სადაც S=ab; x =. (7.8)

RCS-ის დამოკიდებულებას დასხივების კუთხეზე ეწოდება სამიზნე გაფანტვა. ბრტყელ ფურცელს აქვს სკატერ ნაკვეთი, რომელიც აღწერილია ფორმის (sinx/x)2 ფუნქციით.

ფურცლის ზომისა და ტალღის სიგრძის დიდი შეფარდებისას, გაფანტვის დიაგრამა იქნება ძალიან მკვეთრი, ანუ, α-ს მატებასთან ერთად, ფურცლის RCS მნიშვნელობა მკვეთრად იცვლება σc ფუნქციის შესაბამისად, ზოგიერთი მიმართულებით მცირდება ნულამდე.

რიგი აპლიკაციებისთვის სასურველია RCS-ის მაღალი მნიშვნელობის შენარჩუნება დასხივების კუთხის ფართო დიაპაზონში. ეს აუცილებელია, მაგალითად, რეფლექტორების გამოყენებისას, როგორც პასიურ რადიო შუქურებს. ამ ქონებას აქვს კუთხის რეფლექტორი.

EPR კუთხის რეფლექტორი. კუთხის რეფლექტორი შედგება სამი ერთმანეთის პერპენდიკულარული ლითონის ფურცლისგან, მას აქვს რადიოტალღების ასახვის თვისება დასხივების რადარის მიმართულებით, რაც აიხსნება რეფლექტორის კედლებიდან სამმაგი არეკვით, რომელსაც ტალღა განიცდის, თუ დასხივების მიმართულება ახლოსაა. კუთხის რეფლექტორის სიმეტრიის ღერძი (45 ° მყარი კუთხით). კუთხის რეფლექტორის RCS-ის გამოთვლის ფორმულა:

a=1 მ და λi=10 სმ-ზე კუთხის ამფლექტორის EPR σуo = 419 მ2. ამრიგად, კუთხის ამფლექტორის RCS გარკვეულწილად მცირეა ბრტყელი ფირფიტის RCS-ზე, ზომებით a = b = l m. თუმცა, კუთხის რეფლექტორი ინარჩუნებს დიდ RCS მნიშვნელობას საკმაოდ ფართო სექტორში, ხოლო ფირფიტის RCS მცირდება. მკვეთრად დასხივების მიმართულების ნორმალურიდან უმნიშვნელო გადახრით.

ბიკონუსური რეფლექტორები, რომლებიც შედგება ორი იდენტური ლითონის კონუსისგან, ასევე გამოიყენება როგორც პასიური რადარის შუქურები ზღვაზე. თუ კონუსების გენერატრიკულებს შორის კუთხე არის 90°, მაშინ სხივი, კონუსების ზედაპირიდან ორმაგი არეკვლის შემდეგ, მიმართულია რადარისკენ, რაც უზრუნველყოფს RCS-ის დიდ მნიშვნელობას. ორკონუსური რეფლექტორის უპირატესობა არის მისი ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში ერთგვაროვანი გაფანტვის ნიმუში.

EPR ბურთი. იდეალურად გამტარი გლუვი ზედაპირის მქონე დიდი (რადიუსის λu-სთან შედარებით) ბურთის RCS-ის დასადგენად შეიძლება გამოვიყენოთ ფორმულა (5.3). σsh =4π rsh2 (7.10)

ამრიგად, ბურთის RCS უდრის მისი განივი კვეთის ფართობს, მიუხედავად ტალღის სიგრძისა და დასხივების მიმართულებისა:

ამ თვისების გამო, კარგად გამტარი ზედაპირის მქონე დიდი ბურთი გამოიყენება როგორც მინიშნება რეალური ობიექტების RCS-ის ექსპერიმენტული გაზომვისთვის, ასახული სიგნალების ინტენსივობის შედარების გზით. როდესაც ბურთის რადიუსის თანაფარდობა ტალღის სიგრძესთან მცირდება rsh /λi ≤2 მნიშვნელობებამდე, ფუნქცია σsh/π rsh2 აქვს რამდენიმე რეზონანსული მაქსიმუმი და მინიმუმი, ანუ ბურთი იწყებს ვიბრატორივით ქცევას. ბურთის დიამეტრით λi/2-თან ახლოს, ბურთის RCS ოთხჯერ აღემატება მისი კვეთის ფართობს. პატარა ბურთისთვის rsh ≤λ და /(2π) EPR განისაზღვრება რეილის დიფრაქციის ფორმულით

σsh =4.4 104 rsh6 / λi4 (7.11)

და ხასიათდება ძლიერი დამოკიდებულებით დასხივების რადიოტალღების ტალღის სიგრძეზე. ეს შემთხვევა ხდება, მაგალითად, როდესაც რადიოტალღები აირეკლება წვიმის წვეთებიდან და ნისლიდან. წყლის დიელექტრიკული მუდმივის მნიშვნელობის გათვალისწინებით (ε = 80), წვიმის წვეთების EPR σk =306 dk6 / λi4 სადაც dk არის წვეთების დიამეტრი.

7.3. ობიექტების ეფექტური გაფანტვის არეალი

ხშირად პრაქტიკაში საჭიროა განვსაზღვროთ მიღებული ასახული სიგნალი, რომელიც შექმნილია რამდენიმე ობიექტის ან ელემენტარული რეფლექტორების სიმრავლის მიერ, რომლებიც განაწილებულია ზედაპირზე ან რადარის გამოკვლევის სიგნალებით გამოსხივებულ მოცულობაში. ამრიგად, დედამიწის ზედაპირის გამოსაკვლევ თვითმფრინავის რადარის ინდიკატორის ეკრანზე, გამოსახულება იქმნება CRT სხივის სიკაშკაშის მოდულირებით დედამიწის ზედაპირის შესაბამისი მონაკვეთებიდან ასახული სიგნალებით ან გადაწყვეტილი მოცულობით, რომელიც მონაწილეობს ფორმირებაში. მიღებული სიგნალი მიმღების შესასვლელში. იმპულსური რადარისთვის, რომელსაც აქვს საცდელი პულსის ხანგრძლივობა τu, ქვედა სიგანე ჰორიზონტალურ და ვერტიკალურ სიბრტყეებზე D>> τ და s/2 მანძილზე, ამოხსნილი მოცულობა V0 ტოლი იქნება ცილინდრის მოცულობის h= τand სიმაღლით. c/2 და ფუძის ფართობი s=pab V0 =h s.

