Il est d'usage de distinguer les réflexions spéculaires, diffuses et résonantes. Si les dimensions linéaires de la surface réfléchissante sont bien supérieures à la longueur d'onde et que la surface elle-même est lisse, une réflexion spéculaire se produit. Dans ce cas, l'angle d'incidence du faisceau radio est égal à l'angle de réflexion, et l'onde de rayonnement secondaire ne revient pas vers le radar (sauf en cas d'incidence normale).

Si les dimensions linéaires de la surface de l'objet sont grandes par rapport à la longueur d'onde et que la surface elle-même est rugueuse, une réflexion diffuse se produit. De plus, en raison de l'orientation différente des éléments de surface, les ondes électromagnétiques sont diffusées dans différentes directions, y compris vers le radar. La réflexion résonante est observée lorsque les dimensions linéaires des objets réfléchissants ou de leurs éléments sont égales à un nombre impair d'alternances. Contrairement à la réflexion diffuse, le rayonnement résonant secondaire a généralement une intensité élevée et une directionnalité prononcée, en fonction de la conception et de l'orientation de l'élément provoquant la réflexion.

Dans les cas où la longueur d'onde est grande par rapport aux dimensions linéaires de la cible, l'onde incidente se courbe autour de la cible et l'intensité de l'onde réfléchie est négligeable.

Du point de vue de la formation du signal lors de la réflexion, les objets d'observation radar sont généralement divisés en petites tailles et répartis dans l'espace ou en surface.

Les objets de petite taille comprennent les objets dont les dimensions sont nettement inférieures aux dimensions de l'élément de résolution radar en termes de portée et de coordonnées angulaires. Dans certains cas, les petits objets ont la configuration géométrique la plus simple. Leurs propriétés réfléchissantes peuvent être facilement déterminées théoriquement et prédites pour chaque emplacement relatif spécifique de la cible et du radar en question. En conditions réelles, les cibles du type le plus simple sont assez rares. Le plus souvent, vous devez faire face à des objets de configuration complexe, constitués d'un certain nombre d'éléments réfléchissants simples interconnectés de manière rigide. Des exemples de cibles aux configurations complexes incluent des avions, des navires, diverses structures, etc.

D'autres cibles sont un ensemble d'objets individuels répartis dans une certaine zone de l'espace, de taille nettement plus grande que l'élément de résolution radar. Selon la nature de cette répartition, on distingue les cibles distribuées en volume (par exemple un nuage de pluie) et en surface (surface terrestre, etc.). Le signal réfléchi par une telle cible est le résultat de l'interférence des signaux réflecteurs distribués au sein de l'élément de résolution.

Pour une position relative fixe du radar et des objets réfléchissants, l'amplitude et la phase de l'onde réfléchie ont une valeur tout à fait définie. Par conséquent, en principe, le signal réfléchi total résultant peut être déterminé pour chaque cas spécifique. Cependant, au cours du processus de surveillance radar, les positions relatives des cibles et du radar changent généralement, ce qui entraîne des fluctuations aléatoires de l'intensité et de la phase des signaux de retour résultants.

Zone de diffusion cible efficace (RCS).

Le calcul de la portée d'observation radar nécessite une caractéristique quantitative de l'intensité de l'onde réfléchie. La puissance du signal réfléchi à l'entrée du récepteur de la station dépend d'un certain nombre de facteurs et surtout des propriétés réfléchissantes de la cible. Généralement, les cibles radar sont caractérisées par leur zone de dispersion effective. La zone de dispersion effective de la cible dans le cas où l'antenne radar émet et reçoit des ondes électromagnétiques de même polarisation s'entend comme la valeur σts qui satisfait l'égalité σtsP1=4πK2P2, où P1 est la densité de puissance de l'onde directe d'une polarisation donnée à l'emplacement cible ; P2 est la densité de puissance surfacique d'une onde d'une polarisation donnée réfléchie par la cible au niveau de l'antenne radar ; R est la distance entre le radar et la cible. La valeur EPR peut être directement calculée à l'aide de la formule

σtsP1=4πR2P2/ P1

Comme il ressort de la formule donnée ci-dessus, σt a la dimension de l’aire. Par conséquent, il peut être conditionnellement considéré comme une certaine zone équivalente à une cible de faisceau radio normale avec une zone σt, qui, dissipant de manière isotrope toute la puissance des vagues incidente sur elle depuis le radar, crée au point de réception la même densité de flux de puissance P2 que la véritable cible.

Si l'EPR de la cible est donné, alors avec des valeurs connues de P1 et R, il est possible de calculer la densité de flux de puissance de l'onde réfléchie P, puis, après avoir déterminé la puissance du signal reçu, d'estimer la portée de la station radar.

La zone de diffusion effective σt ne dépend ni de l'intensité de l'onde émise ni de la distance entre la station et la cible. En effet, toute augmentation de P1 entraîne une augmentation proportionnelle de P2 et leur rapport dans la formule ne change pas. Lorsque la distance entre le radar et la cible change, le rapport P2/P1 évolue en proportion inverse de R2 et la valeur de σt reste inchangée.

Objectifs complexes et collectifs

Considérer les réflecteurs les plus simples n'est pas difficile. La plupart des cibles radar réelles sont une combinaison complexe de réflecteurs de différents types. Dans le processus d'observation radar de telles cibles, on a affaire à un signal qui est le résultat de l'interférence de plusieurs signaux réfléchis par des éléments individuels de la cible.

