- Эффективная поверхность рассеяния
-
Пример диаграммы ЭПР ()
Эффективная площадь рассеяния (в некоторых учебниках — Эффективная поверхность рассеяния) в радиолокации — площадь некоторой фиктивной поверхности, являющейся идеальным изотропным отражателем, и, будучи помещённым в точку расположения цели нормально по направлению облучения, создаёт в точке расположения РЛС ту же плотность потока мощности, что и реальная цель.
Величина имеет размерность площади и измеряется обычно в квадратных метрах.
ЭПР конкретного объекта зависит от его формы, размеров, материала из которого он изготовлен, а также от его ориентации по отношению к приёмнику и передатчику.
Содержание
Расчёт ЭПР
Если отражённая от цели мощность — это произведение ЭПР на плотность потока мощности
,
(1) где:
— ЭПР цели;
— плотность потока мощности падающей волны данной поляризации в точке расположения цели;
- мощность, отражённая целью.
— отношение потока мощности отражённой волны к потоку мощности падающей,
где:
— плотность потока мощности отражённой от цели волны данной поляризации в точке расположения РЛС.
,
(2) где:
— расстояние от РЛС до цели;
Интегрируя поток мощности по всей поверхности сферы получаем полную мощность отражённой волны:
S - поверхность сферы.
Подставляя выражение (2) в (1) получаем ЭПР цели:
,
(3) где:
площадь сферы с радиусом дистанции до цели.
,
(4) где:
— поле падающей волны;
— поле отражённой волны.
Что бы определить ЭПР цели надо определить напряжённость поля в точке расположения РЛС и направление отражённой волны.
Мощность на входе приёмника:
,
(5) — Эффективная площадь антенны.
Можно определить поток мощности падающей волны через излучённую мощность и КНД антенны.
,
(6) — Мощность излучённой волны;
— Коэффициент направленного действия антенны.
Подставляя (6) и (2) в (5) можем рассчитать мощность на входе приёмника РЛС:
(7) ,
(8) где:
Если считать, что
, то
(9) Таким образом...
Физический смысл ЭПР
ЭПР имеет размерность площади [м2], но не является геометрической площадью(!), а является энергетической характеристикой, то есть определяет величину мощности принимаемого сигнала.
Аналитически ЭПР можно рассчитать только для простых целей. Для сложных целей ЭПР измеряется практически на специализированных полигонах, или в безэховых камерах.
ЭПР цели не зависит ни от интенсивности излучаемой волны, ни от расстояния между станцией и целью. Любое увеличение ρ1 ведёт к пропорциональному увеличению ρ2 и их отношение в формуле не изменяется. При изменении расстояния между РЛС и целью отношение ρ2 / ρ1 меняется обратно пропорционально R2 и величина ЭПР при этом остается неизменной.
ЭПР распространённых точечных целей
Для большинства точечных целей сведения о ЭПР можно найти в справочниках по радиолокации
Выпуклой поверхности
Поле от всей поверхности S определяется интегралом
Необходимо определить E2 и отнонеие
при заданом расстоянии до цели...
,
(10) где k - волновое число.
1) Если объект небольших размеров, то
- расстояние и поле падающей волны можно считать неизменными. 2) Расстояние R можно рассматривать как сумму расстояния до цели и расстояния в пределах цели:
- расстояние от РЛС до объекта
- местное расстояние
Тогда:
,
(11) ,
(12) ,
(13) ,
(14) Плоской пластины
Плоская поверхность - частный случай криволинейной выпуклой поверхности.
(15) Если плоскость с площадью 1 м2, а длина волны 10 см (30 ГГц), то
Шара
Для шара 1-ой зоной Френеля будет зона, ограниченная экватором.
(16) Уголкового отражателя
Принцип действия уголкового отражателяУголковый отражатель представляет собой три перпендикулярно расположенных поверхности. В отличии от пластины уголковый отражатель даёт хорошее отражение в широком диапазоне углов.
Треугольный
Если используется уголковый отражатель с треугольными гранями, то ЭПР
,
(17) где a - размер ребра.
Четырёхугольный
Если уголковый отражатель составлен из граней четырёхугольной формы, то ЭПР
,
(18) Применение уголковых отражателей
Уголковые отражатели применяются
- в качестве ложных целей
- как радио-контрасные ориентиры
- при проведении экспериментов сильного направленного излучения
Дипольного отражателя
Дипольные отражатели используются для создания пассивных помех работе РЛС.
