Radar Basics

Perdita di fluttuazione

Il diagramma della riflessione secondaria dei bersagli di volo reali („area di riflessione effettiva”) ha un carattere multiplo a ventaglio, fortemente frastagliato. La fluttuazione del segnale riflesso si basa su questo complicato diagramma dell’area di retro-riflessione relativa. Quando si muove in avanti, il modello di ritorno dell’aereo è ruotato rispetto al radar. Non è possibile prevedere quale segmento angolare di questo diagramma sia in vigore in un dato momento. A causa dei cambiamenti temporali della rotta del bersaglio causati dalle ampiezze e dai cambiamenti di fase, l’intensità di campo ricevuta al set radar è soggetta a una forte fluttuazione, che è chiamata fluttuazione.

Per la descrizione matematica dell’influenza della fluttuazione sulla portata del radar sono stati definiti da Peter Swerling nel 1954 quattro casi modello. Una caratteristica d’antenna rettangolare è stata assunta, cioè la modulazione delle ampiezze di un treno di eco dalla caratteristica d’antenna è stata trascurata.

I quattro casi modello („casi Swerling“)

Swerling mostra nel suo lavoro che le fluttuazioni del bersaglio introducono ulteriori perdite di fluttuazione L _f nell’equazione del radar. Dipendono fortemente dalla probabilità di rilevamento P_D, ma solo leggermente dalla probabilità di falso allarme P_N. (Nota: nella letteratura, i quattro casi modello sono talvolta numerati consecutivamente con numeri romani).

Figura 2: Swerling 1 e 2: l’obiettivo consiste in un certo numero di riflettori isotropi della stessa dimensione distribuiti su una superficie. Da un diverso angolo d’aspetto della stessa disposizione (vista b), risultano diverse distanze e quindi diverse condizioni d’interferenza.

Figura 2: Swerling 1 e 2: l’obiettivo consiste in un certo numero di riflettori isotropi della stessa dimensione distribuiti su una superficie. Da un diverso angolo d’aspetto della stessa disposizione (vista b), risultano diverse distanze e quindi diverse condizioni d’interferenza.

Caso modello 1:

Le ampiezze dell’eco rimangono costanti durante la rotazione dell’antenna sul bersaglio, cioè durante il tempo di permanenza del bersaglio o il tempo di illuminazione T_d. Tuttavia, la loro grandezza cambia da un campione all’altro in modo statisticamente indipendente, cioè le ampiezze sono diverse nei campioni successivi e non sono correlate.

Questo modello è chiamato fluttuazione da scansione a scansione (scan-to-scan fluctuation, qui: da rivoluzione a rivoluzione). La distribuzione di densità di probabilità dell’area di ritorno σ è data dalla distribuzione di Rayleigh, e la somma dell’area di ritorno è distribuita esponenzialmente.

dove σ_average è il valore medio di tutte le sezioni trasversali di retrodiffusione che si verificano.

Questo caso caratterizza il comportamento dei bersagli costituiti da molti elementi indipendenti di retro-radiazione di circa la stessa dimensione. Questo è vero, per esempio, per i bersagli aerei. Il radar è un radar di ricognizione aerea o di superficie marina con una copertura a rotazione relativamente veloce.

Caso modello 2:

La legge di fluttuazione è di nuovo data dall’equazione (44), ma la fluttuazione è molto più veloce. Il risultato è un cambiamento di ampiezza da impulso a impulso (fluttuazione da impulso a impulso) sugli n segnali di eco di un tempo di illuminazione.

Come il caso 1, il caso 2 caratterizza il comportamento statistico dei segnali eco degli aerei. Tuttavia, qui non si tratta di un’antenna di rotante, ma di un radar di inseguimento del bersaglio focalizzato su un obiettivo.

Figura 3: Swerling 3 e 4: un riflettore isotropo dominante è sovrapposto a diversi piccoli riflettori.

Figura 3: Swerling 3 e 4: un riflettore isotropo dominante è sovrapposto a diversi piccoli riflettori.

Caso modello 3:

La fluttuazione avviene da campione a campione come nel caso 1, ma secondo la distribuzione di densità di probabilità

Caso modello 4:

L’area retro-riflettente effettiva totale σ_ges corrisponde a una distribuzione χ². La fluttuazione avviene come il caso 2 da un periodo di impulso all’altro, ma la distribuzione di densità di probabilità corre secondo l’equazione (45).
 

I casi 3 e 4 descrivono il comportamento dei bersagli in cui un’area di retrodiffusione più grande si sovrappone ad altre più piccole, o in cui un’area di retrodiffusione grande cambia leggermente il suo aspetto. È probabile che si applichino essenzialmente agli obiettivi delle navi.

In pratica, i casi 2 e 4 sono relativamente poco interessanti, poiché una rapida fluttuazione da impulso a impulso richiede o velocità del bersaglio sostanzialmente superiori a quelle degli aerei o lunghi tempi di permanenza del bersaglio. Questi casi speciali possono essere presenti nei radar di tracciamento per la difesa missilistica o nei radar di ricognizione dell’artiglieria. Poiché in questi casi una certa media delle diverse ampiezze ha già luogo all’interno del treno di impulsi eco, le perdite di fluttuazione relative a un bersaglio fisso sono relativamente piccole. In media, ammontano a solo 1 o 2 dB con probabilità di rilevamento P_D di oltre il 60%.

Figura 4: perdita di fluttuazione L _f per i casi Swerling 1 e 3

Figura 4: perdita di fluttuazione L _f per i casi Swerling 1 e 3

I casi 1 e 3 sono essenzialmente veri per i radar di ricerca. La perdita di fluttuazione come funzione della probabilità di rilevamento P_D è mostrata nella Figura 4. Per P_D<30%, si verifica un guadagno di fluttuazione perché per rapporti segnale/rumore molto piccoli, i cambiamenti statistici di ampiezza favoriscono la rilevazione.

Caso modello 0 o 5:

Questo caso è stato successivamente adottato come riferimento. È un obiettivo sintetico senza alcuna fluttuazione.