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Effektive Zielstreufläche und Wellenlänge. Effektiver Zielstreubereich (RCS). Physikalische Bedeutung von EPR

EPR hat die Dimension einer Fläche, ist jedoch keine geometrische Fläche, sondern ein Energiemerkmal, das heißt, es bestimmt die Leistungsmenge des empfangenen Signals.

Der RCS des Ziels hängt weder von der Intensität der ausgesendeten Welle noch von der Entfernung zwischen der Station und dem Ziel ab. Jede Erhöhung von ρ 1 führt zu einer proportionalen Erhöhung von ρ 2 und ihr Verhältnis in der Formel ändert sich nicht. Wenn sich der Abstand zwischen Radar und Ziel ändert, ändert sich das Verhältnis ρ 2 / ρ 1 umgekehrt proportional zu R und der EPR-Wert bleibt unverändert.

EPR gemeinsamer Punktziele

Für die meisten Punktziele finden sich Informationen zum EPR in Radar-Nachschlagewerken

Konvexe Oberfläche

Das Feld der gesamten Oberfläche S wird durch das Integral bestimmt. Es ist notwendig, E 2 und das Verhältnis in einem bestimmten Abstand zum Ziel zu bestimmen...

wo k Wellenzahl.

1) Wenn das Objekt klein ist, können Entfernung und Feld der einfallenden Welle als unverändert betrachtet werden. 2) Die Entfernung R kann als Summe der Entfernung zum Ziel und der Entfernung innerhalb des Ziels betrachtet werden:

,
,
,
,

Flacher Teller

Eine ebene Fläche ist ein Sonderfall einer gekrümmten konvexen Fläche.

Eckreflektor

Funktionsprinzip eines Eckreflektors

Der Eckreflektor besteht aus drei senkrecht zueinander stehenden Flächen. Im Gegensatz zu einer Platte sorgt ein Eckreflektor für eine gute Reflexion über einen weiten Winkelbereich.

Dreieckig

Wenn ein Eckreflektor mit dreieckigen Kanten verwendet wird, beträgt der EPR

Anwendung von Eckreflektoren

Es werden Eckreflektoren verwendet

als Lockvögel
als Radiokontrast-Landmarken
bei Experimenten mit starker gerichteter Strahlung

Dipolreflektor

Dipolreflektoren werden verwendet, um den Radarbetrieb passiv zu stören.

Die Größe des EPR eines Dipolreflektors hängt im Allgemeinen vom Betrachtungswinkel ab, der EPR für alle Winkel beträgt jedoch:

Dipolreflektoren werden zur Tarnung von Luftzielen und Gelände sowie als passive Radarbaken eingesetzt.

Der Reflexionssektor des Dipolreflektors beträgt ~70°

ESR komplexer Ziele

Der ESR komplexer realer Objekte wird an speziellen Installationen oder Teststandorten gemessen, an denen Fernfeldbestrahlungsbedingungen erreichbar sind.

#	Zieltyp	σ c
1	Luftfahrt
1.1	Kampfflugzeuge	3-12
1.2	Stealth-Kämpfer	0,3-0,4
1.3	Frontbomber	7-10
1.4	Schwerer Bomber	13-20
1.4.1	B-52-Bomber	100
1.4	Transportflugzeuge	40-70
2	Schiffe
2.1	U-Boot an der Oberfläche	30-150
2.2	Überführung eines U-Bootes an der Oberfläche	1-2
2.3	Kleine Gefäße	50-200
2.4	Mittlere Schiffe	²
2.5	Große Schiffe	> 10²
2.6	Kreuzer	~12.000 14.000
3	Bodenziele
3.1	Automobil	3-10
3.2	Panzer T-90	29
4	Munition
4.1	ALCM-Marschflugkörper	0,07-0,8
4.2	Sprengkopf einer operativ-taktischen Rakete	0,15-1,6
4.3	Sprengkopf für ballistische Raketen	0,03-0,05
5	Andere Zwecke
5.1	Menschlich	0,8-1
6	Vögel
6.1	Turm	0,0048
6.2	stummer Schwan	0,0228
6.3	Kormoran	0,0092
6.4	roter Drachen	0,0248
6.5	Stockente	0,0214
6.6	Graugans	0,0225
6.7	Kapuzenpullover	0,0047
6.8	Feldsperling	0,0008
6.9	Gewöhnlicher Star	0,0023
6.10	Schwarzkopfmöwe	0,0052
6.11	Weißer Storch	0,0287
6.12	Kiebitz	0,0054
6.13	Truthahn Geier	0,025
6.14	Felsentaube	0,01
6.15	Haussperling	0,0008

Effektive Zielstreufläche (RCS)

Die Berechnung der Radarbeobachtungsreichweite erfordert eine quantitative Charakteristik der Intensität der reflektierten Welle. Die Leistung des reflektierten Signals am Eingang des Stationsempfängers hängt von einer Reihe von Faktoren und vor allem von den Reflexionseigenschaften des Ziels ab. Typischerweise werden Radarziele durch ihren effektiven Ausbreitungsbereich charakterisiert. Unter der effektiven Streufläche des Ziels für den Fall, dass die Radarantenne elektromagnetische Wellen gleicher Polarisation aussendet und empfängt, wird der Wert y q verstanden, der die Gleichung y q P 1 = 4pK 2 P 2 erfüllt, wobei P 1 die Leistung ist Flussdichte der direkten Welle einer bestimmten Polarisation am Zielort; P 2 – Leistungsflussdichte einer Welle einer bestimmten Polarisation, die vom Ziel an der Radarantenne reflektiert wird; R – Entfernung vom Radar zum Ziel. Mit der Formel kann der EPR-Wert direkt berechnet werden

y ts P 1 = 4ðR 2 P 2 / P 1

Wie aus der oben angegebenen Formel hervorgeht, hat y die Dimension einer Fläche. Daher kann es bedingt als eine bestimmte Fläche betrachtet werden, die einem normalen Funkstrahlziel mit einer Fläche von μ entspricht und durch die isotrope Ableitung der gesamten auf das Radar einfallenden Wellenleistung am Empfangspunkt den gleichen Leistungsfluss erzeugt Dichte P 2 als eigentliches Ziel.

Wenn der EPR des Ziels angegeben ist, ist es mit bekannten Werten von P 1 und R möglich, die Leistungsflussdichte der reflektierten Welle P zu berechnen und dann, nachdem die Leistung des empfangenen Signals bestimmt wurde, abzuschätzen Reichweite der Radarstation.

Die effektive Streufläche κ hängt weder von der Intensität der ausgesendeten Welle noch von der Entfernung zwischen Station und Ziel ab. Tatsächlich führt jede Erhöhung von P 1 zu einer proportionalen Erhöhung von P 2 und ihr Verhältnis in der Formel ändert sich nicht. Wenn sich der Abstand zwischen Radar und Ziel ändert, ändert sich das Verhältnis P 2 /P 1 umgekehrt proportional zu R 2 und der Wert y q bleibt unverändert.

Komplexe und Gruppenziele

Die Betrachtung der einfachsten Reflektoren ist nicht schwierig. Die meisten echten Radarziele sind eine komplexe Kombination aus Reflektoren verschiedener Typen. Bei der Radarbeobachtung solcher Ziele handelt es sich um ein Signal, das aus der Interferenz mehrerer von einzelnen Elementen des Ziels reflektierter Signale resultiert.

Bei der Bestrahlung eines komplexen Objekts (z. B. eines Flugzeugs, Schiffs, Panzers usw.) hängt die Art der Reflexionen seiner einzelnen Elemente stark von deren Ausrichtung ab. An manchen Positionen können bestimmte Teile des Flugzeugs oder Schiffs sehr intensive Signale erzeugen, während an anderen Positionen die Intensität der reflektierten Signale auf Null sinken kann. Wenn sich außerdem die Position eines Objekts relativ zum Radar ändert, ändern sich die Phasenbeziehungen zwischen den von verschiedenen Elementen reflektierten Signalen. Dadurch kommt es zu Schwankungen im resultierenden Signal.

Es gibt andere mögliche Gründe für Änderungen in der Intensität reflektierter Signale. So kann es zu einer Änderung der Leitfähigkeit zwischen einzelnen Elementen des Flugzeugs kommen, was unter anderem auf Vibrationen zurückzuführen ist, die durch den Triebwerksbetrieb verursacht werden. Wenn sich die Leitfähigkeit ändert, ändern sich die Verteilungen der auf der Flugzeugoberfläche induzierten Ströme und die Intensität der reflektierten Signale. Bei Propeller- und Turboprop-Flugzeugen ist die Drehung des Propellers eine zusätzliche Quelle für Variationen in der Intensität der Reflexionen.

