Effektivt spredningsområde (ESR; i nogle kilder - effektiv spredningsflade , effektiv spredningsbredde , effektivt reflekterende område , billedforstærkerrør) i radar - området af en fiktiv flad overflade placeret vinkelret på retningen af den indfaldende planbølge og være en ideel og isotrop genudsender, som ved at være placeret på målstedet skaber den samme effektfluxtæthed ved placeringen af radarstationens antenne som det virkelige mål [1] .
RCS er et kvantitativt mål for et objekts egenskab til at sprede en elektromagnetisk bølge [2] . Sammen med energipotentialet for sende-modtagevejen og KU af radarantenner er RCS for et objekt inkluderet i radarafstandsligningen og bestemmer det område, hvor et objekt kan detekteres af en radar . En øget RCS-værdi betyder en større radarsynlighed af et objekt, et fald i RCS gør det vanskeligt at opdage (se stealth-teknologi ).
EPR for et bestemt objekt afhænger af dets form, størrelse, materiale, det er lavet af, af dets orientering (udsigt) i forhold til antennerne på radarens sende- og modtagepositioner (inklusive polarisering af elektromagnetiske bølger), på bølgelængden af det sonderende radiosignal. RCS bestemmes i forhold til den fjerne zone af scattereren, radarens modtage- og sendeantenner .
Da RCS er en formelt indført parameter, svarer dens værdi hverken til værdien af diffusorens samlede overfladeareal eller værdien af dens tværsnitsareal (eng. Tværsnit ). Beregning af EPR er et af problemerne ved anvendt elektrodynamik , som løses med varierende grader af tilnærmelse analytisk (kun for et begrænset udvalg af enkeltformede legemer, f.eks. en ledende kugle, cylinder, tynd rektangulær plade osv.) eller numeriske metoder. Måling (kontrol) af RCS udføres på teststeder og i radiofrekvente ekkofri kamre ved hjælp af virkelige objekter og deres skalamodeller.
RCS har arealenheden og er normalt angivet i m² eller dBm . For objekter af en simpel form - test - normaliseres EPR normalt til kvadratet på bølgelængden af det sonderende radiosignal. EPR af udvidede cylindriske objekter normaliseres til deres længde (lineær EPR, EPR pr. længdeenhed). EPR for objekter fordelt i volumen (for eksempel en regnsky) er normaliseret til volumen af radaropløsningselementet (EPR / m³). RCS af overflademål (som regel en sektion af jordens overflade) er normaliseret til området af radaropløsningselementet (EPR / m²). Med andre ord afhænger RCS af distribuerede objekter af de lineære dimensioner af et specifikt opløsningselement af en specifik radar, som afhænger af afstanden mellem radaren og objektet.
EPR kan defineres som følger (definitionen svarer til den, der er givet i begyndelsen af artiklen):
Det effektive spredningsområde (for et harmonisk sonderende radiosignal) er forholdet mellem radioemissionseffekten af en ækvivalent isotrop kilde (der skaber den samme radioemissionseffektfluxtæthed ved observationspunktet som den bestrålede scatterer) og effektfluxtætheden (W ) /m²) af den sonderende radioemission på stedet for sprederen.
RCS afhænger af retningen fra scattereren til kilden for det sonderende radiosignal og retningen til observationspunktet. Da disse retninger muligvis ikke er sammenfaldende (i det generelle tilfælde er kilden til sonderingssignalet og registreringspunktet for det spredte felt adskilt i rummet), så kaldes EPR bestemt på denne måde en bistatisk EPR ( to-position EPR , engelsk bistatisk RCS ).
Backscatter diagram (DOR, monostatic EPR , single- position EPR , engelsk monostatic RCS , back-scattering RCS ) - værdien af EPR, når retningerne fra scattereren til kilden til sonderingssignalet og til observationspunktet falder sammen. EPR forstås ofte som dets specielle tilfælde - monostatisk EPR, det vil sige DOR (begreberne EPR og DOR er blandet) på grund af den lave forekomst af bistatiske (multipositions) radarer (sammenlignet med traditionelle monostatiske radarer udstyret med en enkelt transceiver antenne). Man bør dog skelne mellem EPR(θ, φ; θ 0 , φ 0 ) og DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ), hvor θ, φ er retningen til registreringsstedet for det spredte felt; θ 0 , φ 0 er retningen til kilden for sonderingsbølgen (θ, φ, θ 0 , φ 0 er vinklerne af det sfæriske koordinatsystem , hvis oprindelse er justeret med scattereren).
