Effektivt spridningsområde

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 10 juli 2021; kontroller kräver 3 redigeringar .

Effektiv spridningsområde (ESR; i vissa källor - effektiv spridningsyta , effektiv spridningsbredd , effektiv reflekterande yta , bildförstärkarrör) i radar - området för någon fiktiv plan yta som är placerad vinkelrätt mot riktningen för den infallande planvågen och är en idealisk och isotrop återsändare, som, placerad på målplatsen, skapar samma effektflödestäthet vid platsen för radarstationens antenn som det verkliga målet [1] .

RCS är ett kvantitativt mått på egenskapen hos ett objekt att sprida en elektromagnetisk våg [2] . Tillsammans med energipotentialen för sändnings-mottagningsvägen och KU för radarantenner, ingår ett objekts RCS i radaravståndsekvationen och bestämmer det avstånd vid vilket ett objekt kan detekteras av en radar . Ett ökat RCS-värde innebär en större radarsynlighet av ett objekt, en minskning av RCS gör det svårt att upptäcka (se smygteknik ).

EPR för ett visst objekt beror på dess form, storlek, material från vilket det är tillverkat, på dess orientering (vy) i förhållande till antennerna för radarns sändnings- och mottagningsposition (inklusive polariseringen av elektromagnetiska vågor), på våglängden för den sonderande radiosignalen. RCS bestäms i förhållandena för spridarens bortre zon , radarns mottagande och sändande antenner .

Eftersom RCS är en formellt introducerad parameter, matchar dess värde varken värdet på diffusorns totala yta eller värdet på dess tvärsnittsarea (eng. Cross- section ). Beräkning av EPR är ett av problemen med tillämpad elektrodynamik , som löses med olika grader av approximation analytiskt (endast för ett begränsat antal enkelformade kroppar, till exempel en ledande sfär, cylinder, tunn rektangulär platta, etc.) eller numeriska metoder. Mätning (kontroll) av RCS utförs på testplatser och i radiofrekventa ekofria kammare med hjälp av verkliga objekt och deras skalmodeller.

RCS har areanheten och ges vanligtvis i m² eller dBm . För objekt av en enkel form - test - normaliseras EPR vanligtvis till kvadraten på våglängden för den sonderande radiosignalen. EPR för utsträckta cylindriska föremål normaliseras till deras längd (linjär EPR, EPR per längdenhet). EPR för objekt fördelade i volymen (till exempel ett regnmoln) normaliseras till volymen för radarupplösningselementet (EPR / m³). RCS för ytmål (som regel en sektion av jordens yta) är normaliserad till området för radarupplösningselementet (EPR / m²). Med andra ord beror RCS för distribuerade objekt på de linjära dimensionerna för ett specifikt upplösningselement hos en specifik radar, som beror på avståndet mellan radarn och objektet.

EPR kan definieras enligt följande (definitionen motsvarar den som ges i början av artikeln):

Den effektiva spridningsarean (för en harmonisk sonderande radiosignal) är förhållandet mellan radioemissionseffekten för en ekvivalent isotrop källa (som skapar samma radioemissionseffektflödestäthet vid observationspunkten som den bestrålade spridaren) och effektflödestätheten (W ) /m²) av den sonderande radioemissionen vid platsen för spridaren.

RCS beror på riktningen från spridaren till källan för sonderingsradiosignalen och riktningen till observationspunkten. Eftersom dessa riktningar kanske inte sammanfaller (i det allmänna fallet är källan för sonderingssignalen och registreringspunkten för det spridda fältet separerade i rymden), så kallas EPR som bestäms på detta sätt en bistatisk EPR ( tvåpositions EPR , engelsk bistatisk RCS ).

Backscatter diagram (DOR, monostatic EPR , single- position EPR , English monostatic RCS , back-scattering RCS ) - värdet på EPR när riktningarna från spridaren till källan för sonderingssignalen och till observationspunkten sammanfaller. EPR förstås ofta som dess specialfall - monostatisk EPR, det vill säga DOR (begreppen EPR och DOR blandas) på grund av den låga förekomsten av bistatiska (flerpositions) radar (jämfört med traditionella monostatiska radarer utrustade med en enda transceiver antenn). Man bör dock skilja mellan EPR(θ, φ; θ 0 , φ 0 ) och DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ), där θ, φ är riktningen till registreringspunkten för det spridda fältet; θ 0 , φ 0 är riktningen till källan för sonderingsvågen (θ, φ, θ 0 , φ 0 är vinklarna för det sfäriska koordinatsystemet , vars ursprung är i linje med spridaren).

I det allmänna fallet, för en sonderande elektromagnetisk våg med ett icke-harmoniskt tidsberoende ( bredbandssonderingssignal i spatiotemporal mening) , är den effektiva spridningsarean förhållandet mellan energin hos en ekvivalent isotrop källa och energiflödestätheten (J/ m2) av den sonderande radioemissionen vid platsen för spridaren.

EPR-beräkning

Betrakta reflektionen av en våg som faller in på en isotropiskt reflekterande yta med en area lika med RCS. Effekten som reflekteras från ett sådant mål är produkten av RCS och tätheten av det infallande effektflödet:

P_{2}=\sigma \cdot \rho _{1}

(ett)

där är RCS för målet, är effektflödestätheten för den infallande vågen av en given polarisation vid målplatsen, är effekten som reflekteras av målet. $\sigma$ $\rho_{1}$ $P_2$

Å andra sidan den isotropiskt utstrålade kraften

P_{2}=4\pi R^{2}\cdot \rho _{2}

(2)

där är avståndet från radarn till målet, är effektflödestätheten för vågen av en given polarisation som reflekteras från målet vid platsen för radarn. $R$ $\rho _{2}$

Genom att ersätta uttryck (2) med (1), får vi ett uttryck för RCS för målet:

\sigma =4\pi R^{2}{\frac {\rho _{2}}{\rho _{1}}}

(3)

Eller genom att använda fältstyrkan för den infallande vågen vid målplatsen och den reflekterade vågen vid platsen för radarn: $E_1$ $E_2$

\sigma =4\pi R^{2}{\frac {E_{2}^{2}}{E_{1}^{2}}}

(fyra)

Mottagarens ingångseffekt:

P_{r}=\rho _{2}\cdot S_{A}

(5)

var är antennens effektiva yta . $S_{A}$

Det är möjligt att bestämma effektflödet för en infallande våg i termer av den utstrålade effekten och antennens riktning för en given strålningsriktning. $P_{e}$ $D$

\rho _{1}={\frac {P_{e}}{4\pi R^{2}}}D

(6)

Genom att ersätta (6) och (2) med (5), för effekten vid ingången till radarmottagaren har vi:

P_{r}=S_{A}\cdot \rho _{2}=S_{A}{\frac {P_{2}}{4\pi R^{2}}}=S_{A}{\frac {\sigma \rho _{1}}{4\pi R^{2}}}=S_{A}\sigma {\frac {P_{e}}{(4\pi R^{2})^{ 2}}}D

(7)

Eller

P_{r}=k_{0}\sigma

(åtta)

var . $k_{0}={\frac {P_{e}}{(4\pi R^{2})^{2}}}DS_{A}$

På det här sättet,

\sigma ={\frac {P_{r}}{P_{e}}}{\frac {(4\pi R^{2})^{2}}{S_{A}D}}

(9)

Den fysiska innebörden av EPR

EPR har areans dimension [ m² ], men är inte ett geometriskt område (!), utan är en energikaraktäristik, det vill säga den bestämmer storleken på den mottagna signalens effekt.

\sigma [db]=10\lg {\frac {\sigma }{\sigma _{0))}

Analytiskt kan RCS endast beräknas för enkla ändamål. För komplexa ändamål mäts RCS praktiskt taget på specialiserade testplatser eller i ekofria kammare .

Målets RCS beror inte på intensiteten hos den utsända vågen, inte heller på avståndet mellan stationen och målet. Varje ökning leder till en proportionell ökning och deras förhållande i formeln ändras inte. När avståndet mellan radarn och målet ändras ändras förhållandet omvänt och RCS-värdet förblir oförändrat. $\rho_{1}$ $\rho _{2}$ ${\rho _{2}}/{\rho _{1}}$ $R^{{2}}$

RCS av gemensamma punktmål

Konvex yta

Fältet från hela ytan S bestäms av integralen. Det är nödvändigt att bestämma E 2 och förhållandet vid ett givet avstånd till målet ... $\int \limits _{S}...\,dS$ ${\frac {E_{2}^{2}}{E_{1}^{2}}}$

Överallt nedanför är våglängden i centimeter. ${\displaystyle {\lambda ))$

\sigma =4\pi R^{2}\left|{\frac {E_{2}^{2}}{E_{1}^{2}}}\right|

E_{2}={\frac {1}{\lambda }}\int \limits _{S}{\frac {E_{1}}{R}}\exp(-j\cdot 2kR)\cos \theta \,dS

(tio)

där k är vågnumret .

1) Om objektet är litet kan avståndet och fältet för den infallande vågen anses vara oförändrade. 2) Avståndet R kan betraktas som summan av avståndet till målet och avståndet inom målet: $R,E_{1}\approx const$

R=R_{0}+r

$R_{0}$ - avstånd från radarn till objektet
$r$ - lokalt avstånd

Sedan:

$E_{2}={\frac {E_{1}}{\lambda R}}\exp(-j\cdot 2kR_{0})\int \limits _{S}{\frac {E_{1}}{ R}}\exp(-j\cdot 2kr)\cos \theta \,dS$ ,	(elva)
${\frac {E_{2}}{E_{1}}}={\frac {1}{\lambda R}}e^{{-j2kR}}\int \limits _{S}{\frac {E_ {1}}{R}}e^{{-j2kr}}\cos \theta \,dS$ ,	(12)
$\left\|{\frac {E_{2}}{E_{1}}}\right\|=\left\|{\frac {1}{\lambda R}}\left(e^{{-j4\pi { \frac {R}{\lambda }}}}{\Bigr \|}_({\approx 1}}\right)\int \limits _{S}{\frac {E_{1}}{R}}e ^{{(-j2kr)}}\cos \theta \,dS\right\|={\frac {1}{\lambda R}}\left\|\int \limits _{S}{\frac {E_{1 }}{R}}e^{{(-j2kr)}}\cos \theta \,dS\right\|$ ,	(13)
$\sigma ={\frac {4\pi }{\lambda ^{2}}}\left\|\int \limits _{S}e^{{-j2{\frac {2\pi }{\lambda }} r}}\cos \theta \,dS\right\|^{2}$ ,	(fjorton)

Platt platta

En plan yta är ett specialfall av en krökt konvex yta.

\sigma ={\frac {4\pi }{\lambda ^{2}}}S^{2}

(femton)

Om ett plan med en yta på 1 m² och en våglängd på 10 cm (3 GHz), då

\sigma ={\frac {4\pi \approx 12}{10^{{-2))))\approx 1200[m^{2}]

Shara

För en sfär kommer den första Fresnelzonen att vara den zon som avgränsas av ekvatorn.

{\displaystyle \sigma =\pi r^{2))

(16)

Hörnreflektor

Hörnreflektor består av tre vinkelräta plan. Till skillnad från en platta ger en hörnreflektor bra reflektion över ett brett spektrum av vinklar.

Triangulär

Om en hörnreflektor med triangulära ytor används, då EPR

\sigma ={\frac {4\pi }{3\lambda ^{2}}}a^{4},

(17)

var är kantens längd. $a$

Fyrkantig

Om hörnreflektorn är sammansatt av fyrkantiga ytor, då EPR

\sigma ={\frac {4\pi }{\lambda ^{2))}3a^{4}.

(arton)

Tillämpning av hörnreflektorer

Hörnreflektorer används:

som lockbeten;
som radiokontrastlandmärken;
när man genomför experiment med stark riktad strålning.

Agnar

Agnar används för att skapa passiv interferens med radarns funktion.

Värdet på RCS för en dipolreflektor beror i allmänhet på observationsvinkeln, men RCS för alla vinklar:

{\displaystyle \sigma =0.17\lambda ^{2))

Agnar används för att maskera flygmål och terräng, såväl som passiva radarfyrar.

Agnarnas reflektionssektor är ~70°

EPR för komplexa mål (verkliga objekt)

RCS för komplexa verkliga objekt mäts vid speciella installationer, eller intervall, där förhållandena i den avlägsna bestrålningszonen är möjliga.

#	Måltyp	$\sigma _{{\text{c))}$ [ m² ]
ett	Flyg
1.1	Stridsflygplan	3–12 [3]
1.2	stealth fighter	0,3–0,4 [3]
1.3	frontlinjen bombplan	7-10
1.4	Tungt bombplan	13-20
1.4.1	B-52 bombplan	100 [4]
1.4	Transportflygplan	40-70
2	fartyg
2.1	Ubåt på ytan	flera kvm. meter. [5]
2.2	Skär en ubåt på ytan	flera kvm. meter. [5]
2.3	båt	femtio
2.4	missilbåt	500
2.5	Jagare	10 000
2.6	Hangarfartyg	50 000 [6]
3	Markmål
3.1	Bil	3–10 (våg ca 1 cm) [7]
3.2	Tank T-90 (våglängd 3-8 mm)	29 [8] [9]
fyra	Ammunition
4.1	Kryssningsmissil ALCM (våglängd 8 mm)	<0,1
4.2	Stridsspetsen till en operativ-taktisk missil	0,15–1,6 [10]
4.3	Kärnstridsspets SLBM(TN-75/TN-71)	0,01/0,1–0,25 [11]
5	Andra syften
5.1	Mänsklig	0,8-1
6	Fåglar [12] (vikta vingar, våglängd 5 cm)	(maximal EPR-gräns)
6.1	Rook (Corvus frugilegus)	0,0048
6.2	Stum svan (Cygnus olor)	0,0228
6.3	Storskarv (Phalacrocorax carbo)	0,0092
6.4	Röd drake (Milvus Korshun)	0,0248
6.5	Gräsand (Anas platyrhynchos)	0,0214
6.6	Grågås (Anser anser)	0,0225
6.7	Huvkråka (Corvus cornix)	0,0047
6.8	Trädsparv (Passer montanus)	0,0008
6.9	Stare (Sturnus vulgaris)	0,0023
6.10	Svarthuvudmås (Larus ridibundus)	0,0052
6.11	Vit stork (Ciconia ciconia)	0,0287
6.12	Vipa (Vanellus vanellus)	0,0054
6.13	Turkiet gam (Cathartes aura)	0,025
6.14	Klippduva (Columba livia)	0,01
6.15	Hussparv (Passer domesticus)	0,0008

EPR för ett koncentrerat mål

Ett tvåpunktsmål är ett par mål placerade i samma radarupplösningsvolym. Med formeln (4) kan vi hitta amplituderna för fälten för den reflekterade vågen:

\sigma =4\pi R^{2}{\frac {E_{2}^{2}}{E_{1}^{2}}}

${\dot U}_{1}=U_{1}\exp(j\omega _{0}(t-t_{{R_{1))}))$	(19)
${\dot U}_{2}=U_{2}\exp(j\omega _{0}(t-t_{{R_{2))})))$	(tjugo)

Tidsfördröjningar kan beräknas:

t_{{R_{1}}}={\frac {2R_{1}}{c}}

t_{{R_{2}}}={\frac {2R_{2}}{c}}

Härifrån:

${\dot U}_{1}=U_{1}\exp(-j\omega _{0}t_{{R_{1)))}))=U_{1}\exp(-j\underbrace { 2 {\tfrac {2\pi }{\lambda }}R_{1}}_({\varphi _{1}}})$	(21)
${\dot U}_{2}=U_{2}\exp(-j\omega _{0}t_{{R_{2)))}))=U_{2}\exp(-j\underbrace { 2 {\tfrac {2\pi }{\lambda }}R_{2}}_({\varphi _{2}}})$	(22)

sedan:

U_{\Sigma }={\dot U}_{1}+{\dot U}_{2}=U_{1}e^{{-j\varphi _{1))}+U_{2}e ^{{-j\varphi _{2}}}

(23)

U_{\Sigma }=\left|{\dot U}_{\Sigma }\right|={\sqrt ({\dot U}_{\Sigma }{\dot U}_{\Sigma }^{* }}}

$U_{\Sigma }={\sqrt {U_{1}^{2}+U_{2}^{2}-2U_{1}U_{2}\cos \varphi _{{12))))$	(24)
$\phi _{12}=2kl\sin \gamma$	(25)
${\dot U}_{{prm}}=k_{1}{\sqrt {\sigma }}$

Följaktligen,

\sigma _{\Sigma }=\sigma _{1}+\sigma _{2}+2{\sqrt {\sigma _{1}\sigma _{2))}\cos(2{\tfrac {2 \pi }{\lambda }}l\sin \gamma )

(26)

Backscatter diagram

EPR:s beroende av reflektionsvinkeln kallas backscatter diagram (BSD). DOR kommer att ha en robust karaktär och tydligt flerbladiga. I det här fallet kommer nollorna i DOR att motsvara motfasadditionen av signaler från målet vid platsen för radarn, och strömmen kommer att motsvara värdet för gemensamt läge. I detta fall kan RCS vara antingen större eller mindre än RCS för vart och ett av de individuella målen. Om vågorna anländer i motfas, kommer ett minimum att observeras, och om i fas, då ett maximum: $\sigma (\gamma )$

{\displaystyle \sigma _{min}=({\sqrt {\sigma _{1))}-{\sqrt {\sigma _{2))})^{2))

{\displaystyle \sigma _{max}=({\sqrt {\sigma _{1))}+{\sqrt {\sigma _{2))})^{2))

Låt då: ${\displaystyle \sigma _{1}=\sigma _{2}=\sigma _{0))$

\sigma =2\sigma _{0}(1+\cos(2{\tfrac {2\pi }{\lambda }}l\sin \gamma ))=4\sigma _{0}\cos ^{2 }({\tfrac {2\pi }{\lambda }}l\sin \gamma )

Verkliga föremål har flera oscillerande punkter.

{\dot U}_{\Sigma }=\summa _{{i=1}}^{{N}}{\dot U}_{i}=\summa _{{i=1}}^{{ N}}U_{i}e^{{-j\varphi _{i}}}

U_{\Sigma }=\left|{\dot U}_{\Sigma }\right|={\sqrt {\sum _{{i=1}}^{{N}}U_{i}e^{ {-j\varphi _{i}}}\cdot \sum _{{i=1}}^{{N}}U_{i}e^{{j\varphi _{i}}}}}

U_{\Sigma }=\summa _{{i=1}}^{{N}}U_{i}+2\summa _{{i=1}}^{{N}}\summa _{{k =1}}^{{N}}U_{i}U_{k}\cos \varphi _{{i,k}}

\varphi _{{i,k}}\approx -\pi ..\pi

, vilket betyder .

\cos \varphi _{i,k}\approx 0

Sedan det totala fältet:

U_{\Sigma }=\sum _{i=1}^{N}U_{cp_{i}}^{2}\Rightarrow \sigma =\sum _{i=1}^{N}\ sigma _{cp_{i}}

\varphi _{{i,k}}

— definieras som en förändring i den reflekterade vågens fasstrukturer.

Fasfronten för den reflekterade vågen skiljer sig från den sfäriska.

Definition av RCS för distribuerade mål

Ett distribuerat mål är ett mål vars dimensioner går utöver radarns upplösningsvolym .

Villkoret för distribution av målet

Brott mot något av villkoren introducerar målet i klassen distribuerade

{\begin{cases}l\leqslant \delta R\\l\leqslant \delta l_{h}\\l\leqslant \delta l_{w}\\\end{cases))

Här:

$\delta R$ - Storleken på radarns upplösningsvolym inom räckvidd;
${\displaystyle \delta l_{h))$ - Storleken på radarns upplösningsvolym i bredd (azimutvinkel);
${\displaystyle \delta l_{w))$ - Storleken på radarns upplösningsvolym i höjdled (höjd);

Det vill säga att målets linjära dimensioner måste vara helt inom radarupplösningselementet.

Om så inte är fallet kommer i detta fall målets RCS att vara summan av RCS för varje elementär sektion av målet:

\sigma =\sum _{{i=1}}^{{N}}\sigma _{{cp_{i}}}

Om ett distribuerat objekt består av isotropiska reflektorer av samma typ med samma egenskaper, kan den totala RCS hittas som produkten av RCS genom antalet reflektorer:

\sigma =N\cdot \sigma _{{cp}}

Men antalet element i ett sådant mål är vanligtvis okänt!