თუ სივრცის ერთეული მოცულობა შეიცავს n1 შემთხვევით განლაგებულ რეფლექტორს იგივე RCS ტოლი σC, მაშინ ყველა რეფლექტორის RCS-ის საშუალო სტატისტიკური მნიშვნელობა გადაწყვეტილ მოცულობაში არის σc = σc n V0. (7.12)

წვიმის შემთხვევაში, σt არის წვიმის წვეთის RCS გამრავლებული ვიბრატორების რაოდენობაზე ერთეულ მოცულობაზე n1 და დაკავშირებულია წვიმის I ინტენსივობასთან (მმ/სთ). გამოთვლების გასამარტივებლად შეგიძლიათ გამოიყენოთ კონკრეტული RCS ერთეულის მოცულობაზე σc = σc n1 (m-1), რომელიც შეიძლება გამოითვალოს ფორმულების გამოყენებით

σо =6 10-14 I1.6 λi-4 (წვიმისთვის); (7.13)

σо =6 10-13 I2 λi-4 (თოვლისთვის). (7.14)

დიპოლური რეფლექტორების ღრუბლიდან (მეტალიზებული ლენტები) ასახული სიგნალების გაანგარიშებისას ასევე გამოიყენება სპეციფიური RCS, რომელიც თვითნებური ორიენტირებით λi/2 სიგრძის დიპოლების სივრცეში.

σvo =0,11 λi2 n1. /მ2/. (7.15)

სამიზნეების RCS-ში შემთხვევითი რყევები, რომლებიც გამოწვეულია რადარის და სამიზნის ურთიერთპოზიციის ცვლილებით, ხოლო ჯგუფური და განაწილებული სამიზნეების შემთხვევაში - და ელემენტარული რეფლექტორების ფარდობითი პოზიციის ცვლილებები იწვევს რყევებს ასახულ სიგნალებში. სიგნალების სტატისტიკური თვისებები და სამიზნეების EPR შეიძლება სრულად იყოს აღწერილი PV-ით და რყევების სპექტრით (კორელაციის ფუნქცია).

ცნობილია, რომ ელემენტარული რეფლექტორების ნაკრების RCS აღწერილია ექსპონენციალური განაწილების კანონით. მრავალი ამრეკლისაგან შემდგარი რთული და განაწილებული ობიექტების მიერ ასახული სიგნალების სპექტრული მახასიათებლები განისაზღვრება სამიზნისა და რადარის ფარდობითი სიჩქარით, ელემენტარული რეფლექტორების ურთიერთ გადაადგილებით და რეფლექტორების შემადგენლობის ცვლილებით (მათი რაოდენობა და RCS) დროს. DND-ის სკანირება (გადაადგილება). კომპლექსური სამიზნეების შემთხვევაში (გემი, თვითმფრინავი და ა.შ.) მიღებული ასახული სიგნალი წარმოიქმნება ცალკეული ზედაპირის არეებიდან (ძირითადად „მბზინავი“ წერტილებიდან) ასახვის შეჯამებით, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტარულ რეფლექტორებად. რადარისა და სამიზნის გადაადგილების მაღალი ფარდობითი სიჩქარით, ასახული სიგნალის სპექტრის სიგანე შეიძლება ჩაითვალოს სამიზნის ექსტრემალური ელემენტების დოპლერის სიხშირის მატებათა სხვაობის ტოლფასად. ასე რომ, თუ სამიზნის კუთხური სიგანე არის θts, ხოლო მისი შუასასვლელი კუთხე (კუთხე ფარდობითი სიჩქარის ვექტორ V-სა და მიმართულებას შორის) α-ს უდრის, მაშინ ასახული სიგნალის სპექტრის სიგანე მცირეა. θts არის ∆F=2Vθts sin α /λi. (7.16)

სპექტრის სიგანის ცოდნით, ასევე შეიძლება გამოვთვალოთ სიგნალის კორელაციის დრო τ = l/∆F, რომელიც ახასიათებს რყევების სიჩქარეს. ფორმულიდან (7.16) გამომდინარეობს, რომ რყევის სიჩქარე დაკავშირებულია მოძრაობის შედარებით სიჩქარესთან, მსვლელობასა და სამიზნის ზომასთან, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამიზნის ტიპის დასადგენად ასახული სიგნალის რყევის ბუნებით. სპექტრის სიგანე ასევე დამოკიდებულია ელემენტარული რეფლექტორების კუთხურ გადაადგილებაზე სამიზნის მასის ცენტრთან მიმართებაში. ამგვარად, როდესაც თვითმფრინავი ირევა და ტრიალებს, სიგნალის რყევების სპექტრში ჩნდება ასობით ჰერცამდე სიხშირეები.

არეკლილი ტალღის ფაზის ფრონტის რყევები იწვევს შეცდომებს სამიზნის ტარების განსაზღვრისას. ასეთი რყევები გარდაუვალია რთული ობიექტების რადარის მიმართულების პოვნაში, რომელთა ასახვის ცენტრის პოზიცია მუდმივად იცვლება რადარის და სამიზნის ურთიერთმოძრაობის, ელემენტარული რეფლექტორების კუთხის და მათი შემადგენლობის ცვლილების გამო. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ რეალური სამიზნის რადარის სიგნალის ჩამოსვლის კუთხის გადახრის ფესვ-საშუალო კვადრატული შეცდომა რადარიდან D დაშორებით σα=dc/4D. (7.17)

რყევებს არეკლილი ტალღის ფაზის ფრონტზე ეწოდება სამიზნე კუთხოვანი ხმაური. მათი სპექტრი რეალური მიზნებისთვის მდგომარეობს დაბალი სიხშირის რეგიონში 0-დან 5 ჰც-მდე და აქვს ჰერცის დაახლოებით ფრაქციების სიგანე. რყევების სპექტრი უნდა იყოს ცნობილი კუთხური კოორდინატებში სამიზნეების ავტომატური თვალთვალის მქონე რადარის შემუშავებისას. სამიზნეების EPR-ის სტატისტიკური მახასიათებლები და ასახული სიგნალები აუცილებელია რადარის დიაპაზონის გაანგარიშებისას, კოორდინატების გაზომვის სიზუსტის და ასევე რადარის სიგნალის დამუშავების მოწყობილობის დიზაინის დროს. მიახლოებითი გამოთვლები ხორციელდება სამიზნეების RCS-ის განაწილების ექსპონენციალური კანონით. რადარის დიაპაზონის შეფასებისას გამოიყენება სამიზნის RCS-ის საშუალო მნიშვნელობა, რომელიც მიიღება RCS მნიშვნელობების საშუალოდ სამიზნე ექსპოზიციის სხვადასხვა მიმართულებისთვის. მაგიდაზე. 7.1 აჩვენებს საშუალო RCS მნიშვნელობებს რეალური ობიექტებისთვის /2/. ცხრილი 7.1

EPR სარადარო მეთვალყურეობის რეალური ობიექტებისთვის

პრაქტიკაში, ზოგჯერ საჭიროა რეალური ობიექტების RCS ხელოვნურად გაზრდა ან შემცირება. ასე რომ, სამაშველო ნავებისა და რაფების ძიების გასაადვილებლად, მათზე დამონტაჟებულია კუთხის რეფლექტორები, რომლებიც მკვეთრად ზრდის რადარის გამოვლენის დიაპაზონს. სხვა შემთხვევებში, რაკეტების, თვითმფრინავების და გემების აღმოჩენის შესამცირებლად, ისინი ცდილობენ შეამცირონ RCS ზედაპირის კონფიგურაციის რაციონალური არჩევანით და დამცავი საფარის გამოყენებით, რაც ამცირებს რადიოტალღების ასახვას.

