Устройство радиолокационной отражающей цели с уменьшенной эффективной площадью рассеяния

 

Изобретение относится к области радиолокационной техники. Техническим результатом является снижение уровня радиолокационного отражения от цели в широком секторе углов локации. Устройство цели состоит из одинаковых, соприкасающихся друг с другом боковыми гранями отражающих элементов, различно пространственно разнесенных относительно внешних граней и ориентированных в направлении на источник высокочастотной энергии. Придание внешним граням формы шарового сегмента позволяет снизить уровень обратного отражения от цели до 12 дБ и более в широком секторе углов локации. 8 ил.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для снижения уровня сигнала отраженного от цели. При этом поверхности цели придают такую сложную структуру, которая обеспечивает снижение отраженной высокочастотной энергии за счет интерференционного эффекта.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является радиолокационная отражающая цель с уменьшенным поперечным сечением (фиг. 1), содержащая несколько одинаковых, соприкасающихся друг с другом боковыми гранями 1 отражающих элементов 2, расположенных вдоль по меньшей мере одного линейного физического размера и различно пространственно разнесенных относительно внешних граней 3 в направлении, совпадающем с направлением на источник высокочастотной энергии и перпендикулярном указанному линейному размеру [1].

Недостатком данного устройства радиолокационной отражающей цели является то, что такая структура в основном ослабляет отраженную высокочастотную энергию при нормальном падении к поверхности цели. При других углах локации элементы, составляющие поверхность цели, отражают сигналы различные не только по фазе, но и по амплитуде и, таким образом, не обеспечивают взаимного уничтожения сигналов друг другом. При этом за счет случайного сложения отраженных сигналов уровень отражений в широком спектре углов локации значительно возрастает. Это вызвано следующими основными причинами: внешние плоские грани отражающих элементов являются невсенаправленными отражателями, поэтому под разными углами отраженные от них сигналы будут существенно отличаться по амплитуде; произвольный пространственный разнос отражающих элементов перпендикулярно линейному размеру цели создает сложную периодическую структуру двугранных (m) и трехгранных (n) уголковых отражателей (фиг. 2) с разной эффективной площадью рассеяния (ЭПР), что дополнительно обеспечивает высокий уровень отраженного сигнала.

Целью настоящего изобретения является снижение уровня радиолокационных отражений от устройства цели в широком секторе углов локации.

Поставленная цель достигается тем, что внешним граням отражающих элементов придают форму шарового сегмента (фиг. 3), при этом его размеры определяются следующими соотношениями: b ≥ 3λ ; R = b, где b - характерный размер внешней грани отражающего элемента; λ - длина волны источника высокочастотной энергии; R - радиус шара, образующего поверхность сегмента.

Выбор данной формы внешних граней отражающих элементов определяется следующими факторами.

Известно, что для выпуклой отражающей поверхности, какой является шаровой сегмент, при падении на него плоской волны определяющую роль играет первая зона Френеля. Первая зона Френеля определяется как участок отражающей поверхности, заключенный между двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном λ 4, и перпендикулярными направлению на источник излучения, при этом одна из плоскостей касательна к отражающей поверхности [2] . Естественно, что при изменении направления прихода волны от источника высокочастотной энергии положение первой зоны Френеля соответствующим образом смещается в пределах внешней поверхности шарового сегмента, при этом уровень отраженного сигнала можно считать постоянным, а эффективную площадь рассеяния (ЭПР) элемента равной ЭПР шара, образующего поверхность сегмента, согласно выражению [3] σ = πR², при условии, что λ >> R, где π = 3,1415926.

Таким образом, несколько шаровых сегментов в широком секторе углов локации отражают сигналы одинаковой амплитуды, которые, в свою очередь, за счет фазовых различий могут взаимно уничтожать друг друга.

Вторым фактором в пользу выбора данной формы внешних граней отражающих элементов является возможность исключить двугранные и трехгранные уголковые отражатели, образованные боковыми и внешними гранями соседних элементов (фиг. 2). Поясним данное утверждение на примере двумерной поверхности цели. В устройстве-прототипе за счет пространственного разноса внешних граней каждый отражающий элемент с участием соседних элементов образует четыре трехгранных уголковых отражателя с прямоугольными гранями n (фиг. 2). При этом внешняя грань элемента является общей для всех четырех отражателей. Такого рода отражатели имеют относительно биссектрисы к каждому из углов широкую диаграмму обратного отражения, ширина главного лепестка которой не зависит от размеров граней и составляет на уровне половинной мощности примерно 32^o [4]. Если допустить, что средний характерный размер каждой из граней равен b, то максимальное значение ЭПР (σ_m) такого отражателя определяется выражением [4].

