Глава 3. Характеристики радиолокационных целей

 

3.1. Основные свойства и классификация

 

Основные характеристики объектов, рассматриваемых в качестве радиолокационных целей:

       отражающая способность, определяющая свойство цели переизлучать большую или меньшую долю падающей на неё электромагнитной энергии;

       закон распределения и спектр флуктуаций фазового фронта отражённого сигнала;

       закон распределения и спектр флуктуаций амплитуды (мощности) отражённого сигнала;

       особенности траектории движения.

Отражающие свойства цели наряду с данными РЛС определяют её дальность действия. Отражающие свойства зависят от размеров цели, материала, из которого она выполнена, конфигурации, от длины волны РЛС и направления облучения. Практическая невозможность точного учёта всех перечисленных факторов привела к необходимости введения специальной расчётной величины – эффективной отражающей площади цели. Эффективная отражающая площадь цели определяется следующим образом (рис.3.1).

 

 

Рис.3.1. К определению эффективной отражающей площади цели.

 

Пусть РЛС создаёт у цели, находящейся на расстоянии D, плотность потока мощности _мц. Цель частично поглощает падающую на неё энергию, переизлучая остальную часть в пространство. Переизлучение происходит во многих случаях неравномерно. Чтобы не иметь дела с коэффициентом отражения и характеристиками переизлучения цели, в расчёт вводят некоторую фиктивную поверхность, имеющую площадь S_эфф. Эта поверхность не обладает поглощением и переизлучает всю падающую на неё электромагнитную энергию во все стороны с одинаковой  интенсивностью. При этом величина S_эфф выбирается из условия, чтобы  у приёмной антенны РЛС создавалась такая же плотность потока мощности _РЛС, как и от реальной цели. Таким образом, если цель с эффективной отражающей площадью S_эфф воспринимает мощность

,

то у антенны станции при принятых условиях будет создана плотность потока мощности, равная

.

Отсюда 

.

(3.1)

Учитывая, что мощность пропорциональна квадрату напряжённости электромагнитного поля, получим другой вид формулы (3.1)

,

(3.2)

где _РЛС и _ц  - напряженности поля вблизи РЛС и цели соответственно.

Эффективная отражающая площадь цели – это такая фиксированная поверхность, являющаяся изотропным и не поглощающим энергию переизлучателем, которая, будучи помещена в точку цели, создаёт у антенны РЛС такую же плотность потока мощности отражённого сигнала, как и реальная цель. Эффективная отражающая поверхность является одной из важнейших характеристик радиолокационной цели, необходимой для расчёта дальности действия РЛС.

При неравномерной диаграмме переизлучения реальных целей сложной конфигурации всякое случайное или регулярное изменение ракурса их облучения со стороны РЛС приводит к флуктуациям мощности отражённого сигнала у антенны станции. Поэтому эффективная отражающая площадь таких флуктуирующих целей будет случайной величиной и может быть определена лишь статистически – законом распределения и его числовыми характеристиками. Обычно в расчётах используется среднее значение эффективной отражающей площади S_эфф0, приводимое в таблицах.

Кроме закона распределения S_эфф  необходимо знать также спектр её флуктуаций, чтобы правильно выбрать постоянную времени АРУ приёмника, частоту сканирования антенны при коническом обзоре и полосу пропускания следящей системы РЛС.

Случайные относительные перемещения цели и РЛС приводят также к флуктуациям фазового фронта отражённого сигнала.

Фазовым фронтом называется поверхность, в любой точке которой отражённый сигнал имеет одну и ту же фазу.

Эффективная отражающая площадь и закон распределения, спектр её флуктуаций и спектр флуктуаций фазового фронта тесно связаны с относительным движением цели.

Радиолокационные цели удобно классифицировать по методу определения их эффективной отражающей площади. С этой точки зрения все цели можно разделить на элементарные и сложные. Эффективная отражающая площадь элементарных целей может быть определена аналитически по формулам (3.1) и (3.2). Такой расчёт возможен лишь для ограниченного числа объектов простейшей формы, выполненных из однородного идеально отражающего материала. Примерами элементарных целей могут служить металлические шар, лист, вибратор, уголковые отражатели.

  Эффективная отражающая площадь сложных целей может быть определена только экспериментальным путём и описана статистически вследствие сложности их конфигурации и случайных перемещений относительно РЛС. К сложным целям относится подавляющее большинство реальных целей.

Сложные цели, в свою очередь, могут быть разделены на точечные и распределённые.

Точечные цели – это цели, линейные и угловые размеры которых значительно меньше элементов разрешения РЛСМ по дальности и угловым координатам, а разность радиальных скоростей их крайних точек много меньше элемента разрешения по  скорости. Эффективная отражающая площадь точечных целей определяется экспериментально. Примерами точечной цели могут служить самолёты корабли на больших удалениях от РЛС, искусственные спутники.

Распределёнными целями называют, для которых указанные выше соотношения не выполняются. Распределённые цели могут быть поверхностными (земная поверхность) и объёмными (облако пассивных отражателей, гидрометеоры). Для распределённых целей экспериментально определяется средняя удельная эффективная отражающая площадь S_{эфф у}. Эта величина характеризует отражающие свойства единицы площади или объёма. Полная величина S_{эфф о} находится из соотношений:

для поверхностных целей:

(3.3)

для объёмных целей:

(3.4)

где (S) и (V) – размеры элементов разрешения РЛС соответственно по площади и по объёму.