მტრის რადარების მიერ გამოვლენის თავიდან ასაცილებლად, თანამედროვე მებრძოლებს, გემებსა და რაკეტებს უნდა ჰქონდეთ ყველაზე მცირე ეფექტური გაფანტვის არეალი (ESR). მეცნიერები და ინჟინრები, რომლებიც ქმნიან ასეთ დახვეწილ ობიექტებს, გამოთვლითი ელექტროდინამიკის ტექნიკის გამოყენებით, ოპტიმიზაციას უკეთებენ თვითნებური ობიექტების EPR და გაფანტვის ეფექტებს რადარის გამოყენებისას. განსახილველი ობიექტი აფანტავს მასზე მოხვედრილ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ყველა მიმართულებით და ენერგიის ნაწილი უბრუნდება ელექტრომაგნიტური ტალღების წყაროს პროცესში ე.წ. უკან გაფანტვა, ქმნის ობიექტის ერთგვარ „ექოს“. RCS არის მხოლოდ სარადარო ექო სიგნალის ინტენსივობის საზომი.

პრაქტიკაში, საცნობარო გამტარ სფერო გამოიყენება რადარების დაკალიბრების ობიექტად. პრობლემის მსგავსი განცხადება გამოიყენება EPR-ის რიცხვითი გაანგარიშების შესამოწმებლად, რადგან ელექტროდინამიკის ამ კლასიკური პრობლემის გადაწყვეტა გუსტავ მიემ ჯერ კიდევ 1908 წელს მიიღო.

ამ ჩანაწერში ჩვენ აღვწერთ, თუ როგორ უნდა შესრულდეს ასეთი საცნობარო გამოთვლა ეფექტური 2D ღერძის სიმეტრიული ფორმულირების გამოყენებით და ასევე მოკლედ აღვნიშნავთ ზოგად პრინციპებს გაფანტვის პრობლემების ფართო კლასის გადაჭრისთვის COMSOL Multiphysics ®-ში.

ნახ.1. ელექტრული ველის (მისი ნორმა) განაწილება და დროში საშუალო ენერგიის ნაკადი (ისრები) თავისუფალ სივრცეში შესანიშნავად გამტარ სფეროს გარშემო.

გაფანტვა გამტარ სფეროზე: ზომას აქვს მნიშვნელობა

სამგანზომილებიან გარემოში, თუნდაც იდეალურად შესატყვისი ფენების გამოყენებით (Perfectly Matched Layers - PML), რომლებიც ეფექტურად ზღუდავენ გამოთვლით დომენს და სიმულაციას უკეთებენ ღია საზღვრებს და სიმეტრიულ პირობებს, სიხშირის/ტალღის სიგრძის გარჩევადობის დეტალური გაანგარიშება შეიძლება საკმაოდ დასჭირდეს. დიდი ხნის განმავლობაში.

საბედნიეროდ, თუ ობიექტი ღერძული სიმეტრიულია და ტალღებს აფანტავს იზოტროპულად, სრული 3D ანალიზი არ არის საჭირო. ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების და ობიექტის რეზონანსული ქცევის გასაანალიზებლად საკმარისია მისი კვეთის გაანგარიშება ორგანზომილებიანი ღერძის სიმეტრიული ფორმულირებით გარკვეულ პირობებში.

მიკროტალღური პროცესის ორგანზომილებიანი ღერძული სიმეტრიული მოდელი: შიდა ხედი

დავუშვათ, რომ ჩვენი სფერო მეტალისაა და აქვს მაღალი გამტარობა. ამ პრობლემისთვის სფეროს ზედაპირი დაყენებულია როგორც სრულყოფილი ელექტროგამტარი (PEC) და მისი ინტერიერი გამორიცხულია გამოთვლითი დომენიდან. მის ირგვლივ რეგიონი განისაზღვრება, როგორც ვაკუუმი შესაბამისი მატერიალური თვისებებით, ხოლო გარე ფენა იყენებს სფერულ ტიპის PML-ს, რომელიც გამოიყენება ყველა გამავალი ტალღის შთანთქმისთვის და გამოთვლითი დომენის საზღვრებიდან ასახვის თავიდან ასაცილებლად.

ლითონის ობიექტების მოდელირება ტალღის ელექტრომაგნიტურ პრობლემებში

სიხშირის სფეროში ელექტროდინამიკის ამოცანების რიცხვითი გადაწყვეტისთვის, არსებობს ლითონის ობიექტების ეფექტური მოდელირების რამდენიმე ტექნიკა. ქვემოთ მოყვანილი ილუსტრაცია გვიჩვენებს გადასვლის სასაზღვრო მდგომარეობის (TBC), წინაღობის სასაზღვრო მდგომარეობის (IBC) და სრულყოფილი ელექტრული გამტარის (PEC) პირობების გამოყენების ტექნიკას და მითითებებს.

ბრინჯი. 3. ღერძის სიმეტრიული გეომეტრია და მარცხენა წრიულად პოლარიზებული ფონის ელექტრომაგნიტური ველის განსაზღვრა COMSOL Multiphysics ® GUI-ში.

გამოთვლით დომენში (გარდა PML-ისა) დაყენებულია ფონის ველის აგზნება მარცხენა წრიული პოლარიზებით მიმართული z ღერძის უარყოფითი მიმართულებით (ნახ. 3). გაითვალისწინეთ, რომ გამოითვლება მხოლოდ პირველი აზიმუტის რეჟიმი.

ნაგულისხმევად, მიკროტალღური პრობლემებისთვის COMSOL Multiphysics ® ავტომატურად წარმოქმნის თავისუფალ სამკუთხა (ან ტეტრაჰედრულ ქსელს 3D პრობლემებისთვის) მაქსიმალური სიხშირის ქვეშ, რომელიც მითითებულია კვლევისთვის სიხშირის დომენში (Frequency Domain study), რომელიც ამ მაგალითში არის 200 MHz. მოდელში ტალღური პროცესების საკმარისი გარჩევადობის უზრუნველსაყოფად, ბადის ელემენტის მაქსიმალური ზომა დაყენებულია ტალღის სიგრძეზე 0.2. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სივრცითი გარჩევადობა მოცემულია როგორც ხუთი მეორე რიგის ელემენტი ტალღის სიგრძეზე. იდეალურად შეხამებულ ფენებში, ბადე აგებულია შთანთქმის მიმართულებით წევით, რაც უზრუნველყოფს PML-ის მაქსიმალურ ეფექტურობას.

