§ 8.3. ЭФФЕКТИВНАЯ ПЛОЩАДЬ РАССЕЯНИЯ ГРУППОВЫХ И РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Часто на практике необходимо определить результирующий отраженный сигнал, создаваемый несколькими объектами или множеством элементарных отражателей, распределенных на поверхности или в объеме, облучаемыми зондирующими сигналами РЛС. Так, на экране индикатора самолетной РЛС обзора земной поверхности изображение создается при модуляции луча ЭЛТ по яркости сигналами, отраженными от соответствующих участков поверхности Земли, ЭПР которых и определяет интенсивность сигналов.

В большинстве случаев поверхность Земли имеет неровности, покрыта растительностью в сантиметровом диапазоне обладает свойством диффузного рассеяния радиоволн. ЭПР участка такой поверхности можно рассчитать аналитически.

ЭПР диффузно-рассеивающей поверхности. Диаграмма диффузного рассеяния имеет форму сферы, касательной к поверхности, т. е. плотность потока мощности отраженной волны

где — плотность потока мощности в направлении нормали . Если плотность потока мощности при облучении по нормали равна , то мощность отраженного площадью сигнала (рис. 8.8)

где — коэффициент отражения поверхности.

Рис.8.8

Для расчета ЭПР найдем путем вычисления полного потока мощности отраженной волны. Вообразим полусферу с радиусом, равным расстоянию D до РЛС. Мощность отраженного сигнала, проходящего через элемент поверхности полусферы, , причем . Мощность проходящих через полусферу отраженных радиоволн

Приравняв выражения (8.14) и (8.15) для , получим , откуда . Но, по определению и, следовательно,

является ЭПР участка площадью диффузно-рассеивающей поверхности при облучении по нормали.

Если направление на РЛС отклонено на угол 0 от нормали, то

Эта формула может быть использована, например, для вычисления сигнала, отраженного поверхностью Земли, при определении дальности действия самолетных панорамных РЛС, радиовысотомеров, доплеровских измерителей путевой скорости и угла сноса самолета. Во всех этих случаях для расчета ЭПР необходимо найти площадь участка поверхности Земли, отражения от всех которой, суммируясь, и создают радиолокационный сигнал. Такой участок называют отражающей или разрешаемой площадью.

Показательным является случай импульсной самолетной панорамной РЛС. Предположим, что ширина ДНА станции в горизонтальной плоскости равна , а длительность излучаемого импульса . В вертикальной плоскости ДНА панорамной РЛС обычно широкая и разрешаемая площадь зависит от параметров станции и , а также дальности D рассматриваемого участка .

С помощью рис. 8.9 легко найти размеры, ограничивающие , и ее площадь

Рис. 8.9

Рис. 8.10

Тогда

Значение коэффициента отражения зависит от свойств облучаемой поверхности.

Уместно подчеркнуть, что отраженный сигнал на входе приемника панорамной РЛС .является суммой вторичного излучения всех отражателей в пределах . Поэтому для наблюдения малоразмерных целей на фоне отражающей поверхности необходимо путем повышения разрешающей способности станции (уменьшения и ) стремиться приблизить значение к размерам цели.

ЭПР групповых и объемно-распределенных целей. Рассмотрим сначала результирующую ЭПР стцр двух точечных целей (рис. 8.10) с равными ЭПР: . Предположив, что расстояние между целями d много меньше расстояний и до РЛС, найдем разность хода и фазовый сдвиг сигналов, приходящих к антенне РЛС, . Напряжение результирующего сигнала при приеме , а его мощность . В таком же соотношении будут и , т. е.

В зависимости от значения результирующая ЭПР целей изменяется в пределах от нуля до четырех.

Если значение равновероятно, то среднее значение

Найдем результирующую ЭПР точечных целей с равными ЭПР.

Легко показать, что мощность результирующего отраженного сигнала имеет в этом случае экспоненциальное распределение ПВ

Поскольку пропорционально результирующей ЭПР , последняя будет также иметь экспоненциальное распределение ПВ:

При этом ЭПР стар превышает среднее значение с вероятностью 0,37, а с вероятностью 0,5 (т. е. половину времени наблюдения) .

Приведенные соотношения можно использовать для расчета ЭПР объемно распределенных объектов, например дождя или облака дипольных отражателей. Для этого необходимо определить отражающий или разрешаемый объем , отражающие элементы которого участвуют в формировании результирующего сигнала на входе приемника. Для импульсной РЛС с длительностью зондирующего импульса , шириной ДНА в горизонтальной плоскости в вертикальной на расстоянии объем будет примерно равен объему цилиндра (рис. 8.11) с высотой и площадью основания т.е.

Рис. 8.11

Если в единице объема пространства содержится и, случайным образом расположенных отражателей с одинаковой ЭПР, равной , то среднее статистическое значение ЭПР всех отражателей в разрешаемом объеме

В случае дождя есть ЭПР дождевой капли, а число вибраторов в единице объема связано с интенсивностью дождя (мм/ч). Для упрощения расчетов можно воспользоваться удельной ЭПР на единицу объема , которую можно рассчитать по формулам

(для дождя);

(для снега).

При расчете отраженных сигналов от облака дипольных отражателей (металлизированных лент) также применяют удельную ЭПР, которая при произвольной ориентации в пространстве диполей длиной

где — среднее значение ЭПР полуволновых вибраторов. Интенсивность отраженного сигнала определяется ЭПР всего разрешаемого объема:

где .

При отклонении длины диполей от половины длины волны облучающих радиоволн ЭПР уменьшается, что снижает эффективность их маскирующего действия.