Lors de l'irradiation d'un objet complexe (par exemple un avion, un navire, un char, etc.), la nature des réflexions de ses éléments individuels dépend fortement de leur orientation. Dans certaines positions, certaines parties de l'avion ou du navire peuvent produire des signaux très intenses, tandis que dans d'autres positions, l'intensité des signaux réfléchis peut chuter jusqu'à zéro. De plus, lorsque la position d'un objet par rapport au radar change, les relations de phase entre les signaux réfléchis par divers éléments changent. Il en résulte des fluctuations du signal résultant.

Il existe d'autres raisons possibles pour expliquer les changements dans l'intensité des signaux réfléchis. Ainsi, un changement de conductivité entre les éléments individuels de l'avion peut être observé, dont l'une des raisons est les vibrations provoquées par le fonctionnement du moteur. Lorsque la conductivité change, les répartitions des courants induits à la surface de l'avion et l'intensité des signaux réfléchis changent. Pour les avions à hélices et à turbopropulseurs, une source supplémentaire de variation de l'intensité des réflexions est la rotation de l'hélice.

Graphique 2.1. Dépendance de l'EPR cible sur l'angle.

Au cours du processus d'observation radar, la position relative de l'avion (navire) et du radar change continuellement. Il en résulte des fluctuations des signaux réfléchis et des modifications correspondantes de l'EPR. Les lois de distribution de probabilité de la zone de diffusion effective de la cible et la nature des changements de cette quantité au fil du temps sont généralement déterminées expérimentalement. Pour ce faire, enregistrez l'intensité des signaux réfléchis et, après traitement de l'enregistrement, retrouvez les caractéristiques statistiques des signaux et ESR.

Comme de nombreuses études l'ont montré, pour les fluctuations σc des avions, la loi de distribution exponentielle est valable avec une précision suffisante

Pour déterminer avec précision le champ électromagnétique secondaire à l'emplacement du dispositif de réception radar, il est nécessaire de résoudre le problème de la réflexion de l'onde électromagnétique par les objets de localisation, qui ont généralement une configuration complexe. Il n'est pas toujours possible de résoudre ce problème avec suffisamment de précision, il est donc nécessaire de trouver une caractéristique des propriétés réfléchissantes d'un objet qui permettrait de déterminer relativement simplement l'intensité du champ électromagnétique secondaire au niveau du site de réception.

Schématiquement, l'interaction de la station de localisation avec l'objet est représentée sur la Fig. 2.2.

Figure 2.2. Interaction du radar avec un objet réfléchissant

Le dispositif de transmission crée une densité de flux de puissance P1 au niveau de l'objet réfléchissant. L'onde électromagnétique réfléchie crée une densité de flux de puissance P2 à l'emplacement de l'antenne de réception du système de localisation.

Il faut trouver une valeur qui relie rationnellement les flux P1 et P2. La zone de diffusion effective (ESR) - Se - a été choisie comme telle.

La zone de diffusion effective peut être considérée comme la zone du site située perpendiculairement à l'onde électromagnétique incidente sur celui-ci, qui, avec dissipation isotrope de toute la puissance incidente sur celui-ci, crée à l'emplacement du récepteur radar le même flux de puissance densité P2 comme véritable objet réfléchissant. La valeur Se est également appelée « surface efficace », « surface efficace de rayonnement secondaire » ou « surface efficace réfléchissante ».

La valeur de Se peut être déterminée à partir de la relation Se P1=4p R2 P2,

Se=4pR2P2,/P1 (2.1)

La zone de diffusion effective peut être exprimée par les intensités des champs électriques et magnétiques (E1 et H1) de l'onde directe à l'emplacement de l'objet et par les intensités des champs électriques et magnétiques (E2 et H2) de l'onde réfléchie au niveau du radar. emplacement.

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

Comme il ressort de la formule (2.1), Se a la dimension d’une aire. Si les dimensions linéaires et angulaires de l'objet sont inférieures aux dimensions du volume de résolution du radar en portée et en coordonnées angulaires, la valeur de la zone de diffusion effective ne dépend pas de la distance à l'objet réfléchissant. Cependant, comme le montre la figure 2.2., l'ampleur de l'EPR dépend de l'orientation de l'objet par rapport à l'émetteur et au récepteur du système de localisation, Se = Se(q). Dans le cas général, avec une orientation arbitraire d'un objet dans l'espace, l'EPR dépend de trois angles : les angles de vision de l'objet réfléchissant dans l'espace a et b, et l'angle de roulis de l'objet e : Se=Se (a, être).

Pour les objets réfléchissants réels, la dépendance de la zone de diffusion effective sur les angles d'irradiation est déterminée expérimentalement. Ainsi, si vous faites pivoter l'objet réfléchissant par rapport à la direction vers l'émetteur-récepteur, vous pouvez enregistrer un diagramme du rayonnement secondaire inverse Se(q). Pour la plupart des objets aérodynamiques (avions), le diagramme de rayonnement secondaire inverse est très irrégulier ; la plage de changements dans la zone de dispersion effective est large et atteint 30 à 35 décibels.

Pour les réflecteurs de configuration la plus simple, la surface réfléchissante effective peut être calculée théoriquement. De tels réflecteurs comprennent notamment : un vibrateur demi-onde linéaire, une plaque métallique, des réflecteurs d'angle métalliques et diélectriques.

La zone de dissipation efficace d'un vibrateur demi-onde dépend de la longueur de l'onde électromagnétique incidente sur lui et de l'angle q entre la normale au vibrateur et la direction vers la station de localisation

Se=0,86l2 cos4q .

