Способ измерения эффективной поверхности рассеяния участков крупногабаритных объектов
Владельцы патента RU 2560935:
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для экспериментальной оценки вклада участков крупногабаритного объекта, например авиационного турбореактивного двигателя, в интегральную величину эффективной поверхности рассеяния двигателя. Достигаемый технический результат - определение эффективной поверхности рассеяния участков объекта для различных ракурсов. Указанный результат достигается за счет того, что способ измерения эффективной поверхности рассеяния крупногабаритных объектов включает установку объекта на опорно-поворотное устройство, измерение фона, эталонирование неподвижного объекта при его полном укрытии радиопоглощающим материалом, облучение и определение мощности отраженных сигналов при вращении объекта вокруг вертикальной оси, при этом объект разбивают на участки, измеряют мощность отраженных сигналов от участков при последовательном удалении с них радиопоглощающего материала и определяют ЭПР участков, затем получают интегральную ЭПР методом сравнения измерений, проведенных в штатном состоянии и с замаскированным участком, при этом относительный вклад каждого участка объекта в интегральную ЭПР в заданном угловом секторе определяют в соответствии с выражением:
где - средние значения ЭПР объекта в штатном состоянии и с замаскированным участком соответственно. В качестве радиопоглощающего материала используют материал с коэффициентом отражения электромагнитного излучения на металлической поверхности не более -20 дБ в рабочем диапазоне частот и поляризации электромагнитного излучения. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для экспериментальной оценки вклада участков крупногабаритного объекта, например авиационного турбореактивного двигателя, в интегральную величину эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) двигателя. Такая оценка важна для специалистов, разрабатывающих способы и средства уменьшения ЭПР двигателя, поскольку позволяет выявить наиболее критические узлы, вносящие основной вклад в ЭПР двигателя.
Параметрами рассеянной радиолокационной целью электромагнитной волны являются амплитуда и фаза. Амплитуда рассеянной радиолокационной целью электромагнитной волны определяет ЭПР цели. ЭПР - величина, характеризующая радиолокационную заметность цели. От величины ЭПР зависят дальность и вероятность обнаружения цели радаром. В военном деле стремятся уменьшить ЭПР объектов, чтобы они были менее заметны для радаров противника.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является известный способ измерения эффективной поверхности рассеяния крупногабаритных объектов, включающий установку объекта на опорно-поворотное устройство, измерение фона, эталонирование неподвижного объекта, облучение и определение мощности отраженных сигналов при вращении объекта вокруг вертикальной оси. Эталонирование неподвижного объекта осуществляют в момент, когда его проекция на заднюю стенку минимальна, для чего объект со стороны облучения закрывают радиопоглощающим экраном и компенсируют остаточные отражения. Затем устанавливают эталонный отражатель с известной ЭПР перед радиопоглощающим материалом и определяют мощность сигнала, отраженного от эталонного отражателя с известной ЭПР. По мощности отраженного сигнала при вращении объекта вокруг вертикальной оси вычисляют ЭПР объекта (RU 2488135 C1, G01S 13/10, 20.07.2013).
Однако известный способ не позволяет оценить вклад участков объекта в интегральную величину его ЭПР, поскольку рассматривает сразу весь объект без анализа его составляющих.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения ЭПР участков объекта, приближение к реальным условиям компоновки.
Ожидаемый технический результат заключается в определении ЭПР участков объекта для различных ракурсов наблюдения.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что известный способ измерения эффективной поверхности рассеяния крупногабаритных объектов, включающий установку объекта на опорно-поворотное устройство, измерение фона, эталонирование неподвижного объекта при его полном укрытии радиопоглощающим материалом, облучение и определение мощности отраженных сигналов при вращении объекта вокруг вертикальной оси, отличается тем, что объект разбивают на участки, измеряют мощность отраженных сигналов от участков при последовательном удалении с них радиопоглощающего материала и определяют ЭПР участков, затем получают интегральную ЭПР методом сравнения измерений, проведенных в штатном состоянии и с замаскированным участком, при этом относительный вклад каждого участка объекта в интегральную ЭПР в заданном угловом секторе определяют в соответствии с выражением:
где 
- средние значения ЭПР объекта в штатном состоянии и с замаскированным участком соответственно. В качестве радиопоглощающего материала используют материал с коэффициентом отражения электромагнитного излучения на металлической поверхности не более -20 дБ в рабочем диапазоне частот и поляризации электромагнитного излучения.
Опишем сущность предлагаемого изобретения.
Объект размещают на опорно-поворотном устройстве, что позволяет определять ЭПР участков объекта для различных ракурсов наблюдения. Угловой сектор измерений может составлять как полный оборот (360°) в горизонтальной плоскости, так и отдельные его сектора для заданных фиксированных углов места объекта.
В ходе подготовки и проведения измерений осуществляется оценка и исключение (снижение) влияния вспомогательного оборудования, погодных условий и многолучевого распространения радиоволн на измерительной трассе радиолокационного измерительного комплекса на результаты измерений средних значений ЭПР объекта в заданных угловых секторах. С этой целью принимаются меры по снижению уровня отражений от опорно-поворотного устройства, подстилающей поверхности измерительной трассы и контроля метрологических характеристик комплекса в процессе экспериментальных исследований радиолокационной заметности объекта. Для этого в ходе измерений используют радиопоглощающий материал с коэффициентом отражения электромагнитного излучения на металлической поверхности не более -20 дБ в рабочем диапазоне частот. Для обеспечения достаточного качества измерения амплитудных диаграмм обратного рассеяния участков объекта требуется, чтобы электромагнитный фон объекта при эталонировании был достаточно мал. Поэтому коэффициент отражения электромагнитного излучения радиопоглощающего материала на металлической поверхности должен составлять значение, характерное для современных образцов радиопоглощающих материалов, - не более -20 дБ в рабочем диапазоне частот электромагнитного излучения. При большем значении коэффициента отражения радиопоглощающего материала объект может значительно отражать электромагнитное излучение при эталонировании и тем самым ухудшать качество измерения амплитудных диаграмм обратного рассеяния участков объекта.
Измерение фона осуществляют для оценки минимального значения ЭПР. Для этого измеряют мощность отраженных сигналов от вращающегося объекта, полностью укрытого радиопоглощающим материалом.
Эталонирование осуществляют для калибровки приемных трактов приемно-передаточной системы. Эталонирование неподвижного объекта выполняют при полном его укрытии радиопоглощающим материалом. Для этого объект с помощью опорно-поворотного устройства устанавливают в положение с минимальной величиной эхосигнала в направлении радиоизмерительного комплекса. Перед объектом устанавливают эталонный отражатель, размещенный на малой поворотной платформе, которую приводят во вращение и измеряют мощность отраженных сигналов. В качестве эталонного отражателя используют аттестованные металлические цилиндры и трехгранные уголковые отражатели с ЭПР, превышающей ЭПР остаточного фона комплекса на 20 дБ и более. Выполнение измерений в предлагаемом способе проводится методом относительных измерений интегральной ЭПР, при котором производится измерение и последующее сравнение мощности сигнала, отраженного от объекта, с мощностью сигнала, отраженного от эталонного отражателя.
Для оценки относительного вклада в ЭПР объекта его участков, а также эффективности применения на нем специальных средств снижения заметности используется метод сравнения, предполагающий проведение измерений ЭПР для двух состояний объекта: штатного и с использованием материалов, изменяющих отражательные свойства объекта (его участков) путем экранировки или маскировки радиопоглощающим материалом. Для этого последовательно освобождают от радиопоглощающего материала интересующие участки объекта, каждый раз измеряя амплитудную диаграмму обратного рассеяния объекта. Измерения осуществляют при вращении объекта на опорно-поворотном устройстве. В случае исследования авиационного турбореактивного двигателя проводят измерение ЭПР таких участков, как вход в двигатель (внешний направляющий аппарат), сопло, причем как внешняя поверхность, так и внутренняя (сверхзвуковые створки), фронтовое устройство, кок.
