مرسوم است که بین انعکاس های پراکنده، پراکنده و رزونانس تمایز قائل شوند. اگر ابعاد خطی سطح انعکاسی بسیار بیشتر از طول موج باشد و خود سطح صاف باشد، بازتاب چشمگیر رخ می دهد. در این حالت، زاویه تابش پرتو رادیویی برابر با زاویه بازتاب است و موج تابش ثانویه به رادار باز نمی‌گردد (به جز در مورد تابش عادی).

اگر ابعاد خطی سطح جسم در مقایسه با طول موج بزرگ باشد و سطح خود ناهموار باشد، بازتاب منتشر رخ می دهد. علاوه بر این، به دلیل جهت گیری متفاوت عناصر سطحی، امواج الکترومغناطیسی در جهات مختلف از جمله به سمت رادار پراکنده می شوند. انعکاس تشدید زمانی مشاهده می شود که ابعاد خطی اجسام بازتابنده یا عناصر آنها برابر با تعداد فرد نیم موج باشد. بر خلاف انعکاس پراکنده، تابش تشدید ثانویه معمولاً دارای شدت بالا و جهت مشخص است که بستگی به طراحی و جهت عنصر ایجاد کننده بازتاب دارد.

در مواردی که طول موج نسبت به ابعاد خطی هدف زیاد باشد، موج فرودی به دور هدف خم می شود و شدت موج بازتابی ناچیز است.

از نقطه نظر تشکیل سیگنال هنگام بازتاب، اشیاء مشاهده رادار معمولاً به اندازه های کوچک تقسیم می شوند و در فضا یا روی سطح توزیع می شوند.

اجسام با اندازه کوچک شامل اجسامی هستند که ابعاد آنها در برد و مختصات زاویه ای به طور قابل توجهی کوچکتر از ابعاد عنصر تفکیک رادار است. در برخی موارد، اجسام کوچک ساده ترین پیکربندی هندسی را دارند. خواص انعکاسی آنها را می توان به راحتی از نظر تئوری تعیین کرد و برای هر مکان نسبی خاص هدف و رادار مورد نظر پیش بینی کرد. در شرایط واقعی، اهداف از ساده ترین نوع بسیار نادر هستند. بیشتر اوقات شما باید با اشیایی با پیکربندی پیچیده سروکار داشته باشید که از تعدادی عنصر بازتابنده ساده به هم پیوسته تشکیل شده است. نمونه هایی از اهداف با پیکربندی پیچیده عبارتند از هواپیما، کشتی، سازه های مختلف و غیره.

سایر اهداف مجموعه ای از اشیاء منفرد هستند که در یک منطقه خاص از فضا توزیع شده اند که اندازه آنها به طور قابل توجهی بزرگتر از عنصر وضوح رادار است. بسته به ماهیت این توزیع، بین اهداف توزیع شده در حجم (مثلاً یک ابر بارانی) و توزیع سطح (سطح زمین و غیره) تمایز قائل می شود. سیگنال منعکس شده از چنین هدفی نتیجه تداخل سیگنال های بازتابنده توزیع شده در عنصر وضوح است.

برای موقعیت نسبی ثابت رادار و اجسام بازتابی، دامنه و فاز موج بازتابی دارای مقدار کاملاً مشخصی است. بنابراین، در اصل، کل سیگنال منعکس شده حاصل را می توان برای هر مورد خاص تعیین کرد. با این حال، در طول فرآیند نظارت راداری، موقعیت‌های نسبی اهداف و رادار معمولاً تغییر می‌کند و در نتیجه نوسانات تصادفی در شدت و فاز سیگنال‌های برگشتی حاصل می‌شود.

منطقه پراکندگی هدف موثر (RCS).

محاسبه برد رصدی رادار به یک مشخصه کمی از شدت موج منعکس شده نیاز دارد. قدرت سیگنال منعکس شده در ورودی گیرنده ایستگاه به تعدادی از عوامل و مهمتر از همه به خواص بازتابی هدف بستگی دارد. به طور معمول، اهداف راداری با منطقه پراکندگی مؤثر مشخص می شوند. منطقه پراکندگی مؤثر هدف در مواردی که آنتن رادار امواج الکترومغناطیسی با قطبش یکسان را ساطع و دریافت می کند به عنوان مقدار σts درک می شود که برابری σtsP1=4πK2P2 را برآورده می کند، جایی که P1 چگالی شار توان موج مستقیم است. یک قطبش معین در محل هدف. P2 چگالی شار توان موجی با قطبش معین است که از هدف در آنتن رادار منعکس شده است. R فاصله رادار تا هدف است. مقدار EPR را می توان به طور مستقیم با استفاده از فرمول محاسبه کرد

σtsP1=4πR2P2/ P1

مطابق فرمول بالا، σt دارای بعد مساحت است. بنابراین، می توان آن را به طور مشروط به عنوان یک منطقه معین معادل یک هدف پرتو رادیویی معمولی با مساحت σt در نظر گرفت، که با اتلاف همسانگردی تمام توان موجی که روی آن از رادار وارد می شود، در نقطه دریافت همان چگالی شار توان P2 را ایجاد می کند. هدف واقعی

اگر EPR هدف داده شود، با مقادیر شناخته شده P1 و R، می توان چگالی شار توان موج منعکس شده P را محاسبه کرد و سپس با تعیین قدرت سیگنال دریافتی، محدوده را تخمین زد. از ایستگاه رادار

منطقه پراکندگی موثر σt به شدت موج ساطع شده یا به فاصله بین ایستگاه و هدف بستگی ندارد. در واقع، هر گونه افزایش در P1 منجر به افزایش متناسب در P2 می شود و نسبت آنها در فرمول تغییر نمی کند. هنگامی که فاصله بین رادار و هدف تغییر می کند، نسبت P2/P1 به نسبت R2 تغییر می کند و مقدار σt بدون تغییر باقی می ماند.

اهداف پیچیده و گروهی

در نظر گرفتن ساده ترین بازتابنده ها کار سختی نیست. بیشتر اهداف راداری واقعی ترکیبی پیچیده از بازتابنده های مختلف هستند. در فرآیند رصد راداری چنین اهدافی، با سیگنالی سروکار داریم که نتیجه تداخل چندین سیگنال منعکس شده از عناصر منفرد هدف است.

