1.Вторичные отражения от объектов и фона.

Сигналы, обрабатываемые в приемном устройстве РЛС, можно разделить на три группы:

  1. Эхо- сигналы от объектов в виде узких выбросов (группы выбросов) большой амплитуды (рис.1,а).
  2. Эхо-сигналы средней амплитуды, обусловленные отражением от фона и имеющие характер шумового процесса (рис.1,б).
  3. Внутренний шум приемника (рис.1,в).

 

                                          

 

                              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 .

 

Hosted by uCoz