www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Механизми на отразяване и разсейване

Изображение 1: Механизми на отразяване и разсейване на примера с Airbus A320

Изображение 1: Механизми на отразяване и разсейване на примера с Airbus A320

Механизми на отразяване и разсейване

Ехосигналът на въздухоплавателното средство се състои от компоненти, получени от различни механизми на отражение и разсейване. Съществуват три основни физически механизма, които допринасят за ефективната отразяваща повърхност (RCS) на целта. Това са или огледални отражения, или разсеяни вълни, възникващи при резки прекъсвания (напр. дифракция при върхове, ръбове и ъгли), или повърхностни вълни - повърхността действа като предавателна линия, насочвайки вълните по своята повърхност. Основните източници на отразена или дифрактирана енергия в типичен самолет са:[1][2]

  1. Дифракция на върха;
  2. Спекуларно отражение;
  3. Ехо сигнал от циркулиращи пълзящи вълни;
  4. Дифракция на ръб;
  5. Дифракция в ъгъл;
  6. Ехо сигнал от повърхностни вълни;
  7. Множество отражения;
  8. Отражения в съединенията на материалите;
  9. Ехо сигнали от многократни отражения в кухини;
  10. Отражения в прекъснатите части на повърхността.
Вълнов фронт

Изображение 2: Тези източници на ехо-сигнали се наслагват с различни фази

Вълнов фронт

Изображение 2: Тези източници на ехо-сигнали се наслагват с различни фази

Спекуларно отражение

Спекуларна повърхност е всяка целева повърхност, която е перпендикулярна на линията на видимост на радара. Плоските повърхности осигуряват особено големи ехосигнали в същата посока като облъчването, но силата на ехосигнала рязко намалява встрани от тази посока. Огледалното ехо от единични и двойно извити повърхности (цилиндрични и сферични повърхности) е малко по-слабо от това от плоски повърхности, но то е по-съвместимо с промените в ъгъла на осветяване на радара.

Множество отражения

Сравнително силни ехосигнали могат да се появят, когато две повърхности са подравнени подобно на ъглов отражател, както е показано на изображение 1, използвайки ⑦ като пример. Подобни взаимодействия се наблюдават и при корабните цели, когато прегради, парапети, мачти и други надстройки се отразяват от повърхността на водата.

Ехо сигнал от циркулиращи пълзящи вълни

Пълзящата вълна е вълна, която е свързана с гладка, засенчена повърхност, преминава покрай гърба на гладко тяло и след това се връща в радара, когато отново се появи на границата на сянката от противоположната страна. Чрез разсейването на Мие пълзящата вълна предизвиква ехосигнали от малки сферични повърхности, които се променят в зависимост от радиуса. Механизмът на пълзящите вълни е от значение само за военни и граждански цели при много ниски честоти.

Ехо сигнал от повърхностни вълни

Когато ъгълът на падане е близък до повърхността или дори успореден на нея, може да се предизвика повърхностна вълна. Повърхностната вълна има тенденция да се натрупва към задната част на тялото и обикновено се отразява напред от всяка прекъснатост (несъответствие). Ехото от движещи се вълни може да достигне величина, която е почти същата като при огледалното отражение.

Изображение 3: Диаграма на комплексното отражение на Airbus A320 като функция на ъгъла на видимост.

Изображение 3: Диаграма на комплексното отражение на Airbus A320 като функция на ъгъла на видимост.

Дифракция при върхове, ръбове и ъгли

Ехосигналите, предизвикани от дифракция в точките на върха, ръбовете и ъглите, са много по-малки, отколкото при огледалното отражение, и са от значение за конструктора на въздухоплавателното средство само ако повечето други източници на ехо вече са потиснати. Ехото от върховете и ъглите се дължи на дизайна и има тенденция да се увеличава с квадрата на дължината на вълната, а не с размера на повърхностния елемент. Поради това те стават все по-малко важни с увеличаване на носещата честота на предавателя.

Отражения в кухини и при прекъснати повърхности

Повечето въздухоплавателни средства имат тесни прорези или пролуки между контролните повърхности и неподвижната част на въздухоплавателното средство. Тези прорези и пролуки и дори главите на нитовете при по-високи честоти могат да отразяват енергия към радара. В рамките на отворите, например във всмукателните отвори на двигателя или прозорците на пилотската кабина или върху гумените уплътнения на вратата, отново могат да се генерират силни ехосигнали от многобройни отражения. Поради тази причина стъклените повърхности на тавана на пилотската кабина на военните самолети са покрити с тънък слой метал.

 

Не е необходимо всички тези механизми да се проявяват при всяка цел, но всички източници на ехо, които се появяват, се припокриват поради най-малките разлики в разстоянието при различните фази. В някои посоки всички източници могат да се сумират във фаза, което води до голяма зона на отражение. В други посоки някои източници могат да унищожат други източници, което води до много ниска зона на отражение. Като цяло те образуват сложен модел на отразяване, чиито стойности зависят от ъгъла на наклона. Поради това ефективната зона на отражение може да варира с повече от 30 dB, което се забелязва като загуби от колебания.

Източници:

  1. Eugene F. Knott, “Radar observables,” in Tactical Missile Aerodynamics: General Topics, Vol. 141, M. J. Hemsch, ed., Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1992, Chap. 4.
  2. Eugene F. Knott, “Radar Cross Section,” in M. Skolnik: “Radar Handbook”, Third Edition, McGraw-Hill Education, 2008, ISBN 9780071485470, page 14.2f