هنگام تابش یک جسم پیچیده (به عنوان مثال، هواپیما، کشتی، تانک، و غیره)، ماهیت بازتاب از عناصر جداگانه آن به شدت به جهت آنها بستگی دارد. در برخی موقعیت‌ها، بخش‌های خاصی از هواپیما یا کشتی ممکن است سیگنال‌های بسیار شدیدی تولید کنند، در حالی که در موقعیت‌های دیگر شدت سیگنال‌های بازتاب‌شده ممکن است به صفر برسد. علاوه بر این، هنگامی که موقعیت یک جسم نسبت به رادار تغییر می کند، روابط فاز بین سیگنال های منعکس شده از عناصر مختلف تغییر می کند. در نتیجه، نوساناتی در سیگنال حاصل رخ می دهد.

دلایل احتمالی دیگری نیز برای تغییر در شدت سیگنال های منعکس شده وجود دارد. بنابراین، ممکن است تغییری در رسانایی بین عناصر منفرد هواپیما مشاهده شود که یکی از دلایل آن لرزش های ناشی از کار موتور است. هنگامی که رسانایی تغییر می کند، توزیع جریان های القا شده بر روی سطح هواپیما و شدت سیگنال های منعکس شده تغییر می کند. برای هواپیماهای ملخی و توربوپراپ، یک منبع اضافی تغییر در شدت انعکاس، چرخش ملخ است.

شکل 2.1. وابستگی EPR هدف به زاویه

در طی فرآیند رصد رادار، موقعیت نسبی هواپیما (کشتی) و رادار به طور مداوم تغییر می کند. نتیجه این نوسانات سیگنال های منعکس شده و تغییرات مربوطه در EPR است. قوانین توزیع احتمال ناحیه پراکندگی مؤثر هدف و ماهیت تغییرات در این کمیت در طول زمان معمولاً به صورت تجربی تعیین می شوند. برای انجام این کار، شدت سیگنال های منعکس شده را ثبت کنید و پس از پردازش ضبط، مشخصات آماری سیگنال ها و ESR را بیابید.

همانطور که بسیاری از مطالعات نشان داده اند، برای نوسانات σc هواپیما، قانون توزیع نمایی با دقت کافی معتبر است.

برای تعیین دقیق میدان الکترومغناطیسی ثانویه در محل دستگاه گیرنده رادار، لازم است مشکل انعکاس موج الکترومغناطیسی از اجسام مکان، که معمولاً دارای پیکربندی پیچیده هستند، حل شود. همیشه نمی توان این مشکل را با دقت کافی حل کرد، بنابراین لازم است مشخصه ای از خواص بازتابی یک جسم پیدا شود که تعیین نسبتاً ساده شدت میدان الکترومغناطیسی ثانویه در محل دریافت را ممکن کند.

به طور شماتیک، تعامل ایستگاه مکان با شی در شکل 2.2 نشان داده شده است.

شکل 2.2. تعامل رادار با یک جسم بازتابنده

دستگاه فرستنده یک چگالی شار توان P1 در جسم بازتابی ایجاد می کند. موج الکترومغناطیسی بازتابی یک چگالی شار توان P2 در محل آنتن گیرنده سیستم مکان ایجاد می کند.

لازم است مقداری پیدا شود که به طور منطقی جریان های P1 و P2 را به هم متصل کند. منطقه پراکندگی موثر (ESR) - Se - به عنوان چنین مقداری انتخاب شد.

منطقه پراکندگی موثر را می توان ناحیه ای در نظر گرفت که عمود بر امواج الکترومغناطیسی تابیده شده بر روی آن قرار دارد که با اتلاف همسانگرد تمام توان وارد شده بر روی آن، در محل گیرنده رادار شار قدرت یکسانی ایجاد می شود. چگالی P2 به عنوان جسم منعکس کننده واقعی. مقدار Se را «سطح مؤثر»، «سطح تابش ثانویه مؤثر» یا «سطح بازتابنده مؤثر» نیز می‌نامند.

مقدار Se را می توان از رابطه Se P1=4p R2 P2 تعیین کرد،

Se=4pR2P2،/P1 (2.1)

ناحیه پراکندگی موثر را می توان از طریق شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی (E1 و H1) موج مستقیم در محل جسم و از طریق شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی (E2 و H2) موج بازتاب شده در رادار بیان کرد. محل.

Se= 4p R2 E2 2/E1 2 =4p R2H2 2/H1 2.

همانطور که از فرمول (2.1) بر می آید، Se دارای بعد مساحت است. اگر ابعاد خطی و زاویه ای جسم کوچکتر از ابعاد حجم تفکیک رادار در برد و مختصات زاویه ای باشد، مقدار منطقه پراکندگی موثر به فاصله تا جسم بازتابنده بستگی ندارد. با این حال، همانطور که از شکل 2.2 مشاهده می شود، بزرگی EPR به جهت گیری جسم نسبت به فرستنده و گیرنده سیستم مکان، Se=Se(q) بستگی دارد. در حالت کلی، با جهت گیری دلخواه یک جسم در فضا، EPR به سه زاویه بستگی دارد: زوایای دید جسم بازتابنده در فضای a و b و زاویه چرخش جسم e: Se=Se (a, بودن).

برای اجسام بازتابنده واقعی، وابستگی ناحیه پراکندگی موثر به زوایای تابش به صورت تجربی تعیین می‌شود. بنابراین، اگر جسم منعکس کننده را نسبت به جهت به سمت گیرنده بچرخانید، می توانید نموداری از تابش ثانویه معکوس Se(q) را ثبت کنید. برای اکثر اجسام آیرودینامیکی (هواپیما)، الگوی تابش ثانویه معکوس بسیار ناهموار است. دامنه تغییرات در ناحیه پراکندگی موثر زیاد است و به 30 تا 35 دسی بل می رسد.

برای بازتابنده‌هایی با ساده‌ترین پیکربندی، سطح بازتابنده مؤثر را می‌توان به صورت نظری محاسبه کرد. چنین بازتابنده هایی به ویژه عبارتند از: یک لرزاننده نیمه موج خطی، یک صفحه فلزی، بازتابنده گوشه فلزی و دی الکتریک.

مساحت اتلاف مؤثر یک ویبراتور نیمه موج به طول موج الکترومغناطیسی تابیده شده بر روی آن و زاویه q بین حالت نرمال به ویبراتور و جهت به ایستگاه موقعیت بستگی دارد.

