2.3.1. Точечные цели

Объекты, имеющие правильную геометрическую форму, являются элементарными точечными целями, поэтому их ЭПР можно вычислить теоретически в процессе решения электродинамической задачи рассеяния радиоволн на теле определенной формы. Обычно ЭПР представляется в виде

где максимальная диаграмма неравномерности вторичного излучения, или диаграмма обратного рассеяния ДОР.

В табл. 2.1 приведены ЭПР некоторых объектов простейших форм. Сложные точечные цели, к которым относятся и все реальные цели, имеют ряд особенностей, в первую очередь, сложную («неправильную») форму, что не позволяет простыми средствами решить электродинамическую задачу рассеяния электромагнитных волн для теоретического нахождения ее ЭПР.

Из-за сложной формы рассеивающего объекта в точку приема одновременно приходит совокупность парциальных сигналов, отраженных от различных частей или различных локальных центров отражения объекта. Эти сигналы имеют случайные фазовые соотношения, так как точки отражения расположены друг относительно друга случайным образом и меняют взаимное расположение в течение времени наблюдения объекта вследствие взаимного движения цели и радиолокатора. При векторном сложении этих сигналов на входе приемника случайность их фаз приводит к флуктуации амплитуды и фазы принимаемого от цели результирующего сигнала. При некоторых положениях ОЛ возникает увеличение результирующей амплитуды - так называемый эффект блестящей точки, соответствующий зеркальному отражению радиоволн от какого-либо элемента цели, а при других положениях - уменьшение амплитуды - провал в ДОР.

(см. скан)

(см. скан)

Продолжение табл. 2.1 (см. скан)

Определить ЭПР сложной (реальной) цели можно двумя путями: I) создать феноменологические модели отражений от сложной цели (модель цели) и с их помощью найти статистические характеристики отраженного сигнала; 2) экспериментально измерить ЭПР.

Однако при этом из-за флуктуаций фазы и амплитуды отраженного сигнала и их зависимости от ракурса (взаимного положения цели и измерительной установки) приходится выполнять большой объем измерений (набирать статистику).

Наиболее распространены две феноменологические модели отражения. В обеих моделях цель представляется в виде совокупности точечных элементов, среди которых либо нет преобладающего отражателя (первая модель), либо имеется один преобладающий отражатель (вторая модель), который дает стабильный отраженный сигнал, что соответствует картине отражения с эффектом "блестящей точки". С помощью указанных моделей можно получить следующие выражения для плотности распределения вероятностей ЭПР:

при отсутствии преобладающего отражателя

при наличии преобладающего отражателя

Определить можно, используя соотношение

При где отношение ЭПР преобладающего отражателя к ЭПР случайных отражателей, ЭПР цели распределена по экспоненциальному закону и вероятное или срединное значение ЭПР имеет вид

Когда распределение вероятностей отличается от экспоненциального незначительно, но с ростом начинает сказываться влияние наибольшей составляющей отражения. При распределение стремится к гауссовскому с максимумом при Это значит, что стабильное отражение от наибольшего отражателя превышает суммарный вклад случайных отражателей и определяет ЭПР цели (рис. 2.9).

В технической литературе по радиолокации иногда используют обобщенную модель Сверлинга с распределением вида

Это выражение соответствует распределению типа степенями свободы, где к определяет сложность модели отражения цели: при получаем модель цели с экспоненциальным распределением ЭПР, а при модель цели в виде большого отражателя, меняющего в небольших пределах ориентацию в пространстве, или в виде набора равноправных отражателей плюс наибольший.

Первая модель Сверлинга соответствует цели с медленными флуктуациями амплитуды и с рэлеевской плотностью распределения вероятностей (ПРВ), вторая модель соответствует цели с быстрыми флуктуациями амплитуды и рэлеевской ПРВ, третья модель справедлива для цели с -квадрат ПРВ и медленными флуктуациями, наконец, четвертая модель имеет х-квадрат ПРВ и быстрые флуктуации.

Распределение вероятностей ЭПР характеризует изменение значения ЭПР, но не указывает на характер и скорость изменения ЭПР во времени.

Пример. Построить плотность распределения вероятностей ЭПР цели при отсутствии и наличии преобладающего отражателя, если

Решение приведено на рис. 2.9 в виде соответствующих графиков.

Рис. 2.9. Плотность распределения вероятностей нормированной ЭПР

Статистические характеристики отраженного сигнала. Для оценки вариаций ЭПР и их скорости необходимо знать корреляционную функцию и спектральную плотность его флуктуации. Особенности этих характеристик для цели, состоящей из совокупности отражателей, определяются перемещением отражателей при движении цели относительно радиолокатора, взаимным перемещением отражателей и изменением состава отражателей цели. Иногда от корреляционной функции флуктуаций отраженного сигнала переходят к нормированной корреляционной функции (рис. 2.10, а)

где мощность (дисперсия) флуктуаций; о

Здесь интервал усреднения (на практике он выбирается конечным, но достаточно большим по сравнению со средним периодом флуктуаций амплитуда отраженного сигнала. Спектральная плотность связана с корреляционной функцией флуктуаций сигнала соотношением Винера - Хинчина:

Перейдем к нормированной спектральной плотности (рис. 2.10, б)

Рис. 2.10. Экспериментальные нормированные корреляционная функция (а) и спектр флуктуации амплитуды (б) сигнала, отраженного от летящего самолета

Большинство реальных целей из-за сложной формы являются совокупностью блестящих и резонансных элементов вместе с шероховатыми участками, имеющими диффузное рассеяние. Поэтому ДОР имеет сложный изрезанный многолепестковый характер (рис. 2.11), причем число лепестков и провалов между ними, как и ширина лепестков, зависит от отношения наибольших размеров цели к длине волны облучающего сигнала. Пределы изменения достигают хотя неизменна при ее измерении в различных диапазонах радиоволн.

Рис. 2.11. Диаграмма обратного рассеяния реального самолета: