Тред №307808

Из факторов, влияющих на дальность обнаружения РЛС, не рассмотренной осталась лишь ЭПР цели. Фактор, не зависящий от самой станции, очень многосторонний и слабо поддающийся строгому теоретическому описанию. Хотя некоторое простейшее моделирование осуществить можно.
Представим трассу распространения электромагнитной волны в направлении цели как  длинную линию, начинающуюся от антенны, проходящую через цель и уходящую в бесконечность. Эта линия обладает некоторым волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению пространства распространения, и затуханием, имеющим квадратичную зависимость от расстояния. Цель представляет собой некоторая комплексная нагрузка, параллельно включенная в линию. Если длина волны больше геометрических размеров цели, то это сосредоточенная нагрузка. Если длина волны меньше геометрических размеров цели, то это распределенная нагрузка или некоторое количество параллельных нагрузок включенных на некотором расстоянии друг от друга. Рассмотрим первый вариант. Нулевое отражение от нагрузки будет в двух случаях, когда сопротивление нагрузки бесконечно и в случае равенства значений сопротивления нагрузки и волнового сопротивления среды.
Первый случай эквивалентен полной прозрачности цели. Иными словами, цель имеет те же значения диэлектрической и магнитной проницаемости, что и окружающая среда. Значит, цель должна состоять из воздуха. Однако цель движется в окружающей среде и оказывает на нее влияние, создавая турбулентные вихри, ударные волны, тепловые потоки и так далее. А они имеют разную плотность, а значит разные электрические характеристики. Даже от высоты есть зависимость в электрических характеристиках среды. Поэтому строго это равенство, то есть требование полной прозрачности, выполняется в случае, когда цель состоит из вакуума и в вакууме же движется. Требование равенства волнового сопротивления и сопротивления нагрузки эквивалентно полному поглощению падающей на цель электромагнитной энергии. Это можно осуществить, только обмазав цель слоем радиопоглощающего материала (РПМ) бесконечной толщины. Для предотвращения отражений от границ раздела среды изменение электрических свойств материала должна иметь градиентный характер на всей бесконечной толщине РПМ. Но даже если, наплевав на абсолютное поглощение и широкополосность, ограничить градиентный слой длиной волны, то в случае сосредоточенной нагрузки (длина волны больше размеров цели) требование равенства сопротивлений физически не реализуемо. Значит, имеем первый вывод – для метровых волн мероприятия по снижению радиолокационной заметности существенного влияния не имеют и ЭПР цели зависит только от геометрических размеров цели.
Если длина волны соизмерима или меньше геометрических размеров цели, то нагрузка не является состредоточеной. Ее можно представить как некоторое количество сопротивлений, эквивалентных отдельным конструктивным элементам, включенным на расстоянии друг от друга. Случай прозрачности не рассматриваем как нереализуемый. С поглощением все гораздо сложнее. Во-первых, требование к РПМ становятся более реализуемым. Во-вторых, имеется явление интерференции – суммирование отраженных от разных сопротивлений волн с фазой, определяемой длиной волны и расстояниям между ними. Расстояния между сопротивлениями зависит от геометрической конфигурации цели и ракурса ее наблюдения. Поэтому для определенного ракурса цели и определенной частоты можно обеспечить полную компенсацию отраженных волн от элементов конструкции. Но при изменении ракурса и/или частоты можем получить не ослабление, а усиление суммарной отраженной волны. Поэтому ЭПР цели приобретает сугубо лепестковый и частотнозависимый характер.

Буквально пару слов о вторичной обработке радиолокационной информации. Обычно это определение параметров движения, траекторий, прогнозирование параметров и траекторий, оценка степени угрозы и тд. Как правило, РЛС не в состоянии напрямую классифицировать цель по внешнему виду, так как обычно работает с отметкой от цели как с одной блестящей точкой. Это не значит, что законы природы запрещают напрямую классифицировать цель. Существуют масса методов, позволяющих это сделать. Например, сверхразрешение по дальности. Это возможно при точности определения координат, соизмеримой с размерами характерных элементов конструкции. Тогда структура отраженного сигнала будет зависеть от геометрической конфигурации цели. Однако для разрешения порядка одного метра нужны длительности зондирующего импульса 10нс. Очень мало для получения сколь либо приемлемой дальности. Или многочастотный метод, когда облучение цели осуществляется сигналом, имеющим в своем составе сугубо разные несущие частоты. Так как цель имеет сложную конфигурацию, то отраженный сигнал будет иметь на разных частотах разную интенсивность. Соотношение интенсивности сигнала на разных частотах будет определяться геометрией цели. Но при этом обработка идет на разных частотах по отдельности, значит, мощность делится пропорционально количеству частот, опять падает дальность. И так для каждого метода – или резкое падение дальности, или невысокая точность распознавания, или очень большая сложность технической реализации. Поэтому степень угрозы определяется по траекторной информации. Например, цель с большой ЭПР, средневысотная, мало- и среднескоростная, неманевренная, болтающаяся за границей зоны поражения -– это воздушный КП или самолет РТР. То же, но сильно шумящее – тяжелый помехопостановщик. Маловысотная, скоростная, дозвуковая, редко, но интенсивно маневрирующая – крылатая ракета или ударник. Высотная за границей атмосферы, с параболической траекторией – баллистическая ракета. Но факторов гораздо больше, положение и направление относительно прикрываемого объекта и средств группировки, дальности, прогнозы траекторий и многое другое. По этим параметрам производится оценка степени угрозы, формируется очередь на отстрел и целераспределение.