იმიტომ რომ მოდელში თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა ძალიან მცირეა (სამგანზომილებიან პარამეტრთან შედარებით), მაშინ მის გამოთვლას მხოლოდ რამდენიმე წამი სჭირდება. გამოსავალზე მომხმარებელს შეუძლია მიიღოს და წარმოაჩინოს ელექტრული ველის განაწილება სფეროს ირგვლივ (ახლო ზონაში), რაც წარმოადგენს ფონის და გაფანტული ველების ჯამს.

ამ პრობლემისთვის ყველაზე საინტერესო მახასიათებლები შორეულ ველს ეხება. მოდელში მათი მისაღებად, თქვენ უნდა გაააქტიუროთ შორეული ველის გამოთვლის პირობა გამოთვლითი დომენის გარე საზღვარზე (ამ შემთხვევაში, PML-ის შიდა საზღვარზე), რაც საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ველები შორეულ ზონაში. გამოთვლითი დომენის გარეთ ნებისმიერ წერტილში, სტრატონ-ჩუს ინტეგრალური ურთიერთობების საფუძველზე. გააქტიურება ამატებს დამატებით ცვლადს - ველის ამპლიტუდას შორეულ ზონაში, რომლის საფუძველზეც, შემდგომი დამუშავების დროს, პროგრამული უზრუნველყოფა ითვლის ინჟინერიულ ცვლადებს, რომლებიც შეესაბამება IEEE სტანდარტებს: ეფექტური იზოტროპულად გამოსხივებული სიმძლავრე, მომატება (ე.წ. Gain, აღების ჩათვლით. შეყვანის შეუსაბამობის გათვალისწინებით), მიმართულების კოეფიციენტი და EPR.

პოლარული გრაფიკიდან სპეციალისტს შეუძლია განსაზღვროს ველის მიმართულება შორეულ ზონაში გარკვეულ სიბრტყეში, ხოლო სამგანზომილებიანი გამოსხივების ნიმუში შორეულ ზონაში საშუალებას გაძლევთ უფრო დეტალურად შეისწავლოთ მაწანწალა ველი (ნახ. 4).

ბრინჯი. 4. 3D შორეული ველის ვიზუალიზაცია COMSOL Multiphysics ®-ში 2D ღერძული სიმეტრიული მოდელის საფუძველზე.

სამგანზომილებიანი პრობლემის ამოხსნის აღდგენა

"შემცირებული" მოდელის შედეგები ღერძული სიმეტრიულ ფორმულირებაში ეხება გამტარ სფეროს დასხივების პროცესს ფონური ველით წრიული პოლარიზებით. თავდაპირველ 3D პრობლემაში შესწავლილია მაწანწალა ველის მახასიათებლები წრფივი პოლარიზებული სიბრტყის ტალღის შემთხვევაში. როგორ ავიცილოთ ეს განსხვავება?

განმარტებით, წრფივი პოლარიზაციის მიღება შესაძლებელია მარჯვენა და მარცხენა წრიული პოლარიზაციის დამატებით. 2D ღერძული სიმეტრიული მოდელი ზემოაღნიშნული პარამეტრებით (ნახ. 2) შეესაბამება მარცხენა წრიული პოლარიზაციის მქონე ფონის ველის პირველ აზიმუთალურ რეჟიმს (m = 1). ნეგატიური აზიმუთალური რეჟიმის გამოსავალი მარჯვენა წრიული პოლარიზაციით შეიძლება მარტივად იქნას მიღებული უკვე ამოხსნილი პრობლემისგან, სიმეტრიის თვისებების გამოყენებით და მარტივი ალგებრული გარდაქმნების შესრულებით.

მხოლოდ ერთი 2D ანალიზის ჩატარებით და უკვე დამუშავების შემდგომი შედეგების არეკვით, თქვენ შეგიძლიათ ამოიღოთ ყველა საჭირო მონაცემი, თანაც მნიშვნელოვნად დაზოგოთ გამოთვლითი რესურსები (ნახ. 5).

ბრინჯი. 5. ეფექტური გაფანტვის არეალის (ლოგარითმული შკალაზე) სკანირების შედარება გაფანტვის კუთხეების თვალსაზრისით სრული სამგანზომილებიანი გამოთვლებისთვის და შემოთავაზებული ორგანზომილებიანი ღერძული სიმეტრიული მოდელი.

1D გრაფიკი (ნახ. 5) EPR შედარებით გვიჩვენებს მისაღებ შესაბამისობას 3D და 2D ღერძის სიმეტრიულ მოდელებს შორის. მცირე შეუსაბამობა შეინიშნება მხოლოდ წინ და უკან გაფანტვის რეგიონში, ბრუნვის ღერძთან.

გარდა ამისა, მიღებული ორგანზომილებიანი შედეგების ვიზუალიზაცია სამგანზომილებიან სივრცეში მოითხოვს კოორდინატთა სისტემის ტრანსფორმაციას ცილინდრულიდან დეკარტისეულში. ნახ. სურათი 6 გვიჩვენებს შედეგების 3D ვიზუალიზაციას 2D ღერძის სიმეტრიული მოდელისთვის.

ბრინჯი. 6. მიღებული შედეგების სამგანზომილებიანი წარმოდგენა ორგანზომილებიანი გაანგარიშების საფუძველზე.

სპირალური ისრები მიუთითებს ფონის ველზე წრიული პოლარიზებით. ჰორიზონტალური განყოფილების გრაფიკი წარმოადგენს ფონის ველის რადიალური კომპონენტის განაწილებას (ტალღის პროცესი ნაჩვენებია სიბრტყის დეფორმაციების გამოყენებით). მთლიანი ელექტრული ველის ნორმა აგებულია სფეროს ზედაპირზე. კიდევ ერთი ისრის დიაგრამა გვიჩვენებს ორი წრიული პოლარიზაციის სუპერპოზიციას, რაც უდრის წრფივი პოლარიზებული ფონის ველს სამ განზომილებაში.

დასკვნა

ინჟინრებისთვის რადიოფიზიკის და მიკროტალღური ტექნოლოგიის სფეროში თანამედროვე განვითარების პროცესში, ეფექტური მოდელირების ტექნიკა, რომელიც ამცირებს რესურსების მოხმარებას და დროის ხარჯებს, შეუცვლელია, მიუხედავად გამოყენებული რიცხვითი ანალიზის მეთოდისა.