Abbildung 2.1.

Während der Radarbeobachtung ändert sich die relative Position des Flugzeugs (Schiffes) und des Radars kontinuierlich. Die Folge davon sind Schwankungen der reflektierten Signale und entsprechende Änderungen im EPR. Die Gesetze der Wahrscheinlichkeitsverteilung der effektiven Streufläche des Ziels und die Art der Änderungen dieser Größe im Laufe der Zeit werden normalerweise experimentell bestimmt. Zeichnen Sie dazu die Intensität der reflektierten Signale auf und ermitteln Sie nach der Verarbeitung der Aufzeichnung die statistischen Eigenschaften der Signale und des ESR.

Wie viele Studien gezeigt haben, gilt für Schwankungen in Flugzeugen das Exponentialverteilungsgesetz mit ausreichender Genauigkeit

W (y c) = (1/<у ц >) exp (-- y c /<у ц >).

Wo<у ц >- durchschnittlicher EPR-Wert.

Die Rückstrahlungsdiagramme von Schiffen weisen eine feinere Keulenstruktur auf als die Diagramme von Flugzeugen, was durch die deutlich größere Größe und komplexe Konstruktion von Schiffen erklärt wird. Die reflektierenden Elemente eines Schiffes sind zahlreich und vielfältig, sodass ein Schiff auch als eine Gruppe von Elementen betrachtet werden kann, deren Reflexionen zufällige Phasen aufweisen.

Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass Schwankungen im EPR des Schiffes ebenfalls näherungsweise durch ein exponentielles Verteilungsgesetz beschrieben werden.

Daten zu den Gesetzen der Signalamplitudenverteilung oder EPR sind erforderlich, um die Radarreichweite zu berechnen und die Signalverarbeitungstechnik zu rechtfertigen. Für die Genauigkeit von Koordinatenmessungen sind auch Informationen über die Korrelationsfunktion und das Schwankungsspektrum wichtig.

Bei der praktischen Beurteilung der Reichweite einer Radarstation wird üblicherweise zunächst der durchschnittliche EPR-Wert herangezogen<у ц >Dieser Wert kann durch Mittelung der Werte ermittelt werden<у ц >für unterschiedliche Einfallsrichtungen der einstrahlenden Welle. Die Tabelle zeigt die durchschnittlichen RCS-Werte verschiedener realer Ziele, die als Ergebnis der Verallgemeinerung einer großen Anzahl von Messungen bei Zentimeterwellen ermittelt wurden. Anhand dieser Werte ist es möglich, die durchschnittlichen Erkennungsreichweiten verschiedener Ziele zu berechnen.

Um das sekundäre elektromagnetische Feld am Standort des Radarempfangsgeräts genau zu bestimmen, ist es notwendig, das Problem der Reflexion der elektromagnetischen Welle von Standortobjekten zu lösen, die in der Regel eine komplexe Konfiguration aufweisen. Dieses Problem lässt sich nicht immer mit ausreichender Genauigkeit lösen, daher ist es notwendig, ein Merkmal der Reflexionseigenschaften eines Objekts zu finden, das eine relativ einfache Bestimmung der Intensität des sekundären elektromagnetischen Feldes am Empfangsort ermöglicht.

Schematisch ist die Interaktion der Ortungsstation mit dem Objekt in Abb. 2.2 dargestellt.

Abb.2.2. Interaktion von Radar mit einem reflektierenden Objekt

Das Sendegerät erzeugt am reflektierenden Objekt eine Leistungsflussdichte P1. Die reflektierte elektromagnetische Welle erzeugt am Standort der Empfangsantenne des Ortungssystems eine Leistungsflussdichte P2.

Es muss ein Wert gefunden werden, der die Flüsse P1 und P2 rational verbindet. Als solcher Wert wurde die effektive Streufläche (ESR) – Se – gewählt.

Die effektive Streufläche kann als die Fläche des Standorts betrachtet werden, die senkrecht zur auf sie einfallenden elektromagnetischen Welle liegt und bei isotroper Dissipation der gesamten auf sie einfallenden Leistung am Ort des Radarempfängers den gleichen Leistungsfluss erzeugt Dichte P2 als reales reflektierendes Objekt. Der Wert Se wird auch „wirksame Fläche“, „wirksame Sekundärstrahlungsfläche“ oder „wirksame Reflexionsfläche“ genannt.

Der Wert von Se kann aus der Beziehung Se P1=4p R2 P2 bestimmt werden,

Se=4pR2P2,/P1 (2.1)

Die effektive Streufläche kann durch die elektrischen und magnetischen Feldstärken (E1 und H1) der direkten Welle am Ort des Objekts und durch die elektrischen und magnetischen Feldstärken (E2 und H2) der reflektierten Welle am Radar ausgedrückt werden Standort.

Se= 4p R2 E2 2/E1 2 =4p R2H2 2/H1 2.

Wie aus Formel (2.1) hervorgeht, hat Se die Dimension einer Fläche. Wenn die linearen und Winkelabmessungen des Objekts kleiner sind als die Abmessungen des Auflösungsvolumens des Radars in Entfernungs- und Winkelkoordinaten, hängt der Wert der effektiven Streufläche nicht von der Entfernung zum reflektierenden Objekt ab. Wie jedoch aus Abb. 2.2 ersichtlich ist, hängt die Größe des EPR von der Ausrichtung des Objekts relativ zum Sender und Empfänger des Ortungssystems ab, Se=Se(q). Im allgemeinen Fall hängt der EPR bei einer beliebigen Ausrichtung eines Objekts im Raum von drei Winkeln ab: den Betrachtungswinkeln des reflektierenden Objekts im Raum a und b und dem Rollwinkel des Objekts e: Se=Se (a, Sei).

Für reale reflektierende Objekte wird die Abhängigkeit der effektiven Streufläche von den Einstrahlwinkeln experimentell ermittelt. Wenn man also das reflektierende Objekt relativ zur Richtung zum Transceiver dreht, kann man ein Diagramm der umgekehrten Sekundärstrahlung Se(q) aufzeichnen. Bei den meisten aerodynamischen Objekten (Flugzeugen) ist das Muster der inversen Sekundärstrahlung stark gezackt; Der Änderungsbereich der effektiven Ausbreitungsfläche ist groß und erreicht 30 - 35 Dezibel.

Für Reflektoren der einfachsten Konfiguration kann die effektive Reflexionsfläche theoretisch berechnet werden. Zu solchen Reflektoren zählen insbesondere: ein linearer Halbwellenvibrator, eine Metallplatte, Metall- und dielektrische Eckreflektoren.

Die effektive Dissipationsfläche eines Halbwellenvibrators hängt von der Länge der auf ihn einfallenden elektromagnetischen Welle und dem Winkel q zwischen der Normalen zum Vibrator und der Richtung zur Ortungsstation ab

Se=0,86l2 cos4q .

Der maximale ESR eines Halbwellenvibrators beträgt Sem = 0,86l2, was seine geometrische Fläche deutlich überschreitet.

Die effektive Streufläche SE des mit Halbwellenvibratoren gefüllten Reflexionsvolumens des Radars kann durch die Formel bestimmt werden

Se = n Ses, (2.2)

wobei n die Anzahl der Vibratoren im Auflösungsvolumen ist,

Ses=0,17l2 – der durchschnittliche EPR-Wert eines Halbwellenvibrators, vorausgesetzt, dass der Winkel q mit gleicher Wahrscheinlichkeit von 0 bis p/2 variiert.

Das Rückstreumuster einer Metallplatte weist ein Keulenmuster auf. Die Breite der Keulen nimmt mit zunehmendem Verhältnis der Plattenkantenlänge zur Wellenlänge ab. Der EPR einer Platte ist direkt proportional zu ihrer Fläche S und ist bei senkrechtem Einfall einer elektromagnetischen Welle auf die Platte gleich

Die effektive Streufläche der Kugel hängt vom Verhältnis des Kugeldurchmessers dsh zur Wellenlänge ab. Für eine Metallkugel

Se=690 dsh6/l4 bei dsh<< l ,

Se=p (dsh/2)2 bei dsh >> l.

Um starke reflektierte Signale zu erzeugen, werden häufig metallische Eckreflektoren verwendet, die aus drei dreieckigen oder drei quadratischen Platten bestehen, die im Winkel p/2 verbunden sind. Der Vorteil von Eckreflektoren besteht darin, dass sie elektromagnetische Wellen aus verschiedenen Richtungen intensiv reflektieren können. EPR eines Eckreflektors mit quadratischen Kanten

für Reflektor mit dreieckigen Kanten

wobei l die Länge der Reflektorkante ist.

Die effektive Streufläche eines länglichen Sphäroids bei Bestrahlung entlang der Längsachse wird durch die Formel bestimmt

Dabei ist a die große Halbachse und b die kleine Halbachse des Sphäroids.

Die häufigsten oberflächenverteilten Objekte sind Abschnitte der Erdoberfläche. Die Radareinstrahlungsbedingungen für die Erdoberfläche sind in Abb. dargestellt. 2.3, a.

Reis. 2.3. Zur Bestimmung der effektiven Streufläche von volumetrischen (a) und Oberflächenobjekten (b).

Die effektive Streufläche solcher Objekte wird durch die Fläche der Erdoberfläche bestimmt, deren Reflexionen von einzelnen Elementen gleichzeitig in die Radarempfangsantenne gelangen. Die Fläche des Elements hängt von der Breite des Hauptmaximums des Antennenstrahlungsmusters in zwei Ebenen – q und y –, dem Neigungswinkel j des Hauptmaximums, gemessen von der Horizontalen, der Dauer des Sondierungsimpulses usw. ab Streukoeffizient g. Ein solcher reflektierender Bereich kann als Rechteck dargestellt werden, das sich im Abstand R vom Radar befindet

Vorausgesetzt, dass ct /2cosj< y R / sinj, стороны прямоугольника равны RDq (Dq -ширина диаграммы направленности) и ct /2cosj , площадь отражающей площадки S = R(Dq) ct /2cosj . Соответствующая S перпендикулярная линии визирования площадка S0=S sinj .

Wenn wir S0 und g kennen, können wir Se bestimmen.

Se=(g R(Dq) c t) tgj /2. (2.3)

Wie aus Formel (2.3) hervorgeht, hängt der EPR von oberflächenverteilten Objekten im Gegensatz zum EPR von Punktobjekten von der Reichweite ab.

Die effektive Streufläche Se kann durch die Höhe H des Radars über der Oberfläche ausgedrückt werden

S e=g HDq st /2 cos (j) .

Die effektive Streufläche räumlich verteilter Objekte, die aus einer Vielzahl homogener Reflektoren bestehen, die mit einer gleichmäßigen Dichte n0 im Raum verteilt sind und eine durchschnittliche reflektierende Oberfläche Se haben, kann mit der Formel (2.2) bestimmt werden.

S e=nein S es V ,

Dabei ist V das reflektierende Volumen, das durch die Auflösung des Radars in Bezug auf Reichweite, Winkelkoordinaten und die Größe des mit Reflektoren gefüllten Raums bestimmt wird. Die Entstehung eines Signals aus einer Reflektorwolke ist in Abb. 2.3, b.

Wenn eine Wolke verteilter Reflektoren den konischen Strahl des Strahlungsmusters vollständig abdeckt und der Abstand R zum Auflösungsvolumen viel größer als die Entfernungsauflösung ct/2 ist, ist das reflektierende Volumen ein Zylinder mit der Höhe ct/2 und Basis pR2(Dq)2/4, wobei Dq die Breite des Hauptmaximums des Strahlungsmusters auf Ebene 0,5 ist. Unter diesen Bedingungen wird das reflektierende Volumen V=pR2(Dq)ct/8 und der EPR eines räumlich verteilten Objekts durch die Formel bestimmt

S e=S es n0 p R2(Dq) 2ct /8. (2.4).

Wenn der Strahl nicht vollständig gefüllt ist, ist der Durchmesser des reflektierenden Volumens gleich den linearen Querabmessungen L o des Objekts und die effektive Streufläche wird durch die Formel bestimmt

Se=Ses n0p L0 2c /8 (2,5)

Wie aus den Formeln (2.4) und (2.5) hervorgeht, ist der RCS bei volumetrisch verteilten Objekten, die das Hauptmaximum des Strahlungsmusters der Standortstationsantenne vollständig abdecken, direkt proportional zum Quadrat der Entfernung zum reflektierenden Volumen. Wenn das Objekt den Hauptstrahl des Diagramms nicht blockiert, hängt der EPR nicht von der Entfernung zwischen dem Radar und dem reflektierenden Volumen ab.

Bei Langstreckenradarstationen sind aerodynamische Objekte punktuell oder konzentriert, deren EPR nicht von der Reichweite abhängt. Bei Nahbereichssystemen sind solche Objekte linear ausgedehnt, wobei die Fläche der bestrahlten Oberfläche mit zunehmender Reichweite linear zunimmt. Daher nimmt die effektive Streufläche mit zunehmendem Abstand R zwischen dem Radar und einem linear ausgedehnten Objekt und mit zunehmender Breite des Antennenstrahlungsmusters zu. Wenn die Reflexionseigenschaften eines Objekts entlang seiner Länge konstant sind, nimmt Se direkt proportional zu R zu.

Statistische Eigenschaften reflektierter Signale

Gesetz der Verteilung der Amplituden von Signalen, die von einem Objekt reflektiert werden

Die meisten reflektierten Signale in Systemen sind zufällige Prozesse. Um den Betrieb des Systems beurteilen zu können, ist es daher erforderlich, nicht nur die Durchschnittswerte der Energieparameter des Signals zu kennen, sondern auch die Gesetze der Amplituden- und Leistungsverteilung sowie die Spektral- und Korrelationseigenschaften. Die notwendigen Daten können auf Basis experimenteller und theoretischer Untersuchungen gewonnen werden.

Für Nahbereichsortungssysteme können folgende statistische Objektmodelle ausgewählt werden:

1. ein Satz einer großen Anzahl reflektierender Elemente mit den gleichen reflektierenden Eigenschaften mit einem gegebenen Gesamtmittelwert der reflektierenden Oberfläche S e;

2. ein Satz von Elementen nach dem ersten Modell und ein (dominantes) Element mit einer stabilen effektiven Reflexionsfläche S0, die die Reflexionsfläche eines Elements übersteigt.

Die für das erste Modell gefundenen Amplitudenverteilungsgesetze sind ein Sonderfall des Verteilungsgesetzes für das zweite Modell bei S0 =0. Daher wird zunächst das zweite Modell betrachtet.

Die Amplitude des vom Objekt reflektierten Signals gemäß Modell 2 kann dargestellt werden als:

u cos(w0t-j)=u0 cos (w0t-j0)+ uS cos (w0t-jS) (2.6)

wobei uS cos (w0t-jS)=S ui cos(w0t-ji).

Der Vorgang der Schwingungsaddition lässt sich in Abb. 2.4 nachvollziehen, wo die Signale u, u0 und uS in Vektorform dargestellt sind.

Die Segmente x, x0 sowie y und y0 sind Projektionen der Amplituden der Signale u und u0 auf zueinander senkrechte Achsen.

Reis. 2.4. Vektordiagramm eines von einem Objekt reflektierten Signals

Nach dem zentralen Grenzwertsatz gehorchen die Projektionen x und y dem normalen Wahrscheinlichkeitsverteilungsgesetz, und ihre gemeinsame zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsdichte ist gleich dem Produkt der eindimensionalen Wahrscheinlichkeitsdichten.

wobei D = Dx = Dy die Dispersion der orthogonalen Komponenten x und y ist.

Vom zweidimensionalen Gesetz w(x, y) kann man leicht zum zweidimensionalen Gesetz w(u,j) gelangen. Nach den Regeln der Wahrscheinlichkeitstheorie ist die zweidimensionale Verteilungsdichte von Amplituden und Phasen

Um das Gesetz der Verteilung der Amplituden des reflektierten Signals w(u) zu bestimmen, ist es notwendig, das zweidimensionale Gesetz der Verteilung w(u,j) über den Bereich aller möglichen Werte von j zu integrieren.

wobei I0 (u,u0/2D) die Bessel-Funktion erster Art nullter Ordnung ist,

Auf diese Weise wurde das Gesetz der Amplitudenverteilung des reflektierten Signals erhalten, das als verallgemeinertes Rayleigh-Verteilungsgesetz bezeichnet wird. Wenn u0=0, was dem ersten Modell entspricht, wandelt sich das Amplitudenverteilungsgesetz in das Rayleigh-Verteilungsgesetz um,

Die Verteilungsgesetze der bezüglich D1/2 normierten Amplituden für zwei Modelle für unterschiedliche Werte der Amplitude der stabilen Komponente u0 sind in Abb. dargestellt. 2.5. Mit zunehmendem u0/D1/2 nähert sich das Amplitudenverteilungsgesetz dem Normalzustand an.

Gesetz der Verteilung der wirksamen reflektierenden Oberfläche

Wenn man bedenkt, dass die Amplituden der Signale u proportional zur Leistung sind, kann man anhand der erhaltenen Amplitudenverteilungsgesetze die Gesetze der Leistungsverteilung von Signalen finden, die von Objekten reflektiert werden. Die durchschnittliche Leistung des resultierenden Signals, das an eine 1-Ohm-Last abgegeben wird, beträgt

wobei D=m1(xk2)=m1(yk2)=m1(uS2/2)=så2/2.

Die effektive Reflexionsfläche eines Objekts ist proportional zur Signalleistung. Um das Verteilungsgesetz der effektiven Reflexionsfläche gemäß dem gefundenen Amplitudenverteilungsgesetz (2.7) zu bestimmen, können Sie daher die folgende Formel verwenden

w(Se)=w(u)çdu/dSeç. (2.8)

Durch Einsetzen von (2.7) in (2.8) reduziert sich das Verteilungsgesetz der reflektierenden Oberfläche auf die Form:

Abb.2.5 S(a) (mit uo/so=0 – Kurve 1; uo/so=1 – Kurve 2; uo/so=3 – Kurve 3; uo/so=6 – Kurve 4).

und effektive reflektierende Oberfläche (b) (bei Se0 /Seå= 0 – Kurve 1; bei Se0 /Seå= 1 – Kurve 2; bei Se0 /Seå=3 – Kurve 3 und bei Se0 /Seå = 20 – Kurve 4).

Stichworte

EFFEKTIVE STREUFLÄCHE / BALLISTISCHES OBJEKT / RADAR-REFLEKTOR/ EFFEKTIVE OBERFLÄCHENSTREUUNG / BALLISTISCHES OBJEKT / RADARREFLEKTOR

Anmerkung wissenschaftlicher Artikel über Elektrotechnik, elektronische Technik, Informationstechnologie, Autor der wissenschaftlichen Arbeit - Akinshin Ruslan Nikolaevich, Bortnikov Andrey Aleksandrovich, Tsybin Stanislav Mikhailovich, Mamon Yuri Ivanovich, Minakov Evgeniy Ivanovich

Reduzierung der Kosten für umfassende Tests der Reflexionseigenschaften von Simulatoren ballistische Objekte(BO) empfiehlt es sich, ein Modell und einen Algorithmus zur Berechnung solcher Radarobjekte zu entwickeln. Als Nachahmer ballistische Objekte Komplex ausgewählt ist Radarreflektor, bestehend aus einem verlustfreien Dielektrikum in Form einer sphärischen Luneberg-Linse, beschichtet mit einer hochleitfähigen Legierung, sowie einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen. Es werden die Stufen der Aperturvariante der Reflexion an der Innenfläche der Luneberg-Linse vorgeschlagen. Es wurden ein physikalisches Modell der Reflexion von Strukturelementen und eine Modellierungstechnik mit einem Berechnungsalgorithmus entwickelt effektive Streufläche. Zur Berechnung der Resonanz wurde ein Algorithmus entwickelt effektive Streufläche ballistische Objekte. Dieser Algorithmus wird in grafischer Form dargestellt. Die Schnittstelle des Rechenkomplexes wird vorgestellt. Als Nachahmer ballistisches Objekt komplex ausgewählt Radarreflektor, bestehend aus einem verlustfreien Dielektrikum in Form einer mit einer hochleitfähigen Legierung beschichteten Kugel sowie einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen. Vergleichsindikatoren des Simulators werden grafisch dargestellt ballistische Objekte. Aus einer vergleichenden Analyse der Messergebnisse unter natürlichen Bedingungen und der Modellierungsergebnisse wird eine Schlussfolgerung gezogen. Es werden Beispiele für numerische Berechnungen des EPR des Kopfteils eines BO-Simulators mit erhöhtem EPR und erhöhter All-Aspekt-Sichtbarkeit gegeben. Es wurden Varianten der Kopfteile des BO-Simulators mit erhöhtem ESR und verbesserter All-Aspekt-Betrachtung mit optimaler Platzierung eines dielektrischen Radarreflektors und eines Eckblocks mit abschnittsweiser Platzierung dielektrischer Reflektoren untersucht.

Text einer wissenschaftlichen Arbeit zum Thema „Modell und Algorithmus zur Berechnung der effektiven Streufläche eines Radarobjektsimulators“

Vol. 20, Nr. 06. 2017

FUNKTECHNIK UND KOMMUNIKATION

UDC 621.396.96

DOI: 10.26467/2079-0619-2017-20-6-141-151

MODELL UND ALGORITHMUS ZUR BERECHNUNG DER EFFEKTIVEN STREUFLÄCHE EINES RADAROBJEKTSIMULATORS

R.N. AKINSHIN1, A.A. BORTNIKOV2, S.M. TSYBIN2, Yu.I. MAMON2, E.I. MINAKOV3

1Abteilung für angewandte Probleme der Russischen Akademie der Wissenschaften, Moskau, Russland, 2Zentrales Designbüro für Apparatebau, Tula, Russland 3Staatliche Universität Tula, Tula, Russland

Um die Kosten für die umfassende Prüfung der Reflexionseigenschaften von Simulatoren für ballistische Objekte (BO) zu senken, empfiehlt es sich, ein Modell und einen Algorithmus zur Berechnung der effektiven Streufläche solcher Radarobjekte zu entwickeln. Als Simulator ballistischer Objekte wird ein komplexer Radarreflektor ausgewählt, der aus einem verlustfreien Dielektrikum in Form einer sphärischen Luneberg-Linse besteht, die mit einer elektrisch hochleitenden Legierung beschichtet ist, sowie einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen. Es werden die Stufen der Aperturvariante der Reflexion an der Innenfläche der Luneberg-Linse vorgeschlagen. Es wurden ein physikalisches Modell der Reflexion an Strukturelementen und eine Modellierungstechnik mit einem Algorithmus zur Berechnung der effektiven Streufläche entwickelt. Es wurde ein Algorithmus zur Berechnung der resonanten effektiven Streufläche ballistischer Objekte entwickelt. Dieser Algorithmus wird in grafischer Form dargestellt. Die Schnittstelle des Rechenkomplexes wird vorgestellt. Als Simulator eines ballistischen Objekts wurde ein komplexer Radarreflektor aus einem verlustfreien Dielektrikum in Form einer mit einer elektrisch hochleitfähigen Legierung beschichteten Kugel sowie einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen ausgewählt. Die Vergleichsindikatoren des ballistischen Objektsimulators werden grafisch dargestellt. Aus einer vergleichenden Analyse der Messergebnisse unter natürlichen Bedingungen und der Modellierungsergebnisse wird eine Schlussfolgerung gezogen. Es werden Beispiele für numerische Berechnungen des EPR des Kopfteils eines BO-Simulators mit erhöhtem EPR und erhöhter All-Aspekt-Sichtbarkeit gegeben. Es wurden Varianten der Kopfteile des BO-Simulators mit erhöhtem ESR und verbesserter All-Aspekt-Betrachtung mit optimaler Platzierung eines dielektrischen Radarreflektors und eines Eckblocks mit abschnittsweiser Platzierung dielektrischer Reflektoren untersucht.

Schlüsselwörter: effektive Streufläche, ballistisches Objekt, Radarreflektor.

EINFÜHRUNG

Die Aperturversion der Reflexion von der Innenfläche einer Luneberg-Linse in einem begrenzten Volumen eines ballistischen Objektmodells umfasst unter Berücksichtigung der Polarisation der einfallenden Welle und des verlustfreien Transmissionskoeffizienten durch das Dielektrikum mehrere Stufen.

STUFEN DER APERTURVARIANTE DER REFLEXION VON DER INNEREN OBERFLÄCHE

In der ersten Stufe nähert sich die Welle der Oberfläche der dielektrischen Kugel R mit der Flussdichte S, Wellenlänge X von der Radarstation (Radar), wodurch die Welle polarisiert wird und von der Oberflächennormalen n um an abweicht Winkel ^.

Ovil Aviation High Technologies

Bd. 20, Nr. 06. 2017

Die maximale Intensität Et in der Linse entsteht an der Grenze des Übergangs vom Luftmedium zum Dielektrikum, was durch eine Abnahme des Wellenwiderstands des dielektrischen Mediums erklärt wird.

Die zweite Stufe beginnt in dem Moment, in dem das Dielektrikum die Zone 2R = 4, e = 3, 5 = 0,001 passiert und ist mit einer Abnahme der kohärenten Komponente der Spannung verbunden.

Die dritte Stufe beginnt mit dem Moment des Auftreffens auf die Innenfläche einer Kugel mit einem Zentralwinkel φ = 1800, R = 50 mm und einer Beschichtungsdicke von 5 = 6 µm, wobei die Grenzfläche zwischen Dielektrikum und Metall zur sekundären Strahlungsquelle wird (Abb . 1).

Die Streuung von einem BO wird durch ein System wiederkehrender Differentialgleichungen für ein inkohärentes Radarfeld beschrieben.

dch(f) 1 frY ... j .

1 - I h0 (f) = keF,

dCh (f) + 1 f G ] 4 (f) = 0,

df2 4k neg (lJ U J

d 2 Ei (r) , Y N0 E0 (r) =

dg2 vC J X tg ^disl

d 2 E0 (r) , fl N0 E0 (r) =

dg2 1 C J X tg Diesel

d(rt 1P e) dE (f, g,)

| 0 – innerhalb des Hohlraums, Ii – außen;

wobei n die Anzahl der Elemente ist.

Reis. 1. Durchgang eines Strahls in einer sphärischen Luneberg-Linse 1. Durchgang eines Strahls in einer sphärischen Linse von Lyuneberg

Bd. 20, Nr. 06. 2017

Oivil Aviation High Technologies

Randbedingungen auf einer Oberfläche mit Luftumgebung

a(E.-E«) = -T1G" (3)

wobei a die Leitfähigkeit der Umgebung ist; Ex - Spannung bei x; E3 - Spannung an der Oberfläche £; x - spezifischer elektrischer Leitfähigkeitskoeffizient.

Randbedingungen an der Oberfläche BS des Kontakts des Radarfeldes mit den Schichten der Struktur

I (E0 - E1) = -x dE, (4)

wobei 5 die Eindringtiefe der Welle in das Metall ist; E0 - kohärente Spannungskomponente; E1 – inkohärente Spannungskomponente; x ist die spezifische elektrische Leitfähigkeit in der Schicht; E ist die gesamte kohärente und inkohärente Komponente der Feldstärke.

Randbedingungen für das EPR-Objektiv bei 00

A! (0) = n(I + I)2 cotr, (5)

wobei R1 der Radius der vorderen Halbkugel der Linse ist; R 2 – Radius der hinteren Halbkugel der Linse; cotr ist der Reflexionskoeffizient der Linsenoberfläche.

Randbedingungen für die Festplatte bei 3600

a (3600) = n(Yadn) cotr, (6)

wo bin ich - unterer Radius; negieren. - Reflexionskoeffizient von unten. Strahlungsbedingungen für die rechte Seite des Systems (1), (2)

Stellen wir uns das Radarfeld in der Form vor

E = [s ](E)=|^, N, Kk ]=<

E0 + Ei E0 + Ei E0 + E1

wobei N, N, Nk eine Funktion der Form in Finite-Elemente-Knoten (FE) ist.

Die mathematische Beschreibung der betrachteten Prozesse erfolgt anhand eines Systems aus zwei miteinander verbundenen Funktionalen:

Verlustfunktion Фп (E(r));

Streufunktion Ф(à(r)). Schreiben wir die Verlustfunktion für das Problem in das Formular

SM1 Au1ayop Hochtechnologien f"=/12 2

Uo1. 20, N0. 06. 2017

4p/a(E7 - Ex)c1£

-/O(E0 -Ex)+ /k(1 -dt,

wobei E1 die inkohärente Feldstärke ist; Eо – kohärente Feldstärke; r - Radialkoordinate; x - spezifischer Leitfähigkeitskoeffizient; b± – Dielektrizitätskonstante; ^01 - Feldintensität; k – Skalierungsfaktor; уо – Transmissionskoeffizient durch das Dielektrikum; N0 – Brechungsindex; Mrd. - Verlustkoeffizient.

Schreiben wir das Streufunktional in die Form

4zhkoGo/F1

d(E12 + Eo2/ E1)(C08ff 7 + 8Shff)

wobei a 1 der EPR des inkohärenten Feldes ist; a0 – EPR des kohärenten Feldes; f1 - Winkelkoordinate; k0 - Interferenzkoeffizient; F1 – Einzelflächenfunktion; cotr – Reflexionskoeffizient; Emax - maximale Feldstärke; f| - Polarisationswinkel für die Welle.

Unter Verwendung der bekannten Beziehungen der Finite-Elemente-Methode für (9) und (10) können die Matrixgleichungen bestimmt werden.

Die Leitfähigkeitsmatrix hat die Form

[к1] = \х[в ] [В ]

wobei x der Koeffizient der spezifischen Leitfähigkeit ist;

[В]т – transponierte Gradientenmatrix der Formfunktion; £1 ist die Oberfläche des beschichteten FE. Die Reflexionsmatrix hat die Form

K 2 = / Kotr N

wobei cotr der Reflexionskoeffizient ist; N ist die transponierte Matrix der Formfunktion; 82 - von-

Oberfläche des CE.

Die Passagenmatrix hat die Form

K3 = R01 /y 0kMg W £3,

wobei y0 der Transmissionskoeffizient durch das Dielektrikum ist; k – Skalierungsfaktor; ^01 – Intensität des von der Primärquelle emittierten Feldes; £3 ist die Oberfläche der FE für ein Dielektrikum.

Bd. 20, Sh. 06, 2017

Die Brechungsmatrix hat die Form

wobei Yu die Häufigkeit der Sekundärstrahlung ist; c ist die Lichtgeschwindigkeit; 5o ist die Oberfläche der Sekundärquelle FE.

Schreiben wir abschließend die Streumatrix in das Formular

Kp = bei U(kr) V02 (K1 + K0 - K2 + K3

wobei am die EPR-Asymptote ist; u(kg) ist die Energiedissipationsfunktion; Vo ist die Dämpfungsfunktion der Streuelemente.

In der Form können wiederkehrende Matrixsysteme für ein Radarfeld mit Randbedingungen geschrieben werden

K"faH;, K1(E1)+K0(E0)=f; K (CTl) = 0, K1(E) + K0(E0) = 0,

fen = f NT (1 - q01)kQdV,

Dabei ist P0 der Wellenwiderstand der Luft; k - Interferenzkoeffizient; £1 – Leistungsfluss von der Sekundärquelle (Linse); qol ist die Intensität des von der Primärquelle (Radar) emittierten Feldes; n ist der Grenzabstand zur Linse; r11 ist der Abstand entlang der Apertur des BO mit der Linse; f ist der Einstrahlungswinkel des BO; Em – maximale Feldstärke vom Radar; b0 – Dielektrizitätskonstante von Luft; /a0 – magnetische Permeabilität der Luft.

Algorithmus zur Berechnung der resonanten effektiven Streufläche

Der Algorithmus zur Berechnung des resonanten EPR eines BO ist in Abb. dargestellt. 2.

Zur Berechnung des resonanten EPR inhomogener BO-Strukturen wurde eine Schnittstelle implementiert, die aus drei Panels besteht, im ersten wird das BO visualisiert, im zweiten wird ein Satz geometrischer und Radarparameter implementiert, im dritten gibt es eine Tabelle von tabellarischen Werten der Ergebnisse experimenteller Messungen und den aktuellen Werten der Berechnungsergebnisse und Abhängigkeitsdiagramme (Abb. 3).

Vergleichsindikatoren für BOs, anhand derer die Erkennungswahrscheinlichkeit und die Anzahl der BO-Simulatoren während des Tests geschätzt werden, sind in Abb. dargestellt. 4 . Die Indikatrixzahlen entsprechen: 1 – mit einem sphärischen Reflektor (unter reflexionsarmen Bedingungen); 2. Reflektor 1 und ein Block aus Eckreflektoren (im reflexionsarmen Zustand); 3 - Reflektor 1 und ein Block von Eckreflektoren (unter natürlichen Bedingungen).

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Koordinate des Axialschnitts.

Durchm<>M)_

Länge von FE oder SE vom Beginn der Koordinaten (mm)

Zentraler USHP in Bezug auf Ü (zpaö)

Schichtdicke & _(µm)_

Abdeckschritt h

Anzahl der Schichten und

Spezifische Leitfähigkeit % (1/s)

■ty-passing, go-intensive st. üi?TpaHt.

Kozf-Patienten

JVo-Brechung Ki-Interferenz

K – Skalierung, Ii – Verluste

1. Eingabe variabler Parameter

Häufigkeit von Pedovanilip. F-Wellenrang - 3. (cas) % tajshtr Antenne - D (aï) "Tet ^¿layer pspuvspn - N

U. Berechnung von dpl FE-Matrizen und ga-own. Frequenzen

1HE. Vnisleniya für FE-Matrizen und -m-Eigenschaften. Frequenzen

B. Auswählen von EPR im Tabup. Tisch ICH

14. |sch-a|<5 i

13. Singing!*-Systemmatrix

11. Integration von CE&SE in das System

3. Berechnung der Parameter: Endergebnis, Effizienz - g EPR\ Materie - Q Vq L&

tfl, j^oi ^enz

Koordinate des Axialschnitts.