L'ESR maximum d'un vibrateur demi-onde est Sem = 0,86l2, ce qui dépasse largement sa surface géométrique.

La zone de diffusion effective SE du volume réfléchissant du radar rempli de vibrateurs demi-onde peut être déterminée par la formule

Se = n Sés, (2.2)

où n est le nombre de vibrateurs dans le volume résolvant,

Ses=0,17l2 - la valeur EPR moyenne d'un vibrateur demi-onde, à condition que l'angle q varie également probablement de 0 à p /2.

Le motif de rétrodiffusion d’une plaque métallique présente un motif de lobes. La largeur des lobes diminue à mesure que le rapport entre la longueur du bord de la plaque et la longueur d'onde augmente. L'EPR d'une plaque est directement proportionnel à sa surface S et, avec une incidence normale d'une onde électromagnétique sur la plaque, est égal à

La zone de diffusion effective de la balle dépend du rapport entre le diamètre de la balle dsh et la longueur d'onde. Pour une boule de métal

Se=690 dsh6/l4 à dsh<< l ,

Se=p (dsh/2)2 à dsh >> l.

Pour créer des signaux réfléchis puissants, les réflecteurs d'angle métalliques sont largement utilisés, constitués de trois plaques triangulaires ou trois plaques carrées reliées selon un angle p/2. L’avantage des réflecteurs d’angle réside dans leur capacité à réfléchir intensément les ondes électromagnétiques provenant de différentes directions. EPR d'un réflecteur d'angle à bords carrés

pour réflecteur à bords triangulaires

où l est la longueur du bord du réflecteur.

La zone de diffusion effective d'un sphéroïde allongé lorsqu'il est irradié le long de l'axe longitudinal est déterminée par la formule

où a est le demi-grand axe, b est le demi-petit axe du sphéroïde.

Les objets répartis en surface les plus courants sont des sections de la surface terrestre. Les conditions d'irradiation radar de la surface terrestre sont présentées sur la figure. 2.3, une.

Riz. 2.3. Pour déterminer la zone de diffusion effective des objets volumétriques (a) et surfaciques (b)

La zone de diffusion effective de ces objets est déterminée par la superficie de la surface terrestre, dont les réflexions des éléments individuels pénètrent simultanément dans l'antenne de réception radar. La surface de l'élément dépend de la largeur du maximum principal du diagramme de rayonnement de l'antenne dans deux plans - q et y, de l'angle d'inclinaison j du maximum principal mesuré à partir de l'horizontale, de la durée de l'impulsion de sondage et de la coefficient de diffusion g. Une telle zone réfléchissante peut être représentée par un rectangle situé à une distance R du radar

À condition que 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 .

Connaissant S0 et g, nous pouvons déterminer Se.

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

Comme il ressort de la formule (2.3), l'EPR des objets répartis en surface, contrairement à l'EPR des objets ponctuels, dépend de la plage.

La zone de diffusion effective Se peut être exprimée par la hauteur H du radar au-dessus de la surface

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

La zone de diffusion effective d'objets répartis dans l'espace, constitués d'un grand nombre de réflecteurs homogènes répartis avec une densité uniforme n0 dans l'espace et ayant une surface réfléchissante moyenne Se, peut être déterminée à l'aide de la formule (2.2).

S e=non S es V ,

où V est le volume réfléchissant, déterminé par la résolution du radar en termes de portée, de coordonnées angulaires et de taille de l'espace rempli de réflecteurs. La formation d'un signal à partir d'un nuage de réflecteurs est illustrée sur la Fig. 2.3, b.

Dans le cas où un nuage de réflecteurs distribués recouvre complètement le faisceau conique du diagramme de rayonnement et que la distance R au volume de résolution est bien supérieure à la résolution de portée ct/2, le volume réfléchissant est un cylindre de hauteur ct/2 et base pR2(Dq)2/4, où Dq est la largeur du maximum principal du diagramme de rayonnement au niveau 0,5. Pour ces conditions, le volume réfléchissant V=pR2(Dq)ct/8, et l'EPR d'un objet spatialement distribué est déterminé par la formule

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

Lorsque le faisceau n'est pas complètement rempli, le diamètre du volume réfléchissant est égal aux dimensions linéaires transversales L o de l'objet, et la zone de diffusion effective est déterminée par la formule

Se=Ses n0p L0 2c /8 (2,5)

Comme il ressort des formules (2.4) et (2.5), avec des objets distribués volumétriquement qui couvrent complètement le maximum principal du diagramme de rayonnement de l'antenne de la station de localisation, le RCS est directement proportionnel au carré de la distance au volume réfléchissant. Si l'objet ne bloque pas le faisceau principal du diagramme, l'EPR ne dépend pas de la distance entre le radar et le volume réfléchissant.

Pour les stations radar à longue portée, les objets aérodynamiques sont ponctuels ou concentrés, dont l'EPR ne dépend pas de la portée. Pour les systèmes à courte portée, ces objets sont étendus linéairement, dans lesquels la surface de la surface irradiée augmente linéairement avec l'augmentation de la portée. Par conséquent, la zone de diffusion effective augmente avec l’augmentation de la distance R entre le radar et un objet étendu linéairement et avec l’augmentation de la largeur du diagramme de rayonnement de l’antenne. Dans le cas où les propriétés réfléchissantes d'un objet sur sa longueur sont constantes, Se augmente en proportion directe avec R.

