Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей (стр. 5 из 6)

Для обоснования границ данного диапазона частот необходимо отметить, что на современных самолетах и вертолетах различают, согласно, следующие виды вибраций:

– вибрации, возникающие при работе силовых установок цели – двигательные вибрации и вибрации от движения воздушных винтов;

– аэродинамические вибрации, связанные с особенностями обтекания воздушным потоком конструкций и отдельных частей цели;

– акустические вибрации;

– колебания типа «флатер».

Исследования, посвященные анализу работы двигательных установок летательных аппаратов показывают, что наибольшими по амплитуде смещения являются вибрации на частотах:

1. Для поршневых двигателей – Wкв, 2Wкв, Wв, NWв, где

Wкв-угловая скорость вращения коленчатого вала;

Wв-угловая скорость вращения винта;

N – количество лопастей винта.

2. Для турбовинтовых двигателей – Wв, NWв, Wр, где

Wр – угловая скорость вращения ротора.

3. Для турбореактивных двигателей Wр1, где

Wр1 – угловая скорость вращения первого ротора.

Данные вибрации порождают спектральные отклики на частотах 56… 300 Гц.

4. Для вертолетных двигателей – Wнв, КнвWнв, где

Wнв – угловая скорость вращения несущего винта;

Кнв – количество лопастей несущего винта.

Данные вибрации порождают спектральные отклики на частотах 2…14 Гц.

Исследования, посвященные аэродинамике полета летательных аппаратов показывает, что преобладающих по амплитуде аэродинамические колебания всегда очень близки или совпадают с частотами собственных колебаний конструкции. Наибольшими по амплитуде из этих колебаний являются колебания, соответствующие низким тонам собственных колебаний. При аэродинамических вибрациях конструкция летательного аппарата как бы является своеобразным фильтром, выделяющим только такие колебания, частота которых находятся в зоне резонанса с его собственной частотой. Поэтому, зная значения частоты собственной вибрации элементов конструкции, можно предсказать, на каких частотах вибрации будут максимальными по амплитуде.

В общем случае режим вибрации конструкции объектов, представляющий собой сумму вынужденных и собственных колебаний, определяются как интенсивностью и частотным спектром случайных внешних факторов, так и значениями соответствующих передаточных функций. Величины последних зависят от спектра собственных частот конструкции в целом, ее частей и элементов, а так же коэффициентов демпфирования. Если коэффициенты демпфирования сравнительно не велики, что выполняется на современных летательных аппаратах, то передаточные функции будут иметь большие коэффициенты усиления на всех частотах, совпадающих с собственными, т.е. спектр вибраций реальной конструкции будет в основном узкополосным и зависящим от конструктивных особенностей летательного аппарата.

Акустические вибрации так же имеют частоты, близкие к собственным частотам элементов конструкции и занимают спектральный диапазон 1,5…40 Гц.

Таким образом, для распознавания целей по спектру вибрации необходимо анализировать полосу частот 0…300 Гц.

Угловой шум. При наблюдении за объектом конечных размеров отраженный сигнал является результатом интерференции волн, отраженных от отдельных элементов цели. Флюктуации фазового фронта отраженной волны от сложной цели вызывает блуждание кажущегося источника эхо-сигнала в плоскости цели относительно физического центра цели и его угловое положение зависит от относительных амплитуд и фаз составляющих эхо-сигналов и их угловых положений.

Угловой шум выраженный в линейных единицах смещения кажущегося положения цели относительно «центра тяжести» распределения ее отражателей, не зависит от дальности. Типичные значения sаng для реальных самолетов находятся в пределах 0,15L…0,25L в зависимости от характера распределения основных отражающих элементов. Для небольшого самолета с одним двигателем, не имеющего каких-либо эффективных отражателей на крыле, значение sаng при облучении его с носа близко к 0,1L, тогда для большого самолета с двигателями, расположенными вне фюзеляжа, баками для горючего, размещенными на консолях крыла, значение приближается к 0,3L. При облучении этого самолета сбоку sаng также приближается к значению 0,3L.

Для небольшого самолета с размахом крыла 18 м типичное значение sаng равно 2,7 м, то квадрат радиуса вращения относительно «центра тяжести» для такого самолета равен 3,8 м.

Типичные значения ширины спектра углового шума при сильной турбулентности атмосферы для частот 8,5…10,7 ГГц носят низкочастотный характер и заключаются в пределах от 1 Гц – для небольшого самолета, до 2,5 Гц – для большого самолета в интервале частот 0…6 Гц. Для более низких частот диапазона и менее турбулентности атмосферы ширина спектра уменьшается.

