Zona de împrăștiere efectivă (ESR; în unele surse - suprafață de împrăștiere efectivă , lățime efectivă de împrăștiere , zonă de reflectare efectivă , tub intensificator de imagine) în radar - zona unei suprafețe plane fictive situate normal cu direcția undei plane incidente și fiind un reemițător ideal și izotrop, care, fiind plasat în locația țintă, creează aceeași densitate de flux de putere la locația antenei stației radar ca și ținta reală [1] .
RCS este o măsură cantitativă a proprietății unui obiect de a împrăștia o undă electromagnetică [2] . Împreună cu potențialul energetic al căii de transmisie-recepție și KU al antenelor radar, RCS-ul unui obiect este inclus în ecuația razei radar și determină distanța la care un obiect poate fi detectat de un radar . O valoare RCS crescută înseamnă o vizibilitate radar mai mare a unui obiect, o scădere a RCS îl face dificil de detectat (vezi tehnologia stealth ).
EPR-ul unui anumit obiect depinde de forma, dimensiunea, materialul din care este realizat, de orientarea (vizualizarea) lui în raport cu antenele pozițiilor de emisie și recepție ale radarului (inclusiv polarizarea undelor electromagnetice), pe lungimea de undă a semnalului radio de sondare. RCS este determinat în condițiile zonei îndepărtate a dispertorului, antenele de recepție și transmisie ale radarului.
Deoarece RCS este un parametru introdus oficial, valoarea sa nu se potrivește nici cu valoarea suprafeței totale a difuzorului, nici cu valoarea secțiunii sale transversale (ing. Secțiune transversală ). Calculul EPR este una dintre problemele electrodinamicii aplicate , care este rezolvată cu diferite grade de aproximare analitic (numai pentru o gamă limitată de corpuri de formă simplă, de exemplu, o sferă conducătoare, un cilindru, o placă dreptunghiulară subțire etc.) sau metode numerice. Măsurarea (controlul) RCS este efectuată în locurile de testare și în camere anecoice de radiofrecvență folosind obiecte reale și modelele lor la scară.
RCS are unitatea de suprafață și este de obicei dat în m² sau dBm . Pentru obiectele de formă simplă - test - EPR este de obicei normalizat la pătratul lungimii de undă a semnalului radio de sondare. EPR a obiectelor cilindrice extinse este normalizată la lungimea lor (EPR liniară, EPR pe unitate de lungime). EPR-ul obiectelor distribuite în volum (de exemplu, un nor de ploaie) este normalizat la volumul elementului de rezoluție radar (EPR / m³). RCS-ul țintelor de suprafață (de regulă, o secțiune a suprafeței pământului) este normalizat la aria elementului de rezoluție radar (EPR / m²). Cu alte cuvinte, RCS-ul obiectelor distribuite depinde de dimensiunile liniare ale unui anumit element de rezoluție al unui anumit radar, care depind de distanța dintre radar și obiect.
EPR poate fi definit după cum urmează (definiția este echivalentă cu cea dată la începutul articolului):
Zona efectivă de împrăștiere (pentru un semnal radio de sondare armonică) este raportul dintre puterea de emisie radio a unei surse izotrope echivalente (creând aceeași densitate de flux de putere de emisie radio la punctul de observare ca și dispertorul iradiat) și densitatea fluxului de putere (W /m²) din emisia radio de sondare la locația dispertorului.
RCS depinde de direcția de la dispersor la sursa semnalului radio de sondare și de direcția către punctul de observare. Deoarece aceste direcții pot să nu coincida (în cazul general, sursa semnalului de sondare și punctul de înregistrare al câmpului împrăștiat sunt separate în spațiu), atunci EPR determinat în acest fel se numește EPR bistatic ( EPR cu două poziții). , engleză bistatic RCS ).
Diagrama de backscatter (DOR, monostatic EPR , single- position EPR , English monostatic RCS , back-scattering RCS ) - valoarea EPR atunci când direcțiile de la dispersor la sursa semnalului de sondare și la punctul de observare coincid. EPR este adesea înțeles ca cazul său special - EPR monostatic, adică DOR (conceptele de EPR și DOR sunt amestecate) datorită prevalenței scăzute a radarelor bistatice (cu mai multe poziții) (comparativ cu radarele monostatice tradiționale echipate cu un singur transceiver). antenă). Cu toate acestea, ar trebui să se facă distincția între EPR(θ, φ; θ 0 , φ 0 ) și DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ), unde θ, φ este direcția la punctul de înregistrare a câmpului împrăștiat; θ 0 , φ 0 este direcția către sursa undei de sondare (θ, φ, θ 0 , φ 0 sunt unghiurile sistemului de coordonate sferice , a cărui origine este aliniată cu dispertorul).
În cazul general, pentru o undă electromagnetică de sondare cu o dependență de timp nearmonică ( semnal de sondare în bandă largă în sens spațio-temporal) , aria de împrăștiere efectivă este raportul dintre energia unei surse izotrope echivalente și densitatea fluxului de energie (J/ m2) a emisiei radio de sondare la locul dispertorului.
Luați în considerare reflexia unei unde incidente pe o suprafață care reflectă izotrop cu o zonă egală cu RCS. Puterea reflectată de o astfel de țintă este produsul RCS și densitatea fluxului de putere incidentă:
, | (unu) |
unde este RCS-ul țintei, este densitatea fluxului de putere a undei incidente a unei polarizări date la locația țintă, este puterea reflectată de țintă.
Pe de altă parte, puterea radiată izotrop
, | (2) |
unde este distanța de la radar la țintă, este densitatea fluxului de putere a undei unei polarizări date reflectate de țintă la locația radarului.
Înlocuind expresia (2) în (1), obținem o expresie pentru RCS-ul țintei:
. | (3) |
Sau, folosind intensitatea câmpului undei incidente în locația țintă și undea reflectată în locația radarului:
. | (patru) |
Puterea de intrare a receptorului:
, | (5) |
unde este aria efectivă a antenei .
Este posibil să se determine fluxul de putere al unei unde incidente din punct de vedere al puterii radiate și al directivității antenei pentru o direcție dată de radiație.
. | (6) |
Înlocuind (6) și (2) în (5), pentru puterea la intrarea receptorului radar avem:
. | (7) |
Sau
, | (opt) |
unde .
În acest fel,
. | (9) |
EPR are dimensiunea ariei [ m² ], dar nu este o zonă geometrică (!), ci este o caracteristică energetică, adică determină mărimea puterii semnalului primit.
Analitic, RCS poate fi calculat doar pentru scopuri simple. În scopuri complexe, RCS este măsurat practic în locuri de testare specializate sau în camere anecoice .
RCS-ul țintei nu depinde de intensitatea undei emise și nici de distanța dintre stație și țintă. Orice creștere duce la o creștere proporțională și raportul lor în formulă nu se modifică. La modificarea distanței dintre radar și țintă, raportul se modifică invers , iar valoarea RCS rămâne neschimbată.
Câmpul de pe întreaga suprafață S este determinat de integrală . Este necesar să se determine E 2 și raportul la o anumită distanță față de țintă ...
Peste tot mai jos este lungimea de undă în centimetri.
, | (zece) |
unde k este numărul de undă .
1) Dacă obiectul este mic, atunci distanța și câmpul undei incidente pot fi considerate neschimbate. 2) Distanța R poate fi considerată ca suma distanței până la țintă și a distanței în interiorul țintei:
Apoi:
, | (unsprezece) |
, | (12) |
, | (13) |
, | (paisprezece) |
O suprafață plană este un caz special al unei suprafețe convexe curbe.
(cincisprezece) |
Dacă un avion cu o suprafață de 1 m² și o lungime de undă de 10 cm (3 GHz), atunci
Pentru o sferă, prima zonă Fresnel va fi zona delimitată de ecuator.
(16) |
Reflectorul de colț este format din trei plane perpendiculare. Spre deosebire de o placă, un reflector de colț oferă o reflexie bună într-o gamă largă de unghiuri.
TriunghiularDacă se folosește un reflector de colț cu fețe triunghiulare, atunci EPR
(17) |
unde este lungimea muchiei.
PatraunghiularDacă reflectorul de colț este compus din fețe patrulatere, atunci EPR
(optsprezece) |
Se folosesc reflectoare de colț:
Pleavele sunt folosite pentru a crea interferențe pasive cu funcționarea radarului.
Valoarea RCS a unui reflector dipol depinde în general de unghiul de observare, dar RCS pentru toate unghiurile:
Pleavele sunt folosite pentru a masca țintele aeriene și terenul, precum și balizele radar pasive.
Sectorul de reflexie al pleava este de ~70°
RCS ale obiectelor reale complexe sunt măsurate la instalații speciale, sau intervale, în care condițiile zonei de iradiere îndepărtată sunt realizabile.
# | Tip țintă | [ m² ] |
---|---|---|
unu | Aviaţie | |
1.1 | Avion de vânătoare | 3—12 [3] |
1.2 | luptător stealth | 0,3–0,4 [3] |
1.3 | bombardier de prima linie | 7-10 |
1.4 | bombardier greu | 13-20 |
1.4.1 | bombardier B-52 | 100 [4] |
1.4 | Aeronave de transport | 40-70 |
2 | navelor | |
2.1 | Submarin la suprafață | câțiva mp. metri. [5] |
2.2 | Tăierea unui submarin la suprafață | câțiva mp. metri. [5] |
2.3 | barcă | cincizeci |
2.4 | barca cu rachete | 500 |
2.5 | Distrugător | 10000 |
2.6 | Portavion | 50000 [6] |
3 | Țintele terestre | |
3.1 | Auto | 3—10 (unda de aproximativ 1 cm) [7] |
3.2 | Tanc T-90 (lungime de undă 3-8 mm) | 29 [8] [9] |
patru | Muniţie | |
4.1 | Rachetă de croazieră ALCM (lungime de undă 8 mm) | <0,1 |
4.2 | Focosul unei rachete operaționale-tactice | 0,15–1,6 [10] |
4.3 | focos nuclear SLBM (TN-75/TN-71) | 0,01/0,1–0,25 [11] |
5 | Alte scopuri | |
5.1 | Uman | 0,8—1 |
6 | Păsări [12] (aripi îndoite, lungime de undă 5 cm) | (limita maximă EPR) |
6.1 | Turn (Corvus frugilegus) | 0,0048 |
6.2 | Lebăda mută (Cygnus olor) | 0,0228 |
6.3 | Cormoranul mare (Phalacrocorax carbo) | 0,0092 |
6.4 | Zmeul roșu (Milvus Korshun) | 0,0248 |
6.5 | Mallard (Anas platyrhynchos) | 0,0214 |
6.6 | Gâscă cenușie (Anser anser) | 0,0225 |
6.7 | Corb cu glugă (Corvus cornix) | 0,0047 |
6.8 | Vrabia de copac (Passer montanus) | 0,0008 |
6.9 | Graurul comun (Sturnus vulgaris) | 0,0023 |
6.10 | Pescăruș cu cap negru (Larus ridibundus) | 0,0052 |
6.11 | Barza albă (Ciconia ciconia) | 0,0287 |
6.12 | Voaie (Vanellus vanellus) | 0,0054 |
6.13 | Vultur de curcan (Cathartes aura) | 0,025 |
6.14 | Porumbel de stâncă (Columba livia) | 0,01 |
6.15 | Vrabia de casă (Passer domesticus) | 0,0008 |
O țintă în două puncte este o pereche de ținte situate în același volum de rezoluție radar. Folosind formula (4), putem găsi amplitudinile câmpurilor undei reflectate:
(19) | |
(douăzeci) |
Întârzierile pot fi calculate:
De aici:
(21) | |
(22) |
apoi:
(23) |
(24) | |
(25) | |
Prin urmare,
(26) |
Dependența EPR de unghiul de reflexie se numește diagramă de retroîmprăștiere (BSD). DOR va avea un caracter dur și clar multi-petale. În acest caz, zerourile DOR vor corespunde adăugării în antifază a semnalelor de la țintă la locația radarului, iar curentul va corespunde valorii modului comun. În acest caz, RCS poate fi fie mai mare, fie mai mic decât RCS-ul fiecărei ținte individuale. Dacă undele ajung în antifază, atunci se va observa un minim, iar dacă sunt în fază, atunci un maxim:
Lasă atunci:
Obiectele reale au mai multe puncte oscilante.
, ceea ce înseamnă .Apoi câmpul total:
— este definită ca o modificare a structurilor de fază ale undei reflectate.Frontul de fază al undei reflectate diferă de cel sferic.
O țintă distribuită este o țintă ale cărei dimensiuni depășesc volumul de rezoluție al radarului .
Încălcarea oricăreia dintre condiții introduce ținta în clasa distribuite
Aici:
Adică, dimensiunile liniare ale țintei trebuie să fie complet în cadrul elementului de rezoluție radar.
Dacă nu este cazul, atunci în acest caz RCS-ul țintei va fi suma RCS-ului fiecărei secțiuni elementare a țintei:
.Dacă un obiect distribuit constă din reflectoare izotropi de același tip cu aceleași proprietăți, atunci RCS total poate fi găsit ca produsul RCS cu numărul de reflectoare:
Dar numărul de elemente ale unei astfel de ținte este de obicei necunoscut!
În acest caz, este recomandabil să se introducă RCS-ul specific ( σ sp ) - acesta este RCS-ul unei unități de suprafață ( dS ) sau o unitate de volum ( dV ) a unei ținte distribuite.
(27) | |
(28) |
Aici:
S și V sunt în întregime determinate de lățimea diagramei de radiație și de elementul de rezoluție, adică de parametrii semnalului emis.
Măsurarea zonei efective de împrăștiere a aspectului general al aeronavei se efectuează după cum urmează:
stația complexului de măsurare
aeronave de recunoaștere la mare altitudine A-12
OTR " sergent "
SLCM " Tomahawk "
Compartimentul de comandă/serviciu al navei spațiale Apollo