Caractéristiques statistiques des signaux réfléchis

Loi de distribution des amplitudes des signaux réfléchis par un objet

La plupart des signaux réfléchis dans les systèmes sont des processus aléatoires. Par conséquent, pour évaluer le fonctionnement du système, il est nécessaire de connaître non seulement les valeurs moyennes des paramètres énergétiques du signal, mais également les lois de distribution des amplitudes et des puissances, ainsi que les caractéristiques spectrales et de corrélation. Les données nécessaires peuvent être obtenues sur la base d'études expérimentales et théoriques.

Pour les systèmes de localisation à courte portée, les modèles d'objets statistiques suivants peuvent être sélectionnés :

1. un ensemble d'un grand nombre d'éléments réfléchissants ayant les mêmes propriétés réfléchissantes avec une valeur moyenne totale donnée de la surface réfléchissante S e ;

2. un ensemble d'éléments selon le premier modèle et un élément (dominant) avec une surface réfléchissante effective stable S0 dépassant la surface réfléchissante d'un élément.

Les lois de distribution d'amplitude trouvées pour le premier modèle sont un cas particulier de la loi de distribution pour le deuxième modèle à S0 =0. C’est donc le deuxième modèle qui est considéré en premier.

L'amplitude du signal réfléchi par l'objet selon le modèle 2 peut être représentée comme

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

où nous cos (w0t-jS)=S ui cos(w0t-ji).

Le processus d'ajout d'oscillations peut être retracé sur la figure 2.4, où les signaux u, u0 et uS sont représentés sous forme vectorielle.

Les segments x, x0, ainsi que y et y0 sont des projections des amplitudes des signaux u et u0 sur des axes perpendiculaires entre eux.

Riz. 2.4. Diagramme vectoriel d'un signal réfléchi par un objet

Selon le théorème central limite, les projections x et y obéissent à la loi de distribution de probabilité normale, et leur densité de probabilité bidimensionnelle conjointe est égale au produit des densités de probabilité unidimensionnelles,

où D = Dx = Dy est la dispersion des composantes orthogonales x et y.

De la loi bidimensionnelle w(x, y) il est facile de passer à la loi bidimensionnelle w(u,j). Selon les règles de la théorie des probabilités, la densité de distribution bidimensionnelle des amplitudes et des phases

Pour déterminer la loi de répartition des amplitudes du signal réfléchi w(u), il est nécessaire d'intégrer la loi de répartition bidimensionnelle w(u,j) sur la région de toutes les valeurs possibles de j.

où I0 (u,u0/2D) est la fonction de Bessel du premier type d'ordre zéro,

Ainsi, la loi de distribution des amplitudes du signal réfléchi, appelée loi de distribution de Rayleigh généralisée, a été obtenue. Si u0=0, ce qui correspond au premier modèle, la loi de distribution d'amplitude se transforme en loi de distribution de Rayleigh,

Les lois de distribution des amplitudes normalisées par rapport à D1/2 pour deux modèles pour différentes valeurs de l'amplitude de la composante stable u0 sont représentées sur la Fig. 2.5. À mesure que u0/D1/2 augmente, la loi de distribution d’amplitude se rapproche de la normale.

Loi de répartition de la surface réfléchissante effective

Considérant que les amplitudes des signaux u sont proportionnelles à la puissance, en utilisant les lois de distribution d'amplitude obtenues, on peut trouver les lois de distribution de puissance des signaux réfléchis par les objets. La puissance moyenne du signal résultant libéré dans une charge de 1 Ohm est

où D=m1(xk2)=m1(yk2)=m1(uS2/2)=så2/2.

La surface réfléchissante effective d'un objet est proportionnelle à la puissance du signal, par conséquent, pour déterminer la loi de distribution de la surface réfléchissante effective selon la loi de distribution d'amplitude trouvée (2.7), vous pouvez utiliser la formule suivante

w(Se)=w(u)çdu/dSeç. (2.8)

Suite à la substitution de (2.7) dans (2.8), la loi de répartition de la surface réfléchissante se réduit à la forme :

Fig.2.5 Densité de distribution d'amplitude du signal (a) (avec uo/so=0 - courbe 1 ; uo/so=1 - courbe 2 ; uo/so=3 - courbe 3 ; uo/so=6 - courbe 4).

et une surface réfléchissante effective (b) (à Se0 /Seå= 0 - courbe 1 ; à Se0 /Seå= 1 - courbe 2 ; à Se0 /Seå=3 - courbe 3 et à Se0 /Seå = 20 - courbe 4).

Les objets les plus simples sont considérés comme ceux dont l'EPR peut être calculé tout simplement analytiquement. Ceux-ci comprennent une feuille plate, un cylindre, une boule, un coin et des réflecteurs biconiques, un vibrateur demi-onde, une section d'une surface de diffusion diffuse, ainsi que certaines cibles groupées et distribuées. La détermination de l'EPR de tels objets peut présenter un intérêt indépendant, et également être nécessaire pour calculer l'EPR d'objets de configuration complexe, qui peuvent être représentés par un ensemble d'objets simples.

Pour trouver l'EPR d'une section S d'une surface convexe bien conductrice (Fig. 8.2), on utilise la formule (8.4), dans laquelle le rapport peut être obtenu en sommant les champs élémentaires créés à l'emplacement du radar par les signaux réfléchis à partir d’éléments de surface. Si la distance entre l'antenne radar et l'élément en question est égale à D et que l'irradiation se produit selon un angle par rapport à la normale avec l'intensité du champ, alors l'intensité du champ à l'emplacement du radar

où est la distance entre le radar et le point de surface le plus proche. Alors

parce que le .

