Радіолокаційні системи працюють з подвійними втратами на трасі поширення (туди й назад). Передавальна антена радара випромінює електромагнітну хвилю, яка опромінює ціль. Падаюче поле збуджує на провідній поверхні об'єкта високочастотні струми, які перевипромінюють вторинне розсіяне поле. Частина цієї відбитої енергії поширюється у зворотному напрямку та фіксується приймальною антеною.
Більшість сучасних РЛС є моностатичними (використовують спільну апертуру або розташовані поруч антени для передавання і приймання). У бістатичних системах передавач і приймач рознесені у просторі на значну відстань. Приймальний пункт у такій конфігурації є повністю пасивним, що забезпечує високу скритність і радіоелектронну живучість в умовах протидії.
Густина потоку потужності, що опромінює ціль
Густина потоку потужності падаючої хвилі $S_{\text{inc}}$ на відстані $R_T$ від передавача у напрямку $(\theta, \varphi)$ визначається як:
$$S_{\text{inc}} = \frac{P_T G_T(\theta, \varphi)}{4\pi R_T^2} \quad \left[\text{Вт/м}^2\right]$$де:
- $P_T$ — пікова потужність передавача на клемах антени,
- $G_T(\theta, \varphi)$ — коефіцієнт підсилення передавальної антени,
- $R_T$ — дальність від передавача до цілі.
Ефективна площа розсіювання цілі (ЕПР / RCS)
Ефективна площа розсіювання цілі (Radar Cross Section, $\sigma$) вимірюється в $\text{м}^2$ або в логарифмічних одиницях $\text{дБм}^2$ ($\text{дБ}\cdot\text{м}^2 = 10 \log_{10}[\sigma / 1\text{ м}^2]$). Фізично $\sigma$ дорівнює площі фіктивного ізотропного розсіювача, який би формував на вході приймача таку саму густину потужності, як і реальна ціль:
$$\sigma(\theta_r, \varphi_r, \theta_i, \varphi_i) = \frac{P_s(\theta_r, \varphi_r, \theta_i, \varphi_i)}{S_{\text{inc}}} = \frac{P_s}{\frac{P_T G_T}{4\pi R_T^2}}$$де:
- $P_s$ — еквівалентна потужність вторинного розсіювання в напрямку приймача,
- $(\theta_i, \varphi_i)$ та $(\theta_r, \varphi_r)$ — кути опромінення цілі та кути напрямку на приймач відповідно.
Рівняння дальності для бістатичного радара
Ціль розглядається як вторинне джерело, яке перевипромінює потужність у напрямку приймача на відстані $R_R$. Густина потужності на приймальній апертурі спадає обернено пропорційно $4\pi R_R^2$. З урахуванням ефективної площі приймальної антени $A_R$ потужність на вході приймача $P_{\text{rec}}$ становить:
$$P_{\text{rec}} = S_R \cdot A_R = \frac{P_T G_T \sigma}{(4\pi R_T^2)(4\pi R_R^2)} \cdot A_R$$Використовуючи фундаментальний зв'язок між підсиленням антени та її ефективною площею ($A_R = \frac{\lambda^2}{4\pi} G_R$), отримуємо класичне бістатичне рівняння радіолокації:
$$\frac{P_{\text{rec}}}{P_T} = \frac{G_T G_R \lambda^2 \sigma(\theta_r, \varphi_r, \theta_i, \varphi_i)}{(4\pi)^3 R_T^2 R_R^2}$$Рівняння дальності для моностатичного радара
У моностатичному випадку антена є спільною ($G_T = G_R = G$), траса поширення однакова в обидва боки ($R_T = R_R = R$), а кути прийому строго дзеркальні напрямку опромінення (моностатична ЕПР $\sigma$):
$$\frac{P_{\text{rec}}}{P_T} = \frac{G^2 \lambda^2 \sigma}{(4\pi)^3 R^4}$$Прийнятий сигнал у моностатичній РЛС спадає пропорційно четвертому степеню відстані ($1/R^4$), що зумовлює необхідність застосування високих потужностей випромінювання та значного підсилення антени ($G^2$).
Аналітична оцінка ЕПР плоскої пластини
Розглянемо плоску провідну пластину площею $A$, перпендикулярну до напрямку падаючої хвилі. Пластину можна трактувати як апертурну антену зі стовідсотковою ефективністю збору енергії ($A_R = A$). Потужність, перехоплена пластиною:
$$P_c = S_{\text{inc}} \cdot A = \frac{P_T G_T}{4\pi R_T^2} A$$Перехоплена енергія перевипромінюється пластиною як синфазною апертурою, що має власний коефіцієнт підсилення антени в нормальному напрямку:
$$G_P = \frac{4\pi A}{\lambda^2}$$Відповідно, еквівалентна ізотропно випромінена потужність відбитого сигналу становить:
$$P_s = P_c \cdot G_P = \left(\frac{P_T G_T}{4\pi R_T^2} A\right) \left(\frac{4\pi A}{\lambda^2}\right) = \frac{P_T G_T \cdot 4\pi A^2}{4\pi R_T^2 \lambda^2}$$Підставляючи це значення у формулу розрахунку ЕПР, отримуємо класичну формулу максимальної дзеркальної ЕПР плоскої пластини:
$$\sigma = \frac{P_s}{S_{\text{inc}}} = \frac{4\pi A^2}{\lambda^2}$$Для довільних кутів падіння $(\theta_i, \varphi_i)$ та розсіювання $(\theta_r, \varphi_r)$ через діаграми спрямованості апертури вираз узагальнюється:
$$\sigma(\theta_i, \varphi_i, \theta_r, \varphi_r) = \frac{\lambda^2}{4\pi} G_P(\theta_i, \varphi_i) \cdot G_P(\theta_r, \varphi_r)$$Особливості ЕПР антен (Structural Mode vs Antenna Mode)
Антена як радіолокаційна ціль має складніший механізм розсіювання, ніж суцільне металеве тіло, оскільки частина прийнятої потужності потрапляє у хвилевідний тракт та навантаження. Повна ЕПР антени складається з інтерференції двох компонент:
-
Структурна складова (Structural Mode):
Поле, яке розсіюється зовнішньою механічною конструкцією, корпусом та елементами антени при умові ідеально узгодженого навантаження (коли вся енергія в колі повністю поглинається без відбиття назад у розкрив).
-
Антенна складова (Antenna Mode):
Потужність, що приймається апертурою, доходить до вхідних терміналів (або приймача), відбивається через неідеальний коефіцієнт відбиття навантаження $\Gamma_L$ і повторно випромінюється апертурою назад у простір з діаграмою спрямованості цієї антени.
Якщо навантаження антени ідеально узгоджене ($\Gamma_L = 0$), антенна складова повністю зникає, а радіолокаційна помітність визначається суто структурною формою обтічника та конструкції.
Немає коментарів:
Дописати коментар