Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. 2008

Подождите немного. Документ загружается.

комплекса. При постоянном векторе скорости сигнал имеет доплеровскую час-

тоту, определяемую радиальной составляющей скорости цели V

Полоса частот сигнала в этом случае зависит от времени когерентной об-

работки Т

При маневрировании цели и случайном изменении вектора скорости цели

полоса доплеровских частот сигнала определяется случайным (для БРЛС) ра-

диальным ускорением цели:

В результате возможное время когерентной обработки сигнала Т

должно

быть меньше интервала корреляции сигнала x

Результаты экспериментальных исследований [11] полосы частот отра-

женного сигнала в Х-диапазоне приведены ниже для одиночных, умеренно ма-

неврирующих самолетов (при отсутствии маневра случайная величина ради-

ального ускорения равна 0,1.. .0,2 g):

Самолет Полоса частот, Гц

МИГ-23 24,8

СУ-27 18,63

МИГ-31 8,0

Распределение плотности вероятности радиального ускорения и, соответ-

ственно, ширины полосы частот имеет вид гауссовой кривой, СКО ширины

Af для одиночных самолетов равно 10 Гц. Полосы доплеровских частот от-

раженных сигналов при групповом полете самолетов составляют (СКО шири-

ны полосы частот для группы целей примерно равно 6 Гц):

Вид маневра Af

Стационарный полет группы 10,8

Маневр группой 16,6

Догон в группе 11,35

При увеличении длины волны полоса частот уменьшается обратно про-

порционально 7λ:

что позволяет увеличивать время когерентного накопления при переходе от

λ = 3κλ = 7εΜΒ пять раз.

Облако полуволновых диполей как ложная цель имеет объемную удель-

ную ЭПР

где N - число диполей в одном кубическом метре (обычно меньше одного - трех).

Эффективная площадь рассеяния ЭПР облака диполей объемом У

, если

элемент разрешения РЛС больше облака, определяется равенством

Временные характеристики отраженного от облака сигнала определяются

СКО скоростей движения диполей σ

Корреляционная функция сигнала облака диполей

Типовая величина СКО скоростей движения диполей σ

=0,5.. .1,0 м/с.

Крупные стаи птиц (10 птиц в одном квадратном метре площади) могут

создавать ложные отметки цели. Средняя величина ЭПР птицы (средний вес

50... 100 г) зависит от диапазона волн. Так, в Х-диапазоне σ

=10" м, в

S-диапазоне σ

=0,5·10~

и Р-диапазоне σ

=2·10~

. ЭПР крупной стаи

птиц в S-диапазоне может иметь а

= 0,5 м

[5].

Скорость движения стаи птиц в основном определяется скоростью ветра и

в среднем составляет 5... 10 м/с.

2.3.2. Радиолокационные характеристики

морских целей

Основные (типовые) морские цели и их характеристики представлены в

табл. 2.6.

Величины ЭПР целей получены путем усреднения известных данных и

расчетным путем для Х-диапазона волн и горизонтальной поляризации.

Таблица 2.6

Морские цели

Авианосец типа Нимитц

Крейсер типа Тикондерога

Фрегат типа Перри

Катер Пегас

Подводная лодка, всплывшая

Длина, м

332,8

171,7

135,6

40,5

300

Ширина, м

78,4

16,8

13,7

8,6

ЭПР с носа, м

4-10

610

3-Ю

180

ЭПР с боку, м

3-Ю

1800

200

С увеличением длины волны ЭПР уменьшается. Коэффициенты уменьше-

ния представлены ниже:

Диапазон волн Коэффициент уменьшения ЭПР

X 1,0

S 0,8

L 0,4

Ρ 0,2

ЭПР морских целей уменьшается также при волнении моря 5...6 баллов

примерно в два раза и при вертикальной поляризации - в 1,5 раза.

При волнении моря корабль рыскает по курсу и испытывает бортовую и

килевую качку, которая носит периодический характер. Угол отклонения ко-

рабля от нормального положения определяется соотношением

где Т

- период колебаний.

Соответственно, периодически изменяются фаза и доплеровская частота

отраженного сигнала.

Временные характеристики сигнала (период колебаний), отраженного от

крупных морских целей, определяются конструкцией корабля и не зависят от

степени волнения моря.

Для крейсера период колебаний составляет 5...15 с, а для авианосца -

10...35 с [13]. С уменьшением водоизмещения корабля период колебаний име-

ет случайный характер и зависит от степени волнения моря.

Колебания по курсу, крену и килю можно считать узкополосным случай-

ным процессом. Интервал корреляции отраженного сигнала в Х-диапазоне со-

ставляет 0,5...1,0 с. С ростом длины волны пропорционально увеличивается и

интервал корреляции.

Распределение плотности вероятности ЭПР целей полагают равным хи-

квадрату с четырьмя степенями свободы.

Как и у воздушных целей, наблюдается тенденция уменьшения ЭПР

за счет специальной конструкции корабля и использования поглощающих ма-

териалов.

233. Радиолокационные характеристики наземных целей

Развитие техники АК РЛДН предполагает решение задач радиолокацион-

ного наблюдения всех классов целей, в том числе малоразмерных наземных.