En substituant la valeur dans la formule (8.4), nous trouvons une expression pour l'EPR de la surface :

Utilisons l'expression résultante pour calculer la zone de diffusion effective de certains objets simples.

EPR d'une plaque plate et bien conductrice. Si une tôle dont les dimensions a et b sont beaucoup plus grandes mais beaucoup plus petites que D, est située perpendiculairement à la direction d'irradiation (Fig. 8.3), alors l'expression (8.6) prend la forme

en raison et en raison de la petite taille de la feuille par rapport à la portée D et de sa localisation perpendiculaire à la direction d'arrivée des ondes radio.

Ainsi, sous irradiation normale, une feuille idéalement conductrice réfléchit de manière spéculaire toute l’énergie incidente dans la direction du radar, ce qui offre une ESR supérieure à celle de la surface de la feuille. Lorsqu'elle est irradiée selon la normale, la feuille a une superficie de cm plusieurs fois supérieure à l'ESR d'un gros avion.

Cependant, même avec un léger écart de la direction d'irradiation par rapport à la normale, l'ESR d'une feuille plate chute fortement. Supposons que la direction d'irradiation soit déviée d'un angle par rapport à la normale dans le plan horizontal. En considérant la feuille comme une antenne plate de mode commun avec un diagramme de rayonnement décrit par la fonction, l'expression de l'EPR peut s'écrire sous la forme

La dépendance du RCS sur l'angle d'irradiation est appelée diagramme de diffusion cible.

Une feuille plate possède un diagramme de dispersion décrit par une fonction de la forme .

Pour des rapports importants entre la taille de la feuille et la longueur d'onde (dans le cas considéré), le diagramme de diffusion sera très net, c'est-à-dire qu'avec une augmentation de a, la valeur EPR de la feuille change fortement en fonction de la fonction, diminuant dans certains directions vers zéro.

Pour un certain nombre d'applications, il est souhaitable de maintenir une valeur EPR élevée sur une large plage d'angles d'irradiation. Ceci est nécessaire, par exemple, lors de l'utilisation de réflecteurs comme balises radio passives. Un réflecteur d'angle possède cette propriété.

EPR d'un réflecteur d'angle. Le réflecteur d'angle est constitué de trois tôles perpendiculaires entre elles, il a la propriété de réfléchir les ondes radio vers le radar irradiant, ce qui s'explique par la triple réflexion sur les parois du réflecteur (Fig. 8.4), que subit l'onde si la direction d'irradiation est proche de l'axe de symétrie (dans l'angle solide) du réflecteur d'angle. De la fig. 8.4, vous pouvez voir qu'une triple réflexion se produit si le faisceau incident passe à l'intérieur de l'hexagone inscrit dans le contour extérieur du réflecteur. Par conséquent, l'EPR d'un réflecteur d'angle est approximativement égal à l'EPR d'une feuille plane en forme d'un tel hexagone, irradiée selon la normale. En substituant l'expression de l'aire de l'hexagone dans (8.7), on obtient une formule de calcul de l'EPR d'un réflecteur d'angle :

(8.9)

À et cm EPR d'un réflecteur d'angle. Ainsi, l'EPR d'un réflecteur d'angle est légèrement plus petit que l'EPR d'une plaque plate de dimensions . Cependant, le réflecteur d'angle conserve une valeur EPR élevée dans un secteur assez large, tandis que l'EPR de la plaque diminue fortement avec de légers écarts de la direction d'irradiation par rapport à la normale. Il faut souligner qu'atteindre la valeur théorique n'est possible qu'avec une grande précision dans sa fabrication, en particulier lorsque l'on travaille sur des ondes inférieures à 3 cm. Pour élargir le secteur existant, des réflecteurs d'angle composés de quatre coins sont utilisés.

Les réflecteurs biconiques (Fig. 8.5), composés de deux cônes métalliques identiques, sont également utilisés comme balises radar passives en mer.

Riz. 8.4 Fig. 8.5

Si l'angle entre les génératrices des cônes est égal à , alors le faisceau, après avoir été réfléchi deux fois depuis la surface des cônes, est dirigé vers le radar, ce qui fournit une valeur EPR importante. L'avantage d'un réflecteur biconique est un motif de diffusion uniforme dans un plan perpendiculaire à son axe.

EPR du ballon. Pour déterminer l'EPR d'une grosse bille (par rapport à ) avec une surface lisse parfaitement conductrice, vous pouvez utiliser la formule (8.6). Cependant, dans ce cas, cela n'est pas nécessaire, car une telle balle répond aux exigences d'une cible hypothétique dont la section transversale est son EPR. Ainsi, l'ESR d'une bille, qui possède également une surface lisse idéalement conductrice, est égale à sa section transversale, quelles que soient la longueur d'onde et la direction d'irradiation :

En raison de cette propriété, une grosse boule avec une surface hautement conductrice est utilisée comme standard pour mesurer expérimentalement l'EPR d'objets réels en comparant l'intensité des signaux réfléchis.

Lorsque le rapport entre le rayon de la balle et la longueur d'onde diminue jusqu'aux valeurs de la fonction (Fig. 8.6), une série de maxima et de minima résonants apparaissent, c'est-à-dire que la balle commence à se comporter comme un vibrateur. Avec un diamètre de boule proche de , l'EPR de la boule est quatre fois supérieur à sa section transversale. Pour une petite boule avec EPR, elle est déterminée par la formule de diffraction de Rayleigh et se caractérise par une forte dépendance à la longueur d'onde des ondes radio irradiantes.

