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

Радиолокационный портрет цели

Рисунок 1. Диаграмма эффективной площади рассеяния как зависимость амплитуды отраженного сигнала от направления наблюдения

The diagram shows the secondary radiation diagram of an aircraft in the polar coordinate system. The diagram consists of a seemingly chaotic dense sequence of maxima and minima of the secondary radiation around an aircraft stylized in the center of the polar coordinate system.

Рисунок 1. Диаграмма эффективной площади рассеяния как зависимость амплитуды отраженного сигнала от направления наблюдения

Радиолокационный портрет цели

Радиолокационный портрет цели представляет собой совокупность параметров отраженного конкретной целью сигнала, в которой содержится информация о физических характеристиках этой цели. По аналогии с отпечатком пальца человека, радиолокационный портрет используется для определения типа цели.

Радиолокационный портрет связан не только с зависимостью эффективной площади рассеяния (ЭПР, RCS) от угла наблюдения, но также и со спектром допплеровских частот[1], их модуляционными характеристиками или гармониками в эхо-сигнале. Хотя радиолокационный портрет цели также содержит информацию об эффективной отражающей поверхности цели, он не может быть вычислен с ее помощью. Радиолокационные портреты получают опытным путем и собирают в специальные базы данных. Они играют основную роль в распознавании радиолокационных целей, особенно, в радиолокаторах военного назначения.

Рисунок 2. Пропеллерная модуляция сигналов, отраженных от лопастей пропеллера самолета и от лопастей ветряного электрического генератора.

Рисунок 2. Пропеллерная модуляция сигналов, отраженных от лопастей пропеллера самолета и от лопастей ветряного электрического генератора.

Эффективная площадь рассеяния

Эффективная площадь рассеяния цели очень сильно зависит от направления, с которого отражающий объект облучается радиолокатором (Рисунок 1). При изменении направления наблюдения характерны значительные изменения значений эффективной площади рассеяния, что может содержать информацию об ориентации цели относительно радиолокатора. Для радиолокационного портрета цели функция изменения амплитуды является опорной функцией, используемой для определения разницы амплитуд между немодулированной и модулированной компонентами.

Частотный сдвиг, соответствующий радиальной скорости цели, должен быть устранен для получения нормированного сигнала, который будет сравниваться с эталонами, содержащимися в базах данных.

Пропеллерная модуляция, модуляция реактивного двигателя

Важной составляющей радиолокационного портрета цели являются спектральные составляющие, соответствующие модуляции амплитуды эхо-сигнала, вызванной отражениями от вращающихся элементов на поверхности цели или внутри нее (Рисунок 2). К таким элементам относятся, например, лопасти пропеллеров винтовых самолетов (отсюда название — пропеллерная модуляция) или лопатки турбин двигателей турбореактивных самолетов (модуляция реактивного двигателя, Jet Engine Modulation, JEM).

Из-за вращения таких элементов их мгновенная радиальная скорость относительно радиолокатора постоянно изменяется. Это приводит к возникновению в спектре отраженного сигнала составляющих, определяемых эффектом Допплера. Количество и величина допплеровских частот зависят от количества вращающихся элементов и от скорости их вращения. Таким образом, каждый тип радиолокационной цели имеет характерный набор допплеровских частот, вызванных пропеллерной модуляцией. Выделив их из эхо-сигнала, их можно использовать в качестве признака для распознавания, сравнивая с эталонными наборами из баз данных.

Гармонические волны

Если зондирующий импульс падает на граничный слой в материале, имеющем нелинейную характеристику (например, как у диода), в отраженном сигнале возбуждаются составляющие на частотах, отличных от рабочей частоты. Такие частоты называют гармониками. Для военных применений этот эффект не имеет особого значения, поскольку при производстве самолетов предпринимаются меры, направленные на исключение возникновения такого слоя. Кроме этого, для приема гармоник требуется приемник с очень большой полосой, что, в свою очередь, ухудшает помехозащищенность радиолокатора.

Однако существует применение, для которого гармоники имеют решающее значение: так называемый Гармонический радиолокатор. Он используется, например, горными спасателями при поиске людей, находящихся под сошедшей лавиной. В данном случае гармоники генерируются небольшим диполем, между половинами которого находится полупроводниковый диод. Этот диполь может быть вмонтирован в специальный пропуск для лыжников или во входной билет. Производители специальной одежды для лыжных видов спорта или для походов в горы могут также специально встроить такие отражатели в белье. Благодаря этому радиолокатор способен очень эффективно различать радиолокационный портрет на фоне пассивных помех, представляющих собой отражения от неподвижных объектов: скал, погребенного под слоем снега человека и тому подобных.

Примечание:

  1. G. Raju: ''Radar engineering and fundamentals of navigational aids'' New Delhi: I K International Publishing House, 2010., ISBN 9788190694216 (online preview)