Таким образом, эффективная ширина спектра угловых флюктуаций равна 1…6 Гц.

Значения sаng для целей сложной формы является в сущности постоянной величиной, не зависящий ни от высокой несущей частоты РЛС, если размеры цели равны по крайней мере нескольким длинам волн, ни от скорости случайных движений цели. Спектральное распределение мощности углового шума непосредственно зависит от высокой частоты, турбулентности атмосферы и других параметров.

Угловые ошибки, вызванные угловым шумом, обратно пропорциональны дальности, то влияние этого шума сказывается главным образом на средних и малых дальностях.

Поляризационный шум. Поляризация эхо-сигнала от сложной цели в общем случае отличается от поляризации зондирующего сигнала. Хотя поляризация зондирующего сигнала обычно преобладает в отраженном сигнале, сигнал от отражателей сложной формы и комбинации таких отражателей имеют составляющие с другими видами поляризации. Это означает, что цель со сложной конфигурацией изменяет поляризацию отраженного сигнала, вариация которого эквивалентна некоторому шуму.

Деполяризация радиолокационного сигнала при отражении его от цели вызывает некоторую потерю энергии эхо-сигнала. Измерения показывают, что при линейной поляризации эхо-сигнала преобладает такая же поляризация, как и поляризация излучаемого сигнала, а составляющая ортогональной поляризации, вызванная деполяризующими свойствами сложной цели, на 7–12 дБ ниже.

Полное описание поляризационных свойств цели дается поляризационной матрицей рассеяния, имеющий вид:

, где

di, j – комплексные коэффициенты, характеризующие амплитуду и фазу отраженного от цели сигнала при облучении ее ортогональными поляризационными компонентами электромагнитной волны и приеме отраженного сигнала в ортогональном поляризационном базисе.

Величина деполяризации и фаза кроссполяризационной составляющей сигнала, по сравнению с основной составляющей, описываются элементами d12 и d 21 матрицы.

Деполяризующие свойства целей зависят от их размеров и сложности конфигурации и могут быть существенно различными для разных классов целей.

Например, простая по форме ракета слабо деполяризует сигнал, тогда составляющая d 12 для самолета может достигать 10 дБ и более от уровня составляющей d 11. Таким образом, поляризационная матрица рассеяния может рассматриваться как поляризационный портрет цели.

Шум дальности. Относительные амплитуда и фаза эхо-сигналов от отдельных частей сложной цели и их дальность относительно РЛС влияют на положение «центра тяжести» видеоимпульса при типичном методе сопровождения целей по дальности – определение «центра тяжести» площади видеоимпульса электронным интегрированием. Случайные перемещения цели и ее элементов вызывают изменения во времени этих параметров, а также результирующей дальности. Шум, вызванный флюктуациями дальности сложной цели приводит к ошибке слежения по координате дальности.

В работе приводятся результаты измерений случайных флюктуаций дальности при измерениях по небольшому, большому самолетам и по группе самолетов, устанавливающие связь шума дальности с распределением отражательной способности целей по координате дальности. Среднеквадратическая ошибка измерения дальности с достаточной точностью равна 0,8 радиуса перемещения распределенных отражающих поверхностей цели по дальности или в типичном случае можно принять равной от 10% до 30% от протяженности цели по координате дальности: 30% – для случаев наблюдения самолетов с носа и хвоста и 10% – сбоку.

Форму спектра можно оценить с хорошим приближением, пользуясь функцией для частоты и тем же значением ширины полосы, что и при вычислении спектра углового шума

N – спектральная плотность мощности шума;

В-ширина полосы шума;

f – частота;

sang – среднеквадратичное значение углового шума.

Возможность захвата желаемой спектральной линии доплеровской следящей системой также ограничивается этим шумом. Шум дальности ограничивает точность измерения скорости, определяемой как производная от дальности во времени и может быть помехой при выборе правильной спектральной линии для слежения.

Спектральное распределение энергии и функции плотности вероятности отражают довольно точную связь шума дальности цели с ее конфигурацией или распределением отражательной способности цели по координате дальности.

Доплеровский шум. Для случая ближней радиолокации по мере сближения цели с РЛС ее угловой размер непрерывно растет. Поскольку направления на отдельные точки и относительные радиальные скорости различаются между собой и имеются нормальные случайные движения цели в полете, отраженные от различных ее участков сигналы слегка отличаются по доплеровской частоте, т.е. спектр отраженного сигнала содержит не одну доплеровскую линию, а является сплошным, с максимумом у средней доплеровской частоты, обусловленной радиальной скоростью цели. Ширина спектра отраженного сигнала растет с увеличением размеров цели.