где b - средний характерный размер внешней грани отражающего элемента, π = 3,1415926, λ - длина волны источника высокочастотной энергии.

При условии, что b ≥ 3λ , такие трехгранные уголковые отражатели гарантированно обеспечивают уровни ЭПР от 1 до 10 м² и более. Даже в случае трехгранный уголок имеет гораздо большую ЭПР, чем приблизительно равные ему по размеру сферы или шаровые сегменты [4]. Аналогичным образом для одномерной поверхности цели будем иметь дело с двугранными уголковыми отражателями m (фиг. 2), которые в плоскости максимального размера цели при обратном отражении формируют главные лепестки с несколько меньшей шириной - до 30^o и максимальным значением ЭПР, определяемым выражением [4].

Таким образом, пространственно разнесенные внешние грани в устройстве цели - прототипе создают равновеликие уголковые отражатели, которые, в свою очередь, обеспечивают в широком секторе (от 0 до 90^o) высокий уровень отраженного сигнала по сравнению с сигналом, отраженным от эквивалентной по размеру плоской металлизированной пластины [4].

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 4, 5, 6, 7 и 8, на которых представлены устройства целей, а также результаты их исследований в условиях открытого радиолокационного измерительного комплекса [5].

На фиг. 4 представлена одномерная схема предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР.

На фиг. 5 - одномерная схема устройства цели - прототипа (b = 7,5λ ).

На фиг. 6 представлена плоская прямоугольная металлизированная пластина размером (100λ x 5λ ), равная двум предыдущим устройствам.

На фиг. 7 приведены зависимости величины ЭПР (σ) (50 дБ соответствует σ = 1 м²) устройства целей и пластины от угла локации Θ на длине волны 0,86 см, где
c - диаграмма обратного отражения предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР;
d - диаграмма обратного отражения устройства цели - прототипа;
e - диаграмма обратного отражения металлизированной пластины.

На фиг. 8 приведены интегральные законы распределения ЭПР (P(σ)) предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР (i), устройства цели - прототипа (k) и металлизированной пластины (l) в секторе углов локации (Θ) от 0 до 90^o относительно нормали к поверхности.

Сравнительный анализ результатов исследований показывает (Акт испытаний. . . ), что значения ЭПР предлагаемого устройства цели по уровню вероятности 0,5 в секторе углов 0...90^o меньше на 12,5 дБ чем у устройства цели-прототипа. Таким образом, предлагаемое устройство цели более эффективно для снижения уровня обратного радиолокационного отражения. Диаграмма обратного отражения плоской металлизированной пластины иллюстрирует потенциальные возможности по снижению обратного отражения в секторе углов, отличном от нормального падения волны. При нормальном падении волны пластина уступает предлагаемому устройству цели: уровень отражения от нее превышает уровень отражения от предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР более чем на порядок. Очевидно, что предлагаемое техническое решение пригодно как к одномерным, так и к двумерным поверхностям и может обеспечивать снижение радиолокационных отражений в широком секторе углов локации таких транспортных средств как автомобили, корабли и самолеты.

Устройство цели несложно в реализации, для его изготовления не требуется значительных материальных затрат.

Источники, принятые во внимание при составлении описания и формулы
1. Радиолокационная отражающая цель с уменьшенным поперечным сечением, МКИ H 01 Q 15/00, 15/14. Европейский патент WO 90/13926 от 15.11.90. (Публикация 901115, 26) (Прототип).

С. А. Вакин, Л.Н.Шустов. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов.радио. 1968. Стр.350.

3. И. Н. Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике. М.: Наука. 1986. Стр.189.

4. В.О.Кобак. Радиолокационные отражатели. М.: Сов.радио, 1975.

5. А.С. Сумин и др. Экзамен для "невидимок". АВИА-панорама" 6, 1997 г.

Формула изобретения

Устройство радиолокационной отражающей цели с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, содержащее несколько одинаковых, соприкасающихся друг с другом боковыми гранями отражающих элементов, распределенных вдоль по меньшей мере одного линейного размера и различно пространственно разнесенных относительно внешних граней в направлении, совпадающем с направлением на источник высокочастотной энергии перпендикулярно указанному линейному размеру, отличающееся тем, что внешним граням отражающих элементов придают форму шарового сегмента, при этом его размеры определяются следующими соотношениями
b ≥ 3λ, R = b,
где b - характерный разме6р внешней грани отражающего элемента;
λ - длина волны источника высокочастотной энергии;
R - радиус шара, образующего поверхность сегмента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8