Se=0.86l2 cos4q.

حداکثر ESR یک ویبره نیمه موج Sem = 0.86l2 است که به طور قابل توجهی از مساحت هندسی آن فراتر می رود.

منطقه پراکندگی موثر SE حجم بازتابی رادار پر شده با ویبراتورهای نیمه موج را می توان با فرمول تعیین کرد.

Se = n Ses، (2.2)

که در آن n تعداد ویبراتورها در حجم تفکیک کننده است،

Ses=0.17l2 - مقدار متوسط ​​EPR یک ویبراتور نیمه موج، مشروط بر اینکه زاویه q به احتمال یکسان از 0 تا p /2 تغییر کند.

الگوی پراکندگی پشت صفحه فلزی دارای طرح لوب است. عرض لوب ها با افزایش نسبت طول لبه صفحه به طول موج کاهش می یابد. EPR یک صفحه با مساحت آن S نسبت مستقیم دارد و با بروز معمولی موج الکترومغناطیسی روی صفحه برابر است با

ناحیه پراکندگی موثر توپ به نسبت قطر توپ dsh به طول موج بستگی دارد. برای یک توپ فلزی

Se=690 dsh6/l4 در dsh<< l ,

Se=p (dsh/2)2 در dsh >> l.

برای ایجاد سیگنال های بازتابی قدرتمند، از بازتابنده های گوشه فلزی به طور گسترده استفاده می شود که از سه صفحه مثلثی یا سه مربعی تشکیل شده است که با زاویه p/2 متصل شده اند. مزیت بازتابنده های گوشه ای توانایی آنها در انعکاس شدید امواج الکترومغناطیسی است که از جهات مختلف می آیند. EPR یک بازتابنده گوشه ای با لبه های مربع

برای بازتابنده با لبه های مثلثی

که در آن l طول لبه بازتابنده است.

ناحیه موثر پراکندگی یک کروی دراز هنگام تابش در امتداد محور طولی با فرمول تعیین می شود.

که در آن a نیمه اصلی است، b محور نیمه اصلی کروی است.

رایج ترین اجرام توزیع شده در سطح، بخش هایی از سطح زمین هستند. شرایط تابش رادار برای سطح زمین در شکل 1 نشان داده شده است. 2.3، الف.

برنج. 2.3. برای تعیین منطقه پراکندگی موثر اجسام حجمی (a) و سطح (b).

منطقه پراکندگی مؤثر چنین اجسامی با مساحت سطح زمین تعیین می شود که بازتاب های عناصر جداگانه آن به طور همزمان وارد آنتن گیرنده رادار می شود. مساحت عنصر به عرض حداکثر اصلی الگوی تابش آنتن در دو صفحه - q و y، زاویه شیب j حداکثر اصلی اندازه گیری شده از افقی، مدت زمان پالس کاوشگر و ضریب پراکندگی g. چنین ناحیه بازتابی را می توان به صورت مستطیلی که در فاصله R از رادار قرار دارد نشان داد

مشروط بر اینکه ct /2cosj< y R / sinj, стороны прямоугольника равны RDq (Dq -ширина диаграммы направленности) и ct /2cosj , площадь отражающей площадки S = R(Dq) ct /2cosj . Соответствующая S перпендикулярная линии визирования площадка S0=S sinj .

با دانستن S0 و g می توانیم Se را تعیین کنیم.

Se=(g R(Dq) c t) tgj /2. (2.3)

همانطور که از فرمول (2.3) بر می آید، EPR اشیاء توزیع شده در سطح، بر خلاف EPR اشیاء نقطه ای، به محدوده بستگی دارد.

منطقه پراکندگی موثر Se را می توان از طریق ارتفاع H رادار بالای سطح بیان کرد

S e=g HDq st /2 cos (j) .

با استفاده از فرمول (2.2) می توان ناحیه پراکندگی مؤثر اجسام پراکنده فضایی متشکل از تعداد زیادی بازتابنده همگن که با چگالی یکنواخت n0 در فضا توزیع شده و دارای سطح بازتابنده متوسط ​​Se می باشد، تعیین کرد.

S e=بدون S es V،

که در آن V حجم بازتابنده است که با وضوح رادار از نظر برد، مختصات زاویه ای و اندازه فضای پر شده با بازتابنده تعیین می شود. شکل گیری یک سیگنال از ابر بازتابنده در شکل 2.3، b نشان داده شده است.

در صورتی که ابری از بازتابنده های توزیع شده پرتو مخروطی الگوی تابش را کاملاً بپوشاند و فاصله R تا حجم تفکیک کننده بسیار بیشتر از وضوح برد ct/2 باشد، حجم بازتابی استوانه ای با ارتفاع ct/2 و پایه pR2(Dq)2/4، که در آن Dq عرض حداکثر اصلی الگوی تابش در سطح 0.5 است. برای این شرایط، حجم بازتابی V=pR2(Dq)ct/8 و EPR یک شی توزیع شده در فضایی با فرمول تعیین می شود.

S e=S es n0 p R2(Dq) 2ct /8. (2.4).

هنگامی که پرتو به طور کامل پر نشده باشد، قطر حجم بازتابی برابر با ابعاد خطی عرضی L o جسم است و منطقه پراکندگی موثر با فرمول تعیین می شود.

Se=Ses n0p L0 2c /8 (2.5)

همانطور که از فرمول های (2.4) و (2.5) آمده است، با اشیاء توزیع شده حجمی که به طور کامل حداکثر اصلی الگوی تابش آنتن ایستگاه مکان را پوشش می دهند، RCS مستقیماً با مجذور فاصله تا حجم بازتابنده متناسب است. اگر جسم پرتو اصلی نمودار را مسدود نکند، EPR به فاصله بین رادار و حجم بازتابی بستگی ندارد.

برای ایستگاه های راداری دوربرد، اشیاء آیرودینامیکی نقطه ای یا متمرکز هستند که EPR آن ها به برد بستگی ندارد. برای سیستم های برد کوتاه، چنین اجسامی به صورت خطی گسترش می یابند که در آن مساحت سطح تابش شده به صورت خطی با افزایش برد افزایش می یابد. بنابراین، منطقه پراکندگی موثر با افزایش فاصله R بین رادار و یک جسم خطی گسترش یافته و با افزایش عرض الگوی تابش آنتن افزایش می‌یابد. در صورتی که خواص بازتابی یک جسم در طول آن ثابت باشد، Se به نسبت مستقیم با R افزایش می یابد.