Ce cas se produit, par exemple, lorsque les ondes radio sont réfléchies par des gouttelettes de pluie et de brouillard.

Prise en compte de la valeur de la constante diélectrique de l'eau () EPR des gouttes de pluie

où est le diamètre des gouttelettes.

Projet de cours

SPbSUT je suis. Bonch-Bruevitch

Département des Systèmes Radio et Traitement du Signal

Projet de cours dans la discipline

« Systèmes d'ingénierie radio », sur le thème :

"Zone de dispersion efficace"

Complété:

Étudiant du groupe RT-91

Krotov R.E.

Accepté par : Professeur du Département de ROS Gurevich V.E.

Devoir délivré : 30/10/13

Période de protection : 11/12/13

Présentation, etc

Schéma fonctionnel du radar

Diagramme schématique du radar

Théorie de fonctionnement de l'appareil

Conclusion

Bibliographie

Zone de dispersion efficace

(EPR; anglais) Section efficace du radar,RCS ; dans certaines sources - surface de diffusion efficace, diamètre de diffusion effectif,zone réfléchissante efficace, intensificateur d'image) ​​dans le radar - la zone d'une surface plane fictive située normalement à la direction de l'onde plane incidente et étant un réémetteur idéal et isotrope, qui, lorsqu'elle est placée à l'emplacement cible, crée le même densité de flux de puissance à l'antenne de la station radar comme cible réelle.

Exemple de schéma EPR monostatique (B-26 Invader)

L'EPR est une mesure quantitative de la capacité d'un objet à diffuser une onde électromagnétique. Parallèlement au potentiel énergétique du trajet de l'émetteur-récepteur et des antennes de l'antenne radar, l'EPR de l'objet est inclus dans l'équation de portée radar et détermine la distance à laquelle un objet peut être détecté par le radar. Une valeur ESR augmentée signifie une plus grande visibilité radar d'un objet ; une diminution de l'ESR rend la détection plus difficile (technologie furtive).

L'EPR d'un objet particulier dépend de sa forme, de sa taille, du matériau dans lequel il est fabriqué, de son orientation (angle) par rapport aux antennes des positions d'émission et de réception du radar (y compris la polarisation des ondes électromagnétiques), et sur la longueur d'onde du signal radio de sondage. L'EPR est déterminé dans les conditions de la zone lointaine des antennes radar diffusantes, réceptrices et émettrices.

L'EPR étant un paramètre formellement introduit, sa valeur ne coïncide ni avec la valeur de la surface totale du diffuseur ni avec la valeur de sa section transversale (eng. Coupe transversale). Le calcul de l'EPR est l'un des problèmes de l'électrodynamique appliquée, qui est résolu avec différents degrés d'approximation analytiquement (uniquement pour une gamme limitée de corps de forme simple, par exemple une sphère conductrice, un cylindre, une fine plaque rectangulaire, etc.) ou par des méthodes numériques. La mesure (surveillance) de l'EPR est effectuée sur des sites d'essais et dans des chambres anéchoïques radiofréquences à l'aide d'objets réels et de leurs modèles réduits.

L'EPR a la dimension d'une superficie et est généralement indiquée en m². ou dBq.m.. Pour les objets de forme simple - ceux de test - l'EPR est généralement normalisé au carré de la longueur d'onde du signal radio de sondage. L'EPR des objets cylindriques étendus est normalisé à leur longueur (EPR linéaire, EPR par unité de longueur). L'EPR des objets répartis dans le volume (par exemple, un nuage de pluie) est normalisé au volume de l'élément de résolution radar (ECR/mètre cube). L'EPR des cibles de surface (généralement une section de la surface terrestre) est normalisée à la surface de l'élément de résolution radar (ECR/m²). En d'autres termes, l'EPR des objets distribués dépend des dimensions linéaires d'un élément de résolution spécifique d'un radar spécifique, qui dépendent de la distance entre le radar et l'objet.

L’EPR peut être définie ainsi (la définition est équivalente à celle donnée en début d’article) :

Zone de dispersion efficace(pour un signal radio de sondage harmonique) - le rapport entre la puissance d'émission radio d'une source isotrope équivalente (créant au point d'observation la même densité de flux de puissance d'émission radio que le diffuseur irradié) sur la densité de puissance (W/m²) .) de l'émission radio de sondage au point de localisation du diffuseur.

L'EPR dépend de la direction allant du diffuseur à la source du signal radio de sondage et de la direction vers le point d'observation. Etant donné que ces directions peuvent ne pas coïncider (dans le cas général, la source du signal de sondage et le point d'enregistrement du champ diffusé sont séparés dans l'espace), l'EPR ainsi déterminé est appelé EPR bistatique (EPR tout ou rien, Anglais RCS bistatique).

Diagramme de rétrodiffusion(DOR, EPR monostatique, EPR monoposition, Anglais RCS monostatique, RCS rétrodiffusé) est la valeur RCS lorsque les directions du diffuseur à la source du signal de sondage et au point d'observation coïncident. L'EPR fait souvent référence à son cas particulier - l'EPR monostatique, c'est-à-dire DOR (les concepts d'EPR et de DOR sont mélangés) en raison de la faible prévalence des radars bistatiques (multipositions) (par rapport aux radars monostatiques traditionnels équipés d'un seul émetteur et antenne de réception). Cependant, il faut distinguer EPR(θ, φ; θ 0, φ 0) et DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ), où θ, φ est la direction au point d'enregistrement sur le terrain dispersé ; θ 0, φ 0 - direction vers la source de l'onde de sondage (θ, φ, θ 0, φ 0 - angles du système de coordonnées sphériques dont le début est aligné avec le diffuseur).