Экспериментальные данные обрабатывают и получают угловые диаграммы ЭПР и статические характеристики ЭПР в заданных секторах наблюдения объекта. Оценку относительного вклада участка двигателя в его интегральную ЭПР в заданном угловом секторе определяют в соответствии с выражением:
где 
- средние значения ЭПР объекта в штатном состоянии и с замаскированным участком соответственно.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Авиационный турбореактивный двигатель 117С устанавливают на опорно-поворотное устройство таким образом, чтобы его центр масс совпадал с осью вращения платформы. Выполняют мероприятия, направленные на снижение уровня отражений от устройства позиционирования объекта. Для этого двигатель, опорно-поворотное устройство и покрывающую поверхность полностью закрывают радиопоглощающим материалом РАН-68 с коэффициентом отражения электромагнитного излучения на металлической поверхности не более -25 дБ в рабочем диапазоне частот радиолокационной станции. Испытуемый двигатель устанавливают в исходное положение относительно радиоизмерительного комплекса путем поворота платформы опорно-поворотного устройства на требуемый угол. Опорно-поворотное устройство приводят во вращение и осуществляют прием и регистрацию эхосигналов для вертикальной и горизонтальной поляризации зондирующего сигнала. Получают минимальное фоновое значение ЭПР. Осуществляют калибровку приемных трактов приемно-передаточной системы, для чего на малоотражающей опоре с малой поворотной платформой в рабочем объеме радиолокационного измерительного комплекса размещают металлический цилиндр и ориентируют его на антенну ППС. Для снижения влияния испытуемого объекта на результаты калибровки его устанавливают в положение с минимальной величиной эхосигнала в направлении радиоизмерительного комплекса. Включают вращение малой поворотной платформы и осуществляют прием и регистрацию эхосигналов от эталонного отражателя для вертикальной и горизонтальной поляризации зондирующего сигнала. Для оценки вклада участков двигателя в ЭПР последовательно освобождают от радиопоглощающего материала вход в двигатель, срез сопла, внешнюю поверхность сопла. После проведения раскрытия каждого перечисленного участка включают вращение опорно-поворотного устройства и выполняют измерения диаграмм ЭПР объекта путем его зондирования, приема и регистрации амплитуды эхосигналов синхронно с текущим значением угла поворота платформы. При окончании каждой серии измерений платформу опорно-поворотного устройства останавливают. Экспериментальные данные обрабатывают и оценивают относительный вклад каждого исследуемого участка двигателя в его интегральную ЭПР в заданном угловом секторе.
Предлагаемый способ позволяет определить вклад каждого участка объекта измерения в ЭПР объекта и снизить трудозатраты на разработку мероприятий по защите конкретных участков. Предлагаемый способ также позволяет проводить измерения с погрешностью измерений интегральной ЭПР, не превышающей 1 дБ (для объекта с ЭПР≥1 м2 при отношении «сигнал/фон», равном или более 20 дБ), с вероятностью 0,95.
1. Способ измерения эффективной поверхности рассеяния крупногабаритных объектов, включающий установку объекта на опорно-поворотное устройство, измерение фона, эталонирование неподвижного объекта при его полном укрытии радиопоглощающим материалом, облучение и определение мощности отраженных сигналов при вращении объекта вокруг вертикальной оси, отличающийся тем, что объект разбивают на участки, измеряют мощность отраженных сигналов от участков при последовательном удалении с них радиопоглощающего материала и определяют ЭПР участков, затем получают интегральную ЭПР методом сравнения измерений, проведенных в штатном состоянии и с замаскированным участком, при этом относительный вклад каждого участка объекта в интегральную ЭПР в заданном угловом секторе определяют в соответствии с выражением:
где 
- средние значения ЭПР объекта в штатном состоянии и с замаскированным участком соответственно.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве радиопоглощающего материала используют материал с коэффициентом отражения электромагнитного излучения на металлической поверхности не более -20 дБ в рабочем диапазоне частот и поляризации электромагнитного излучения.