I det generelle tilfælde, for en sonderende elektromagnetisk bølge med en ikke-harmonisk tidsafhængighed ( bredbåndsonderingssignal i spatiotemporal forstand) , er det effektive spredningsområde forholdet mellem energien af en ækvivalent isotrop kilde og energifluxtætheden (J/ m2) af den sonderende radioemission på stedet for sprederen.
Overvej refleksionen af en bølge, der falder ind på en isotropisk reflekterende overflade med et areal svarende til RCS. Effekten, der reflekteres fra et sådant mål, er produktet af RCS og tætheden af den indfaldende effektflux:
, | (en) |
hvor er målets RCS, er effektfluxtætheden af den indfaldende bølge af en given polarisering ved målstedet, er den effekt, der reflekteres af målet.
På den anden side den isotropt udstrålede kraft
, | (2) |
hvor er afstanden fra radaren til målet, er effektfluxtætheden af bølgen af en given polarisering reflekteret fra målet ved radarens placering.
Ved at erstatte udtryk (2) med (1), opnår vi et udtryk for RCS af målet:
. | (3) |
Eller ved at bruge feltstyrken af den indfaldende bølge på målstedet og den reflekterede bølge på radarens placering:
. | (fire) |
Modtagerens indgangseffekt:
, | (5) |
hvor er det effektive område af antennen .
Det er muligt at bestemme effektfluxen for en indfaldende bølge i form af den udstrålede effekt og antennens retningsbestemmelse for en given strålingsretning.
. | (6) |
Ved at erstatte (6) og (2) med (5) for effekten ved radarmodtagerens indgang har vi:
. | (7) |
Eller
, | (otte) |
hvor .
På denne måde
. | (9) |
EPR har dimensionen af arealet [ m² ], men er ikke et geometrisk område (!), men er en energikarakteristik, det vil sige, at den bestemmer størrelsen af det modtagne signals effekt.
Analytisk kan RCS kun beregnes til simple formål. Til komplekse formål måles RCS praktisk talt på specialiserede teststeder eller i ekkofri kamre .
Målets RCS afhænger ikke af intensiteten af den udsendte bølge eller af afstanden mellem stationen og målet. Enhver stigning fører til en proportional stigning, og deres forhold i formlen ændres ikke. Når afstanden mellem radaren og målet ændres, ændres forholdet omvendt , og RCS-værdien forbliver uændret.
Feltet fra hele overfladen S bestemmes af integralet Det er nødvendigt at bestemme E 2 og forholdet i en given afstand til målet ...
Overalt nedenfor er bølgelængden i centimeter.
, | (ti) |
hvor k er bølgetallet .
1) Hvis objektet er lille, kan afstanden og feltet for den indfaldende bølge betragtes som uændret. 2) Afstanden R kan betragtes som summen af afstanden til målet og afstanden inden for målet:
Derefter:
, | (elleve) |
, | (12) |
, | (13) |
, | (fjorten) |
En flad overflade er et specialtilfælde af en buet konveks overflade.
(femten) |
Hvis et fly med et areal på 1 m² og en bølgelængde på 10 cm (3 GHz), så
For en kugle vil 1. Fresnel -zone være den zone, der er afgrænset af ækvator.
(16) |
Hjørnereflektor består af tre vinkelrette planer. I modsætning til en plade giver en hjørnereflektor god refleksion over en lang række vinkler.
TrekantetHvis der anvendes en hjørnereflektor med trekantede flader, så er EPR
(17) |
hvor er kantens længde.
FirkantetHvis hjørnereflektoren er sammensat af firkantede flader, så er EPR
(atten) |
Hjørnereflektorer anvendes:
Avner bruges til at skabe passiv interferens med radarens drift.
Værdien af RCS af en dipolreflektor afhænger generelt af observationsvinklen, men RCS for alle vinkler:
Avner bruges til at maskere luftmål og terræn, såvel som passive radarfyrer.
Avnernes reflektionssektor er ~70°
RCS af komplekse virkelige objekter måles ved specielle installationer eller områder, hvor betingelserne for den fjerne bestrålingszone er opnåelige.