Koordinate des Axialschnitts. _DlS-mm)_

Länge von FE oder SE (Ziel)

Spezifisches Gewicht oder Masse (kg/m?), (kg)

Erzeugung einer Reihe endlicher Impulse

Aufbringen oder Verdicken eines FE-Netzes

Unter Berücksichtigung zusätzlicher Bedingungen

Einzelne und normale Flächen. funktionell F1 und F^

15. Ausgabe der Ergebnisse

12. Berücksichtigung von Randbedingungen

Reis. 2. Algorithmus zur Berechnung des resonanten EPR eines BO 2. Algorithmus zur Berechnung des resonanten EPR BO

J 50 Ptt «*.- 1»

Dch-1+n TlillWJi

|30 Ршр*"« |ÖJ YAGChmn

GddtrL.ii |30 PjWTprp.ifrt |s0

SMH№ [EOO |TOO m

Anzeige von Sekundärinformationen

Tabellarische EPR-Streuungsindikatrix

EPR.m2 1,35 0,2 0,19

EPR-Streuindikator

Radarbetriebsarten

6 | 7 | 8 | 3 | 1Р[

10,007 |a04 |0,02 |0,02

G Visier G 0...3G0 G 0...90

S Impuls G One. C~-Gruppe.

100 150 200 250 300 350

Radarparameter

Frequenz, GHz |10

Wellenlänge, cm h

Öffnung.m2 10.046

Reis. 3. Schnittstelle des Computerkomplexes: a - Visualisierung des BO; b – geometrische und Radarparameter; c - Tabellen mit tabellarischen Werten der Ergebnisse experimenteller Messungen und aktuellen Werten der Berechnungsergebnisse 3. Schnittstelle des Computersystems: a) Visualisierung von BO; b) geometrische und Radarparameter; c) Tabellen der tabellierten Werte der Ergebnisse der experimentellen Probenahmen und der aktuellen Werte der Ergebnisse der Berechnungen

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Ovil Aviation High Technologies

Reis. 4. Vergleichsindikatoren des BO-Simulators 4. Vergleichsindikatoren des BO-Simulators

Eine vergleichende Analyse der Messergebnisse unter natürlichen Bedingungen und der Modellierungsergebnisse zeigt, dass der Modellierungsfehler 3 dB nicht überschreitet.

Um den Prozess der Bildung des BO EPR unter Berücksichtigung der Resonanzfrequenz zu verbessern, wurde die Methode der Parabolgleichung modifiziert. Die Modifikation führte zur Bestimmung der effektiven Fläche unter Berücksichtigung der Resonanz auf das Radarreflexionssystem (sphärischer dielektrischer Reflektor und Block aus Eckreflektoren). Als numerische Methode wurde die Finite-Elemente-Methode (FEM) gewählt. Es wird davon ausgegangen, dass das Modell Wellenpolarisation und reflexionsarme Bedingungen berücksichtigt. Die Verwendung von FEM führt zu einer Verlängerung der Berechnungszeit mit einer Verringerung der Größe der Elemente und einer Erhöhung ihrer Anzahl, nämlich der Anzahl der Querwände in einem Eckblock, was zu Resonanzphänomenen führt, die der Lösung Bedingungen auferlegen Partielle Differentialgleichungen für ein inkohärentes Feld entlang einer Parallele || und senkrecht zu L

Strahlungsrichtung auf das System det = 0. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden sind die berechneten und

Es ist vorzuziehen, die gemessenen Streuindikatrixen so tabellarisch aufzulisten, dass der Winkelschritt 10° beträgt und gleichmäßig von 0 bis 3600 variiert, während die Amplitudenwerte so angezeigt werden, dass die Skalierung bequem berechnet werden kann Faktor. Numerische Untersuchungen des EPR wurden unter Berücksichtigung der Resonanz unter Verwendung des entwickelten Modells in Abhängigkeit vom Einstrahlungswinkel mit und ohne Glasfaserverkleidung durchgeführt. Die Forschungsergebnisse (Abb. 4) zeigen, dass der EPR des Kopfteils (CH) des BO-Simulators bereits bei Einstrahlwinkeln von 10 bis 80° deutlich ansteigt und bei Einstrahlwinkeln von 80 bis 130° tatsächlich der geforderte Wert erreicht wird durch die elektrisch hochleitfähige Beschichtung gewährleistet. Die Amplitude der Hauptkeulen beträgt bei 90 und 270° ohne Eckblock jeweils 3,8 m2 und bei einem Einstrahlwinkel von 0° 2 m2 bzw. ohne Block 1,35 m2.

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Hochtechnologien der Zivilluftfahrt Vol. 20, Nr. 06. 2017

Die aus dem Experiment erhaltenen und mit dem entwickelten Modell berechneten Näherungspolynome der EPR-Indikatrix des BO-Simulators sind in der Tabelle dargestellt. 1 und 2.

Tabelle 1 Tabelle 1

1 °-4° 81° 6g 4t - 0,0007s3m + 0,0206g2t + °.2611gt + 1,35;

2 4°-9° 51°-6st4t - 0,0013a3t +0,121 g2t +4,8181 gt + 71,42;

3 9°-13° 110-5g4 t – 0,0063 g3t + 1,071 g2 t – 80,487gt + 2261,5;

4 13°-17° -110 5g 4t + 0,0072s3t - 1,5851 g2t + 154,39st - 5619,7;

5 17°-19° -0,0057g2t + 2,059gt - 185,07;

6 19°-23° -910-6s4t + 0,0079g3t - 2,527s2t + 359,62gt - 19149;

7 23°-26° -910-7s4t + 0,0008g3t - 0,28g2t + 44,532gt - 2581,6;

8 26°-28° -0,026g2t + 14,036gt - 1891,4;

9 28°-31° 0,0009g2t - 0,5557gt + 82,653;

1° 31°-34° 0,0017 g2 t - 1,1205 gt + 185,07;

11 34°-36° 1,0252 BRZ + 1,1819;

Tabelle 2 Tabelle 2

Nr. Winkelrichtung, Grad Approximierende Polynome (Hüllkurve) gt, m2

1 °-4° 210-6g4 t - 0,0001 g3t + 0,0012g2 t + °,0°19gt - 1,39;

2 4°-9° 110-5g4 t – 0,0025 g3t + 0,2352 g2 t – 9,6315 gt + 145,52;

3 9°-13° -2 105 g4 t + 0,0109 g3t - 1,8145 g2 t + 132,81 gt + 3613

4 13°-17° -6 1°-6g4t + 0,0038g3t - 0,8712g2t + 89,711 BRZ - 3456,7

5 17°-19° -8 10-6 BRZ + 1,47

6 19°-23° -310 "6g4 t - 0,0024 g3t + 0,7664 g2 t - 1°8,22gt + 5721,8

7 23°-26° -210"4g4 t - 0,1773 g2 t + 42,728 gt + 3433,3

8 26°-28° -0,0139g2t + 7,6375gt - 1042,7

9 28°-31° 0,0052g2t - 3,1304gt + 470,82

1° 31°-34° 0,0034g2t - 2,1686gt + 345,6

11 34°-36° 1,39

Als Ergebnis der Analyse der in den Tabellen angegebenen Daten wurde festgestellt, dass der EPR des MS des BO-Simulators bei einem Leitfähigkeitskoeffizienten von 5,2 · 10-17 1/s:

Nach dem entwickelten Modell aI = 1,428 m2;

Laut Experiment beträgt aP = 1,78 m2.

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Hochtechnologien der Zivilluftfahrt

Um numerische Werte des ESR des Hauptteils des BO-Simulators des entwickelten Modells ohne Berücksichtigung der Verkleidung zu erhalten, muss der Übertragungskoeffizient durch die Glasfaserverkleidung berücksichtigt werden, der 3 beträgt.

Dies ist eine Folge erhöhter technischer Anforderungen an die Funktransparenz des Glasfaserradoms. Beachten Sie, dass alle angegebenen Indikatrixen um einen Winkel von 90° gedreht sind und die Software die Möglichkeit bietet, die Indikatrix um einen Winkel von 90°, 180° und 270° zu drehen. Aus diesen Zahlen geht auch klar hervor, dass der EPR des Gefechtskopfsimulators mit und ohne Eine Verkleidung hat eine ähnliche Form und Amplitude.

Als Simulator eines ballistischen Objekts wurde ein komplexer Radarreflektor aus einem verlustfreien Dielektrikum in Form einer mit einer elektrisch hochleitfähigen Legierung beschichteten Kugel sowie einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen ausgewählt. Die Vergleichsindikatoren des ballistischen Objektsimulators werden grafisch dargestellt.

Es werden Beispiele für numerische Berechnungen des EPR eines Gefechtskopfsimulators mit erhöhtem EPR und erhöhter All-Aspekt-Ansicht gegeben; die Berechnung zeigte die hohe Genauigkeit der Methode, die nicht mehr als 1-5 % beträgt. Die berechneten EPR-Indikatrizen der MS-Varianten des BO-Simulators wurden ermittelt.

Basierend auf den Ergebnissen wurden Varianten des Gefechtskopfsimulators mit erhöhtem ESR und erhöhter All-Aspekt-Sichtbarkeit mit optimaler Platzierung eines dielektrischen Radarreflektors und eines Eckblocks mit abschnittsweiser Platzierung dielektrischer Reflektoren untersucht, wobei sich herausstellte, dass die All-Aspekt-Ansicht des Gefechtskopfsimulators erhöht sich um das Zweifache und der ESR des Gefechtskopfes erhöht sich um das Vierfache. Dieses Ergebnis hängt von den Eigenschaften des Dielektrikums und des Glasfasermaterials ab, die zeigen, dass die Resonanzfrequenz 10–14 GHz beträgt, wobei die Dicke der elektrisch hochleitenden Beschichtung auf der Oberfläche des dielektrischen Reflektors zwischen 6 und 9 Mikrometern liegt 15-20 Mikrometer auf den Oberflächen des Eckblocks.

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Akinshin Ruslan Nikolaevich, Doktor der technischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor, leitender Forscher am SPP RAS, [email protected].

Bortnikov Andrey Aleksandrovich, leitender Ingenieur von TsKBA JSC, [email protected].

Tsybin Stanislav Mikhailovich, leitender Ingenieur von TsKBA JSC, [email protected].

Mamon Yuri Ivanovich, Doktor der technischen Wissenschaften, Chefspezialist der JSC „TsKBA“, [email protected].

Minakov Evgeniy Ivanovich, Doktor der technischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor, Professor der Staatlichen Universität Tula, [email protected].

MODELL UND ALGORITHMUS ZUR BERECHNUNG DES EFFEKTIVEN QUADRATS DER STREUUNG DES RADAR-SIMULATOR-OBJEKTS

Ruslan N. Akinshin1, Andrey A. Bortnikov2, Stanislav M. Tsibin2, Yuri I. Mamon2, Evgenii I. Minakov3

1SSP RAS, Moskau, Russland 2CDBAE, Tula, Russland 3Tula State University, Tula, Russland

Um die Kosten für Feldtests der Reflexionseigenschaften von Simulatoren für ballistische Objekte (BO) zu senken, ist es ratsam, ein Modell und einen Algorithmus zur Berechnung der effektiven Oberflächenstreuung von Radarobjekten zu entwickeln. Als Simulator ballistischer Objekte wird ein komplexer Radarreflektor aus einem verlustfreien Dielektrikum gewählt. Es sieht aus wie eine sphärische Lüneburg-Linse mit einer Beschichtung aus einer hochleitfähigen Legierung sowie einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen. Die Stufen der Aperturversion der Reflexion von der Innenfläche der Lüneburg-Linse werden vorgeschlagen. Es werden ein physikalisches Modell der Reflexion über die Elemente des Designs und die Technik der Modellierung mit einem Berechnungsalgorithmus der effektiven Oberflächenstreuung entwickelt. Der Algorithmus zur Berechnung der resonanzwirksamen Oberflächenstreuung ballistischer Objekte wird ausgearbeitet. Dieser Algorithmus wird in grafischer Form dargestellt. Die Schnittstelle des Rechenkomplexes wird vorgestellt. Als Simulator für ballistische Objekte haben wir einen komplexen Radarreflektor ausgewählt, der aus einer verlustfreien dielektrischen Kugel mit einer Beschichtung aus einer hochleitfähigen Legierung sowie aus einem Kegelstumpf, einer Scheibe und zylindrischen Elementen besteht. Die Vergleichsindikatoren des Simulators für ballistische Objekte werden vorgestellt. Die Schlussfolgerung zur vergleichenden Analyse der Ergebnisse von In-situ-Messungen und Modellierungsergebnissen wird gezogen. Es werden Beispiele numerischer Berechnungen des ESR des Kopfteils des BO-Simulators mit erhöhtem ESR und erhöhter All-Aspekt-Ansicht gegeben. Die Optionen der BO-Simulator-Kopfteile mit erhöhtem ESR und verbesserter Rundumsicht mit optimaler Platzierung des dielektrischen Radarreflektors und einer Eckeinheit mit sektionaler Platzierung der dielektrischen Reflektoren werden analysiert.

Schlüsselwörter: effektive Oberflächenstreuung, ballistisches Objekt, Radarreflektor.

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Bd. 20, Nr. 06. 2017

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INFORMATIONEN ZU DEN AUTOREN

Ruslan N. Akinshin, Doktor der technischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor, leitender Forscher des SPP der RAS, [email protected].

Andrey A. Bortnikov, leitender Ingenieur von JSC TsKBA, [email protected].

Stanislav M. Tsibin, Leitender Ingenieur von JSC TsKBA, [email protected].

Yury I. Mamon, Doktor der technischen Wissenschaften, Chefspezialist von JSC TsKBA, [email protected].

Effektiver Streubereich(EPR; Englisch) Radarquerschnitt,RCS; in einigen Quellen - effektive Streufläche, effektiver Streudurchmesser, effektive Reflexionsfläche, EPO) im Radar – der Bereich einer fiktiven Oberfläche, der ein idealer isotroper Reflektor ist, der, wenn er am Zielort platziert wird, am Standort der Radarstation die gleiche Leistungsflussdichte erzeugt wie das reale Ziel.

EPR ist ein quantitatives Maß für die Fähigkeit eines Objekts, eine elektromagnetische Welle zu streuen. Zusammen mit dem Energiepotential und dem Gewinn der Radarantennen geht der EPR in die Radarreichweitengleichung ein und Bestimmt die Entfernung, in der ein Objekt vom Radar erkannt werden kann. Ein erhöhter ESR-Wert bedeutet eine bessere Radarsichtbarkeit eines Objekts; eine Verringerung des ESR erschwert die Erkennung (siehe Stealth-Technologie).

Der EPR eines bestimmten Objekts hängt von seiner Form, Größe, dem Material, aus dem es besteht, von seiner Ausrichtung (Winkel) in Bezug auf die Antennen der Sende- und Empfangspositionen des Radars (einschließlich der Polarisation elektromagnetischer Wellen) ab. und von der Wellenlänge des Sondierungsfunksignals. Der EPR wird unter den Bedingungen der Fernzone der Streu-, Empfangs- und Senderadarantennen bestimmt.

Da es sich beim EPR um einen formal eingeführten Parameter handelt, stimmt sein Wert weder mit dem Wert der Gesamtoberfläche des Diffusors noch mit dem Wert seiner Querschnittsfläche überein (eng. Querschnitt). Die Berechnung des EPR ist eines der Probleme der angewandten Elektrodynamik, das mit unterschiedlichem Näherungsgrad analytisch gelöst werden kann (nur für einen begrenzten Bereich von Körpern einfacher Form, zum Beispiel eine leitende Kugel, ein Zylinder, eine dünne rechteckige Platte usw.) oder durch numerische Methoden. Die Messung (Überwachung) des ESR erfolgt an Teststandorten und in Hochfrequenz-Echokammern unter Verwendung realer Objekte und ihrer maßstabsgetreuen Modelle.

EPR hat die Dimension einer Fläche und wird üblicherweise in qm angegeben. oder dBq.m.. Für Objekte einfacher Form – Testobjekte – wird der EPR normalerweise auf das Quadrat der Wellenlänge des prüfenden Funksignals normiert. Der EPR ausgedehnter zylindrischer Objekte wird auf ihre Länge normiert (linearer EPR, EPR pro Längeneinheit). Der EPR von im Volumen verteilten Objekten (z. B. einer Regenwolke) wird auf das Volumen des Radarauflösungselements (ECR/Kubikmeter) normiert. Der EPR von Oberflächenzielen (normalerweise ein Abschnitt der Erdoberfläche) wird auf die Fläche des Radarauflösungselements (ECR/m²) normiert. Mit anderen Worten: Der EPR verteilter Objekte hängt von den linearen Abmessungen eines bestimmten Auflösungselements eines bestimmten Radars ab, die von der Entfernung zwischen dem Radar und dem Objekt abhängen.

EPR kann wie folgt definiert werden (die Definition entspricht der am Anfang des Artikels angegebenen):

Effektiver Streubereich(für ein harmonisches Sondierungsfunksignal) – das Verhältnis der äquivalenten Leistung der Funkemission (die am Beobachtungspunkt die gleiche Leistungsflussdichte der Funkemission erzeugt wie der bestrahlte Streuer) zur Leistungsflussdichte (W/m²) der Untersuchung der Radioemission an der Stelle, an der sich der Streuer befindet.

Der EPR hängt von der Richtung vom Streuer zur Quelle des sondierenden Funksignals und von der Richtung zum Beobachtungspunkt ab. Da diese Richtungen möglicherweise nicht zusammenfallen (im Allgemeinen sind die Quelle des Sondierungssignals und der Registrierungspunkt des Streufelds räumlich getrennt), wird der auf diese Weise ermittelte EPR aufgerufen bistatische EPR (Ein-Aus-EPR, Englisch bistatisches RCS).

(DOR, monostatisches EPR, Einzelpositions-EPR, Englisch monostatisches RCS, rückstreuendes RCS) ist der RCS-Wert, wenn die Richtungen vom Streuer zur Quelle des Sondierungssignals und zum Beobachtungspunkt übereinstimmen. EPR bezieht sich oft auf seinen Sonderfall – monostatisches EPR, d Empfangsantenne). Allerdings sollte man zwischen EPR(θ, φ; θ 0, φ 0) und DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ) unterscheiden, wobei θ, φ die Richtung ist zum Streufeld-Registrierungspunkt; θ 0, φ 0 – Richtung zur Quelle der Sondierungswelle (θ, φ, θ 0, φ 0 – Winkel des sphärischen Koordinatensystems, dessen Anfang auf den Streuer ausgerichtet ist).

Im allgemeinen Fall für eine sondierende elektromagnetische Welle mit einer nichtharmonischen Zeitabhängigkeit (ein breitbandiges Sondierungssignal im räumlich-zeitlichen Sinne) effektiver Streubereich- das Verhältnis der Energie einer äquivalenten isotropen Quelle zur Energieflussdichte (J/m²) der Sondierungsradioemission an dem Punkt, an dem sich der Streuer befindet.

Dabei ist der RCS des Ziels, die Leistungsflussdichte der einfallenden Welle einer bestimmten Polarisation am Zielort und die vom Ziel reflektierte Leistung.

Andererseits die isotrop abgestrahlte Leistung

Oder unter Verwendung der Feldstärken der einfallenden Welle und der reflektierten Welle:

(4)

Eingangsleistung des Empfängers:

(5)

Wo ist die effektive Antennenfläche?

Es ist möglich, den Leistungsfluss der einfallenden Welle anhand der abgestrahlten Leistung und der Richtwirkung der Antenne zu bestimmen. D für eine gegebene Strahlungsrichtung.

(8)

Auf diese Weise,

(9)

Physikalische Bedeutung von EPR

Der EPR hat die Flächendimension [ m²], Aber ist keine geometrische Fläche(!), sondern ist ein Energiemerkmal, das heißt, es bestimmt die Stärke des empfangenen Signals.

Der RCS des Ziels hängt weder von der Intensität der ausgesendeten Welle noch von der Entfernung zwischen der Station und dem Ziel ab. Jede Erhöhung führt zu einer proportionalen Erhöhung und ihr Verhältnis in der Formel ändert sich nicht. Wenn sich der Abstand zwischen Radar und Ziel ändert, ändert sich das Verhältnis umgekehrt proportional und der EPR-Wert bleibt unverändert.

EPR gemeinsamer Punktziele

Für die meisten Punktziele finden sich Informationen zum EPR in Radar-Nachschlagewerken

Konvexe Oberfläche

Feld von der gesamten Oberfläche S wird durch das Integral bestimmt Es muss bestimmt werden E 2 und Lage in einer bestimmten Entfernung zum Ziel ...

(10)

1) Wenn das Objekt klein ist, können Entfernung und Feld der einfallenden Welle als unverändert betrachtet werden. 2) Entfernung R kann als Summe der Entfernung zum Ziel und der Entfernung innerhalb des Ziels betrachtet werden:

,	(11)
,	(12)
,	(13)
,	(14)

Flacher Teller

Eine ebene Fläche ist ein Sonderfall einer gekrümmten konvexen Fläche.

Eckreflektor

Der Eckreflektor besteht aus drei senkrecht zueinander stehenden Flächen. Im Gegensatz zu einer Platte sorgt ein Eckreflektor für eine gute Reflexion über einen weiten Winkelbereich.

Dreieckig

Wenn ein Eckreflektor mit dreieckigen Kanten verwendet wird, beträgt der EPR

Anwendung von Eckreflektoren

Es werden Eckreflektoren verwendet

als Lockvögel
als Radiokontrast-Landmarken
bei Experimenten mit starker gerichteter Strahlung

Dipolreflektor

Dipolreflektoren werden verwendet, um den Radarbetrieb passiv zu stören.

Die Größe des EPR eines Dipolreflektors hängt im Allgemeinen vom Betrachtungswinkel ab, der EPR für alle Winkel beträgt jedoch:

Dipolreflektoren werden zur Tarnung von Luftzielen und Gelände sowie als passive Radarbaken eingesetzt.

Der Reflexionssektor des Dipolreflektors beträgt ~70°

EPR komplexer Ziele (reale Objekte)

Der ESR komplexer realer Objekte wird an speziellen Installationen oder Teststandorten gemessen, an denen Fernfeldbestrahlungsbedingungen erreichbar sind.

#	Zieltyp	[m²]
1	Luftfahrt
1.1	Kampfflugzeuge	3-12
1.2	Stealth-Kämpfer	0,3-0,4
1.3	Frontbomber	7-10
1.4	Schwerer Bomber	13-20
1.4.1	B-52-Bomber	100
1.4	Transportflugzeuge	40-70
2	Schiffe
2.1	U-Boot an der Oberfläche	30-150
2.2	Überführung eines U-Bootes an der Oberfläche	1-2
2.3	Boot	50
2.4	Raketenboot	500
2.5	Zerstörer	10000
2.6	Flugzeugträger	50000
3	Bodenziele
3.1	Automobil	3-10 (Welle ca. 1 cm)
3.2	Panzer T-90 (Wellenlänge 3-8 mm)	29
4	Munition
4.1	ALCM-Marschflugkörper (Wellenlänge 0,8 mm)	0,07-0,8
4.2	Sprengkopf einer operativ-taktischen Rakete	0,15-1,6
4.3	SLBM-Atomsprengkopf (TN-75/TN-71)	0,01/0,1-0,25
5	Andere Zwecke
5.1	Menschlich	0,8-1
6	Vögel (mit gefalteten Flügeln, Wellenlänge 5 cm)	(maximales EPR-Limit)
6.1	Saatkrähe (Corvus frugilegus)	0,0048
6.2	Höckerschwan (Cygnus olor)	0,0228
6.3	Großer Kormoran (Phalacrocorax carbo)	0,0092
6.4	Rotmilan (Milvus Korshun)	0,0248
6.5	Stockente (Anas platyrhynchos)	0,0214
6.6	Graugans (Anser anser)	0,0225
6.7	Nebelkrähe (Corvus cornix)	0,0047
6.8	Feldsperling (Passer montanus)	0,0008
6.9	Gemeiner Star (Sturnus vulgaris)	0,0023
6.10	Lachmöwe (Larus Ridibundus)	0,0052
6.11	Weißstorch (Ciconia ciconia)	0,0287
6.12	Kiebitz (Vanellus vanellus)	0,0054
6.13	Truthahngeier (Cathartes aura)	0,025
6.14	Felsentaube (Columba livia)	0,01
6.15	Haussperling (Passer Domesticus)	0,0008

EPR eines konzentrierten Ziels

Zweipunktziel im Auflösungsvolumen des Ortungsgeräts

Wir nennen ein Zweipunktziel ein Paar von Zielen, die sich innerhalb desselben Radarauflösungsvolumens befinden. Mit Formel (4) können wir die Amplituden der Felder der reflektierten Welle ermitteln:

	(19)
	(20)

	(21)
	(22)

Zur Berechnung des EPR eines Zwei-Punkte-Ziels

(23)

Rückstreudiagramm

Die Abhängigkeit des EPR vom Reflexionswinkel wird aufgerufen Rückstreudiagramm(DOR). DOR wird einen robusten Charakter haben und deutlich mehrblättrig sein. In diesem Fall entsprechen die DOR-Nullen der gegenphasigen Addition von Signalen vom Ziel am Radarortungspunkt und der Strom entspricht dem Inphase-Wert. In diesem Fall kann der ESR entweder größer oder kleiner als der ESR jedes einzelnen Ziels sein. Wenn die Wellen gegenphasig ankommen, wird ein Minimum beobachtet, und wenn sie in Phase sind, wird ein Maximum beobachtet.

Typ