Радіолокаційні характеристики літальних апаратів

Розвідка повітряної обстановки базується на радіолокаційної інформації про повітряного противника, яка дозволяє викрити мету нальоту, визначити склад та засоби, які приймають участь у нальоті, визначити найбільш небезпечні засоби та забезпечити наведення на них зброї.

Засоби активної та пасивної локації отримують дані про ЗПН за рахунок використання їх властивостей як об’єктів радіолокації.

Основними характеристиками ЗПН як об’єктів радіолокації являються наступні:

ефективна поверхня розсіювання цілі (ЕПР);

діаграма зворотного вторинного випромінювання;

Дальністний радіолокаційний портрет цілі.

Ефективна поверхня розсіювання (ЕПР) цілі є основною енергетичною характеристикою цілі. Вона впливає на дальність виявлення цілі радіолокаційною станцією і якість радіолокаційної інформації.

Ефективна поверхня розсіювання – це площа такого еквівалентного вторинного випромінювача, який рівномірно розсіюючи всю падаючу на нього електромагнітну енергію, створює в точці прийому таку ж щільність потоку потужності енергії, що і реальна ціль.

Можна сказати, що ЕПР цілі – розмір металевої поверхні, від якої потік вторинного випромінювання створює в місці прийому такий же потік, як і від реальної цілі.

Величина ЕПР залежить від електричних властивостей матеріалу конструкції літака та його покриття, співвідношення його геометричних розмірів і довжини хвили, ракурсу опромінення, поляризації електромагнітних хвиль, що опромінюють ціль. Більш того, складній цілі притаманно змінювати поляризацію падаючої хвилі, за рахунок чого у відбитому сигналі з’являються компоненти, ортогональні зондувального сигналу.

Для різних класів літаків ЕПР буде різною і складає для тактичної авіації від 1 до 10м², для бомбардувальників більше 10м². Для літаків, які розроблені програмою «Стелт»,

ЕПР складає величину 0,1…1,0м².

Ефективна поверхня розсіювання цілі може бути розрахована згідно наступного виразу:

σ_ц = 4πR² S_пр /S_ц ,

де: S_пр, S_ц – щільність потоку енергії радіохвиль біля приймача РЛС та біля цілі відповідно; R – відстань від цілі до приймача РЛС.

Гладка, плоска поверхня, яка ідеально проводить, має вузьку діаграму спрямованості вторинного розсіювання. Основна частина енергії відбитої хвилі укладена в головному пелюстці ДСА, ширина якого зменшується зі збільшенням розмірів поверхні, що відбиває, і укороченням довжини падаючої хвилі. Якщо поверхня опромінюється під прямим кутом, то основна частина відбитої енергії повертається до джерела опромінення. При кутах опромінення, менших 90°, до РЛС повертається частина розсіяної енергії в межах бічних пелюсток ДСА.

Складні об'єкти (літаки, кораблі, танки) можна розглядати як сукупність великої кількості окремих елементів, які розсіюють електромагнітну енергію в різних напрямках. Сумарна амплітуда відбитого сигналу визначається відносними фазами і амплітудами випромінювань окремих відбивачів і схильна флуктуацій. Характер флуктуації результуючого сигналу в чому залежить від швидкості і напрямку переміщення об'єкта і навіть його окремих елементів щодо РЛС.

Змінюються і фази сигналів, відбитих складними цілями. В процесі розсіяння ЕМХ різними об'єктами зазвичай відбувається деполяризація сигналів.

Діаграми розсіювання реальних об'єктів (диаграмма обратного вторичного излучения - зависимость ЭПР цели от направления ее облучения), показують залежність інтенсивності розсіювання від кута падіння хвилі, визначаються їх конфігурацією і орієнтацією щодо радіолокаційної станції. Як правило, вони бувають багатопелюстковими (рис. 1).

Рис. 1. Розсіювання радіохвиль.