მთლიანობის შესანარჩუნებლად და ყველა შესაბამისი ფიზიკური ეფექტის ხელახლა შესაქმნელად რეალური კომპონენტის სიმულაციისას დიდი ელექტრული ზომით, შესაძლებელია ციფრული გამოთვლის პროცესის გამარტივება სიზუსტის დაკარგვის გარეშე, პრობლემის გადაჭრით ორგანზომილებიანი ღერძული სიმეტრიული ფორმულირებით. ღერძული სიმეტრიული ობიექტების მოდელირებისა და ანალიზის დროს, როგორიცაა სფეროების და დისკების გაფანტვა, კონუსური რქა და პარაბოლური ანტენები, მოწყობილობის ჯვარედინი მონაკვეთის გამოთვლები მასშტაბების რამდენიმე რიგით უფრო სწრაფია, ვიდრე სრული 3D მოდელის გამოყენება.

ანტენის მოდელირების საფუძვლები COMSOL მულტიფიზიკაში

ტალღების გაფანტვა ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური მოვლენაა, რადგან სწორედ გაფანტული ელექტრომაგნიტური ან აკუსტიკური ტალღების სახით ვიღებთ უზარმაზარ ინფორმაციას ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროზე. სრული ტალღის ფორმულირებები, რომლებიც ხელმისაწვდომია RF და Wave Optics მოდულებში, ისევე როგორც აკუსტიკის მოდულში, საშუალებას აძლევს ამ ფენომენების დეტალურად მოდელირებას სასრული ელემენტების მეთოდის გამოყენებით. ამ ვებინარში განვიხილავთ COMSOL-ში გაფანტვის პრობლემების გადაჭრის დამკვიდრებულ პრაქტიკას, მათ შორის Background Field ფორმულირების გამოყენებას, შორი ველის გამოთვლის ფუნქციონალობას, ფართოზოლოვანი გამოთვლებს ახალი ტექნოლოგიების გამოყენებით, რომელიც დაფუძნებულია უწყვეტი გალერკინის მეთოდზე (dG-FEM), ასევე. ანტენების და სენსორების სიმულაცია სიგნალის მიღების რეჟიმში.

ვებინარის დასასრულს განვიხილავთ COMSOL-ის მოდელებისა და აპლიკაციების ბიბლიოთეკაში არსებულ შაბლონებსა და მაგალითებს, ასევე ვუპასუხებთ მომხმარებლის შეკითხვებს ამ თემაზე.

თქვენ ასევე შეგიძლიათ მოითხოვოთ COMSOL-ის დემო ვერსია კომენტარებში ან ჩვენს ვებსაიტზე.

საბოლოო GIF:

რადარის მიმღების მდებარეობაზე მეორადი ელექტრომაგნიტური ველის ზუსტად დასადგენად, საჭიროა გადაჭრას ელექტრომაგნიტური ტალღის ასახვის პრობლემა მდებარეობის ობიექტებიდან, რომლებსაც, როგორც წესი, აქვთ რთული კონფიგურაცია. ყოველთვის არ არის შესაძლებელი ამ პრობლემის გადაჭრა საკმარისი სიზუსტით, ამიტომ აუცილებელია ობიექტის ამრეკლავი თვისებების ისეთი მახასიათებლის პოვნა, რომელიც შესაძლებელს გახდის შედარებით მარტივად განსაზღვროს მეორადი ელექტრომაგნიტური ველის ინტენსივობა მიმღებ წერტილში. .

სქემატურად, მდებარეობის სადგურის ურთიერთქმედება ობიექტთან ნაჩვენებია ნახ.2.2.

ნახ.2.2. რადარის ურთიერთქმედება ამრეკლავ ობიექტთან

გადამცემი მოწყობილობა ქმნის დენის ნაკადის სიმკვრივეს P1 ამრეკლავ ობიექტზე. ასახული ელექტრომაგნიტური ტალღა ქმნის სიმძლავრის ნაკადის სიმკვრივეს P2 მდებარეობის სისტემის მიმღები ანტენის ადგილას.

აუცილებელია ვიპოვოთ მნიშვნელობა, რომელიც რაციონალურად აკავშირებს ნაკადებს P1 და P2. ასეთ მნიშვნელობად შეირჩა ეფექტური გაფანტვის არე (ESR) - Se.

ეფექტური გაფანტვის არე შეიძლება ჩაითვალოს მასზე ელექტრომაგნიტური ტალღის პერპენდიკულარულად მდებარე ტერიტორიის ფართობად, რომელიც მასზე მოხვედრილი სიმძლავრის იზოტროპული დისპერსიით, რადარის მიმღების ადგილას ქმნის იმავე დენის ნაკადს. სიმკვრივე P2, როგორც რეალური ამრეკლავი ობიექტი. Se მნიშვნელობას ასევე უწოდებენ "ეფექტურ ზედაპირს", "მეორადი გამოსხივების ეფექტურ ზედაპირს" ან "ეფექტურ ამრეკლავ ზედაპირს".

Se-ს მნიშვნელობა შეიძლება განისაზღვროს მიმართებიდან Se P1=4p R2 P2,

Se=4pR2P2,/P1 (2.1)

ეფექტური გაფანტვის ფართობი შეიძლება გამოისახოს ობიექტის მდებარეობაზე პირდაპირი ტალღის ელექტრული და მაგნიტური ველის სიძლიერის (E1 და H1) და არეკლილი ელექტრული და მაგნიტური ველის სიძლიერის (E2 და H2) თვალსაზრისით. ტალღა რადარის ადგილას.

Se \u003d 4p R2 E2 2 / E1 2 \u003d 4p R2H2 2 / H1 2.

როგორც (2.1) ფორმულიდან ჩანს, Se-ს აქვს ფართობის განზომილება. თუ ობიექტის წრფივი და კუთხური ზომები უფრო მცირეა, ვიდრე რადარის გამხსნელი მოცულობის ზომები დიაპაზონისა და კუთხური კოორდინატების მიხედვით, ეფექტური გაფანტვის არეალის მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული ამრეკლავ ობიექტამდე დაშორებაზე. თუმცა, როგორც ნახ.2.2-დან ჩანს, RCS-ის მნიშვნელობა დამოკიდებულია ობიექტის ორიენტაციაზე მდებარეობის სისტემის გადამცემთან და მიმღებთან, Se=Se(q). ზოგად შემთხვევაში, ობიექტის თვითნებური ორიენტირებით სივრცეში, RCS დამოკიდებულია სამ კუთხეზე: ამრეკლავი ობიექტის ხედვის კუთხეები a და b სივრცეში და ობიექტის როლის კუთხე e: Se = Se (a, ბ, ე).