Dans le cas général, pour une onde électromagnétique de sondage avec une dépendance temporelle non harmonique (un signal de sondage à large bande au sens spatio-temporel) zone de dispersion efficace- le rapport entre l'énergie d'une source isotrope équivalente et la densité de flux énergétique (J/m²) de l'émission radio de sondage au point où se trouve le diffuseur.

Calcul du REP

Considérons la réflexion d'une onde incidente sur une surface isotrope réfléchissante d'aire égale à l'EPR. La puissance réfléchie par une telle cible est le produit de l’EPR et de la densité surfacique de puissance incidente :

où est le RCS de la cible, est la densité de flux de puissance de l'onde incidente d'une polarisation donnée à l'emplacement cible, est la puissance réfléchie par la cible.

D’autre part, la puissance isotrope rayonnée

Ou, en utilisant les intensités de champ de l’onde incidente et de l’onde réfléchie :

Puissance d'entrée du récepteur :

,

où est la surface effective de l’antenne.

Il est possible de déterminer le flux de puissance de l’onde incidente en termes de puissance rayonnée et de directivité de l’antenne. D pour une direction de rayonnement donnée.

Où .

Ainsi,

. (9)

Signification physique de l’epr

L’EPR a la dimension superficielle [ m²], Mais n'est pas une zone géométrique(!), mais c'est une caractéristique énergétique, c'est-à-dire qu'elle détermine la quantité de puissance du signal reçu.

Le RCS de la cible ne dépend ni de l'intensité de l'onde émise ni de la distance entre la station et la cible. Toute augmentation entraîne une augmentation proportionnelle et leur ratio dans la formule ne change pas. Lorsque la distance entre le radar et la cible change, le rapport change en proportion inverse et la valeur EPR reste inchangée.

EPR des cibles points communs

• Surface convexe

Champ sur toute la surface S est déterminé par l’intégrale Il faut déterminer E 2 et attitude à une distance donnée de la cible...

,

Où k- numéro d'onde.

1) Si l'objet est petit, alors la distance et le champ de l'onde incidente peuvent être considérés comme inchangés.

2) Distances R. peut être considéré comme la somme de la distance jusqu'à la cible et de la distance à l'intérieur de la cible :

,
,

Assiette plate

Une surface plane est un cas particulier de surface convexe courbe.

Réflecteur d'angle

Réflecteur d'angle- un dispositif en forme de tétraèdre rectangulaire avec des plans réfléchissants perpendiculaires entre eux. Le rayonnement entrant dans le réflecteur d’angle est réfléchi dans la direction strictement opposée.

Triangulaire

Si un réflecteur d'angle à bords triangulaires est utilisé, alors l'EPR

réflecteur dipolaire

Les réflecteurs dipolaires sont utilisés pour créer des interférences passives avec le fonctionnement du radar.

L'ampleur de l'EPR d'un réflecteur dipolaire dépend généralement de l'angle de vue, cependant, l'EPR pour tous les angles est :

Les réflecteurs dipolaires sont utilisés pour camoufler les cibles aériennes et le terrain, ainsi que comme balises radar passives.

Le secteur de réflexion du réflecteur dipolaire est de ~70°

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Zone de dispersion efficace(EPR ; dans certaines sources - surface de diffusion efficace, section efficace de diffusion, zone réfléchissante efficace, intensificateur d'image) ​​dans le radar - la zone d'une surface plane fictive située normalement à la direction de l'onde plane incidente et étant un réémetteur idéal et isotrope, qui, lorsqu'elle est placée à l'emplacement cible, crée à la emplacement de l'antenne radar avec la même densité de flux de puissance que l'objectif réel.

L'EPR est une mesure quantitative de la capacité d'un objet à diffuser une onde électromagnétique. Outre le potentiel énergétique du trajet de l'émetteur-récepteur et des antennes de l'antenne radar, l'EPR de l'objet est inclus dans l'équation de la portée radar et. Une valeur ESR augmentée signifie une plus grande visibilité radar d'un objet ; une diminution de l'ESR rend la détection plus difficile (voir technologie furtive).

détermine la distance à laquelle un objet peut être détecté par le radar

L'EPR d'un objet particulier dépend de sa forme, de sa taille, du matériau dans lequel il est fabriqué, de son orientation (angle) par rapport aux antennes des positions d'émission et de réception du radar (y compris la polarisation des ondes électromagnétiques), et sur la longueur d'onde du signal radio de sondage. L'EPR est déterminé dans les conditions de la zone lointaine des antennes radar diffusantes, réceptrices et émettrices.

L'EPR étant un paramètre formellement introduit, sa valeur ne coïncide ni avec la valeur de la surface totale du diffuseur ni avec la valeur de sa section transversale (eng. Coupe transversale). Le calcul de l'EPR est l'un des problèmes de l'électrodynamique appliquée, qui est résolu avec différents degrés d'approximation analytiquement (uniquement pour une gamme limitée de corps de forme simple, par exemple une sphère conductrice, un cylindre, une fine plaque rectangulaire, etc.) ou par des méthodes numériques. La mesure (surveillance) de l'EPR est effectuée sur des sites d'essais et dans des chambres anéchoïques radiofréquences à l'aide d'objets réels et de leurs modèles réduits.