Specifik RCS

I det här fallet är det tillrådligt att införa den specifika RCS ( σ sp ) - detta är RCS för en enhetsarea ( dS ), eller en enhetsvolym ( dV ) för ett distribuerat mål.

$\sigma _{S}=\sigma _{{dS}}\cdot S$	(27)
$\sigma _{V}=\sigma _{{dV}}\cdot V$	(28)

Här:

$\sigma _{dS}$ - specifik RCS för en enda yta ; $[-]$
$\sigma _{dV}$ - specifik RCS av en enda volym ; $\left[{\tfrac {1}{m}}\right]$
S - samtidigt reflekterande yta
V är en samtidigt reflekterande volym.

S och V bestäms helt av strålningsmönstrets bredd och avståndsupplösningselementet, det vill säga parametrarna för den utsända signalen.

Se även

Teknik för att minska sikten (stealth)

Litteratur

Smirnov A. Radarsynlighet av objekt (ryska) // Armésamling: journal. - 2013. - November ( vol. 234 , nr 11 ). - S. 21-23 .

Infrastruktur

Mätning av det effektiva spridningsområdet för flygplanets övergripande layout utförs enligt följande:

mätkomplexets station
höghöjdsspaningsflygplan A-12
OTR " Sergeant "
SLCM " Tomahawk "
Kommando-/servicefack för rymdfarkosten Apollo

Anteckningar

↑ Finkelstein M.I. Fundamentals of radar. Proc. för universiteten. 2:a uppl. / M.: Radio och kommunikation, 1983. S. 126.
↑ Skolnik MI Radar Handbook. 2:a uppl. McGraw-Hill Professional, 1990.
↑ 1 2 GRUNDLÄGGANDE OCH TILLÄMPDA PROBLEM MED STEALTH-TEKNOLOGIER
↑ MASTER I FÖRSVARSSTUDIER FORSKNINGSPROJEKT PASSIVA MULTISTATISKA RADARS I ANTI-STEALTH LUFTFÖRSVAR
↑ 1 2 RCS kan inte vara lika med noll, men i detta fall är den försumbar.
↑ Vapenkontrollsystem SUV-VEP "Sword" för jagare i Su-27, Su-30-serien
↑ "Vizir" borde förbjudas! — 19 mars 2009 — SKIT PÅ VÄGEN
↑ Kamouflage - Komplex av absorberande material och beläggningar (otillgänglig länk)
↑ Sotnikov A. M., Sidorenko R. G., Rybalka G. V. Utvärdering av de reflekterande egenskaperna hos mark- och luftobjekt med passivt skydd baserat på sammansatta radioisotopbeläggningar (pdf). Flygvapnets universitet i Kharkov. I. Kozheduba, Kharkov (15.01.2009). — Numeriska uppskattningar av de reflekterande egenskaperna hos mark- och luftföremål med sammansatta radioisotopbeläggningar har erhållits. De genomförda numeriska studierna visar den grundläggande möjligheten och ändamålsenligheten med att använda kompositbeläggningar med radioisotop för att skydda vapen och militär utrustning från radarsystem för centimeter- och millimetervågor. Beräkningarna utfördes för en enskikts- och tvåskiktsstruktur för att konstruera sammansatta radioisotopbeläggningar Tillträdesdatum: 18 maj 2009. Arkiverad 27 februari 2012. (ryska)
↑ Kazakov E. L, Kazakov A. E. Analys av möjligheten att använda falska mål för att bryta igenom fiendens missilförsvar (pdf) (otillgänglig länk) . Flygvapnets universitet i Kharkov. I. Kozheduba, Charkiv (22 december 2008). Hämtad 18 maj 2009. Arkiverad från originalet 30 juli 2017. (ryska)
↑ Fransk kärnvapenarsenal
↑ Matsyura A. V. Användningen av olika typer av radar i ornitologisk forskning (pdf). Melitopol State Pedagogical University (25.04.05). Hämtad 23 augusti 2009. Arkiverad från originalet 27 februari 2012. (ryska)

Länkar

Vad är EPR - blogginlägg dxdt.ru