Величина ЭПР дипольного отражателя зависит в общем случае от ракурса наблюдения, однако, ЭПР по всем ракурсам:
Дипольные тражатели используются для маскировки воздушных целей и рельефа местности, а так же как пассивные радиолокациионные маяки.
Сектор отражения дипольного отражателя составляет ~70°
ЭПР сложных целей (реальных объектов)
ЭПР сложных реальных объектов измеряются на специальных установках, или полигонах, где достежимы условия дальней зоны облучения.
# Тип цели σц [м2] 1 Авиация 1.1 Самолёт истребитель 3-5 1.2 Фронтовой бомбардировщик 7-10 1.3 Тяжёлый бомбардировщик 13-20 1.3.1 Бомбардировщик В-52 40 1.4 Транспортный самолёт 40-70 1.5 "Стелс" 0,0001..0,01 1.5.1 Бомбардировщик, изготовленный по технологии "Стелс" B-2B[1] 0,75 1.5.2 Многоцелевой истребитель F-22 0,1-0,08 2 Суда 2.1 Подводная лодка в надводном положении 30-150 2.2 Рубка подводной лодки в надводном положении 1-2 2.3 Малые суда (до 200 тонн) 50-200 2.4 Средние корабли (1000..10000 тонн) (3-10)2 2.5 Большие корабли (больше 10000 тонн) > 102 2.6 Крейсер ~12 000 - 14 000 3 Наземные цели 3.1 Автомобиль 1-3 4 Малые воздушные цели 4.1 Крылатая ракета 0,1-0,3 5 Прочие цели 5.1 Человек 0,8-1 5.2 Птица в полёте ~0,8 ЭПР сосредоточенной цели
Двуточечная цель в разрешающем объёме локатораДвуточечной целью будем называть пару целей, находящуюся в одном объёме разрешения РЛС. Используя формулу (4) можем найти амплитуды полей отражённой волны:
(19) (20) Временные задержки можно расчитать:
Отсюда:
(21) (22) К расчёту ЭПР двуточечной целитогда:
(23) (24) (25) Следовательно,
(26) Диаграмма обратного рассеяния
Зависимость ЭПР от угла отражения
— называется диаграммой обратного рассеяния (ДОР). ДОР будет иметь изрезанный характер и явно многолепестковый. При этом нули ДОР будут соответствовать противофазному сложению сигналов от цели в точке расположения РЛС, а ток — синфазному значению. При этом ЭПР может быть как больше, так и меньше ЭПР каждой из отдельных целей. Если волны приходят в противофазе, то будет наблюдаться минимум, а если в фазе, то максимум:
Пусть
, тогда:
Реаьные объекты имеют несколько колеблящихся точек.
, а значит
.
Тогда суммарное поле:
— определяется, как изменение фазовых структур отражённой волны.
Фазовый фронт отражённой волны отличается от сферического.
Определение ЭПО распределённых целей
Распределённая цель — цель, размеры которой выходят за пределы разрешающего объёма РЛС
Условие распределённости цели
Нарушение любого из условий вводит цель в класс распределённых
Здесь:
— Размер разрешающего объёма РЛС по дальности;
— Размер разрешающего объёма РЛС по ширине (углу азимута);
— Размер разрешающего объёма РЛС по высоте (углу места);
Тоесть, линейные размеры цели должны полностью находиться внутри элемента разрешения РЛС.
Если это не так, то в этом случае ЭПР цели будет суммой ЭПР каждого элементарного участка цели:
.
Если распределённый объект состоит из изотропных однотипных отражателей с одинаковыми свойствами, то общее ЭПР можно найти, как произведение ЭПР на число отражателей:
Но число элементов такой цели обычно неизвестна!
Удельное ЭПР
В этом случае целесообразно ввести удельное ЭПР (σуд) - это ЭПР единичной площади (dS), или единичного объёма (dV) распределённой цели.
(27) (28) Здесь:
- удельная ЭПР единичной поверхности [ − ];
- удельная ЭПР единичного объёма
;
- S - одновременно отражающая поверхность
- V - одновременно отражающий объём.
S и V целиком определяются размерами ширины диаграммы направленности и элементом разрешения по дальности, тоесть параметрами излучёного сигнала.
Примечания
- ↑ С некоторых ракурсов облучения и для некоторых длин волн
Ссылки
Что такое ЭПР — заметка в блоге dxdt.ru
Wikimedia Foundation. 2010.