Характеристики основных малоразмерных наземных целей (размеры и ЭПР),

усредненные по многим типам целей, представлены в табл. 2.7 (Х-диапазон). В

S- и L-диапазонах ЭПР изменяется незначительно, а в Р-диапазоне - возрастает

в два-три раза.

Таблица 2.7

Наземные цели

Танки, БМП

Автомобиль, тягач

Пусковая установка ракет

Истребитель на стоянке

Бомбардировщик на стоянке

Размеры,

м χ м

7x4

7x3

10x5

12 χ 17

50 χ 40

ЭПР, м

4...20

7-15

20-40

3-15

20-100

При наблюдении целей, размеры которых превышают размер элемента

разрешения РЛС, в качестве ЭПР цели используют ЭПР элемента разрешении

цели σ

, которая определяется отношением геометрической площади цепи S

площади элемента разрешения 8S

Групповые цели (стоянка самолетов, танковые подразделения, батареи ра-

кет и т. п.) характеризуются расстоянием между элементами цели в местах со-

средоточения 70...120 м и на марше 30...50 м, а также максимальной скоро-

стью движения (40 км/ч).

Самолеты на стоянке в зависимости от типа располагаются на расстояниях

40...75 м.

Время корреляции отраженного сигнала при движении наземной цели оп-

ределяется прежде всего рельефом местности. Так, сигнал, отраженный от тан-

ка, двигающегося по пересеченной местности, имеет интервал корреляции

0,2.. .0,3 с в Х-диапазоне.

С ростом длины волны время корреляции пропорционально увеличива-

ется.

Статистические характеристики (распределение вероятностей) ЭПР мало-

размерных наземных целей определяются законом «хи-квадрат» с четырьмя

степенями свободы.

2.3.4. Радиолокационные характеристики земной и водной поверхностей

Эффективная площадь рассеяния земной и водной поверхностей характери-

зуется удельной величиной σ

ЭПР одного квадратного метра. В табл. 2.8 пред-

ставлены величины удельной ЭПР различной земной и водной поверхностей, ус-

редненных по многим справочным данным и собственным исследованиям.

Таблица 2.8

Объекты

Море, волнение

2 балла

Море, волнение

6 баллов

Взлетно-посадочная

полоса

Степь, зима, снег

Степь, лето, трава

Пустыня, камни,

песок

Лес

Угол

падения

λ = 3,0 см

гг

-40

-38

-35

-30

-27

-32

-20

-23

-17

-14

-35

-16

-15

-12

-18

-15

-12

-14

-12

вв

-32

-28

-30

-25

-22

-30

-24

-18

-23

-17

-14

-35

-16

-15

-12

-20

-17

-14

-15

-12

λ = 10 см

ГГ

-А2

-39

-36

-33

-29

-27

-40

-35

-25

-35

-30

-23

-35

-20

-19

-16

-30

-28

-15

-21

-20

-14

ВВ

-40

-35

-33

-30

-25

-22

-35

-30

-23

-35

-30

-23

-35

-20

-19

-16

-35

-33

-15

-22

-21

-14

λ = 23 см

ГГ

^15

-40

-38

-30

-29

-28

-40

-30

-33

-30

-23

-40

-28

-25

-20

-35

-30

-15

-25

-20

-14

ВВ

-40

-36

-30

-25

-23

-40

-36

-27

-35

-30

-23

-40

-28

-25

-20

-35

-30

-17

-23

-18

-14

λ = 70 см

ГГ

-50

-45

-35

-32

-30

-60

-58

-55

-60

-55

-50

-60

-55

-53

-50

-45

-40

-35

-30

-25

ВВ

-50

-А2

-35

-32

-30

-60

-58

-55

-60

-55

-50

-60

-55

-53

-50

^15

-35

-30

-25

Величина σ

определяется в основном соотношением размера неровно-

стей поверхности и длины волны, а также углом падения и поляризацией

волны.

Неоднородности поверхности по высоте h характеризуются СКО высоты

и радиусом корреляции r

. Радиус корреляции значительно больше СКО

высот: r

= K

. Ниже даны значения K

для типовых местностей [13].

Тип местности Kh

Лес 2

Луг с кустарником 5

Степь 6

Пустыня 8

Лед серый... 15

Если размер неоднородностей меньше длины волны, то рассеяние имеет

диффузный характер.

При размере неоднородностей, сравнимых с длиной волны, наблюдается

резонансное отражение, как, например, у полуволнового диполя.

При больших размерах неоднородностей отражение имеет сложный ха-

рактер взаимодействия различных волн, поэтому характеристики отражения

реальных поверхностей обычно получают экспериментальным путем.

При уменьшении угла φ

падения волн на поверхность (φ

<10°) величина

σο ровных поверхностей падает пропорционально sin φ

. На рис. 2.4 в качестве

примера представлены графики изменения σ

в зависимости от φ

сельскохо-

зяйственных районов местности средних широт.

