Что такое эффективная отражающая поверхность

Что такое эффективная отражающая поверхность

В теории радиолокации под целями принято понимать любые объекты, сведения о которых получаются радиолокационными средствами.

Основными классификационными признаками при анализе РЛЦ являются:

Рис. Виды отметок на экране индикатора

г) скорость движения объекта (для доплеровских РЛС), по ней рассматривают: высокоскоростные цели (555-1000 м/с), цели со средними скоростями (200-550 м/с) и малоскоростные (менее 200 м/с);

е) количество отметок на индикаторе (одиночная или групповая РЛЦ).

РЛЦ, относящиеся к наступательным системам вооружения, предназначенным для боевого применения в воздушно-космическом пространстве, принято называть средствами воздушно-космического нападения (СВКН).

1) По боевому назначению СВКН подразделяются на:

— стратегические (глубина воздействия по противнику более 1000 км);

— оперативно-тактические (до 1000 км);

— тактические (до 200 км).

2) По способу полета СВКН подразделяются на:

3) В зависимости от способа управления ими СВКН могут быть пилотируемыми и беспилотными.

Пилотируемые аэродинамические средства включают в себя самолеты и вертолеты.

В зависимости от назначения самолеты подразделяются на классы: бомбардировщики; истребители; штурмовики; разведывательные; радиоэлектронной борьбы; дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО). Кроме этого существуют военно-транспортные самолеты, противолодочные самолеты, самолеты-заправщики; самолеты-ретрансляторы, воздушные командные пункты и ряд других.

Военные вертолеты также принято подразделять на несколько видов, основными из которых являются ударные, боевого обеспечения, транспортные и многоцелевые.

Беспилотные аэродинамические средства включают:

неуправляемые средства воздушного нападения.

5.2.2. Эффективная поверхность рассеивания РЛЦ

Эффективная поверхность рассеивания (ЭПР) совместно с собственной диаграммой обратного вторичного излучения (ДОВИ) количественно характеризуют радиолокационную заметность цели.

Под ЭПР (рис. а, б) цели понимается площадь эквивалентного отражателя σц (в м2), размещенного в точке нахождения цели, который создает в точке стояния РЛС принятый сигнал такой же интенсивности Рпр, как и цель.

5.2.3. Диаграмма обратного вторичного излучения РЛЦ.

Собственная диаграмма обратного вторичного излучения (ДОВИ) совместно с эффективной поверхностью рассеивания (ЭПР) количественно характеризуют радиолокационную заметность цели.

Под ДОВИ понимается зависимость мощности принятого РЛС сигнала от угла зрения на цель.

Рис. Диаграмма обратного вторичного излучения цели.

5.2.4. Модели отраженных от цели сигналов

РЛЦ в пространстве исполняет роль зеркала, отражая ЗС. В этом случае, очевидно, что отраженный от цели сигнал полностью повторяет структуру ЗС, но приобретает набор случайных параметров, отличающих его от ЗС:

Случайность этих параметров обусловлена заранее неизвестными (случайными) значениями координат и параметров цели: дальностью, радиальной скоростью и ЭПР.

При решении задач синтеза обнаружителей сигналов и измерителей координат целей, а также оценки характеристик обнаружения и измерения действуют поэтапно – от простого к сложному.

Наиболее простой моделью является модель отраженного от цели сигнала с полностью известными параметрами. Эта модель существенно упрощает расчетные задачи, но не соответствует реальному принятому сигналу.

Таким образом, для решения любой практической задачи синтеза или анализа можно подобрать необходимую модель отраженного от цели сигнала.

Источник

Эффективная площадь рассеяния

Рисунок 1: Круговая диаграмма ЭПР самолета В-26 для частоты 3 ГГЦ (по Сколнику).

Рисунок 1: Круговая диаграмма ЭПР самолета В-26 для частоты 3 ГГЦ (по Сколнику).

Эффективная площадь рассеяния

Способность радиолокационной цели (РЛЦ) отражать падающую на нее электромагнитную энергию характеризуется эффективной площадью рассеяния ( σ ). Единицей измерения этого параметра является квадратный метр (м²). В литературе по радиолокации также можно встретить и другие названия: эффективная поверхность рассеяния, эффективная поверхность цели, эффективная площадь цели, эффективная поверхность вторичного излучения, радиолокационное поперечное сечение. Далее будем использовать термин эффективная площадь рассеяния (ЭПР).

