2.3.4. ЭПР протяженных целей

Обычно в качестве поверхностно протяженного объекта выступает поверхность Земли при облучении ее с помощью поднятой над ней антенны, например, с какого-либо ЛА. При импульсном зондирующем сигнале на поверхности высвечивается пятно характерной формы (рис. 2.14), контуры которого образованы границей лепестка ДНА (по уровню 0,5) и элемента разрешения по дальности, определяемого длительностью импульса Внутри этого контура (отражающей площадки) имеется совокупность объектов (неровности почвы, деревья, различные сооружения и т.п.). Отраженные от этих объектов сигналы одновременно достигают приемной антенны и формируют мощность результирующего сигнала на входе приемника. Таким образом, можно воспользоваться одной из рассмотренных моделей отражения от сложной цели, имеющей плотность распределения вероятностей ЭПР вида (2.1) и (2.2).

Рис. 2.14. Формирование отражающей площадки при облучении земной поверхности

При высокой разрешающей способности радиолокатора и углах визирования поверхности математическое описание флуктуаций амплитуды сигнала отличается от приведенных и хорошо аппроксимируется логарифмически нормальным распределением (особенно при отражении от водной поверхности):

где дисперсия медианное значение распределения, или законом распределения Вейбулла

где параметр формы, связанный так называемым параметром масштаба а соотношением а

Параметром статистических характеристик сигналов, отраженных от земной поверхности, считается Введем удельную ЭПР , которая совпадает с коэффициентом отражения земной поверхности площадью Обычно при обзоре Земли радиолокаторами При подсчете поперечного размера участка на рис. 2.14 и в формуле измеряется в радианах. Тогда средняя ЭПР земной поверхности

Рис. 2.15. Зеркальное (а) и диффузное (б) отражения и формирование сигнала при неровности высотой

Значение зависит от типа отражающей поверхности (лес, промышленный объект, водная поверхность и т.п.). Характерными видами отражения являются зеркальное и диффузное. Зеркальное отражение имеет место при гладкой (рис. 2.15, а), а диффузное - при шероховатой поверхности (рис. 2.15, б). Условная граница этих видов отражения определяется требованиями к неровностям поверхности: разность фаз сигналов отраженных от основания и вершины неровности (рис. 2.15,в), не должна превышать 45° для гладкой поверхности и может быть больше для шероховатой. Относительная высота неровности не должна превышать для гладкой поверхности и может быть больше для шероховатой.

В табл. 2.3. приведены значения удельных площадей рассеяния разных местностей.

Таблица 2.3 (см. скан)

В практике радиолокации часто приходится сталкиваться с задачей обнаружения определенной цели (например, точечной) среди других отражающих объектов, находящихся в одном элементе разрешения с этой целью. Для характеристики условий обнаружения в такой ситуации используется понятие наблюдаемости цели под которой понимают степень радиолокационного контраста, т.е.

где мощности сигналов, отраженных соответственно от цели и от окружающих ее объектов (фона). При I цель наблюдается на фоне мешающих отражений, а при не наблюдается. К типичным примерам использования понятия наблюдаемости относятся задачи обнаружения на фоне пространственно протяженных и объемно распределенных целей.

Наблюдаемость цели на фоне отражений от поверхностно протяженного объекта. Например, наблюдаемость различных участков местности определяется степенью их контраста, т.е.,

где - номер, зависящий от типа местности; мощность отраженного сигнала на входе приемника.

Наблюдаемость точечной цели на фоне местности зависит от ЭПР цели, вида местности и разрешающей способности радиолокатора:

К объемно распределенным или протяженным относятся такие объекты, как облака различного вида отражателей: дождевых капель, снежинок, ионизированных частиц, дипольных помех и т.п. Средняя ЭПР таких объектов (рис. 2.16) определяется как где удельная ЭПР с размерностью отражающий объем.

Для элемента разрешения в виде эллиптического цилиндра

Рис. 2.16. Граница облака отражающих частиц и отражающий объем

Удельная ЭПР единицы объема где число отражателей в единице объема.

Для дождевого облака ЭПР капли в виде диэлектрический сферы с радиусом (см. табл. 2.1)

где интенсивность осадков постоянные, зависящие от диапазона волн. Корректирующий коэффициент 2 в случае дождя равен 0,93, а для снега 0,2. Удельная ЭПР дождя для разных диапазонов радиоволн приведена в табл. 2.4.

Таблица 2.4 (см. скан)

Для дипольных помех (см. табл. 2.1)

и тогда

Наблюдаемость точечной цели на фоне дождевого облака

Повысить можно, увеличив разрешающую способность радиолокатора, т.е. уменьшив а также увеличив Однако при выборе большей X не следует забывать, что от X зависят где размер апертуры антенны).

Таблица 2.5 (см. скан)

Кроме того, для повышения на фоне дождя можно использовать метод поляризационной селекции. Сферические капли дождя представляют собой цели, матрица отражения в (2.3) которых при декартовых базовых векторах имеет диагональную форму:

поэтому отражение радиоволн от такого объекта происходит без нарушения вида поляризации(круговая), но с изменением направления распространения:

или

Пусть, например, передающая антенна (рис. 2.17) излучает вертикально поляризованные волны. Циркулятор, представляющий собой металлическую линзу длиной трансформирует поляризацию волн в круговую, так как нормальная составляющая электрического поля проходит линзу без сдвига фазы, а тангенциальная со сдвигом фазы на 90°. Таким образом, и сдвинуты на 90° в пространстве и по фазе и образуют поле с круговой поляризацией. Сферическая цель изменяет эту круговую поляризацию на круговую поляризацию с противоположным вращением (если смотреть по линии капля - антенна), а при вторичном прохождении через циркулятор отраженная волна получает новый сдвиг фазы на 90°. В результате сдвигается по фазе на 180°, после чего исходная линейная вертикальная поляризация радиоволн на входе антенны превращается в линейную горизонтальную.

Этот процесс превращения вертикально линейно поляризованного зондирующего сигнала в горизонтально линейно поляризованный отраженный сигнал иллюстрируется на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Преобразование поляризации сигналов при поляризационной селекции

Если антенна не рассчитана на прием волн этой поляризации, то имеет место полное подавление отраженного от дождя сигнала. Для сложной цели при отражении получаются эллиптически поляризованные волны, поэтому всегда существует составляющая, которая будет принята антенной системой. Подавление отраженного от дождя сигнала достигает от снега от сложной точечной цели Улучшение наблюдаемости составляет для дождя для снега

Контрольные вопросы

(см. скан)

(см. скан)