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.3.7показан 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 частотDf_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.

Рис.3.8. Влияние неровностей поверхностей на путь

прохождения лучей.

Морская поверхность. Отражения от морской поверхности также носят очень сложный характер. Удельная эффективная площадь зависит от угла падения, состояния моря, поляризации, частоты сигнала.

1. Имеется сильная зависимость S_{эфф у} от угла наклона луча b. Как правило, величина S_{эфф у} возрастает с увеличением угла наклона.

Эмпирически получена формула, которая характеризует отражающие свойства поверхности моря и хорошо согласуется с экспериментальными результатами:

.

(3.59)

Данная формула применима для больших значений углов b.

2. Изменения величины S_{эфф у} в зависимости от частоты сигнала исследованы ещё недостаточно. Всё же можно отметить, что при спокойном море удельная эффективная площадь возрастает с увеличением частоты приблизительно пропорционально f⁴. Многие экспериментальные данные говорят о линейной зависимости от 3 – 30 см.

3. Изменения величины S_{эфф у} в зависимости от вида поляризации связаны с частотой излучения и состоянием моря. При спокойном море отражённый сигнал при вертикальной поляризации примерно на 20 – 30 дб больше, чем при горизонтальной поляризации. Если море неспокойно, разница между сигналами при различных поляризациях уменьшается.

При умеренном волнении (волны от 1 до 2 м) отражённые сигналы при обоих видах поляризации примерно одинаковы.

4. Удельная эффективная площадь зависит от направления и скорости ветра. При больших углах b (более 70⁰) величина S_{эфф у} уменьшается при увеличении ветра, а при углах b меньше 70⁰ увеличивается. Эффективная удельная площадь при одинаковом ветре на 5-6дб возрастает, когда луч антенны направлен навстречу ветру.

5. Удельная эффективная площадь S_{эфф у} зависит от волнения моря. В общем случае интенсивность отражённого сигнала возрастает при усилении волнения. Однако было установлено, что увеличивается с ростом высоты волн только до некоторого предела. При высоте волн больше 60 см удельная эффективная площадь для различных волн практически одинаковая. Для волн ниже 60 см можно отметить быстрый рост S_{эфф у} с высотой волн.

Поиск по сайту: