1.Вторичные отражения от объектов и фона.
Сигналы, обрабатываемые в приемном устройстве РЛС, можно разделить на три группы:
Рис.1 Сигналы на выходе приёмника РЛС.
В реальных условиях шум можно не учитывать. Обнаружение малоразмерных объектов определяется радиолокационной яркостью объекта и фона или радиолокационным контрастом.
Эта яркость объектов и фонов зависит от их способности отражать радиоволны. Для оценки отражающих свойств используется понятие эффективной поверхности рассеивания s[м2] (ЭПР).
ЭПР – это площадь такой поверхности, которая отражает весь падающий на нее поток мощности равномерно по всем направлениям и создает в точке приема такую же мощность, как и реальный объект.
а) ЭПР объектов разведки.
Величина ЭПР зависит от материала поверхности объекта (проводимости), формы, геометрических размеров, поляризации, ракурсов (угла) облучения.
Зависимость ЭПР от ракурса облучения, имеет многолепестковый характер и называется диаграммой обратного вторичного излучения (ДОВИ) или диаграммой ЭПР (рис.2).
Рис.2 Диаграмма ЭРП сложного объекта в горизонтальной плоскости.
ЭПР тем больше, чем больше наводимые на поверхности объекта токи. Поэтому металлические объекты отражают лучше. Например, отражение от металла в 3-5 раз больше, чем от бетона. Для l=3 см отражение происходит в поверхностном слое .
В зависимости от фактуры поверхности отражение может быть зеркальным или рассеянным (диффузным) (hн~l). Зеркальные поверхности отражают в сторону РЛС, только в том случае, если они ориентированы на радиолокатор. Поверхность с рассеянным отражением при любом угле падения часть энергии отражает в сторону РЛС.
Поскольку ЭПР сильно зависит от ракурса, а он случаен, объекты характеризуют средним значением ЭПР , которая для объектов сложной формы находится опытным путем (табл.1).
Табл.1 Средние значения ЭПР типовых объектов.
Например, ЭПР человека ~0.5м2; ЭПР рубки подводной лодки -1м2; ЭПР самолета истребителя – 3-5м2; ЭПР автомобиля 1-10м2; танка -4м2.
Для объектов простой формы ЭПР получают расчетным путем (табл.2).
Табл.2 ЭПР объектов простой формы.
Эти объекты могут использоваться в качестве искусственных целей для маскировки реальных объектов или создания ложных.
Наиболее эффективны уголковые отражатели. Они имеют большую ЭПР при относительно малых размерах и малую зависимость s от направления облучения и используются при радиолокационной маскировке.
Эти свойства объясняются ходом лучей в уголке при отражении. При изменении угла падения в широких пределах отражения происходит почти строго в обратном направлении. Расчетная формула в общем случае для smax имеет вид:
,
КФГ –коэффициент формы граней;
КФГD = 4,2; КФГð = 38.
б) Характеристики радиолокационного
отражения местности
При заданных параметрах РЛС и объектов характеристики отражения местности имеют определяющее значение для обнаружения и распознавания объектов.
Участки земной поверхности являются поверхностно распределёнными отражателями. На отражение влияют, как параметры РЛС (l,R,dS,b,e, поляризация), так и параметры поверхности: проводимость верхнего слоя, диэлектрическая проницательность, шероховатость поверхности, неоднородность поверхностного слоя в глубину.
Степень шероховатости определяет зеркальный или диффузионный (рассеянный) характер отражения. С учетом угла падения критерий гладкости Релея имеет вид:
.
Диаграммы обратного рассеивания в зависимости от степени шероховатости угла падения показаны на рис.3.
Рис.3 Диаграммы обратного рассеивания в зависимости от степени шероховатости и угла падения.
Гладкая поверхность водоемов имеет зеркальный характер отражения и будет темной на изображении. Наоборот, поверхность суши с рельефом, травой, кустарником, лесом видна как светлая область в силу рассеянного характера отражения.
Условия различимости объекта на светящемся фоне определяются отношением . Здесь sср = sоdS, где, или
[м2], где tи[мкс]; qо[град] - ширина ДНА в азимутальной плоскости; Н [м]; e [град];
sо [м2/м2] - удельная ЭПР 1м2 рассеивающей площади.
Удельную ЭПР естественных фонов получают опытным путем. Влияет на нее, главным образом, угол наблюдения e (рис.4).
Для РЛС СА .
Рис.4 Зависимость удельной ЭПР от угла наблюдения.
Ориентировочные значения sо при l=3см для различных поверхностей приведены в табл.3 и используются при расчётах.
Таблица 3 Удельная ЭПР типовых поверхностей.
2. Показатели видовой радиолокационной
разведки.
Оценка возможностей видовой РЛР конкретного объекта включает два этапа:
1.Определение возможности добывания разведданных об объекте в заданных условиях;
2.Оценка качества этих данных.
Для оценки используются следующие показатели:
- вероятность обнаружения объекта;
- вероятность распознавания объекта(определения формы);
- дальность обнаружения объекта;
- СКО измерения размеров объекта.
Эти показатели зависят от радиолокационной видимости объектов.
Радиолокационная видимость объекта определяется радиолокационным контрастом, который зависит от соотношения мощностей отражений от объекта и фона.
, где Рш – мощность собственных шумов, Роб, Рср-мощности отражений от объекта и фона на входе приёмника РЛС
Мощность отраженного сигнала Р @ s. Если размеры объекта меньше размеров разрешаемой площадки dS, то ЭПР, участвующая в отражении мощности Роб слагается из ЭПР объекта sоб и ЭПР, оставшейся разрешаемой площади sрп:
sрп=sоб + sо(dS-So), где So-площадь объекта (рис.5).
Рис.5 Пояснение к радиолокационному контрасту.
Мощности собственных шумов (пороговой чувствительности) можно поставить в соответствие некоторую пороговую ЭПР sпор.. Тогда выражение для контраста будет иметь вид:
Kрл=(sоб + sо(dS-So) - sоdS)/ (sdS + sпор)= sоб - sоSo/sdS + sпор.
Из выражения следует, что радиолокационный контраст определяется: отражающими свойствами объекта и фона, параметрами РЛС, условиями разведки и является важным промежуточным показателем, определяющим все другие.
Реальные объекты имеют сложную конфигурацию, так что величина sоб меняется в значительных пределах при изменении ракурса объекта и параметров РЛС (длины волны, поляризации). Максимальная отраженная мощность будет при тех ракурсах объекта, при которых радиоволна падает перпендикулярно на зеркально отражающий элемент объекта, например, крыло самолета, стену здания и т. д. Большой отраженный сигнал возникает также в том случае, когда конструкция объекта образует уголковый отражатель, направленный на РЛС (обрывистый берег реки, фермы мостов и т. д.(рис.6)).
Рис.6 К понятию радиолокационного контраста.
При расчете характеристик обнаружения объектов используются усредненные (по диапазону углов наблюдения) значения ЭПР. При этом вероятность обнаружения сильно зависит как от sоб, так и от разрешающей способности РЛС (рис.7)
Рис.7 Характеристики вероятности
обнаружения объектов.
На рис.7 показаны расчитанные характеристики вероятности обнаружения малоразмерных объектов в зависимости от разрешающей способности РЛС для различных значений sЦ при вероятности ложной тревоги РЛТ = 10-4 .