книги из ГПНТБ / Пелюхов П.И. Основы радиолокации учебное пособие

Из формулы (VI, 16) следует, что даже, например, при /?=1 м а шара равна всего 3,14 м2. Однако шар как отража­ тель часто используется в качестве эталона, так как его эффек­ тивная площадь может быть легко вычислена и она не зависит от длины волны и ракурса наблюдения.

Эффективная отражающая площадь уголковых отража­ телей. В радиолокации широко применяются искусственные

цели и маскицовочные средства в виде уголковых отражателей, которые хорошо отражают падающие на них радиоволны.

Характерной особенностью уголкового отражателя явля­ ется то, чго в пределах довольно широкого диапазона уг­ лов падения радиоволн отраженные от него волны рас­ пространяются в строго определенном направлении, что

объясняется взаимной перпендикулярностью всех граней отражателя.

Следует иметь в виду, что если угол между гранями хотя бы незначительно отличается от 90°, то Зтах будет меньше

X

приведенных значений. Так, смещение внешней грани на

для направлений, заключенных в одном октанте сферы.

201

Приближенно всенаправленный отражатель можно сделать и?, восьми одинаковых отражателей.

В качестве отражателей может применяться так называе­ мая линза Люнеберга (рис. 132), представляющая собой шар слоистой конструкции из пластмассы, металлизированная полусфера которого является отражателем. Диэлектрическая постоянная наружного слоя шара близка к диэлектрической постоянной воздуха, а в последующих слоях она возрастает. Такой отражатель фокусирует энергию в пределах широкого угла падения и отражает ее с большим усилением в обратном направлении.

Эффективная отражающая площадь линзы Люнеберга мо­ жет быть вычислена по формуле

"4Т2” ’

где d — диаметр линзы.

Эффективная отражающая площадь самолета. Большин­ ство реальных одиночных целей является не простейшими объ­ ектами, а сложным сочетанием поверхностей различной формы и кривизны. Примерами таких целей могут быть отдельные са­ молеты, корабли, ракеты и др. Для оценки эффективной от­ ражающей площади сложных целей необходимо знать стати-

270

Рис. 133

202

порциональна количеству одиночных целей А;, одновременно находящихся в пределах отражающего объема. Однако вели­ чина о групповой цели не равна, как показывают эксперимен­ тальные данные, арифметической сумме о одиночных целей. В случае одинаковых одиночных целей эффективную отра­

где k — коэффициент пропорциональности;

N — число одиночных целей в отражающем объеме; по — эффективная площадь одиночной цели.

Коэффициент k называют коэффициентом заполнения. Ве­ личину этого коэффициента определяют экспериментально.

§ 31. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАЖАЮЩАЯ ПЛОЩАДЬ

РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЦЕЛЕЙ

Распределенные цели характеризуются относительно боль­ шими размерами, превосходящими ширину диаграммы направ­ ленности или размеры отражающего объема.

Распределенные цели состоят из множества отражающих элементов, близко расположенных друг к другу. Различают два вида распределенных целей: объемные и поверхностные.

Эффективная отражающая площадь объемной цели

Объемная цель — это совокупность большого числа отдель­ ных элементарных отражателей, заполняющих область про­ странства, облучаемую радиолокационной станцией. К объем­ ным целям относятся грозовые облака, дождь, град, «облака» из металлизированных отражателей, сбрасываемых для созда­ ния пассивных помех РЛС.

Типичной объемной целью является дождь. Случайное рас­ пределение капель в пространстве ведет к случайному распре­ делению фаз отраженных от них радиоволн. Это позволяет

считать, что средняя мощность волны, отраженной от капель на данном расстоянии, является суммой мощностей волн, от­

раженных от всех капель:

Но мощность от каждого элементарного отражателя Pi =

— ka, где k — коэффициент пропорциональности, не зависящий от параметров цели. Следовательно,

П

5, - S о. - п V, (VJ.22) (=1

304

где г) — удельная эффективная отражающая площадь единицы

П

объема, равная Б а. ;

/= 1 1

п— число элементарных отражателей в единице объема; V' — отражающий объем.

Для дождевой капли

64 R j

(VI,23)

поэтому

Величина г] зависит, как видно, из последнего выражения, от интейсивности дождя. Графики этой зависимости представ­ лены на рис. 134.

При импульсном методе облучения цели отражающий объ­ ем согласно рис. 129 будет:

2 8

где 6 .р и 0 , — ширина диаграммы направленности антенны соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях.

205

Из полученной формулы видно, что эффективная пло­ щадь а объемной цели зависит от длительности импульса, дальности и ширины диаграммы направленности. В этом осо­ бенность величины а для объемной цели в сравнении с одиноч­ ным, размеры которой значительно меньше размеров отра­ жающего объема.

Эффективная отражающая площадь поверхностной цели

С поверхностной распределенной целью мы встречаемся при использовании самолетных панорамных РЛС. На экранах индикаторов таких станций можно наблюдать изображение (панораму) земной поверхности .

Найдем прежде всего величину отражающей площади А, которая в данный момент времени облучается импульсом радиоволн (рис. 135):

Однако а поверхностной цели не равна геометрической площади. Мощность, падающая на площадь А, равна:

Часть этой мощности будет нереизлучаться в пространство. Мощность вторичного излучателя, создающего плотность по­ тока у РЛС 5обл :

где к — коэффициент рассеивания в направлении на РЛС.

206

Из последнего выражения следует, что эффективная отра­ жающая площадь поверхностной распределенной цели

Из полученной формулы видно, что величина о зависит от отражающих свойств поверхности, наклонной дальности и па­ раметров РЛС.

Величина коэффициента рассеивания р определяется элек­ трическими характеристиками поверхности и видом отраже­ ния радиоволн. В рассматриваемом случае наиболее харак-

допустимые отклонения h от гладкой поверхности, при которых будет иметь место зеркальное отражение. Пусть на отражаю­ щей поверхности имеется неровность высотой h и она для упрощения представляется в виде столбика (рис. 136). Отраже­

ние по аналогии с оптикой считают зеркальным, если разность

X

хода лучей АОВ и AiOiBi меньше — что соответствует раз-

Соответствующая разность фаз

S1Н '

должна оыть меньше - . Следовательно,

Очевидно, что при h > h mllK будет иметь место диффузное отражение, при котором энергия падающей волны рассеивает-

207

фициент рассеивания £ = 0,01.

Полученные результаты позволяют утверждать, что в сан­

тиметровом диапазоне радиоволн зеркальное отражение на­ блюдается лишь при наличии достаточно гладких поверхно­ стей (спокойная водная поверхность, бетонированная взлетнопосадочная полоса). Для РЛС этого диапазона большая часть суши является шероховатой, создающей диффузное отражение.

208

Г л а в а VII

ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ

Правильная оценка возможностей любой радиолокацион­ ной станции при решении конкретных оперативно-тактических задач может быть сделана только на основе ряда количествен­ ных показателей, которые принято называть тактическими

.характеристиками.

Наиболее общими тактическими характеристиками являют­ ся: максимальная дальность обнаружения и зона обнаруже­ ния, виды измеряемых координат и точность их измерения, время обзора, разрешающая способность и помехозащищен­ ность. В свою очередь, эти характеристики, как будет показано ниже, зависят от многих технических характеристик отдельных элементов станции (длины волны, мощности излучения, дли­ тельности импульсов, ширины диаграммы направленности идр.).

Каждая конкретная станция может иметь, кроме общих, свои специфические характеристики. Например, для наземных станций важно знать время их приведения в боевую готов­ ность на новой позиции, а для самолетных — габариты узлов, их веса и т. д.

§32. МАКСИМАЛЬНАЯ ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ ЦЕЛИ

ВСВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Общие сведения. Максимальной дальностью обнаружения (радиолокации) цели (объекта наблюдения) называют рас­ стояние между радиолокационной станцией и целью в направ­ лении максимума диаграммы направленности, при котором цель обнаруживается с заданной вероятностью.

Дальность обнаружения цели зависит от многих факторов (параметров РЛС, радиолокационных характеристик цели, условий распространения радиоволн) и является величиной случайной, так как обнаружение радиолокационных сигналов на фоне помех (в частности, на фоне шумов приемника) носи г

случайный характер и подчиняется вероятностным закономер­ ностям. При характеристике дальности обнаружения конкрет­ ными числами одновременно должна быть указана вероятность обнаружения.

Вероятностная трактовка процесса обнаружения обуслов­ ливается случайными колебаниями мощности отраженных сигналов при случайных изменениях положения цели и не­ обходимостью наблюдения этих сигналов на фоне помех, имею­ щих статистический характер.

Определение дальности обнаружения целесообразно вна­ чале выполнить для идеализированного условия— для сво­ бодного пространства, т. е. однородной, не поглощающей радио­ волны среды, в которой отсутствуют посторонние объекты.

Дальность обнаружения при активной радиолокации. При направленном излучении радиоволн антенной РЛС плотность потока мощности у цели (рис. 138) на расстоянии D:

где о — эффективная отражающая площадь цели.

Плотность потока мощности, создаваемого целью v антен­ ны РЛС:

где <4 Эфф — эффективная площадь приемной антенны.

210