1.4.4. Эпр поверхностно-распределенных целей

Наиболее распространенным типом поверхностно-распределенных целей является земная поверхность. Радиолокационные отражения от нее зависят как от параметров РЛС (длина волны, излучаемая мощность, размеры облучаемой площади, направление облучения, поляризация волны), так ж от характеристик самой поверхности (комплексная диэлектрическая проницаемость, степень шероховатости, неоднородность поверхностного слоя)

Эффективная диэлектрическая проницаемость очень сильно зависит от содержания влаги в почве. Однако для большинства земных покровов энергетический коэффициент отражения, рассчитанный для гладких поверхностей, практически всегда заключен в интервале от 0,15 до 0,25. Исключение составляют трава, леса, сельскохозяйственные культуры, где названная величина меняется от 0,03 до 0,45.

Неровности поверхностей весьма трудно поддаются математическому описанию, но относительно легко характеризуются качественно. В большинстве моделей рассеяния земной поверхностью используются статистические методы их описания, поскольку интерес в радиолокации представляет не какая-либо конкретная поверхность, а некоторый их класс. В большинстве моделей земной поверхности используются только два-три параметра (стандартные отклонения высоты, средние наклоны, интервалы корреляции).

Рассмотрение земной поверхности начнем о простейшей Ламбертовской модели, которую иногда называют абсолютно-шероховатой поверхностью. Введем, как это делалось для объемно-распределенных целей удельную ЭПР: , как среднюю ЭПР единицы площади (размерность м2/ м2). Электродинамическим представлением рассматриваемой поверхности может служить гладкая плоская поверхность, каждая элементарная площадка которой независимым случайным образом изменяет фазу падающей на нее волны. Рассеянное поле представляет собой в этом случае сумму парциальных волн со случайными фазами. Как известно, в этом случае происходит суммирование мощностей этих воли. Это значит, что падающая под углом волна наведет на элементарной площадке ток. пропорциональный" , а поскольку ДОР этой площадки также является , то ЭПР площадки площадью будет . Для поверхностно-распределенных целей вводят еще одни параметр - коэффициент обратного отражения (КОР) - , который определяется как , именно для него составлено большинство таблиц. На рис. 1.26 приведена зависимость от для разных типов поверхности.

Экспериментальные измерения показывают, что для очень многих статистически ровных поверхностей хорошей аппроксимацией нормированной ДОР выступает функция , где число меняется от 1 до 20 и даже 50…60.

Иногда полезным оказывается критерий Релея, по которому все поверхности делятся на гладкие и шероховатые. Рассмотрим волну, падающую на шероховатую поверхность под углом (рис 1.27).

Элементарное рассмотрение показывает, что разность хода лучей I и 2 на плоскости будет равна. Релей предложил считать поверхность гладкой при . Это значит, что, если наблюдение производится под углами , удовлетворяющими условию: или, если средняя высота неровностей : поверхность может рассматриваться как гладкая. При очень малых углах скольжения любая поверхность будет таковой. Например, при = 3 см и максимально допустимая высота неровностей будет 0,75 см, а при имеем 21,5 см.

Рассмотрим более детально явление рассеяния на шероховатой поверхности. Для этого обратимся к рис. 1.28а.

Выделим в падающей под углом к оси X два луча 1 и 2, которые приходят в точки А и В. После рассеяния на площадках около этих точек энергия распространяется во все стороны, что показано в виде лучей, исходящих из А и В. Выделим из них два параллельных 1´ и 2´, образующих угол , c нормалью. Найдем разность хода лучей 1 - 1´ и 2 - 2´ на плоскости , перпендикулярной лучам I´ и 2´ (рис. 1.28 б), которая, очевидно, будет равна разности отрезков (АД- СВ). Из рис. 1.28в легко видеть, что . Аналогично Таким образом, искомая разность хода и соответствующая им разность фаз будет:

Как видно, состоит из двух слагаемых, первое из которых при приближении к , т.е. к зеркальному направлению, обращается в нуль, и второе, которое этим свойством не обладает. Так как выбранные лучи I и 2 произвольны, это означает для всех точек (х,у) соблюдение равенства (1.62). Следовательно, при есть два компонента в рассеянном поде: один когерентный и другой некогерентный, который исчезает только для гладкой поверхности ( у=0). При больших шероховатостях, значительно превышающих длину волны, когерентная составляющая практически никакой роли не играет даже в зеркальном направлении. В не зеркальных направлениях волна полностью некогерентна.

Перейдем к нахождению ЭПР земной поверхности, наблюдаемой под некоторым углом к горизонту антенной радиолокатора, имеющей веерообразную диаграмму направленности о шириной (рис.I.29). Из рисунка легко найти, что разрешаемая площадка может быть найдена при помощи равенства:

где -разрешающая способность по дальности,

Таким образом, ЭПР земной поверхности можно найти по формуле ;

Для поверхностей, близких к диффузным, и с учетом равенства (1.63) получим:

При не очень высокой разрешающей способности по дальности площадка будет ограничена шириной диаграммы направленности Δψ антенны и во второй плоскости. Это приведет к следующему равенству:

Как видно, ЭПР протяженной целя пропорционален квадрату дальности.

Для поверхностно-распределенных целей значение удельной ЭПР зависит от длины волны и типа поверхности. Это наглядно иллюстрируется данными,, приведенными в следующей табл. 2.

Таблица 2