удается провести только для тел простейшей формы, та­ ких, как плоская поверхность, эллипсоид вращения, шар и др.

Расчет So реальных тел, в большинстве случаев имеющих сложную конфигурацию, весьма затруднителен. Это объясняется тем, что интенсивность вторичного излучения, как уже говори­ лось выше, а следовательно, и эффективная площадь рассеяния цели S0 в большей степени зависит от положения объекта по отно­ шению к направлению распространения падающей радиоволны. Для иллюстрации на рис. 7.2 приведена полярная диаграмма в горизонтальной плоскости эффективной площади рассеяния двух­ моторного винтового самолета средних размеров при X= 10 см.

Рис. 7.2. Полярная диаграмма в горизонтальной плоскости эффективной площади рассеяния двухмоторного винтового самолета средних размеров типа АТ-11

Из этой диаграммы видно, что при изменении ракурса самоле­ та всего лишь на 1/3° возможны изменения хЛ на 15 дб и бйлее. Во время полета ракурс самолета все время меняется, что, есте­ ственно, вызывает флуктуации S„.

Из сказанного следует, что эффективная площадь рассеяния летящего самолета будет с течением времени хаотически изме-

100

ние статистические значения, полученные путем многочисленных измерений. Эти значения эффективной площади рассеяния используются для приближенных подсчетов дальности действия радиолокационной станции.

Ниже приведены средние статистические значения эффектив­ ной площади рассеяния некоторых целей.

§ 3. Дальность радиолокации в свободном пространстве

При отсутствии потерь в атмосфере мощность отраженного сигнала на входе согласованного приемника определяется в соот­ ветствии с выражением (7.5):

PiGxS2S0

101

вон мере сказываются на увеличении дальности радиолокации. Однако наиболее простым путем увеличения дальности радиоле-

где (}, коэффициент усиления приемной антенны, то

Из этой формулы видно, что для увеличения дальности 'радио­ локации целесообразно увеличивать размеры антенн, го есть уменьшать ширину диаграмм направленности антенн. Однако следует иметь в виду, что применение остронаправленных диа­ грамм затрудняет обеспечение надлежащего обзора заданной области пространства.

§ 4. Влияние земли на дальность радиолокации

Формула (7.8) выведена для изотропного, свободного прост­ ранства. Если действие радиолокационной станции происходит вблизи земной поверхности, то при расчете дальности радиолока­ ции необходимо учитывать влияние земли.

Рассмотрим вначале простейший случаи плоской поверхности земли (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Интерференция радиоволн, распрост­ раняющихся от радиолокационной станции до цели и обратно непосредственно и путем отра­ жения от поверхности земли

Пусть в точке А на высоте h над поверхностью земли находит­ ся антенна. Поле в точке В (у цели) на высоте Н над землей будет образовываться в результате одновременного действия лу­ чен, пришедших прямо и после отражения от земной поверх-

102

иости. Вследствие интерференции прямого и отраженного лучей дальность радиолокации может существенно измениться. В тех направлениях, где поля этих волн складываются, дальность ра­ диолокации возрастает, а в тех направлениях, где эти волны вычитаются, дальность радиолокации значительно уменьшается.

Для получения дальности радиолокации с учетом влияния плоской поверхности земли достаточно в основную формулу ра­ диолокации (7.8) подставить значения коэффициентов усиления передающей Gi и приемной G2 антенн с учетом влияния земли

[см. гл 2, формулу (2.12)]

( Р ) ,

наибольшая дальность радиолокации в свободном пространстве. Если приемная и передающая антенны одинаковы и располо­ жены на одной высоте или если для приема и передачи исполь­

зуется одна и та же антенна, то

ля

В этом случае

103

Как было показано в главе 2, эта характеристика направлен­ ности в зависимости от угла места (В имеет осциллирующий (мно­ голепестковый) характер. Следовательно, такова же и зависи­ мость дальности радиолокации от угла места

«м акс « с м а к е / Л ?

Если наклона диаграммы направленности антенны по отно­ шению к горизонту нет, то есть |В„ --0, то

Так как

2у 2// sin 3,

где h — высота расположения антенны (см. § 1 гл. 2), то

При горизонтально поляризовайном поле F ~ 1, а ®от s поэтому, как это было показано в § 1 гл. 2,

Внаправлениях (максимумов диаграммы направленности,

когда sin^ ^7_/г5}П BMaia.j: 1, дальность радиолокации будет равна

«м акс «Омане ■ 2 /а (? макс)■

увеличивается в два раза по сравнению с дальностью радиолока­ ции в свободном пространстве.

Для углов места, соответствующих минимумам диаграммы направленности, дальность радиолокации резко падает и для идеального отражения равна нулю.

Рассмотрим теперц особенности обнаружения целей при ма­ лых углах места, то есть низколетящих целей.

104

Д А Л Ь Н О С Т Ь Р А Д И О Л О К А Ц И И Н И З К О Л Е Т Я Щ И Х Ц Е Л Е Й

Низколетящей целью считают такую, угол места которой ле­ жит ниже максимума первого лепестка (рис. 7.4).