რეალური ამრეკლავი ობიექტებისთვის ეფექტური გაფანტვის არეალის დამოკიდებულება დასხივების კუთხეებზე განისაზღვრება ექსპერიმენტულად. ასე რომ, თუ ამრეკლავ ობიექტს გადამცემის მიმართულების მიმართ გადააქცევთ, შეგიძლიათ ამოიღოთ საპირისპირო მეორადი გამოსხივების დიაგრამა Se(q). აეროდინამიკური ობიექტების უმრავლესობისთვის (თვითმფრინავი) დაბრუნების მეორადი გამოსხივების დიაგრამა მკვეთრად არის ჩაჭრილი; ეფექტური გაფანტვის არეში ცვლილების დიაპაზონი დიდია და აღწევს 30 - 35 დეციბელს.

უმარტივესი კონფიგურაციის რეფლექტორებისთვის ეფექტური ამრეკლი ფართობი შეიძლება გამოითვალოს თეორიულად. ასეთი რეფლექტორები, კერძოდ, მოიცავს: ხაზოვანი ნახევარტალღოვანი ვიბრატორი, ლითონის ფირფიტა, ლითონის და დიელექტრიკული კუთხის რეფლექტორები.

ნახევარტალღოვანი ვიბრატორის ეფექტური გაფანტვის არეალი დამოკიდებულია მასზე მოხვედრილი ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძეზე და კუთხეზე q ნორმას ვიბრატორსა და მდებარეობის სადგურის მიმართულებას შორის.

Se=0,86l2 cos4q.

ნახევარტალღოვანი ვიბრატორის მაქსიმალური RCS არის Sem=0,86l2, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება მის გეომეტრიულ ფართობს.

ნახევრადტალღური ვიბრატორებით სავსე რადარის ამრეკლავი მოცულობის Se-ს ეფექტური გაფანტვის არე შეიძლება განისაზღვროს ფორმულით

Se = n Ses, (2.2)

სადაც n არის ვიბრატორების რაოდენობა გარჩევადობის მოცულობაში,

Ses=0.17l2 - ნახევარტალღოვანი ვიბრატორის RCS-ის საშუალო მნიშვნელობა, იმ პირობით, რომ q კუთხე თანაბარი ალბათობით იცვლება 0-დან p/2-მდე.

ლითონის ფირფიტის უკანა გაფანტვის ნიმუშს აქვს ფურცლისებური ხასიათი. წილების სიგანე მცირდება ფირფიტის კიდეების სიგრძის ტალღის სიგრძესთან თანაფარდობის გაზრდით. ფირფიტის EPR პირდაპირპროპორციულია მისი ფართობის S და ელექტრომაგნიტური ტალღის ნორმალური სიხშირით ფირფიტაზე, უდრის

ბურთის ეფექტური გაფანტვის არეალი დამოკიდებულია ბურთის დიამეტრის dw ტალღის სიგრძესთან თანაფარდობაზე. ლითონის ბურთისთვის

Se=690 dsh6/l4 at dsh<< l ,

Se \u003d p (dsh / 2) 2 dsh \u003e l.

მძლავრი ასახული სიგნალების შესაქმნელად ფართოდ გამოიყენება ლითონის კუთხის რეფლექტორები, რომლებიც შედგება სამი სამკუთხა ან სამი კვადრატული ფირფიტისგან, რომლებიც დაკავშირებულია p / 2 კუთხით. კუთხის რეფლექტორების უპირატესობა არის სხვადასხვა მიმართულებიდან მომდინარე ელექტრომაგნიტური ტალღების ინტენსიურად ასახვის უნარი. კუთხის რეფლექტორის EPR კვადრატული კიდეებით

სამკუთხა რეფლექტორისთვის

სადაც l არის რეფლექტორის ნეკნის სიგრძე.

წაგრძელებული სფეროიდის ეფექტური გაფანტვის არე, როდესაც ის დასხივებულია გრძივი ღერძის გასწვრივ, განისაზღვრება ფორმულით

სადაც a არის მთავარი ნახევარღერძი, b არის სფეროიდის მცირე ნახევარღერძი.

ყველაზე გავრცელებული ზედაპირზე განაწილებული ობიექტებია დედამიწის ზედაპირის არეები. დედამიწის ზედაპირის რადარის დასხივების პირობები ნაჩვენებია ნახ. 2.3, ა.

ბრინჯი. 2.3. მოცულობითი (a) და ზედაპირის (b) ობიექტების ეფექტური გაფანტვის არეალის დასადგენად

ასეთი ობიექტების ეფექტური გაფანტვის არეალი განისაზღვრება დედამიწის ზედაპირის ფართობით, რომლის ცალკეული ელემენტების ანარეკლი ერთდროულად მიდის რადარის მიმღებ ანტენაზე. ელემენტის ფართობი დამოკიდებულია ანტენის შაბლონის ძირითადი მაქსიმუმის სიგანეზე ორ სიბრტყეში - q და y, ძირითადი მაქსიმუმის დახრილობის j კუთხე, ჰორიზონტალურად დათვლილი, საცდელი პულსის ხანგრძლივობა, გაფანტვის კოეფიციენტი გ. ასეთი ამრეკლი არე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მართკუთხედი, რომელიც დაშორებულია რადარიდან R მანძილზე

იმ პირობით, რომ ct /2cosj< y R / sinj, стороны прямоугольника равны RDq (Dq -ширина диаграммы направленности) и ct /2cosj , площадь отражающей площадки S = R(Dq) ct /2cosj . Соответствующая S перпендикулярная линии визирования площадка S0=S sinj .

იცის S0 და g, შეიძლება განისაზღვროს Se.

Se=(g R(Dq) c t) tgj /2. (2.3)

როგორც (2.3) ფორმულიდან ჩანს, ზედაპირზე განაწილებული ობიექტების RCS, წერტილის ობიექტების RCS-ისგან განსხვავებით, დამოკიდებულია დიაპაზონზე.

ეფექტური გაფანტვის არეალი Se შეიძლება გამოისახოს რადარის H სიმაღლით ზედაპირზე

S e \u003d g HDq st / 2 cos (j) .

სივრცით განაწილებული ობიექტების ეფექტური გაფანტვის არეალი, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით ერთგვაროვანი რეფლექტორებისგან, რომლებიც განაწილებულია სივრცეში ერთიანი სიმკვრივით n0 და აქვს საშუალო ამრეკლავი ზედაპირი Ses, შეიძლება განისაზღვროს ფორმულის გამოყენებით (2.2).

S e \u003d არა S es V,

სადაც V არის ამრეკლავი მოცულობა, რომელიც განისაზღვრება რადარის გარჩევადობით დიაპაზონის, კუთხური კოორდინატების და რეფლექტორებით სავსე სივრცის ზომით. რეფლექტორების ღრუბლიდან სიგნალის წარმოქმნა ნაჩვენებია ნახ. 2.3, ბ.

