Эффективная отражающая площадь поверхностных целей

1.Импульсные сигналы

Для вычисления эффективной отражающей площади поверхностных целей необходимо найти площадь S_п поверхности земли в пределах разрешаемого объема.

Облучаемая импульсным сигналом площадь в общем случае зависит от длины разрешаемого объёма по дальности, ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Для обычных импульсных сигналов длина разрешаемого объёма по дальности равна сt_И/2. При малых углах визирования цели b (рис.3.6) разрешаемая площадь равна

.

(3.46)

Так как обычно угол b мал, то

.

(3.47)

Другой предельный случай получается при больших углах наклона b и узкой диаграмме направленности. Разрешаемая площадь при этом не зависит от длительности импульса и равна

.

(3.48)

При расчётах необходимо выбирать меньшую из величин, определяемых по формулам (3.46) и (3.48).

В случае применения в РЛС других более сложных сигналов вычисление S_п выполняется аналогичным образом. Находится в каждом случае длина разрешаемого объёма как функция параметров сигнала.

 

 

Рис.3.6. Определение эффективной отражающей площади поверхностной цели при малых углах наклона луча b.

 

 

2.Непрерывное излучение

Рассмотрим в качестве примера вычисление площади S_п для РЛС непрерывного излучения с доплеровской селекцией сигналов. На рис.3.7 показан участок поверхности земли, облучаемый лучом антенны. В пределах этого участка различные точки создают отражённые сигналы с различными доплеровскими частотами. Так как в РЛС обычно применяется фильтр с полосой Df_ф для выделения сигналов, то через фильтр проёдут только доплеровские частоты в пределах от F_Д1 до F_Д1+Df_ф. Следовательно, в РЛС применяются только сигналы, отражённые от узкой полоски земли, которая на рис.3.7 заштрихована. Определим размеры этой полоски.

Доплеровская частота сигнала, отражённого от ближнего к РЛС участка полоски, равна

,

(3.49)

где V_c – скорость полёта.

Соответственно для дальнего участка полоски имеем

.

(3.50)

 

 

Рис.3.7. К определению эффективной отражающей площади поверхностной цели для РЛС с доплеровской селекцией сигналов.

 

Разность частот Доплера тогда равна

.

(3.51)

Из рис.3.7 видно, что

(3.52)

Левая часть формулы (3.51) равна Df_ф. Правую часть преобразуем с учётом соотношений (3.52). В результате формула (3.51) принимает вид

.

(3.53)

Определим ширину полоски DD. Как следует на рис.3.7, она равна

.

(3.54)

Подставляя произведение синусов из (3.53), получаем для ширины отражающей полоски равенство

.

(3.55)

Азимутальный размер полоски Dl равен

.

(3.56)

Окончательно площадь отражающей полоски находим в виде

.

(3.57)

Из формулы (3.57) следует, что площадь полоски зависит от ширины полосы пропускания применяемого в РЛС фильтра доплеровских частот Df_ф, от угла b₀ и наклонной дальности D.

3.Удельная эффективная площадь

Рассмотрим, каким образом удельная эффективная площадь зависит от отражающих свойств т структуры поверхности земли.

Поверхность земли. Основные факторы, которые влияют на величину отражения сигнала: неровности рельефа, значение угла падения, комплексная диэлектрическая постоянная отражающей поверхности и несущая частота.

Неровность поверхности является одним из основных факторов. Гладкими или зеркальными можно считать поверхности, у которых среднеквадратичное значение колебаний высоты неровностей рельефа значительно меньше длины волны. Для сантиметровых волн, например, гладкими являются поверхности асфальта или бетона. Для гладких поверхностей так же, как и для световых волн, справедлив закон равенства угла падения волны углу отражения. Зеркальное отражение характерно для спокойных водных поверхностей.

Оценить степень неровности поверхности, при которой поверхность считается ещё гладкой, можно используя критерий Релея. Согласно этому критерию поверхность является гладкой, если разность фаз двух лучей, отражённых от гребня и впадины неровности, меньше p/2. Из рис.3.8 видно, что разность хода лучей Dl, отражённых от вершины неровности (А^¢ О^¢ В^¢) и от впадины (АОВ) находится как

.

По критерию Релея должно быть

.

Это приводит к соотношению

.

(3.58)

Из этой формулы следует, что допустимая высота неровности зависит не только от длины волны, но и от угла падения b. Поверхность может внешне казаться, при большом h, неровной, но если угол b мал, то отражение от неё будет скорее зеркальным, чем рассеянным, и такую поверхность можно считать гладкой.

В тех случаях, когда имеются значительные неровности и не выполняется условие (3.58), поверхности называют шероховатыми. Они дают рассеянное (диффузное) отражение. Сигнал, отражённый от такой поверхности, почти не зависит от поляризации падающей волны, а отношение удельной эффективной площади отражения S_{эфф у} к sinb постоянно и не зависит от угла b (закон Ламберта).

Поверхности, покрытые растительностью, имеют изотропное рассеяние, при котором удельная эффективная площадь почти не зависит от угла падения b.

 

, то период спирального обзора

.

(4.14)

Угловая скорость вращения луча при спиральном обзоре является величиной переменной. Угловое перемещение луча за один оборот вращательного движения вокруг оси ОО^' составляет β=360 sinα град. Так как было принято, что Т_вр=const, то

,

(4.15)

т.е. угловая скорость луча изменяется при изменении угла α. С учётом (4.15) время облучения цели при спиральном обзоре

.

(4.16)

Основное преимущество спирального обзора: простота перехода к коническому сканированию, используемому при автоматическом сопровождении целей по угловым координатам.

Главный недостаток: очень большие потери времени (К_обз≈2 ÷2,5).

 

Рис. 4.6.Спиральный обзор.

 

При поступательно-коническом обзоре луч совершает быстрое коническое вращение и медленно смещается по горизонтали. Угловое перемещение луча за один оборот по конусу составит 360 sinФ_ум град. Если период конического вращения равен Т_вр, то угловая скорость луча будет

.

(4.17)

 

Приняв шаг траектории равным ψ, получим

и .

(4.18)

Поступательно-конический обзор применяется в тех случаях, когда зона обзора РЛС должна иметь существенно разные угловые размеры (Ф_аз>>Ф_ум) и после обнаружения цели желательно использовать коническое сканирование для автоматического сопровождения по угловым координатам. Основной недостаток метода: значительные потери времени, которые вызываются повторными облучениями целей и большим перекрытием сечений луча на соседних витках траектории (К_обз≈2).