Все описанное выше относится к классической однопозиционной РЛС с пассивным ответом. Однако этим разновидности РЛС не ограничиваются. Есть активные станции с активным ответом. К ним относятся диспетчерские станции управления воздушным движением и запросчики системы государственного опознавания. Есть многопозиционные РЛС у которых передающая и приемные (а их может быть больше одной) части разнесены на значительные расстояния. Есть станции вообще не измеряющие координаты цели, а только параметры ее движения, например скорость. Многие сталкивались с одним из их представителей. Есть РЛС, измеряющие только дальность, например всяческие дальномеры и авиационные высотомеры. Есть барьерные станции. Есть РЛС с синтезированной апертурой, иначе станции бокового обзора. И так далее. В зависимости от типа и назначения требования к системам РЛС и их параметрам могут в очень большой степени изменяться. К примеру, РЛС с синтезированной апертурой и ее требования к антенной системе. С одной стороны, для обеспечения требуемой дальности и помехоустойчивости она должна обладать высоким КУ, а значит и узким лучом. С другой стороны, для реализации максимальной угловой разрешающей способности и приемлемого диапазона по дальности, она должна быть слабонаправленной.
Если исключить математику, то принцип действия основан на зависимости величины доплеровского сдвига от азимута цели (курсового угла). Он пропорционален косинусу этого самого курсового угла. Если использовать идеальный монохроматический (на дальность пока наплюем) зондирующий сигнал (обладающий нулевой шириной спектра), ненаправленную антенну, а в приемнике узкополосный фильтр, то ширина эквивалентной ДН по выходному сигналу будет определяться шириной полосы пропускания этого самого узкополосного фильтра. А положение луча - центральной частотой его полосы пропускания. И чем выше скорость носителя, тем уже ширина эквивалентной ДНА при фиксированной полосе пропускания фильтра.
Однако на дальность наплевать не получается, так как для получения радиолокационной картинки нужна вторая угловая координата. А она получается как арккосинус отношения высоты полета к наклонной дальности.
Дальность меряем импульсным методом. А так как ширина спектра резко увеличивается, то примитивная фильтрация становится возможной лишь при запредельных скоростях носителя. Поэтому применяются более хитрые корреляционные способы обработки. И чем больше выборка, тем точнее эта обработка. А большая выборка может получиться при широкой азимутальной ДН. Вот и приходится решать задачу оптимизации параметров антенны исходя из требуемой дальности и разрешающей способности.
Кстати, боковой обзор получается исходя из приведенных выше механизмов. Прямо спереди имеем плоскую вершину косинусоидальной зависимости доплеровского смещения от курсового угла, а значит малую углочастотную чувствительность. Максимальна она в районе 90 градусов, то есть перпендикулярно курсу. Прямо под носителем аналогично, нет зависимости угла места от дальности (грубо говоря - меряем высоту). Угломестная ДНА определяет полосу, захватываемую при обзоре на земле (дальность или вторая угловая координата в картинке). В результате антенна оказывается направленной вбок и под углом вниз и представляет собой узкую и длинную (в направлении полета) конструкцию. Причем угломестная ширина ДНА определяет угол вертикального обзора (дальность), а азимутальную эквивалентную ширину ДН определяет качество обработки. То есть, антенна напрямую не определяет угловые точности. Эти зависимости проявляются косвенно, через КУ, а значит максимальную дальность, зону обзора по углу места и степень накопления сигнала.

Принимаю замечания, исправления, уточнения. Отвечаю на дополнительные вопросы