იმ შემთხვევაში, როდესაც განაწილებული რეფლექტორების ღრუბელი მთლიანად ფარავს რადიაციული ნიმუშის კონუსურ სხივს და მანძილი R გამხსნელ მოცულობამდე გაცილებით მეტია ვიდრე დიაპაზონის გარჩევადობა ct/2, ამრეკლავი მოცულობა არის ცილინდრი, რომლის სიმაღლეა сt/2. და ფუძე pR2(Dq)2/4, სადაც Dq არის რადიაციის ნიმუშის ძირითადი მაქსიმუმის სიგანე 0,5 დონეზე. ამ პირობებისთვის, ამრეკლავი მოცულობა არის V=pR2(Dq)ct/8, ხოლო სივრცეში განაწილებული ობიექტის EPR განისაზღვრება ფორმულით.

S e \u003d S es n0 p R2 (Dq) 2ct / 8. (2.4).

როდესაც სხივი არასრულად ივსება, ამრეკლავი მოცულობის დიამეტრი უდრის ობიექტის განივი წრფივი ზომების L o, ხოლო ეფექტური გაფანტვის ფართობი განისაზღვრება ფორმულით.

Se=Ses n0p L0 2c /8 (2.5)

როგორც (2.4) და (2.5) ფორმულებიდან ჩანს, მოცულობითი განაწილებული ობიექტებით, რომლებიც მთლიანად ფარავს სარადარო სადგურის ანტენის შაბლონის ძირითად მაქსიმუმს, RCS პირდაპირპროპორციულია ამრეკლავ მოცულობამდე მანძილის კვადრატისა. თუ ობიექტი არ ბლოკავს დიაგრამის მთავარ სხივს, RCS არ არის დამოკიდებული რადარსა და ამრეკლავ მოცულობას შორის მანძილზე.

შორ მანძილზე სარადარო სადგურებისთვის აეროდინამიკური ობიექტები არის წერტილი ან კონცენტრირებული, რომელთა RCS არ არის დამოკიდებული დიაპაზონზე. ახლომდებარე მდებარეობის სისტემებისთვის, ასეთი ობიექტები ხაზოვანია გაფართოებული, რომლებშიც დასხივებული ზედაპირის ფართობი იზრდება ხაზოვანი დიაპაზონის გაზრდით. ამრიგად, ეფექტური გაფანტვის არეალი იზრდება რადარსა და ხაზობრივად გაფართოებულ ობიექტს შორის R მანძილის გაზრდით და ანტენის შაბლონის სიგანის გაზრდით. იმ შემთხვევაში, როდესაც ობიექტის ამრეკლავი თვისებები მუდმივია მის სიგრძეზე, Se იზრდება R-ის პირდაპირპროპორციულად.

ასახული სიგნალების სტატისტიკური მახასიათებლები

ობიექტიდან ასახული სიგნალის ამპლიტუდების განაწილების კანონი

სისტემებში ასახული სიგნალების უმეტესობა შემთხვევითი პროცესებია. ამიტომ, სისტემის მუშაობის შესაფასებლად, აუცილებელია იცოდეთ არა მხოლოდ სიგნალის ენერგეტიკული პარამეტრების საშუალო მნიშვნელობები, არამედ ამპლიტუდების და სიმძლავრის განაწილების კანონები, ასევე სპექტრალური და კორელაციური მახასიათებლები. საჭირო მონაცემების მიღება შესაძლებელია ექსპერიმენტული და თეორიული კვლევების საფუძველზე.

ახლომდებარე მდებარეობის სისტემებისთვის შეიძლება შეირჩეს ობიექტების შემდეგი სტატისტიკური მოდელები:

1. ამრეკლავი ელემენტების დიდი რაოდენობით ერთნაირი ამრეკლი თვისებების კომპლექტი ამრეკლავი ზედაპირის S e მოცემული მთლიანი საშუალო მნიშვნელობით;

2. ელემენტების ნაკრები პირველი მოდელის მიხედვით და ერთი (დომინანტი) ელემენტი სტაბილური ეფექტური ამრეკლავი ზედაპირით S0, რომელიც აღემატება ერთი ელემენტის ამრეკლავ ზედაპირს.

პირველი მოდელისთვის ნაპოვნი ამპლიტუდის განაწილების კანონები არის მეორე მოდელის განაწილების კანონის განსაკუთრებული შემთხვევა S0 =0. ამიტომ, მეორე მოდელი პირველ რიგში განიხილება.

ობიექტიდან ასახული სიგნალის ამპლიტუდა 2 მოდელის მიხედვით შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

u cos(w0t-j)=u0 cos(w0t-j0)+ usS cos(w0t-jS) (2.6)

სადაც uS cos (w0t-jS)=S ui cos(w0t-ji).

რხევების დამატების პროცესი ჩანს ნახ. 2.4-ზე, სადაც სიგნალები u, u0 და uS ნაჩვენებია ვექტორული სახით.

სეგმენტები x, x0, ასევე y და y0 არის სიგნალის ამპლიტუდების u და u0 პროგნოზები ორმხრივ პერპენდიკულარულ ღერძებზე.

ბრინჯი. 2.4. ობიექტიდან ასახული სიგნალის ვექტორული დიაგრამა

ცენტრალური ლიმიტის თეორემის შესაბამისად, პროგნოზები x და y ემორჩილება ალბათობის ნორმალურ განაწილებას და მათი ერთობლივი ორგანზომილებიანი ალბათობის სიმკვრივე უდრის ერთგანზომილებიანი ალბათობის სიმკვრივის ნამრავლს.

სადაც D = Dx = Dy არის x და y ორთოგონალური კომპონენტების დისპერსია.

ადვილია ორგანზომილებიანი კანონიდან w(x, y) გადავიდეთ ორგანზომილებიან კანონზე w(u,j). ალბათობის თეორიის წესების მიხედვით, ამპლიტუდების და ფაზების ორგანზომილებიანი განაწილების სიმკვრივე

ასახული სიგნალის w(u) ამპლიტუდების განაწილების კანონის დასადგენად, აუცილებელია ორგანზომილებიანი განაწილების კანონის w(u,j) ინტეგრირება j-ის ყველა შესაძლო მნიშვნელობის რეგიონზე.

სადაც I0 (u,u0/2D) არის პირველი ტიპის ბესელის ნულოვანი რიგის ფუნქცია,

ამრიგად, მიღებულია ასახული სიგნალის ამპლიტუდების განაწილების კანონი, რომელსაც რეილის განზოგადებული განაწილების კანონი ეწოდება. თუ u0=0, რომელიც შეესაბამება პირველ მოდელს, ამპლიტუდების განაწილების კანონი გადადის რეილის განაწილების კანონში,

ამპლიტუდების განაწილების კანონები ნორმალიზებულია D1/2-თან მიმართებაში ორი მოდელისთვის სტაბილური კომპონენტის ამპლიტუდის სხვადასხვა მნიშვნელობებზე u0 ნაჩვენებია ნახ. 2.5. როგორც u0/D1/2 იზრდება, ამპლიტუდის განაწილების კანონი უახლოვდება ნორმალურს.