L'EPR a la dimension d'une surface et est généralement indiqué en m² ou dBq.m. Pour les objets de forme simple - ceux de test - l'EPR est généralement normalisé au carré de la longueur d'onde du signal radio de sondage. L'EPR des objets cylindriques étendus est normalisé à leur longueur (EPR linéaire, EPR par unité de longueur). L'EPR des objets répartis dans le volume (par exemple, un nuage de pluie) est normalisé au volume de l'élément de résolution radar (ECR/m³). L'EPR des cibles de surface (généralement une section de la surface terrestre) est normalisée à la surface de l'élément de résolution radar (ECR/m²). En d'autres termes, l'EPR des objets distribués dépend des dimensions linéaires d'un élément de résolution spécifique d'un radar spécifique, qui dépendent de la distance entre le radar et l'objet.

L’EPR peut être définie ainsi (la définition est équivalente à celle donnée en début d’article) :

Zone de dispersion efficace(pour un signal radio de sondage harmonique) - le rapport entre la puissance équivalente de l'émission radio (créant au point d'observation la même densité de flux de puissance d'émission radio que le diffuseur irradié) et la densité de flux de puissance (W/m²) de la radio de sondage émission au point de localisation du diffuseur.

L'EPR dépend de la direction allant du diffuseur à la source du signal radio de sondage et de la direction vers le point d'observation. Etant donné que ces directions peuvent ne pas coïncider (dans le cas général, la source du signal de sondage et le point d'enregistrement du champ diffusé sont séparés dans l'espace), l'EPR ainsi déterminé est appelé EPR bistatique (EPR tout ou rien, Anglais RCS bistatique).

Diagramme de rétrodiffusion(DOR, EPR monostatique, EPR monoposition, Anglais RCS monostatique, RCS rétrodiffusé) est la valeur RCS lorsque les directions du diffuseur à la source du signal de sondage et au point d'observation coïncident. L'EPR fait souvent référence à son cas particulier - l'EPR monostatique, c'est-à-dire DOR (les concepts d'EPR et de DOR sont mélangés) en raison de la faible prévalence des radars bistatiques (multipositions) (par rapport aux radars monostatiques traditionnels équipés d'un seul émetteur et antenne de réception). Cependant, il faut distinguer EPR(θ, φ; θ 0, φ 0) et DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ), où θ, φ est la direction au point d'enregistrement sur le terrain dispersé ; θ 0, φ 0 - direction vers la source de l'onde de sondage (θ, φ, θ 0, φ 0 - angles du système de coordonnées sphériques dont le début est aligné avec le diffuseur).

Dans le cas général, pour une onde électromagnétique de sondage avec une dépendance temporelle non harmonique (un signal de sondage à large bande au sens spatio-temporel) zone de dispersion efficace- le rapport entre l'énergie d'une source isotrope équivalente et la densité de flux énergétique (J/m²) de l'émission radio de sondage au point où se trouve le diffuseur.

Considérons la réflexion d'une onde incidente sur une surface réfléchissante isotrope d'aire égale à l'ESR. La puissance réfléchie par une telle cible est le produit de l’EPR et de la densité surfacique de puissance incidente :

En remplaçant (6) et (2) dans (5), pour la puissance à l'entrée du récepteur radar on a :

L’EPR a la dimension superficielle [ m²], Mais n'est pas une zone géométrique(!), mais c'est une caractéristique énergétique, c'est-à-dire qu'elle détermine la quantité de puissance du signal reçu.

D’un point de vue analytique, l’EPR ne peut être calculé qu’à des fins simples. À des fins complexes, l'EPR est mesuré pratiquement sur des sites de test spécialisés ou dans des chambres anéchoïques.

Une surface plane est un cas particulier de surface convexe courbe.

Le réflecteur d'angle se compose de trois plans situés perpendiculairement. Contrairement à une plaque, un réflecteur d'angle offre une bonne réflexion sur une large gamme d'angles.

Si le réflecteur d'angle est constitué de faces quadrangulaires, alors l'EPR

Les réflecteurs dipolaires sont utilisés pour créer des interférences passives avec le fonctionnement du radar.

L'amplitude de l'EPR d'un réflecteur dipolaire dépend généralement de l'angle d'observation, mais l'EPR pour tous les angles est :

Les réflecteurs dipolaires sont utilisés pour camoufler les cibles aériennes et le terrain, ainsi que comme balises radar passives.

L'ESR d'objets réels complexes est mesurée dans des installations spéciales, ou sur des sites de test, où des conditions d'irradiation en champ lointain sont réalisables.

Nous appellerons cible à deux points une paire de cibles situées dans le même volume de résolution radar. A l'aide de la formule (4), on peut trouver les amplitudes des champs de l'onde réfléchie :

Cible distribuée- une cible dont les dimensions dépassent le volume résolvant du radar.

Autrement dit, les dimensions linéaires de la cible doivent être entièrement comprises dans l'élément de résolution radar.

Si ce n'est pas le cas, alors dans ce cas l'EPR de la cible sera la somme des EPR de chaque section élémentaire de la cible :

Si un objet distribué est constitué de réflecteurs isotropes du même type avec les mêmes propriétés, alors l'EPR total peut être trouvé comme le produit de l'EPR par le nombre de réflecteurs :

Dans ce cas, il est conseillé de saisir EPR spécifique (σ battre) est l'EPR d'une unité de surface ( DS), ou le volume unitaire ( dV) cible distribuée.

S Et V sont entièrement déterminés par les dimensions de la largeur du diagramme de rayonnement et de l'élément de résolution de portée, c'est-à-dire par les paramètres du signal émis.