ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Подразделяются на методы: а) натурных измерений; б) масштабного электродинамического акустического моделирования; в) масштабного акустического моделирования.

4.2.1. МЕТОДЫ НАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Охватывают метод динамических и метод статистических измерений [48, 72 - 74]. Динамические характеристики снимают в процессе реальных полетов с использованием штатных или измерительных локаторов Статистические характеристики снимают на испытательных полигонах. Объекты закрепляют на достаточной высоте относительно поверхности земли с помощью тросов или покрытых слабоотражающими материалами колоннах, соединенных с поворотными устройствами. Примерные усредненные эффективные площади целей [75] были представлены в табл. 1.1. Ряд материалов по методам изучения вторичного излучения целей в полигонных условиях приведен в [76].

Наряду с изучением эффективных площадей воздушных целей и в последнее время проводится изучение эффективных площадей их элементов [74], что существенно как для проведения мероприятий по маскировке, так и для вы выявления закономерностей распознавания. Высокое разрешение достигается путем зондирования широкополосными (короткими, в частности) радиоимпульсами, а также вращением целей или их макетов с использованием инверсного синтеза апертуры (см. разд. 3.5).

4.2.2. МЕТОДЫ МАСШТАБНОГО ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Проводят на полигонных установках, аналогичных используемым при на­турном статическом моделировании или в безэховых камерах [48, 72 – 74]. При использовании безэховых камер серьезное внимание уделяют формирова­нию в окрестности модели плоского фронта волны, в частности, с помощью специальных коллиматоров. Характеристики проводящих моделей воспроизводят характеристики проводящих реальных целей, если выполняются условия подобия:

(4.1)

Условия (4.1) связывают параметры цели и модели: а) геометри­ческие размеры l_ц, l_м ; б) длины волн λ_ц, λ_м; в) эффективные площади σ_ц, σ_м; г) длительности временных откликов t_ц, t_м. Первая изсвязей(4.1) характеризует потребный размер модели; вторая – длину волны; третья – позволяет пересчитать эффективные площади (диагональные элементы поля­ризационных матриц) модели в соответствующий параметр цели. Последняя связь (4.1) позволяет пересчитывать импульсные отклики (импульсные характеристики) целей.

Вместо генерации широкополосных сигналов используют иногда смену час­тот зондирующих сигналов с достаточно малым шагом. Отраженные сигналы подвергаются фазовому детектированию с использованием в качестве опорного напряжения сигнала от малогабаритного вынесенного эталонного вторичного излучателя. Результаты оцифровываются и подвергаются процедуре БПФ.

На моделях проводят многочастотное измерение элементов поляризационных матриц вторичного излучения [42, 77].

4.2.3. МЕТОДЫ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Основой рассматриваемого вида моделирования является аналогия акустических и электромагнитных волновых процессов в изотропных средах [78, 79].

Аналогия не касается поляризационных эффектов. Они характерны для электромагнитных волн и отсутствуют для гидроакустических в силу их продольного характера в толще жидкости. Положительной особенностью гидроакустического моделирования является существенное снижение скорости рас­пространения v акустической волны по сравнению со скоростью электромагнитной в свободном пространстве. Так, в пресной воде v = 1500 м/с » с/2×10⁵, что резко снижает размеры элементов модели, тракта распростране­ния и антенных систем. Обосновывающее это утверждение условие подобия имеет вид

. (4.2)

В (4.2) в дополнение к (4.1) предусмотрен дополнительный пересчет временных и частотных интервалов в соответствии со скоростями распространения(f- частоты, П - полосы частот).

В результате, полосы частот и частоты гидроакустической модели значительно сокращаются. Последнее существенно, поскольку с увеличением рабочей частоты растет затухание гидроакустических колебаний, превышая (да­же в масштабе) атмосферное затухание электромагнитных. Поскольку все требования (4.2) одновременно невыполнимы, необходим компромисс. Приме­ром компромисса является моделирование локации d гидроакустическом бас­сейне с объемом воды 2х1х0,5 м³ на рабочей частоте f_м = 6,8 МГц при полосе частот П » 0,1 МГц (аппаратура генерации и обработки располага­лась вблизи бассейна). Использовались модели антенн с размерами 1 мм и целей с размерами 12...22 см. Модели целей могли совершать поступательное и вращательное движение с помощью электромотора и механической системы передач. Вдоль целей укладывалось 15-..30 элементов разрешения по дальности с размером 7,5 мм. Модели целей были пустотелыми, чтобы имитировать отражение электромагнитных волк от проводящих поверхностей в воздухе. Модели устанавливались на расстоянии около 1 м от антенны. Условие дальней зоны при этом выполнялось с запасом. Отношение же размеров модели цели к моделируемой дальности значительно превышало реальное отношение.