مشخصات آماری سیگنال های منعکس شده

قانون توزیع دامنه سیگنال های منعکس شده از یک جسم

بیشتر سیگنال های منعکس شده در سیستم ها فرآیندهای تصادفی هستند. بنابراین، برای ارزیابی عملکرد سیستم، لازم است نه تنها مقادیر متوسط ​​پارامترهای انرژی سیگنال، بلکه قوانین توزیع دامنه ها و توان ها، و همچنین ویژگی های طیفی و همبستگی را بدانید. داده های لازم را می توان بر اساس مطالعات تجربی و نظری به دست آورد.

برای سیستم های مکان یابی کوتاه برد، مدل های شی آماری زیر را می توان انتخاب کرد:

1. مجموعه ای از تعداد زیادی از عناصر بازتابنده با خواص بازتابی یکسان با مقدار میانگین کل سطح بازتابنده S e.

2. مجموعه ای از عناصر مطابق مدل اول و یک عنصر (غالب) با سطح بازتابنده موثر پایدار S0 بیش از سطح بازتابنده یک عنصر.

قوانین توزیع دامنه یافت شده برای مدل اول یک مورد خاص از قانون توزیع برای مدل دوم در S0 = 0 است. بنابراین، مدل دوم ابتدا در نظر گرفته می شود.

دامنه سیگنال منعکس شده از جسم مطابق مدل 2 را می توان به صورت نمایش داد

u cos(w0t-j)=u0 cos (w0t-j0)+ us cos (w0t-jS) (2.6)

جایی که uS cos (w0t-jS)=S UI cos(w0t-ji).

فرآیند اضافه کردن نوسانات را می توان در شکل 2.4 ردیابی کرد، جایی که سیگنال های u، u0 و uS به صورت برداری نشان داده شده اند.

بخش‌های x، x0، و همچنین y و y0 پیش‌بینی‌هایی از دامنه سیگنال‌های u و u0 روی محورهای متقابل عمود هستند.

برنج. 2.4. نمودار برداری سیگنال منعکس شده از یک جسم

طبق قضیه حد مرکزی، پیش‌بینی‌های x و y از قانون توزیع احتمال نرمال پیروی می‌کنند و چگالی احتمال دو بعدی مشترک آنها برابر با حاصل ضرب چگالی احتمال یک بعدی است.

که در آن D = Dx = Dy پراکندگی اجزای متعامد x و y است.

از قانون دو بعدی w(x,y) به راحتی می توان به قانون دو بعدی w(u,j) رفت. با توجه به قواعد نظریه احتمال، چگالی توزیع دو بعدی دامنه ها و فازها

برای تعیین قانون توزیع دامنه سیگنال منعکس شده w(u)، لازم است قانون دو بعدی توزیع w(u,j) بر روی منطقه همه مقادیر ممکن j ادغام شود.

که در آن I0 (u,u0/2D) تابع بسل از نوع اول مرتبه صفر است،

بنابراین، قانون توزیع دامنه سیگنال بازتابی که قانون توزیع ریلی تعمیم یافته نامیده می شود، به دست آمد. اگر u0=0 که با مدل اول مطابقت دارد، قانون توزیع دامنه به قانون توزیع ریلی تبدیل می‌شود.

قوانین توزیع دامنه های نرمال شده با توجه به D1/2 برای دو مدل برای مقادیر مختلف دامنه مولفه پایدار u0 در شکل نشان داده شده است. 2.5. با افزایش u0/D1/2، قانون توزیع دامنه به نرمال نزدیک می شود.

قانون توزیع سطح بازتابنده موثر

با توجه به اینکه دامنه سیگنال های u متناسب با توان است، با استفاده از قوانین توزیع دامنه به دست آمده می توان قوانین توزیع توان سیگنال های منعکس شده از اجسام را پیدا کرد. میانگین توان سیگنال حاصله که در یک بار 1 اهم آزاد می شود

که در آن D=m1(xk2)=m1(yk2)=m1(uS2/2)=så2/2.

سطح انعکاس موثر یک جسم متناسب با توان سیگنال است، بنابراین، برای تعیین قانون توزیع سطح بازتابنده موثر با توجه به قانون توزیع دامنه یافت شده (2.7)، می توانید از فرمول زیر استفاده کنید.

w(Se)=w(u)çdu/dSeç. (2.8)

در نتیجه جایگزینی (2.7) به (2.8)، قانون توزیع سطح بازتاب به شکل زیر کاهش می یابد:

شکل 2.5 چگالی توزیع دامنه سیگنال (a) (با uo/so=0 - منحنی 1؛ uo/so=1 - منحنی 2؛ uo/so=3 - منحنی 3؛ uo/so=6 - منحنی 4).

و سطح بازتابنده مؤثر (b) (در Se0 /Seå= 0 - منحنی 1؛ در Se0 /Seå= 1 - منحنی 2؛ در Se0 /Seå=3 - منحنی 3 و در Se0 /Seå = 20 - منحنی 4).

ساده ترین اشیاء آنهایی در نظر گرفته می شوند که EPR آنها می تواند کاملاً ساده به صورت تحلیلی محاسبه شود. اینها عبارتند از ورق مسطح، استوانه، توپ، بازتابنده گوشه و دو مخروطی، ارتعاش نیمه موج، بخشی از سطح پراکنده منتشر، و همچنین برخی از اهداف گروهی و توزیع شده. تعیین EPR چنین اشیایی ممکن است مورد علاقه مستقل باشد، و همچنین برای محاسبه EPR اشیاء با پیکربندی پیچیده، که می تواند با مجموعه ای از اشیاء ساده نمایش داده شود، ضروری باشد.

برای یافتن EPR یک بخش S از یک سطح محدب خوب رسانا (شکل 8.2)، از فرمول (8.4) استفاده می کنیم، که در آن می توان با جمع کردن میدان های اولیه ایجاد شده در محل رادار توسط سیگنال های بازتابی، نسبت را به دست آورد. از عناصر سطحی اگر فاصله آنتن رادار تا عنصر مورد نظر برابر با D باشد و تابش در یک زاویه نسبت به حالت طبیعی با شدت میدان رخ دهد، آنگاه قدرت میدان در محل رادار

فاصله رادار تا نزدیکترین نقطه سطح کجاست. سپس

زیرا .