С увеличением длины волны (L-, Р-диапазона) начинаются изменения

характера отражения от земной поверхности. Геометрические размеры неод-

нородностей поверхности и ее внутренней структуры оказываются меньше

или соизмеримыми с длиной волны. Рассеяние от мелкоструктурных поверх-

ностей (ВПП, степь) имеет диффузный характер, и удельная ЭПР резко пада-

ет (рис. 2.5).

При расчете характеристик комплексов Е-2 и Е-3 использовались модели

изменения ЭПР различной местности во всем диапазоне углов <р

, усредненные

по многим экспериментальным данным (рис. 2.6, 2.7) [6].

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Рис. 2.6

Удельная ЭПР (σ

) больших участков земной поверхности представляет

собой пространственно неоднородный случайный процесс.

При обнаружении малоразмерных целей на фоне отражений от земной по-

верхности в режиме однозначного измерения дальности и азимута в пределах

зоны расположения групповых целей удельную ЭПР можно считать кусочно-

однородным процессом (степь, ВПП, лес, море и т. п.) В пределах расположе-

ния целей удельная ЭПР постоянна.

Рис. 2.7

В режиме обнаружения низколетящих целей при высокой и средней час-

тотах повторения сигнал фона является суммой сигналов многих разнесенных

по дальности и углу элементов земной поверхности, имеющих разные значе-

ния σ

При использовании различных моделей распределения плотности вероят-

ности удельной ЭПР земной и водной поверхностей в Х-, S-диапазонах (Вей-

булл, Гамма, К, экспонента, логнормальный) обычно получают сравнимые ре-

зультаты (в пределах ошибок экспериментальных измерений ЭПР), поэтому

часто используют экспоненциальную модель удельной ЭПР фона:

Кроме равномерного фона, структура поверхности имеет отдельные не-

ровности (ямы, канавы, бугры, стволы крупных деревьев). Так как шерохова-

тость поверхностей таких неоднородностей мала по сравнению с длиной волны

в L-, Р-диапазонах, их изображение становится подобным точечному объекту

со стабильным фазовым центром. Наличие таких «зеркальных» точек в функ-

ции отражения однородного случайного поля изменяет распределение плотно-

сти вероятности удельной ЭПР.

При разрешении 20...50 м число таких неровностей в степи (точек изо-

бражения) составляет 25^5 на 1 м

, при этом ЭПР точек σ

больше ЭПР рав-

номерного фона σ

на 10...15 дБ [12].

Распределение амплитуд отраженных сигналов фона и точек подчиняется

рэлеевскому закону с различными дисперсиями D

и Όφ. Вероятность больших

амплитуд имеют точечные отражатели. Отношение дисперсий Ό

/Όφ зависит от

типа местности и разрешающей способности РЛС и равно 8... 12.

В результате распределение амплитуд отраженных от земной поверхности

сигналов в L-, Р-диапазонах равно сумме двух рэлеевских распределений. «Би-

модальный рэлеевский» закон распределения амплитуд для РЛС Е-2 (λ = 70 см)

имеет вид [5]

где

Временные характеристики удельной ЭПР земной и водной поверхно-

стей определяются прежде всего скоростью ветра W, от которого зависят сте-

пень волнения моря и скорость колебаний крон деревьев и кустарников. Оце-

ночные значения СКО скоростей морской поверхности и деревьев соответст-

венно равны

Полоса частот отражаемых сигналов

В S-, Р-диапазонах работы РЛС спектр отраженных сигналов находится в

пределах единиц герц.

Кроме случайных составляющих скорости движения морской поверхности с

СКО, равным σ

, существуют элементы разрешения с регулярным движением

волны в направлении РЛС, формирующие точечные квазикогерентные отражате-

ли с временем корреляции 0,1...0,5 с. Если плоскость морской волны направлена

по нормали к направлению излучения, то ЭПР такого отражателя в Х-диапазоне

намного превышает средний уровень отражения. Такие стабильные отражатели

увеличивают вероятность ложной тревоги и имеют название «долбяки».

2.4. Характеристики среды распространения

электромагнитных волн

Основными параметрами среды распространения, определяющими харак-

теристики БРЛС, являются степень затухания (поглощения) волны, отклонение

от прямолинейности распространения (рефракция) и фазовые флуктуации вол-

ны, обусловленные неоднородностью среды распространения.

Затухание волны определяется как свойствами среды, так и длиной пути

распространения волны от РЛС до цели и обратно в слое атмосферы и дождя

(рис. 2.8).

Рис. 2.8

Длина пути в атмосфере ограничена дальностью прямой видимости и за-

висит от высоты полета носителя РЛС и цели (рис. 2.9). При высотах Н

> 9 км

волна проходит весь основной слой атмосферы четыре раза: два раза при облу-

чении цели и два раза при обратном распространении волны.

Наибольшее затухание в атмосфере определяется двумя причинами: нали-

чием водяных паров и наличием дождя. При отсутствии дождя затухание в

стандартной атмосфере зависит от длины волны и для рассматриваемого слу-

чая (рис. 2.8) величины затухания составляют:

Длина волны, см Затухание, дБ

3 5

10 3

70 1,5

Рис. 2.9

Дождь вносит значительно большее затухание. На рис. 2.10 представлены

графики зависимости затухания в дожде различной интенсивности и разной