www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Эффективная площадь рассеяния

Рисунок 1: Круговая диаграмма ЭПР самолета В-26 для частоты 3 ГГЦ (по Сколнику).

Рисунок 1: Круговая диаграмма ЭПР самолета В-26 для частоты 3 ГГЦ (по Сколнику).

Эффективная площадь рассеяния

Способность радиолокационной цели (РЛЦ) отражать падающую на нее электромагнитную энергию характеризуется эффективной площадью рассеяния (σ). Единицей измерения этого параметра является квадратный метр (м²). В литературе по радиолокации также можно встретить и другие названия: эффективная поверхность рассеяния, эффективная поверхность цели, эффективная площадь цели, эффективная поверхность вторичного излучения, радиолокационное поперечное сечение. Далее будем использовать термин эффективная площадь рассеяния (ЭПР).

Определение.

Под ЭПР понимают площадь эквивалентного изотропного рассеивателя, который, будучи помещен в точку нахождения цели, создает на раскрыве приемной антенны такую же плотность потока мощности, что и реальная цель. Таким образом, ЭПР является абстракцией, моделью, дающей, однако возможность оценить отражательную способность РЛЦ. Очевидно, что ЭПР может использоваться и для оценки радиолокационной заметности цели.

На величину ЭПР влияет множество факторов, к основным из которых относятся следующие:

Влияние перечисленных факторов является комплексным и поэтому учитывать их нужно тоже совместно.

Рисунок 2. Самолет F-117, построенный с применением технологии снижения радиолокационной заметности “Stealth”

Самолет F-117 разработан с применением технологии снижения радиолокационной заметности “Stealth”. Особенности его конструкции и свойства применяемых покрытий обеспечивают низкие значения ЭПР для сантиметровых длин волн, которые используются радиолокаторами зенитных ракетных (артиллерийских) комплексов. Однако радиолокаторы метрового диапазона длин волн (П-12 « Енисей » и П-18 «Терек») успешно обнаруживают такие самолеты. Данная ситуация имела место на практике во время боевых действий в бывшей Югославии (1999).

Расчет ЭПР

Аналитические выражения для расчета значений ЭПР могут быть получены лишь для ограниченного набора целей, имеющих простую форму поверхности. Большинство РЛЦ имеют сложную геометрическую форму поверхности и для определения их ЭПР применяются натурные измерения, а также методы физического или математического моделирования.

На Рисунке 1 изображена полученная экспериментально круговая диаграмма ЭПР самолета В-26 для частоты 3 ГГЦ (по Сколнику). Исходное математическое выражение для расчета ЭПР в случае совмещенного приема (однопозиционной локации) может быть представлено в виде:

σ = 4·π·r2·Sr
 
где
r: расстояние между приемо-передающей антенной радиолокатора и целью
Sr: плотность потока мощности падающей волны в точке нахождения цели
St: плотность потока мощности рассеянной волны у антенны радиолокатора.
(1)
St

Ниже, в Таблице 1, приведены формулы для расчета ЭПР некоторых объектов простой формы. Формулы получены для случаев, когда длина волны λ радиолокатора намного меньше характерного размера цели, а поверхность объекта является идеально проводящей.

reflected signal from a spherical shape
формула для расчета ЭПР сферы радиуса R
 
σmax = π ·R2 (2)
reflected signal from a cylinder
формула для расчета ЭПР цилиндра длины h с радиусом основания r
 
σmax = 2·π·r·h2 (3)
λ
reflected signal from a flat plate
формула для расчета ЭПР прямоугольной пластины со сторонами b и h, расположенной перпендикулярно направлению зондирования.
 
σmax = 4·π·b2·h2 (4)
λ2
reflected signal from a tilted plate
 

 

Таблица 1: Формулы для расчета ЭПР некоторых объектов простой формы

Рисунок 3: Круговая диаграмма ЭПР самолета типа бомбардировщик для длины волны от 3 до 5 м

Рисунок 3: Круговая диаграмма ЭПР самолета типа бомбардировщик для длины волны от 3 до 5 м

На последнем рисунке Таблицы 1 изображена ситуация, когда плоская пластина располагается под углом к направлению зондирования. В данной ситуации рассеянная таким объектом ЭМВ практически не отражается в направлении радиолокатора и, следовательно, его ЭПР будет иметь малые значения. Именно такой метод снижения радиолокационной заметности применен в самолете F-117 (Рисунок 2), поверхность которого составлена из большого количества наклонных пластин. Эти пластины ориентированы таким образом, чтобы при падении на них ЭМВ из передней полусферы (оттуда, где, как правило, находятся средства противовоздушной обороны противника) отраженные волны направлялись бы в заднюю полусферу.

Для обнаружения подобных целей более эффективным является использование бистатических радиолокационных систем, в которых передающие и приемные пункты разнесены в пространстве.

ЭПР точечных целей

Геометрические размеры РЛЦ большинства типов не превышают размеров импульсного объема радиолокатора, предназначенного для их обнаружения. Цели, имеющие такие размеры, называют точечными. ЭПР таких целей определяется взаимодействием ЭМВ, отраженных от так называемых «блестящих» точек. «Блестящими» точками называют элементы поверхности цели, которые при заданных условиях наблюдения (длина волны радиолокатора, ракурс зондирования) вносят наибольший вклад в рассеянное объектом поле, а значит и в ЭПР. В зависимости от взаимного расположения «блестящих» точек, а также направления наблюдения, отраженные ими волны могут иметь различные фазовые соотношения: от синфазного (тогда интенсивность результирующего отражения возрастает) до противофазного (интенсивность отражения уменьшается). Именно этот эффект определяет осциллирующий характер ЭПР в зависимости от ракурса наблюдения, при этом круговая диаграмма ЭПР имеет изрезанный характер (см. Рисунок 3).

Тип целиЭПР2]ЭПР [дБ]
Птица0.01-20
Человек10
Катер1010
Автомобиль10020
Грузовой автомобиль20023
Уголковый отражатель2037943.1

Таблица 2: ЭПР точечных целей

Следует отметить, что быстрота осцилляции ЭПР в зависимости от угла наблюдения определяется соотношением между длиной волны радиолокатора и характерными размерами цели: чем меньше длина волны по сравнению с размерами цели, тем сильнее осцилляция ЭПР (Рисунок 3).

Учитывая значительные колебания величины ЭПР, в некоторых случаях оказывается удобным представлять ее значения в логарифмическом масштабе, например, в децибелах (дБ) относительно единичной площади (1 м²).

В Таблице 2 приведены значения ЭПР (в квадратных метрах и в децибелах) некоторых типовых РЛЦ для «Х»-диапазона.