Изменяя зондирующий сигнал и параметры системы обработки: оказалось возможным изучать характеристики вторичного излучения целей, их дальностные, а также дальностно-азимутальные портреты. В последнем случае изменяется система обработки, вводится ДПФ в разрешаемых элементах по дальности. Могли вводиться, кроме того, различные сочетания когерентной и некогерентной обработки и различные варианты адаптации к характеру движения цели, использоваться или не использоваться методы углового сверхразрешения. Примеры использования гидроакустического моделирования приводились на рис. 3.4. Небезынтересно, что в установке использовались радиоимпульсы без внутриимпульсной модуляции длительностью 10 мкс. Вследствие низкой скорости распространения гидроакустических колебаний они обеспечивала разрешающую способность по дальности 7,5 мм, существенно меньшую размеров модели.

4.3. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Интерес к таким методам возрастает вследствие удорожания натурных экспериментов, трудностей набора в ходе этих экспериментов необходимых данных и расхождения результатов, получаемых при этом различными экспери­ментальными методами.

4.3.1. РАЗНОВИДНОСТИ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ

Методика расчета характеристик вторичного излучения классифицируют: а) по методам описания поверхности аэродинамического объекта; б) по методам расчета рассеянного электромагнитного поля.

Среди методов описания поверхности выделяют:

1. Проволочные методы. Объект представляется совокупностью тонких проводников (проволочек) [80]. Метод применяется для расчета характеристик вторичного излучения в резонансной и рэлеевской областях.

2. Пластинчатые (фасеточные) методы. Поверхность цели описыва­ется путем задания граней (фасеток) и ребер. Зачастую этот процесс автоматизируется[81 - 83]. Размеры фасеток составляют доли длины волны, что приводит к росту вычислительных затрат для самолетов в сантиметровом – де­циметровом диапазонах длин волн.

3. Эллипсоидальные методы. В отличие от предыдущего метода, исполь­зуются участки эллипсоидов[84 – 86]. Снимаются ограничения на размеры элементарных участков поверхности, но не учитываются деполяризующие эф­фекты.

4. Методы, использующие описание кубическими сплайнфункциями. Позволяют автоматизировать трудоемкий процесс описания поверхности цели, используя стандартные пакеты программ САПР [87]. В остальном близки по характеристикам к эллипсоидальным методам.

5. Метод простейших компонентов. Сочетает широкий набор простых тел: поверхностей второго порядка, пластин, клиньев, тонких проводов, дисков и т.д. [109]. Позволяет уменьшить вычислительные затраты при сохранении точности расчетов, однако требует значительных ручных затрат при описании поверхности цели.

Расчет рассеянного электромагнитного поля некоторых простейших тел проводят на основе точных решений, полученных из уравнений Максвелла. Для объектов более сложной формы используют метод интегральных уравнений [80], численно реализуемый на ЭВМ. Однако этот точный метод из-за роста вычислительных затрат не применим в высокочастотной области когда длина волны значительно меньше характеристик размеров рассеивателя. Для самолетов - это наиболее важные сантиметровый и дециметровый диапазоны. В этих диапазонах для решения стационарных задач рассеивания (П/f <<1) широко используют приближенные лучевые и токовые методы[57].К лучевым методам относят методы геометрической оптики и геометрической теории дифракции [89 - 94], к токовым методам относят методы физической оптики параболического уравнения и краевых токов (физической теории дифракции) [89, 93, 95 - 104]. Для решения нестационарных задач рассеяния, т.е. когда отношение ширины спектра сигнала к центральной частоте близко к единице, также разработаны специальные высокочастотные методы [39, 48, 105 - 107].

Приближенные высокочастотные методы расчетов не дают удовлетворительных результатов для таких элементов воздушных объектов, как антенные отсеки, кабины, воздухозаборники и сопла двигателей. В то же время, на на­иболее важных носовых ракурсах эти элементы вносят основной вклад в от­раженный сигнал. Выходом из положения может являться сочетание: а) теоретических приближенных методов для расчета характеристик вторичного излучения элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, гондолы двигателей, подвесное оборудование); б) экспериментальных данных и полуэмпирических формул для расчета характеристик вторичного излучение антенных отсеков, кабин, воздухозаборников и сопел двигателей. Такой метод расчета можно назвать экспериментально-теоретическим.

Ниже приводится описание методики моделирования характеристик вторичного излучения воздушных объектов в сантиметровом и дециметровом диапазонах волн, обладающей следующими отличительными особенностями: а) для описания поверхности объекта используется метод простейших компонентов с наложением граничных условий: б) для расчетов характеристик вторичного излучения отдельных элементов объекта используется экспериментально-теоретический метод; в) расчет эффектов затенения и переотражений проводится по аналитическим формулам: г) для повышения точности моделирования па­раметры модели могут корректироваться на основе сопоставление с экспериментальными данными.

4.3.2 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ С

ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ НА САНТИМЕТРОВЫХ И ДЕЦИМЕТРОВЫХ РАДИОВОЛНАХ