Определение.

Под ЭПР понимают площадь эквивалентного изотропного рассеивателя, который, будучи помещен в точку нахождения цели, создает на раскрыве приемной антенны такую же плотность потока мощности, что и реальная цель. Таким образом, ЭПР является абстракцией, моделью, дающей, однако возможность оценить отражательную способность РЛЦ. Очевидно, что ЭПР может использоваться и для оценки радиолокационной заметности цели.

На величину ЭПР влияет множество факторов, к основным из которых относятся следующие:

Влияние перечисленных факторов является комплексным и поэтому учитывать их нужно тоже совместно.

Рисунок 2. Самолет F-117, построенный с применением технологии снижения радиолокационной заметности “Stealth”

Расчет ЭПР

Аналитические выражения для расчета значений ЭПР могут быть получены лишь для ограниченного набора целей, имеющих простую форму поверхности. Большинство РЛЦ имеют сложную геометрическую форму поверхности и для определения их ЭПР применяются натурные измерения, а также методы физического или математического моделирования.

На Рисунке 1 изображена полученная экспериментально круговая диаграмма ЭПР самолета В-26 для частоты 3 ГГЦ (по Сколнику). Исходное математическое выражение для расчета ЭПР в случае совмещенного приема (однопозиционной локации) может быть представлено в виде:

гдеr — радиус эквивалентного рассеивателя
S_r — плотность потока мощности падающей волны в точке нахождения цели
S_t — плотность потока мощности рассеянной волны у антенны радиолокатора.(1)S_t

Ниже, в Таблице 1, приведены формулы для расчета ЭПР некоторых объектов простой формы. Формулы получены для случаев, когда длина волны λ радиолокатора намного меньше характерного размера цели, а поверхность объекта является идеально проводящей.

Таблица 1: Формулы для расчета ЭПР некоторых объектов простой формы

Рисунок 3: Круговая диаграмма ЭПР самолета типа бомбардировщик для длины волны от 3 до 5 м

Рисунок 3: Круговая диаграмма ЭПР самолета типа бомбардировщик для длины волны от 3 до 5 м

На последнем рисунке Таблицы 1 изображена ситуация, когда плоская пластина располагается под углом к направлению зондирования. В данной ситуации рассеянная таким объектом ЭМВ практически не отражается в направлении радиолокатора и, следовательно, его ЭПР будет иметь малые значения. Именно такой метод снижения радиолокационной заметности применен в самолете F-117 (Рисунок 2), поверхность которого составлена из большого количества наклонных пластин. Эти пластины ориентированы таким образом, чтобы при падении на них ЭМВ из передней полусферы (оттуда, где, как правило, находятся средства противовоздушной обороны противника) отраженные волны направлялись бы в заднюю полусферу.

Для обнаружения подобных целей более эффективным является использование бистатических радиолокационных систем, в которых передающие и приемные пункты разнесены в пространстве.

ЭПР точечных целей

Геометрические размеры РЛЦ большинства типов не превышают размеров импульсного объема радиолокатора, предназначенного для их обнаружения. Цели, имеющие такие размеры, называют точечными. ЭПР таких целей определяется взаимодействием ЭМВ, отраженных от так называемых «блестящих» точек. «Блестящими» точками называют элементы поверхности цели, которые при заданных условиях наблюдения (длина волны радиолокатора, ракурс зондирования) вносят наибольший вклад в рассеянное объектом поле, а значит и в ЭПР. В зависимости от взаимного расположения «блестящих» точек, а также направления наблюдения, отраженные ими волны могут иметь различные фазовые соотношения: от синфазного (тогда интенсивность результирующего отражения возрастает) до противофазного (интенсивность отражения уменьшается). Именно этот эффект определяет осциллирующий характер ЭПР в зависимости от ракурса наблюдения, при этом круговая диаграмма ЭПР имеет изрезанный характер (см. Рисунок 3).

Тип цели	ЭПР [м 2 ]	ЭПР [дБ]
Птица	0.01	-20
Человек	1	0
Катер	10	10
Автомобиль	100	20
Грузовой автомобиль	200	23
Уголковый отражатель	20379	43.1

Таблица 2: ЭПР точечных целей

Следует отметить, что быстрота осцилляции ЭПР в зависимости от угла наблюдения определяется соотношением между длиной волны радиолокатора и характерными размерами цели: чем меньше длина волны по сравнению с размерами цели, тем сильнее осцилляция ЭПР (Рисунок 3).

Учитывая значительные колебания величины ЭПР, в некоторых случаях оказывается удобным представлять ее значения в логарифмическом масштабе, например, в децибелах (дБ) относительно единичной площади (1 м²).

В Таблице 2 приведены значения ЭПР (в квадратных метрах и в децибелах) некоторых типовых РЛЦ для «Х»-диапазона.

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрій Музиченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Источник

Расчет эффективной поверхности рассеяния малых объектов

Эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) тела — это параметр, который показывает соотношение плотности мощности отраженной и падающей на цель мощности. Зная мощность излучения и это соотношение, можно определить мощность сигнала, вернувшегося в приемник РЛС.

В литературе имеются многочисленные данные по ЭПР крупных объектов: машин, самолетов, кораблей, но в разделе для малых объектов (например, беспилотников) указывается, что ЭПР близка к нулю. Для нового поколения радаров ставится задача обнаружения таких объектов для предупреждения поражения ими вертолета или самолета. Поэтому точное определение ЭПР малых объектов позволит конструировать радары для средств предупреждения нападения и защиты от него, а также для информирования о приближении нежелательных дронов, несущих камеры или опасные предметы на охраняемую территорию.

ЭПР используется в основном уравнении радиолокации для определения потенциала радара, то есть дальности обнаружения объектов. В связи с неопределенностью рабочей частоты и типа поляризации радиосигнала целесообразно провести расчеты для двух перспективных диапазонов радио­волн X и Ku. Отражение от цели как результат решения электродинамической задачи зависит от геометрии цели, ракурса наблюдения из точки расположения антенны радара, длины волны и типа используемой поляризации. Если условие наблюдения за целью заранее неизвестно, целесообразно для полноты информации решать задачи отражения для двух ортогональных поляризаций. Эти данные позволят в последующем выбрать оптимальную поляризацию, исходя из свойств рассеяния пеленгуемого объекта и условий распространения радиоволн. Например, для цели на фоне неба можно работать как с линейной, так и с круговой поляризацией, а для цели над земной поверхностью и на фоне лесного массива лучшие результаты будут достигнуты для линейной вертикально поляризованной волны.

Данные по ЭПР необходимы для выполнения расчетов обнаружения цели по основному уравнению радиолокации, в котором кроме таких параметров радиоаппаратуры, как мощность передатчика и усиление антенны, необходимо знать статистические величины: ЭПР и отношение сигнал/шум. Соотношение сигнал/шум определяет такие свойства радара, как вероятность ложных тревог и правильных обнаружений, а главное, определяет дальность обнаружения. При этом ЭПР является статистической функцией, меняющейся от угла наблюдения, и определяется формой цели и отражающими свойствами ее поверхности. Будем считать, что рассматриваемые в статье объекты, состоящие из металлических и диэлектрических деталей, не имеют покрытий, снижающих радиолокационную заметность.

Рис. 1. ЭПР (в дБм 2 ) пули АКМ в Х-диапазоне для горизонтальной поляризации (а) и ее эскиз (б)

На рис. 1 приведены результаты расчета ЭПР пули АКМ в главном сечении трехмерной диаграммы рассеяния. Для полноты предоставления поляризационной информации цель облучается плоской Е‑волной с двумя ортогональными компонентами сферической системы координат Е‑Phi и Е‑Theta. По круговой диаграмме можно определить ЭПР в носовом и боковом направлении, то есть в направлении вдоль линии полета и в перпендикулярном. Можно найти максимальное и минимальное значения в диапазоне углов 0–360°, но для последующего использования в уравнении радиолокации интерес представляет усредненное значение, для чего в программе EXCEL создается массив из 360 отсчетов и находятся их среднеарифметическое и медианное значения.

Обнаружение малых объектов является наиболее сложной проблемой при реализации радара. Для работы с малыми целями целесообразно использовать РЛС со сложным когерентным широко­полосным сигналом со скважностью q = 5 и устройство обработки с когерентным накоплением результатов зондирования, что позволяет обеспечить обнаружение пули при малой средней мощности. При этом приемопередатчик может быть твердотельным.

Рассмотрим РЛС, работающую в Ku-диапазоне волн (l = 2 см) с импульсной мощностью Римп = 20 Вт, и определим ее способность запеленговать пулю калибром 7,62 мм. Для этих исходных данных можно рассчитать минимальную мощность Pmin, обнаруживаемую приемником РЛС, для передатчика с мощностью Р_имп, предполагая, что РЛС должна обнаруживать объект диаметром d = 7,62 мм на расстоянии около R = 200 м при коэффициенте усиления антенны G = 23 дБ, соответствующем ширине диаграммы направленности 4×30°.

Минимальная мощность обнаруживаемого сигнала в приемном тракте РЛС (пороговая чувствительность) определяется из выражения [1]:

Для определения требуемой мощности передатчика в рассматриваемом случае Р_имп необходимо учитывать ЭПР пули. Диаграмма обратного рассеяния объекта в зависимости от угла наблюдения обрабатывается и усредняется как статистическая функция. В табл. 1 приводятся среднее арифметическое σср значение ЭПР для двух линейных типов поляризации. Медианное значение σмпримерно в 1,5 раза меньше среднего арифметического σ_ср. Эти значения требуются для расчета потенциала радара по флуктуационным моделям Сверлинга [2].

Таблица 1. Расчетные значения ЭПР для малых поражающих объектов

Объект

Размеры объекта (длина×диаметр), мм

ЭПР в Х-диапазоне,м 2

ЭПР в Ku-диапазоне, м 2

σ_ср (горизонтальная поляризация)

σ_ср (вертикальная поляризация)

σ_ср (горизонтальная поляризация)

σ_ср (вертикальная поляризация)

Источник

Немного про ЭПР и истребители 5 поколения

Большинство авторов публикаций о малозаметных самолётах непосредственно связаны с их разработкой, поэтому данные, приведённые в таблице, основаны очевидно на подобных публикациях, и потому не совсем объективны. Независимых исследований по малозаметности конкретных самолётов практически нет. Только полёты F-117 в Ираке и Югославии дали возможность нашим военным специалистам оценить эффект «новых» технологий американцев. И по оценкам российских военных экспертов современные технологии, созданные по программе «Стелс», позволяют уменьшить эффективную площадь рассеяния (ЭПР) летательных аппаратов до 70 процентов по сравнению с самолётами традиционных схем. При этом дальность обнаружения такого малозаметного самолёта сократится лишь на треть, так как дальность обнаружения пропорциональна корню четвёртой степени от величины ЭПР. Западные же эксперты говорят почти о тысячекратном(!) уменьшении ЭПР. Очень впечатляет. Однако в пересчёте на дистанцию обнаружения это означает её сокращение примерно в 5,6 раза. Так, если обычный самолёт обнаруживался радаром на дистанции в 300 км, то на том же радаре самый «невидимый» из «стелсов» будет вполне виден на дистанции 54 км. Это не так сильно впечатляет, но всё же вполне значимо.

Существуют разные оценки дуэльных возможностей Раптора с нашими современными самолётами. Есть довольно оптимистичные, вроде такой:

Насколько крупной целью является Су-35? Утверждалось, что там использованы технологии малозаметности и возможно это действительно снизит дальность его обнаружения до 200 км. По поводу нашей БРЛС «Ирбис», устанавливаемой на Су-35 в Википедии утверждается:

«Н035 «Ирбис» — российская авиационная малогабаритная радиолокационная станция с пассивной фазированной антенной решёткой, разработки НИИП. Разработка Н035 для истребителей промежуточного 4++ поколения была начата в 2004 году, закончена в 2006. Мощность радара на излучение — порядка 5 кВт. Механическое сканирование осуществляется гидроэлектромехническим приводом. Дальность обнаружения воздушных целей типа истребитель (с ЭПР 3 м²): до 400 км.»

Более объективно представлены данные испытаний:

— Ваша АФАР будет «видеть» самолеты, сделанные по технологии «стелс»?

— Здесь не АФАР является определяющей. Возможность обнаружения таких самолётов в большей степени зависит от диапазона и вида излучаемого сигнала. Плюс к тому у нас на борту несколько АФАР, работающих в разных диапазонах. А сделать защитное покрытие от волн, скажем, сантиметрового и дециметрового диапазона одновременно – весьма проблематично.

Вообще-то это приговор технологиям «стелс» по методу Уфимцева и с использованием радиопоглощающих покрытий. Соревнование РЛС с малозаметностью уже почти выиграно РЛС ещё до того, как самолёты 5-го поколения встали в строй. Новые БРЛС L-диапазона уже рекламируются НИИП:

Новую АФАР L-диапазона предполагается устанавливать в передние кромки крыльев и велись эти работы очевидно уже давно. Однако до появления уже рабочих образцов эта методика вообще никак не обсуждалась официально. Скромные скептические заявления разработчиков наших самолётов о технологиях «стелс» не слишком привлекали внимание СМИ и редко цитировались. Может это тоже имело свой смысл? Пусть конкурент вложится в тупиковые методы малозаметности, потратит них сотни миллиардов, а мы, потратив лишь несколько миллионов, сделаем их совершенно бесполезными? Только недавно уже рекламируемые в открытую достижения НИИП по части БРЛС в L-диапазоне привлекли внимание западных экспертов и тут же вызвали бурную реакцию:

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Что такое эффективная отражающая поверхность

ЭФФЕКТИВНАЯ ПЛОЩАДЬ РАССЕЯНИЯ ИДЕАЛЬНО ПРОВОДЯЩИХ ТЕЛ ПРОСТЕЙШЕЙ ФОРМЫ В СРЕДАХ С КОМПЛЕКСНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ

Московский государственный авиационный университет

Получена 2 октября 2001 г.

Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) является результатом нормировки мощности отражённого поля к мощности падающей плоской волны. Показывается, что для расчета ЭПР в средах с потерями необходима коррекция нормировки, принятой для свободного пространства. Для сред с потерями необходимо нормировать мощность отражённого поля к мощности падающей волны, отнесённой к фронтальной части тела. Коррекция должна быть сделана для всех углов двухпозиционности, кроме угла, равного (локация на просвет). Показывается, что ЭПР существенно зависит как от действительной, так и от мнимой части диэлектрической проницаемости среды, окружающей рассеивающий объект.

Ключевые слова: ЭПР, комплексная диэлектрическая проницаемость, рассеяние, идеально проводящий цилиндр, идеально проводящая сфера, двухпозиционная локация.

ЭПР характеризует отражающие свойства цели, позволяя оценивать дальность обнаружения радиолокатора. Согласно [1,2], мощность отражённого сигнала на входе приёмной антенны имеет вид

(1)

дающей антенной и целью, а также между целью и приёмной антенной.

Из формулы (1) получаем выражения для ЭПР цели

Предполагая, что потери в среде распространения отсутствуют, имеем классическое выражение для ЭПР [1,2]

(2)

где и электрическая и магнитная составляющие отраженного поля, соответственно, и – составляющие падающего поля. Для бесконечных и полубесконечных тел вводится определение ЭПР в виде

(3)

При ЭПР в выражениях (2,3) не зависит от дальности и характеризует отражающие свойства объекта. Для приведенных выше традиционных выражений ЭПР (2,3) следует отметить два существенных обстоятельства:

В справочнике [2] ЭПР рассчитаны для сред без потерь. Для расчета ЭПР в средах с потерями в [2] предлагается перейти к комплексной диэлектрической проницаемости и рассчитывать ЭПР согласно выражениям (2,3). Выбор нормирующей амплитуды в [2] не обсуждается. Как показывается ниже, такой способ расчета ЭПР приемлем только в случаях, когда можно пренебречь изменением амплитуды падающей плоской волны вдоль отражающего объекта.

1. Распространение плоской волны в среде с потерями

В этом случае выражение для плоской волны может быть записано в виде:

(4)

(5)

или (6)

(7)

(9)

2 Отражение плоской волны от бесконечного идеально проводящего цилиндра в среде с потерями

На поверхности цилиндра в точке N с координатами интенсивность плоской волны запишется в виде:

(11)

Если воспользоваться нормировкой [2], получим выражение для ЭПР цилиндра

Для обратного рассеяния ( ) отражающая ширина принимает вид

(14)

Важно отметить, что геометрическая теория дифракции показывает необходимость изменения нормировки [2] для сред с потерями.

ЭПР цилиндра при обратном рассеянии записывается в виде [2]

и (15)

где коэффициенты и выражаются через цилиндрические функции Бесселя, Ханкеля и их производные [9]

Полученный результат хорошо известен. В релеевской области рассеяния ЭПР возрастает обратно пропорционально четвертой степени длины волны, или согласно (7) пропорционально [2,3].

Как видно из рис. 4, ЭПР возрастает экспоненциально с увеличением параметра . Как это было отмечено ранее, полученный результат связан с некорректной нормировкой [2]. Если нормировать, согласно (14), то ЭПР цилиндра следует записать в виде:

(17)

₍₁₈₎

Из рис.5 можно видеть, что для среды с потерями уровень осцилляции ЭПР гораздо меньше, чем это имеет место в среде без потерь. Осцилляции ЭПР обусловлены сложением двух волн, одна из которых отражается от лобовой части цилиндра, вторая огибает цилиндр и также дает свой вклад в ЭПР. В среде с потерями вклад, вносимый ползущей волной уменьшается с ростом произведения , соответственно, уменьшается и уровень осцилляций ЭПР.

Согласно (15,17) была рассчитана ЭПР цилиндра для поляризации, параллельной оси цилиндра Практически, ЭПР для среды с потерями и среды без потерь не отличаются.

Для среды без потерь, распределение тока по поверхности цилиндра было рассчитано Потехиным [8]

(19)

3. ЭПР идеально проводящей сферы в среде с потерями

3-1. Геометрическая оптика

Мощность волны, падающей на поверхность сферы в среде с потерями определяется как

(20)

Рис. 7. Геометрия отражения от сферы

(21)

(22)

где и комплексные амплитуды отраженного поля в дальней зоне для и направлений поляризации

и

_.

(23)

Парциальные составляющие ЭПР для и поляризации получаются из (13), если подставить и

Для идеально проводящей сферы коэффициенты А _n и В _n имеют вид

(26)

Величина ЭПР зависит от способа нормировки. Нормировка [2] приводит к тому, что ЭПР возрастает экспоненциально с ростом потерь в среде, окружающей объект, что не имеет никакого разумного физического объяснения.

1. Для корректного вычисления ЭПР в средах с потерями при нормировке следует использовать амплитуду плоской волны, соответствующей фронтальной части тела.

2. В средах с комплексной проницаемостью ЭПР зависит как от формы объекта, так и от параметров среды, окружающей объект.

3. В релеевской области рассеяния ЭПР возрастает пропорционально квадрату диэлектрической проницаемости среды, окружающей отражающий объект.

4. В резонансной области потери в среде, окружающей рассеивающий объект уменьшают амплитуду ползущей волны и, как следствие этого, уменьшаются осцилляции ЭПР.

2. G. T. Ruck, D. E. Barric, W. D. Stuart, Krichbaum C. K. Radar Cross Section, Handbook, N.Y.: Plenum Press, 1970, v. 1-4.

4 Финкельштейн М. И., Карпухин В. И., Кутев В. А., Метелкин В. Н. Подповерхностная радиолокация. Москва: Радио и Связь, 1994.

8. Потехин А. И. Некоторые задачи дифракции электромагнитных волн. Советское Радио, Москва, 1948.

9. Абрамовиц М., Стиган И. Справочник по специальным функциям, Москва, Наука, 1979.

Источник

• ← Что такое эффективная мощность ибп
• Что такое эффективная плотность состояний дырок в валентной зоне →