# | Måltype | [ m² ] |
---|---|---|
en | Luftfart | |
1.1 | Jagerfly | 3-12 [3] |
1.2 | stealth fighter | 0,3-0,4 [3] |
1.3 | frontline bombefly | 7-10 |
1.4 | Tung bombefly | 13-20 |
1.4.1 | B-52 bombefly | 100 [4] |
1.4 | Transportfly | 40-70 |
2 | skibe | |
2.1 | Ubåd på overfladen | flere kvm. meter. [5] |
2.2 | Skæring af en ubåd på overfladen | flere kvm. meter. [5] |
2.3 | båd | halvtreds |
2.4 | missilbåd | 500 |
2.5 | Destroyer | 10.000 |
2.6 | Hangarskib | 50.000 [6] |
3 | Jordmål | |
3.1 | Automobil | 3-10 (bølge ca. 1 cm) [7] |
3.2 | Tank T-90 (bølgelængde 3-8 mm) | 29 [8] [9] |
fire | Ammunition | |
4.1 | Krydsermissil ALCM (bølgelængde 8 mm) | <0,1 |
4.2 | Sprænghovedet af et operationelt-taktisk missil | 0,15-1,6 [10] |
4.3 | Nuklear sprænghoved SLBM(TN-75/TN-71) | 0,01/0,1-0,25 [11] |
5 | Andre formål | |
5.1 | Human | 0,8-1 |
6 | Fugle [12] (foldede vinger, bølgelængde 5 cm) | (maksimal EPR-grænse) |
6.1 | Rook (Corvus frugilegus) | 0,0048 |
6.2 | Stumsvane (Cygnus olor) | 0,0228 |
6.3 | Storskarv (Phalacrocorax carbo) | 0,0092 |
6.4 | Rød glente (Milvus Korshun) | 0,0248 |
6.5 | Gråænd (Anas platyrhynchos) | 0,0214 |
6.6 | Grågås (Anser anser) | 0,0225 |
6.7 | Hættekrage (Corvus cornix) | 0,0047 |
6.8 | Træspurv (Passer montanus) | 0,0008 |
6.9 | Almindelig stær (Sturnus vulgaris) | 0,0023 |
6.10 | Sorthovedet måge (Larus ridibundus) | 0,0052 |
6.11 | Hvid stork (Ciconia ciconia) | 0,0287 |
6.12 | Vibe (Vanellus vanellus) | 0,0054 |
6.13 | Kalkungrib (Cathartes aura) | 0,025 |
6.14 | Klippedue (Columba livia) | 0,01 |
6.15 | Husspurv (Passer domesticus) | 0,0008 |
Et topunktsmål er et par mål placeret i samme radaropløsningsvolumen. Ved hjælp af formel (4) kan vi finde amplituderne af felterne af den reflekterede bølge:
(19) | |
(tyve) |
Tidsforsinkelser kan beregnes:
Herfra:
(21) | |
(22) |
derefter:
(23) |
(24) | |
(25) | |
Følgelig,
(26) |
EPR's afhængighed af reflektionsvinklen kaldes backscatter-diagrammet (BSD). DOR vil have en robust karakter og klart flerbladede. I dette tilfælde vil DOR'ens nuller svare til modfasetilsætningen af signaler fra målet ved radarens placering, og strømmen vil svare til fællestilstandsværdien. I dette tilfælde kan RCS enten være større eller mindre end RCS for hvert af de individuelle mål. Hvis bølgerne ankommer i modfase, vil et minimum blive observeret, og hvis i fase, så et maksimum:
Lad så:
Virkelige objekter har flere oscillerende punkter.
, hvilket betyder .Derefter det samlede felt:
— er defineret som en ændring i fasestrukturerne af den reflekterede bølge.Fasefronten af den reflekterede bølge adskiller sig fra den sfæriske.
Et distribueret mål er et mål, hvis dimensioner går ud over radarens opløsningsvolumen .
Overtrædelse af nogen af betingelserne introducerer målet i klassen af distribueret
Her:
Det vil sige, at målets lineære dimensioner skal være helt inden for radaropløsningselementet.
Hvis dette ikke er tilfældet, så vil RCS for målet i dette tilfælde være summen af RCS for hver elementær sektion af målet:
.Hvis et distribueret objekt består af isotrope reflektorer af samme type med de samme egenskaber, så kan den samlede RCS findes som produktet af RCS ved antallet af reflektorer:
Men antallet af elementer i et sådant mål er normalt ukendt!
I dette tilfælde er det tilrådeligt at introducere den specifikke RCS ( σ sp ) - dette er RCS for en enhedsareal ( dS ) eller en enhedsvolumen ( dV ) af et distribueret mål.
(27) | |
(28) |
Her:
S og V er helt bestemt af bredden af strålingsmønsteret og afstandsopløsningselementet, det vil sige parametrene for det udsendte signal.
Måling af det effektive spredningsområde af det overordnede layout af flyet udføres som følger:
måleanlæggets station
højhøjde rekognosceringsfly A-12
OTR " Sergent "
SLCM " Tomahawk "
Kommando-/servicerum i Apollo - rumfartøjet