Подставляя значение /?0макс из формулы (7.10) и полагая, что -одна и та же антенна используется как приемная и как переда­ ющая (Gj~G 2 -G), получим:

Из формулы (7.15) следует, что зависимость дальности радио­ локации низколетящих целей 7?ыакс от мощности передатчика Р i и пороговой мощности сигнала Рпор более слабая, чем в случае свободного пространства. Кроме того, из формулы (7.15) видно,

что дальность радиолокации существенно зависит от высоты рас­ положения антенны h, радиолокатора и от высоты полета цели h. Таким образом, чем ниже цель, тем труднее ее обнаружить.

Для увеличения дальности обнаружения низколетящих целен необходимо увеличивать высоту антенны, так как при этом пер­ вый лепесток диаграммы сильнее прижимается к земле. Одно­ временно с этим уменьшается и экранирующее влияние местных предметов, находящихся вблизи антенны.

Не следует упускать из виду, что все приведенные формулы для дальности радиолокации справедливы только для случая, когда имеется зеркальное отражение, то есть, когда высота не­ ровностей не превышает допустимых [см. формулу (1.4)1

/. ДА< 16 sin р '

Если приведенное условие не выполняется, то, как уже отме­ чалось в главе 1, вместо зеркального отражения возникает диф­ фузное (рассеянное) отражение. В диапазоне сантиметровых волн большинство видов поверхностей дает диффузное отраже­ ние, поэтому на дальность радиолокации в этом диапазоне волн земля, как правило, не оказывает существенного влияния.

Не оказывает практически никакого влияния земля и на даль­ ность радиолокации наземных радиолокаторов, работающих узким, оторванным от земли лучом. В этом случае с достаточной степенью точности можно пользоваться уравнением дальности радиолокации для свободного пространства.

ВЛИЯНИЕ КРИВИЗНЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ДАЛЬНОСТЬ РАДИОЛОКАЦИИ

В предыдущей главе указывалось, что ультракороткие волны, используемые для радиолокации, практически не огибают поверх иости земли, и полем дифракции за пределами прямой види­ мости в этом диапазоне волн можно пренебречь. Поэтому кривиз­ на земной поверхности ограничивает предельную дальность радио­ локации дальностью прямой видимости, которая с учетом нор­ мальной рефракции, как известно, рассчитывается по форму­ ле (6.1):

# = 4 - 1 (|/A + V f T ) .

Это означает, что сколько бы ни увеличилась возможная даль­ ность радиолокации в свободном пространстве, из-за кривизны Земли в принципе дальность радиолокации на УКВ не может превысить расстояние прямой видимости.

106

§ 5. Зоны обнаружения

Под з о н о й о б н а р у ж е н и я радиолокационной станции понимают часть пространства, в пределах которого цель с задан­ ной эффективной площадью рассеяния может быть обнаружена.. Из этого определения следует, что зона обнаружения должна строиться в пространственной системе координат.

Однако более удобным является построение двух зон обнару­

антенны с учетом влияния земли и так же, как диаграмма на­ правленности антенны, имеет лепестковый характер.

Для иллюстрации сказанного на рис. 7.5 представлена зона

7КУЧ

Рис. 7.5. Зона обнаружения, построенная « по­ лярной системе координат

Зоны обнаружения в горизонтальной плоскости наземных ра­ диолокационных станций кругового обзора для случая, когда влияние местных предметов отсутствует, представляют собой окружности, соответствующие разным высотам полета цели.

Обычно на практике зоны обнаружения строятся в прямо­ угольной системе координат: наклонная дальность — истинная высота цели (рис. 7.6). В этом случае необходимо учитывать по­ правку на кривизну земной поверхности с учетом нормальной атмосферной рефракции.

107

О П Р Е Д Е Л Е Н И Е П О П Р А В К И НА К Р И В И З Н У З Е М Л И

■касательной к земле, соответствует не истинной, а так называемой приведенной высоте цели Я0 (рис. 7.7), отличающейся от истин­ ной высоты И на АН.

зона обнаружения, показанная на рис. 7.5

Истинная высота цели определяется

н - н '+ а н - н 0+ а н ,

где Н0— приведенная высота цели; А Й — поправка на кривизну земной поверхности.

Поправка АН может быть определена из треугольника АОВ (рис. 7.7) по теореме косинусов.

Действительно,

АН

R"—H ‘

2р

« ЭКВ

108

Таким образом, линии постоянных истинных высот на графи­ ке зоны обнаружения представляют собой семейство парабол

(рис. 7.6).

ПРИМЕРНЫЙ ПОРЯДОК РАСЧЕТА И ПОСТРОЕНИЯ ЗОНЫ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ МЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН

На практике обычно зона обнаружения рассчитывается с использованием опытных данных, полученных путем облета радиолокационной станции каким-либо типовым самолетом с известной величиной эффективной площади рассеяния S0.

Пусть , радиолокационная станция метрового диапазона волн расположена на горизонтальной ровной площадке достаточно больших размеров. Высота подвеса антенны над землей в длинах

h

волн равна Дд., поляризация излучаемого поля горизонтальная.

Н ~ Н о6л. Нормированная диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости без учета влияния земли пусть задана в виде функции/а(^) [например,/а(Р )-cos3 ^ при—30°<3<-|-30о].

Следует, однако, иметь в виду, что характеристика направ­ ленности антенны чаще всего может быть задана в виде таблицы или графика, полученных экспериментальным путем.

где Н0обл— приведенная высота полета цели над плоской поверх­ ностью земли, касательной в точке стояния радиолокатора.

109