Основи радіолокації

Радіолокаційний портрет цілі

Радіолокаційний портрет цілі являє собою сукупність параметрів відбитого конкретною ціллю сигналу, в якій міститься інформація про фізичні характеристики такої цілі. За аналогією з відбитком пальця людини, радіолокаційний портрет використовується для визначення типу цілі.

Радіолокаційний портрет пов’язаний не тільки із залежністю ефективної площі розсіювання (ЕПР, RCS) від кута спостереження, а й також і зі спектром доплерівських частот[1], їхніми модуляційними характеристиками або гармоніками в ехо-сигналі. Хоча радіолокаційний портрет цілі також містить інформацію про ефективну відбивну поверхню цілі, він не може бути обчислений з її допомогою. Радіолокаційні портрети отримують дослідним шляхом і збирають у спеціальні бази даних. Вони відіграють основну роль у розпізнаванні радіолокаційних цілей, особливо в радіолокаторах військового призначення.

Рисунок 2. Пропелерна модуляція сигналів, відбитих від лопатей пропелера літака і від лопатей вітряного електричного генератора.

Рисунок 2. Пропелерна модуляція сигналів, відбитих від лопатей пропелера літака і від лопатей вітряного електричного генератора.

Ефективна площа розсіювання

Ефективна площа розсіювання цілі дуже сильно залежить від напрямку, з якого об’єкт, що відбивається, опромінюється радіолокатором (Рисунок 1). У разі зміни напрямку спостереження характерні значні зміни значень ефективної площі розсіювання, що може містити інформацію про орієнтацію цілі щодо радіолокатора. Для радіолокаційного портрета цілі функція зміни амплітуди є опорною функцією, що використовується для визначення різниці амплітуд між немодульованою та модульованою компонентами.

Частотний зсув, що відповідає радіальній швидкості цілі, має бути усунутий для отримання нормованого сигналу, який буде порівнюватися з еталонами, що містяться в базах даних.

Пропелерна модуляція, модуляція реактивного двигуна

Важливою складовою радіолокаційного портрета цілі є спектральні складові, що відповідають модуляції амплітуди луна-сигналу, спричиненої відбиттям від елементів, що обертаються, на поверхні цілі або всередині неї (Рисунок 2). До таких елементів належать, наприклад, лопаті пропелерів гвинтових літаків (звідси назва – пропелерна модуляція) або лопатки турбін двигунів турбореактивних літаків (модуляція реактивного двигуна, Jet Engine Modulation, JEM).

Через обертання таких елементів їхня миттєва радіальна швидкість відносно радіолокатора постійно змінюється. Це призводить до виникнення в спектрі відбитого сигналу складових, що визначаються ефектом Доплера. Кількість і величина доплерівських частот залежать від кількості елементів, що обертаються, і від швидкості їхнього обертання. Таким чином, кожен тип радіолокаційної цілі має характерний набір доплерівських частот, викликаних пропелерною модуляцією. Виділивши їх з ехо-сигналу, їх можна використовувати як ознаку для розпізнавання, порівнюючи з еталонними наборами з баз даних.

Гармонійні хвилі

Якщо зондувальний імпульс падає на граничний шар у матеріалі, що має нелінійну характеристику (наприклад, як у діода), у відбитому сигналі збуджуються складові на частотах, відмінних від робочої частоти. Такі частоти називають гармоніками. Для військових застосувань цей ефект не має особливого значення, оскільки під час виробництва літаків вживають заходів, спрямованих на виключення виникнення такого шару. Крім цього, для приймання гармонік потрібен приймач із дуже великою смугою, що, зі свого боку, погіршує перешкодозахищеність радіолокатора.

Однак існує застосування, для якого гармоніки мають вирішальне значення: так званий Гармонійний радіолокатор. Його використовують, наприклад, гірські рятувальники під час пошуку людей, які перебувають під лавиною, що зійшла. У цьому разі гармоніки генеруються невеликим диполем, між половинами якого знаходиться напівпровідниковий діод. Цей диполь може бути вмонтований у спеціальну перепустку для лижників або у вхідний квиток. Виробники спеціального одягу для лижних видів спорту або для походів у гори можуть також спеціально вмонтувати такі відбивачі в білизну. Завдяки цьому радіолокатор здатний дуже ефективно розрізняти радіолокаційний портрет на тлі пасивних завад, що являють собою відбиття від нерухомих об’єктів: скель, похованої під шаром снігу людини тощо.