а) літаком, б) головною частиною ракети (λ=10 см)

На практиці звичайно користуються середнім значенням ЕПР (σ_СР).

ЕПР цілі істотно залежить від діапазону радіохвиль РЛС. Для РЛС метрового діапазону розміри цілі близькі за довжиною до хвилі РЛС (резонансне відбиття), а для дециметрового та сантиметрового діапазонів хвиль помітно перевищують її (поверхнево-крайове відбиття). Більшість РЛС працює в області поверхнево-крайового ефекту: розміри літака перевищують довжину хвилі РЛС.

ЕПР також істотно залежить від геометричної форми цілі. Як правило, ЗПН мають складну геометричну конфігурацію, виконуються з матеріалів з різними електричним властивостями. Різноманітні елементи конструкції вносять неоднаковий внесок у ЕПР цілі. Елементи, що найбільш відбивають радіохвилі, називають «блискучими». Для ЗПН

характерна наявність блискучих елементів поверхневого і крайового типів. Усереднені значення ЕПР щодо конкретних цілей наведені в таблиці.

Усереднені значення ЕПР ЗПН, м² Таблиця

У сучасних ЗПН ЕПР змінюється в широких межах, причому властивості типу цілі у свою чергу, істотно залежать від довжини хвилі РЛС, ракурсу опромінювання цілі і ряду інших чинників. Перепади ЕПР можуть досягати 100…1000 і більш разів. Новітні літаки і БЛА розробляються з урахуванням зниження їх ЕПР. Так геометричні розміри літака В-1В на 10 % менш геометричних розмірів літака В-52, а його ЕПР менше майже у 10 разів. Істотно знизилася і ЕПР винищувачів, крилатих та керованих ракет.

Дальністний радіолокаційний портрет. Окремі «блискучі» елементи ЗПН розрізнюються у разі використання складних сигналів з шириною спектру частот 50…75 МГц, що відповідає розрізнювальній спроможності за дальностю 2…3м. Приймаючи сигнали, які забезпечують розрізнення «блискучих» елементів, одержують так звані дальнісні радіолокаційні портрети цілей, які дозволяють вирішити проблему їх розпізнавання та задач класифікації цілей (Рис.2).

Координатний і амплітудний шуми цілі. Відбитий від цілі сигнал являє собою векторну суму сигналів, відбитих від її окремих елементів. Зміна положення цілі щодо РЛС викликає флуктуації сумарного відбитого сигналу, що несприятливо визначаються на одержанні радіолокаційної інформації. Ціль в цих умовах може бути замінена еквівалентним точковим випромінювачем, що пересувається в розрізнювальній області (координатний шум). Значення ЕПР цілі теж змінюється, причому випадковим чином, що приводить до так званого амплітудного шуму.

Координатний шум цілі складають шум дальності, кутовий шум і швидкісний шум. Флуктуації часу запізнення відбитого сигналу (шум дальності цілі) звичайно не перевищують розміри запізнення, що відповідають геометричному розміру цілі в напрямку опромінювання. Розмір середньоквадратичного відхилення від значення дальності до цілі складає майже 80 % довжини цілі.

Кутовий шум цілі обумовлений перекручуванням фазового фронту відбитої електромагнітної хвилі, що приводить до випадкового зсуву виміряного кутового положення цілі, відносного дійсного.

Шум швидкостіцілі виявляється як розширення спектру відбитого сигналу (доплеровський шум цілі). Ефект модуляції відбитого сигналу за амплітудою і фазою (частоті) може бути використаний у разі виявлення і вирішенні завдань класифікації цілей.

Амплітудний шум цілі є випадковим процесом і характеризується законом розподілу. При нормальному законі розподілу амплітудний шум цілком характеризується кореляційною функцією або спектральною щільністю потужності.

Висновки та відповіді на запитання

Урахування характеристик ЗПН як радіолокаційних цілей дозволяє більш повно використовувати можливості окремих РЛС і всього угрупування в цілому.

Рис. 2, Радіолокаційний портрет цілі