با جایگزینی مقدار به فرمول (8.4)، عبارتی برای EPR سطح پیدا می کنیم:

اجازه دهید از عبارت به دست آمده برای محاسبه مساحت پراکندگی مؤثر برخی از اشیاء ساده استفاده کنیم.

EPR یک صفحه مسطح و با رسانایی خوب. اگر یک ورق فلزی، که ابعاد a و b آن بسیار بزرگتر اما بسیار کوچکتر از D است، عمود بر جهت تابش قرار گیرد (شکل 8.3)، آنگاه عبارت (8.6) شکل می گیرد.

زیرا و به دلیل کوچک بودن ورق نسبت به محدوده D و موقعیت آن عمود بر جهت ورود امواج رادیویی.

بنابراین، تحت تابش معمولی، یک ورق رسانای ایده‌آل تمام انرژی فرود را در جهت رادار منعکس می‌کند که ESR بیشتری را در مقایسه با ناحیه ورق ارائه می‌کند. هنگامی که ورق در امتداد عادی تابش می کند، مساحت سانتی متری دارد که چندین برابر بیشتر از ESR یک هواپیمای بزرگ است.

با این حال، حتی با انحراف جزئی جهت تابش از حالت عادی، ESR یک ورق صاف به شدت کاهش می یابد. فرض کنید جهت تابش در صفحه افقی با یک زاویه از حالت عادی منحرف شده است. با در نظر گرفتن ورق به عنوان یک آنتن معمولی مسطح با الگوی تشعشعی که توسط تابع توصیف شده است، عبارت EPR را می توان به این شکل نوشت.

به وابستگی RCS به زاویه تابش، نمودار پراکندگی هدف می گویند.

یک ورق مسطح دارای یک نمودار پراکندگی است که با تابعی از فرم توصیف شده است.

در نسبت های بزرگ اندازه ورق به طول موج (در مورد مورد بررسی)، نمودار پراکندگی بسیار واضح خواهد بود، یعنی با افزایش a، مقدار EPR ورق به شدت مطابق با عملکرد تغییر می کند و در برخی موارد کاهش می یابد. جهت به سمت صفر

برای تعدادی از کاربردها، حفظ مقدار EPR زیاد در طیف وسیعی از زوایای تابش مطلوب است. برای مثال، هنگام استفاده از بازتابنده ها به عنوان چراغ های رادیویی غیرفعال، این امر ضروری است. یک بازتابنده گوشه ای این ویژگی را دارد.

EPR یک بازتابنده گوشه. بازتابنده گوشه ای از سه ورقه فلزی عمود بر یکدیگر تشکیل شده است؛ این خاصیت انعکاس امواج رادیویی به سمت رادار تابش دهنده را دارد که با بازتاب سه گانه از دیواره های بازتابنده توضیح داده می شود (شکل 8.4)، که موج در صورت جهت آن را تجربه می کند. تابش نزدیک به محور تقارن (در زاویه جامد) بازتابنده گوشه است. از شکل 8.4 می توانید ببینید که بازتاب سه گانه در صورتی رخ می دهد که پرتو فرودی از داخل شش ضلعی حک شده در کانتور بیرونی بازتابنده عبور کند. در نتیجه، EPR یک بازتابنده گوشه تقریباً برابر با EPR یک ورق مسطح به شکل چنین شش ضلعی است که در امتداد عادی تابش می شود. با جایگزینی عبارت برای مساحت شش ضلعی در (8.7)، فرمولی برای محاسبه EPR یک بازتابنده گوشه به دست می آوریم:

(8.9)

در و سانتی متر EPR یک بازتابنده گوشه. بنابراین، EPR یک بازتابنده گوشه تا حدودی کوچکتر از EPR یک صفحه تخت با ابعاد است. با این حال، بازتابنده گوشه مقدار EPR بالایی را در یک بخش نسبتاً وسیع حفظ می کند، در حالی که EPR صفحه با انحرافات جزئی جهت تابش از حالت عادی به شدت کاهش می یابد. لازم به تاکید است که دستیابی به ارزش تئوری تنها با دقت بالا در ساخت آن امکان پذیر است، به خصوص در هنگام کار بر روی امواج کوتاهتر از 3 سانتی متر. برای گسترش بخش موجود از بازتابنده های گوشه ای متشکل از چهار گوشه استفاده می شود.

بازتابنده های دو مخروطی (شکل 8.5)، که از دو مخروط فلزی یکسان تشکیل شده اند، نیز به عنوان چراغ های راداری غیرفعال در دریا استفاده می شوند.

برنج. 8.4 شکل. 8.5

اگر زاویه بین ژنراتیکس های مخروط ها برابر باشد، پرتو پس از دو بار انعکاس از سطح مخروط ها، به سمت رادار هدایت می شود که مقدار EPR زیادی را ارائه می دهد. مزیت بازتابنده دو مخروطی، الگوی پراکندگی یکنواخت در صفحه عمود بر محور آن است.

EPR توپ برای تعیین EPR یک توپ بزرگ (در مقایسه با ) با سطح صاف کاملا رسانا، می توانید از فرمول (8.6) استفاده کنید. با این حال، در این مورد این ضروری نیست، زیرا چنین توپی الزامات یک هدف فرضی را برآورده می کند، سطح مقطع آن EPR آن است. بنابراین، ESR یک توپ، که همچنین دارای یک سطح رسانای ایده‌آل صاف است، بدون توجه به طول موج و جهت تابش، برابر با سطح مقطع آن است:

با توجه به این خاصیت، یک توپ بزرگ با سطح بسیار رسانا به عنوان استانداردی برای اندازه گیری تجربی EPR اجسام واقعی با مقایسه شدت سیگنال های بازتابی استفاده می شود.

هنگامی که نسبت شعاع توپ به طول موج به مقادیر تابع کاهش می یابد (شکل 8.6)، یک سری از حداکثر و حداقل تشدید ظاهر می شود، به عنوان مثال، توپ شروع به رفتار مانند یک ویبره می کند. با قطر توپ نزدیک به , EPR توپ چهار برابر سطح مقطع آن است. برای یک توپ کوچک با EPR، با فرمول پراش ریلی تعیین می شود و با وابستگی شدید به طول موج امواج رادیویی تابش کننده مشخص می شود.

این مورد برای مثال زمانی رخ می دهد که امواج رادیویی از قطرات باران و مه منعکس می شوند.

با در نظر گرفتن مقدار ثابت دی الکتریک آب () EPR قطرات باران

قطر قطره کجاست

پروژه دوره

SPbSUT im. بونش بروویچ

گروه سیستم های رادیویی و پردازش سیگنال

پروژه درسی در این رشته

"سیستم های مهندسی رادیو" با موضوع:

"منطقه پراکندگی موثر"

تکمیل شد:

دانشجوی گروه RT-91

کروتوف R.E.

پذیرفته شده توسط: استاد گروه ROS Gurevich V.E.

صدور تکلیف: 13/10/30

دوره حفاظت: 12/11/13

مقدمه و غیره

دیاگرام بلوک رادار

نمودار شماتیک رادار

تئوری عملکرد دستگاه

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

منطقه پراکندگی موثر

(EPR؛ انگلیسی) مقطع رادار RCS; در برخی منابع - سطح پراکندگی موثر, قطر پراکندگی موثر,منطقه بازتابی موثرتشدید کننده تصویر) در رادار - ناحیه ای از سطح مسطح ساختگی که در جهت موج صفحه فرود نرمال قرار دارد و یک فرستنده مجدد ایده آل و همسانگرد است که با قرار گرفتن در محل هدف، همان را ایجاد می کند. چگالی شار قدرت در آنتن ایستگاه رادار به عنوان هدف واقعی.

نمونه ای از نمودار EPR تک استاتیک (B-26 Invader)

EPR اندازه گیری کمی توانایی یک جسم برای پراکندگی موج الکترومغناطیسی است. همراه با پتانسیل انرژی مسیر فرستنده گیرنده و آنتن های آنتن رادار، EPR جسم در معادله برد رادار و محدوده ای را که در آن یک جسم می تواند توسط رادار شناسایی شود را تعیین می کند. افزایش مقدار ESR به معنای دید بیشتر رادار یک شی است؛ کاهش ESR تشخیص را دشوارتر می کند (فناوری پنهان کاری).

EPR یک جسم خاص به شکل، اندازه، ماده ای که از آن ساخته شده است، به جهت (زاویه) آن در رابطه با آنتن های موقعیت های ارسال و دریافت رادار (از جمله قطبش امواج الکترومغناطیسی) بستگی دارد. و در طول موج سیگنال رادیویی کاوشگر. EPR در شرایط منطقه دور پراکنده، آنتن های رادار گیرنده و ارسال کننده تعیین می شود.

از آنجایی که EPR یک پارامتر به طور رسمی معرفی شده است، مقدار آن با مقدار کل سطح دیفیوزر یا مقدار سطح مقطع آن منطبق نیست (eng. سطح مقطع). محاسبه EPR یکی از مسائل الکترودینامیک کاربردی است که با درجات مختلف تقریب به صورت تحلیلی حل می شود (فقط برای محدوده محدودی از اجسام با شکل ساده، به عنوان مثال، یک کره رسانا، استوانه، صفحه مستطیلی نازک و غیره) یا با روش های عددی اندازه گیری (نظارت) EPR در مکان های آزمایش و در اتاق های آنکوئیک فرکانس رادیویی با استفاده از اشیاء واقعی و مدل های مقیاس آنها انجام می شود.

EPR ابعاد مساحت دارد و معمولاً برحسب متر مربع نشان داده می شود. یا dBq.m.. برای اجسام با شکل ساده - نمونه های آزمایشی - EPR معمولاً به مربع طول موج سیگنال رادیویی کاوشگر نرمال می شود. EPR اجسام استوانه ای کشیده به طول آنها نرمال می شود (EPR خطی، EPR در واحد طول). EPR اشیاء توزیع شده در حجم (به عنوان مثال، یک ابر بارانی) به حجم عنصر وضوح رادار (ECR/ متر مکعب) نرمال می شود. EPR اهداف سطحی (معمولاً بخشی از سطح زمین) به منطقه عنصر وضوح رادار (ECR / متر مربع) نرمال می شود. به عبارت دیگر، EPR اجسام توزیع شده به ابعاد خطی یک عنصر وضوح خاص از یک رادار خاص بستگی دارد که به فاصله بین رادار و جسم بستگی دارد.

EPR را می توان به صورت زیر تعریف کرد (تعریف معادل تعریف ارائه شده در ابتدای مقاله است):

منطقه پراکندگی موثر(برای یک سیگنال رادیویی کاوشگر هارمونیک) - نسبت توان انتشار رادیویی یک منبع همسانگرد معادل (ایجاد در نقطه مشاهده همان چگالی شار توان رادیویی پراکنده تابش شده) به چگالی شار توان (W/m²) .) از انتشار رادیویی کاوشگر در نقطه مکان پراکنده.

EPR به جهت از پراکنده به منبع سیگنال رادیویی کاوشگر و جهت به نقطه مشاهده بستگی دارد. از آنجایی که این جهات ممکن است با هم مطابقت نداشته باشند (در حالت کلی، منبع سیگنال کاوشگر و نقطه ثبت میدان پراکنده در فضا از هم جدا می شوند)، EPR تعیین شده به این روش نامیده می شود. EPR بیستاتیک (روشن و خاموش EPR، انگلیسی بیستاتیک RCS).

نمودار پس پراکندگی(دور، EPR مونواستاتیک, EPR تک موقعیت، انگلیسی RCS تک استاتیک, RCS پراکنده عقب) مقدار RCS زمانی است که جهت ها از پراکنده به منبع سیگنال کاوشگر و به نقطه مشاهده مطابقت دارند. EPR اغلب به مورد خاص خود اشاره می کند - EPR monostatic، یعنی DOR (مفاهیم EPR و DOR مخلوط شده اند) به دلیل شیوع کم رادارهای bistatic (چند موقعیت) (در مقایسه با رادارهای monostatic سنتی مجهز به یک فرستنده و واحد). آنتن گیرنده). با این حال، باید بین EPR(θ، φ؛ θ 0، φ 0) و DOR(θ، φ) = EPR(θ، φ؛ θ 0 =θ، φ 0 =φ) تمایز قائل شد، جایی که θ، φ جهت است. به نقطه ثبت نام میدان پراکنده؛ θ 0، φ 0 - جهت به منبع موج کاوشگر (θ، φ، θ 0، φ 0 - زوایای سیستم مختصات کروی، که ابتدای آن با دیفیوزر هم تراز است).

در حالت کلی، برای یک موج الکترومغناطیسی کاوشگر با یک وابستگی زمانی ناهارمونیک (یک سیگنال کاوشگر پهن باند در مفهوم مکانی-زمانی) منطقه پراکندگی موثر- نسبت انرژی یک منبع همسانگرد معادل به چگالی شار انرژی (J/sq.m.) انتشار رادیویی کاوشگر در نقطه ای که پراکنده قرار دارد.

محاسبه EPR

اجازه دهید انعکاس یک موج را روی یک سطح بازتابی همسانگرد با مساحتی برابر با EPR در نظر بگیریم. توان منعکس شده از چنین هدفی حاصل ضرب EPR و چگالی شار توان فرودی است:

جایی که RCS هدف است، چگالی شار توان موج فرودی یک قطبش معین در محل هدف، توان منعکس شده توسط هدف است.

از سوی دیگر، قدرت تابش همسانگرد

یا با استفاده از نقاط قوت میدان موج فرودی و موج منعکس شده:

برق ورودی گیرنده:

,

ناحیه موثر آنتن کجاست

می توان جریان توان موج فرودی را بر حسب توان تابشی و جهت دهی آنتن تعیین کرد. Dبرای یک جهت معین تابش

جایی که .

بدین ترتیب،

. (9)

معنای فیزیکی epr

EPR دارای بعد مساحت [ متر مربع]، ولی یک منطقه هندسی نیست(!)، اما یک مشخصه انرژی است، یعنی میزان قدرت سیگنال دریافتی را تعیین می کند.

RCS هدف نه به شدت موج ساطع شده و نه به فاصله بین ایستگاه و هدف بستگی ندارد. هر افزایشی منجر به افزایش متناسب می شود و نسبت آنها در فرمول تغییر نمی کند. هنگامی که فاصله بین رادار و هدف تغییر می کند، نسبت به نسبت معکوس تغییر می کند و مقدار EPR بدون تغییر باقی می ماند.

EPR اهداف نقطه مشترک

• سطح محدب

میدان از کل سطح استوسط انتگرال تعیین می شود لازم است تعیین شود E 2 و نگرش در فاصله معین تا هدف...

,

جایی که ک- شماره موج

1) اگر جسم کوچک باشد، فاصله و میدان موج فرودی را می توان بدون تغییر در نظر گرفت.

2) فاصله آررا می توان به عنوان مجموع فاصله تا هدف و فاصله درون هدف در نظر گرفت:

,
,

صحفه صاف

سطح صاف حالت خاصی از یک سطح محدب منحنی است.

بازتابنده گوشه

بازتابنده گوشه- وسیله ای به شکل چهار وجهی مستطیلی با صفحات بازتابی متقابل عمود بر هم. تابش وارد شده به بازتابنده گوشه در جهت کاملا مخالف منعکس می شود.

مثلثی

اگر از یک بازتابنده گوشه ای با لبه های مثلثی استفاده شود، EPR

بازتابنده دوقطبی

بازتابنده های دوقطبی برای ایجاد تداخل غیرفعال در عملکرد رادار استفاده می شوند.

بزرگی EPR بازتابنده دوقطبی به طور کلی به زاویه دید بستگی دارد، با این حال، EPR برای همه زوایا برابر است با:

بازتابنده های دوقطبی برای استتار اهداف هوایی و زمین و همچنین به عنوان چراغ های راداری غیرفعال استفاده می شوند.

بخش بازتاب بازتابنده دوقطبی ~70 درجه است

نسخه فعلی صفحه هنوز توسط شرکت کنندگان باتجربه تأیید نشده است و ممکن است با نسخه تأیید شده در 1 می 2016 تفاوت قابل توجهی داشته باشد. بررسی ها مورد نیاز است.

منطقه پراکندگی موثر(EPR؛ در برخی منابع - سطح پراکندگی موثر, مقطع پراکندگی موثر, منطقه بازتابی موثرتشدید کننده تصویر) در رادار - ناحیه ای از سطح مسطح ساختگی که در جهت موج صفحه فرود نرمال واقع شده و یک فرستنده مجدد ایده آل و همسانگرد است که با قرار گرفتن در محل مورد نظر، ایجاد می کند. مکان آنتن رادار همان چگالی شار قدرت به عنوان هدف واقعی است.

EPR اندازه گیری کمی توانایی یک جسم برای پراکندگی موج الکترومغناطیسی است. همراه با پتانسیل انرژی مسیر فرستنده گیرنده و آنتن های آنتن رادار، EPR جسم در معادله برد رادار و. افزایش مقدار ESR به معنای دید راداری بیشتر یک شی است؛ کاهش ESR تشخیص را دشوارتر می‌کند (به فناوری پنهان‌کاری مراجعه کنید).

محدوده ای را که در آن یک جسم می تواند توسط رادار شناسایی شود را تعیین می کند

EPR یک جسم خاص به شکل، اندازه، ماده ای که از آن ساخته شده است، به جهت (زاویه) آن در رابطه با آنتن های موقعیت های ارسال و دریافت رادار (از جمله قطبش امواج الکترومغناطیسی) بستگی دارد. و در طول موج سیگنال رادیویی کاوشگر. EPR در شرایط منطقه دور پراکنده، آنتن های رادار گیرنده و ارسال کننده تعیین می شود.

از آنجایی که EPR یک پارامتر به طور رسمی معرفی شده است، مقدار آن با مقدار کل سطح دیفیوزر یا مقدار سطح مقطع آن منطبق نیست (eng. سطح مقطع). محاسبه EPR یکی از مسائل الکترودینامیک کاربردی است که با درجات مختلف تقریب به صورت تحلیلی حل می شود (فقط برای محدوده محدودی از اجسام با شکل ساده، به عنوان مثال، یک کره رسانا، استوانه، صفحه مستطیلی نازک و غیره) یا با روش های عددی اندازه گیری (نظارت) EPR در مکان های آزمایش و در اتاق های آنکوئیک فرکانس رادیویی با استفاده از اشیاء واقعی و مدل های مقیاس آنها انجام می شود.

EPR دارای ابعاد مساحت است و معمولاً بر حسب m² یا dBq.m نشان داده می شود. برای اجسام با شکل ساده - نمونه های آزمایشی - EPR معمولاً به مربع طول موج سیگنال رادیویی کاوشگر نرمال می شود. EPR اجسام استوانه ای کشیده به طول آنها نرمال می شود (EPR خطی، EPR در واحد طول). EPR اشیاء توزیع شده در حجم (به عنوان مثال، یک ابر بارانی) به حجم عنصر وضوح رادار (ECR/m³) نرمال می شود. EPR اهداف سطحی (معمولاً بخشی از سطح زمین) به منطقه عنصر وضوح رادار (ECR/m²) نرمال می شود. به عبارت دیگر، EPR اجسام توزیع شده به ابعاد خطی یک عنصر وضوح خاص از یک رادار خاص بستگی دارد که به فاصله بین رادار و جسم بستگی دارد.

EPR را می توان به صورت زیر تعریف کرد (تعریف معادل تعریف ارائه شده در ابتدای مقاله است):

منطقه پراکندگی موثر(برای یک سیگنال رادیویی کاوشگر هارمونیک) - نسبت توان معادل تابش رادیویی (ایجاد در نقطه مشاهده همان چگالی شار توان رادیویی پراکنده تابش شده) به چگالی شار توان (W/m²) رادیو کاوشگر انتشار در نقطه محل پراکنده.

EPR به جهت از پراکنده به منبع سیگنال رادیویی کاوشگر و جهت به نقطه مشاهده بستگی دارد. از آنجایی که این جهات ممکن است با هم مطابقت نداشته باشند (در حالت کلی، منبع سیگنال کاوشگر و نقطه ثبت میدان پراکنده در فضا از هم جدا می شوند)، EPR تعیین شده به این روش نامیده می شود. EPR بیستاتیک (روشن و خاموش EPR، انگلیسی بیستاتیک RCS).

نمودار پس پراکندگی(دور، EPR مونواستاتیک, EPR تک موقعیت، انگلیسی RCS تک استاتیک, RCS پراکنده عقب) مقدار RCS زمانی است که جهت ها از پراکنده به منبع سیگنال کاوشگر و به نقطه مشاهده مطابقت دارند. EPR اغلب به مورد خاص خود اشاره می کند - EPR monostatic، یعنی DOR (مفاهیم EPR و DOR مخلوط شده اند) به دلیل شیوع کم رادارهای bistatic (چند موقعیت) (در مقایسه با رادارهای monostatic سنتی مجهز به یک فرستنده و واحد). آنتن گیرنده). با این حال، باید بین EPR(θ، φ؛ θ 0، φ 0) و DOR(θ، φ) = EPR(θ، φ؛ θ 0 =θ، φ 0 =φ) تمایز قائل شد، جایی که θ، φ جهت است. به نقطه ثبت نام میدان پراکنده؛ θ 0، φ 0 - جهت به منبع موج کاوشگر (θ، φ، θ 0، φ 0 - زوایای سیستم مختصات کروی، که ابتدای آن با پراکنده تراز است).

در حالت کلی، برای یک موج الکترومغناطیسی کاوشگر با یک وابستگی زمانی ناهارمونیک (یک سیگنال کاوشگر پهن باند در مفهوم مکانی-زمانی) منطقه پراکندگی موثر- نسبت انرژی یک منبع همسانگرد معادل به چگالی شار انرژی (J/m²) گسیل رادیویی کاوشگر در نقطه ای که پراکنده قرار دارد.

اجازه دهید انعکاس یک موج تابیده شده را بر روی یک سطح بازتابی همسانگرد با مساحتی برابر با ESR در نظر بگیریم. توان منعکس شده از چنین هدفی حاصل ضرب EPR و چگالی شار توان فرودی است:

با جایگزینی (6) و (2) به (5)، برای توان ورودی گیرنده رادار داریم:

EPR دارای بعد مساحت [ متر مربع]، ولی یک منطقه هندسی نیست(!)، اما یک مشخصه انرژی است، یعنی میزان قدرت سیگنال دریافتی را تعیین می کند.

از نظر تحلیلی، EPR فقط برای اهداف ساده قابل محاسبه است. برای اهداف پیچیده، EPR به طور عملی در مکان‌های تست تخصصی یا در اتاق‌های آنکوئیک اندازه‌گیری می‌شود.

سطح صاف حالت خاصی از یک سطح محدب منحنی است.

بازتابنده گوشه از سه صفحه عمود بر هم تشکیل شده است. بر خلاف صفحه، یک بازتابنده گوشه بازتاب خوبی در طیف وسیعی از زوایای ایجاد می کند.

اگر بازتابنده گوشه از وجوه چهار گوش تشکیل شده باشد، EPR

بازتابنده های دوقطبی برای ایجاد تداخل غیرفعال در عملکرد رادار استفاده می شوند.

بزرگی EPR بازتابنده دوقطبی به طور کلی به زاویه مشاهده بستگی دارد، اما EPR برای همه زوایا برابر است با:

بازتابنده های دوقطبی برای استتار اهداف هوایی و زمین و همچنین به عنوان چراغ های راداری غیرفعال استفاده می شوند.

ESR اشیاء واقعی پیچیده در تأسیسات ویژه یا مکان‌های آزمایشی اندازه‌گیری می‌شود، جایی که شرایط تابش میدان دور قابل دستیابی است.

هدف دو نقطه ای را جفت هدفی می نامیم که در همان حجم تفکیک راداری قرار دارند. با استفاده از فرمول (4)، می‌توانیم دامنه‌های میدان‌های موج بازتاب‌شده را پیدا کنیم:

هدف توزیع شده- هدفی که ابعاد آن از حجم تفکیک رادار بیشتر باشد.

یعنی ابعاد خطی هدف باید کاملاً درون عنصر تفکیک رادار باشد.

اگر اینطور نیست، در این مورد EPR هدف، مجموع EPR هر بخش ابتدایی هدف خواهد بود:

اگر یک جسم توزیع شده از بازتابنده های همسانگرد از همان نوع با ویژگی های یکسان تشکیل شده باشد، EPR کل را می توان به عنوان حاصلضرب EPR با تعداد بازتابنده ها پیدا کرد:

در این مورد، توصیه می شود وارد شوید EPR خاص (σ ضرب و شتم) EPR یک واحد مساحت است ( dS)، یا حجم واحد ( dV) هدف توزیع شده

اسو Vبه طور کامل توسط ابعاد عرض الگوی تابش و عنصر تفکیک محدوده، یعنی توسط پارامترهای سیگنال منتشر شده تعیین می شود.