ეფექტური ამრეკლი ზედაპირის განაწილების კანონი

იმის გათვალისწინებით, რომ u სიგნალის ამპლიტუდები სიმძლავრის პროპორციულია, შესაძლებელია ამპლიტუდის განაწილების კანონების გამოყენებით ობიექტებიდან ასახული სიგნალების სიმძლავრის განაწილების კანონების პოვნა. შედეგად მიღებული სიგნალის საშუალო სიმძლავრე, რომელიც გამოყოფილია 1 ომ დატვირთვაზე,

სადაც D=m1(xk2)=m1(yk2)=m1(uS2/2)=så2/2.

ობიექტის ეფექტური ამრეკლავი ზედაპირი სიგნალის სიმძლავრის პროპორციულია, ამიტომ ეფექტური ამრეკლი ზედაპირის განაწილების კანონის დასადგენად ნაპოვნი ამპლიტუდის განაწილების კანონის მიხედვით (2.7), შეგვიძლია გამოვიყენოთ შემდეგი ფორმულა.

w(Se)=w(u)çdu/dSeç. (2.8)

(2.7) (2.8) ჩანაცვლების შედეგად, ამრეკლავი ზედაპირის განაწილების კანონი მცირდება ფორმამდე:

ნახ.2.5 სიგნალის ამპლიტუდის განაწილების სიმკვრივე (а) (uo/so=0 - მრუდი 1; uo/so=1 - მრუდი 2; uo/so=3 - მრუდი 3; uo/so=6 - მრუდი 4).

და ეფექტური ამრეკლავი ზედაპირი (b) (Se0 /Seå= 0 - მრუდი 1; Se0 /Seå= 1 - მრუდი 2; Se0 /Seå=3 - მრუდი 3 და Se0 /Seå = 20 - მრუდი 4).

კურსის პროექტი

SPbGUT im. ბონჩ-ბრუევიჩი

რადიო სისტემებისა და სიგნალების დამუშავების დეპარტამენტი

კურსის პროექტი დისციპლინის მიხედვით

"რადიო სისტემები", თემაზე:

"ეფექტური გაფანტვის ზონა"

დასრულებული:

RT-91 ჯგუფის სტუდენტი

კროტოვის რ.ე.

მიმღები: ROS-ის განყოფილების პროფესორი გურევიჩ ვ.ე.

ქვესტი გაცემულია: 10/30/13

დაცვის პერიოდი: 12/11/13

შესავალი და ასე შემდეგ

რადარის სტრუქტურული დიაგრამა

რადარის სქემატური დიაგრამა

მოწყობილობის მუშაობის თეორია

დასკვნა

ბიბლიოგრაფია

ეფექტური გაფანტვის ზონა

(EPR; ინგ. რადარის კვეთა.RCS; ზოგიერთ წყაროში ეფექტური გაფანტვის ზედაპირი, ეფექტური გაფანტვის კვეთა,ეფექტური ამრეკლავი ზონა, EOP) რადარში - რაღაც ფიქტიური ბრტყელი ზედაპირის ფართობი, რომელიც მდებარეობს ჩვეულებრივ ინციდენტის სიბრტყის ტალღის მიმართულებით და არის იდეალური და იზოტროპული რერადიატორი, რომელიც სამიზნე ადგილას მოთავსებისას ქმნის სიმძლავრის ნაკადის იგივე სიმკვრივეს. სარადარო სადგურის ანტენაზე, როგორც რეალური სამიზნე.

მონოსტატიკური EPR დიაგრამის მაგალითი (B-26 Invader)

RCS არის ელექტრომაგნიტური ტალღის გაფანტვის ობიექტის თვისების რაოდენობრივი საზომი. გადამცემის ბილიკის ენერგეტიკულ პოტენციალთან და რადარის ანტენების CG-სთან ერთად, ობიექტის EPR შედის რადარის დიაპაზონის განტოლებაში და განსაზღვრავს რა დიაპაზონს რადარის მიერ ობიექტის აღმოჩენა. RCS-ის გაზრდილი მნიშვნელობა ნიშნავს ობიექტის უფრო დიდ ხილვადობას რადარის საშუალებით, RCS-ის დაქვეითება ართულებს გამოვლენას (სტელსის ტექნოლოგია).

კონკრეტული ობიექტის EPR დამოკიდებულია მის ფორმაზე, ზომაზე, მასალაზე, საიდანაც იგი მზადდება, მის ორიენტაციაზე (ხედვა) რადარის გადამცემი და მიმღები პოზიციების ანტენებთან მიმართებაში (მათ შორის ელექტრომაგნიტური ტალღების პოლარიზაცია). საცდელი რადიოსიგნალის ტალღის სიგრძე. RCS განისაზღვრება სკატერერის შორეული ზონის, რადარის მიმღები და გადამცემი ანტენების პირობებში.

ვინაიდან RCS არის ოფიციალურად დანერგილი პარამეტრი, მისი მნიშვნელობა არ ემთხვევა არც სკატერერის მთლიანი ზედაპირის მნიშვნელობას და არც მისი განივი ფართობის მნიშვნელობას (მაგ. Რადიუსი). EPR-ის გამოთვლა არის გამოყენებითი ელექტროდინამიკის ერთ-ერთი პრობლემა, რომელიც წყდება სხვადასხვა ხარისხის მიახლოებით ანალიტიკურად (მხოლოდ მარტივი ფორმის სხეულების შეზღუდული დიაპაზონისთვის, მაგალითად, გამტარი სფერო, ცილინდრი, თხელი მართკუთხა ფირფიტა და ა.შ.) ან რიცხვითი მეთოდები. RCS-ის გაზომვა (კონტროლი) ხორციელდება საცდელ ადგილებში და რადიოსიხშირული ანექოიურ კამერებში რეალური ობიექტების და მათი მასშტაბური მოდელების გამოყენებით.

EPR-ს აქვს ფართობის განზომილება და ჩვეულებრივ მითითებულია კვ.მ. ან dBq.მ.. მარტივი ფორმის ობიექტებისთვის - ტესტი - EPR ჩვეულებრივ ნორმალიზდება საცდელი რადიოსიგნალის ტალღის სიგრძის კვადრატში. გაფართოებული ცილინდრული ობიექტების EPR ნორმალიზდება მათ სიგრძემდე (წრფივი EPR, EPR სიგრძის ერთეულზე). მოცულობაში განაწილებული ობიექტების EPR (მაგალითად, წვიმის ღრუბელი) ნორმალიზდება რადარის რეზოლუციის ელემენტის მოცულობამდე (EPR / m3). ზედაპირული სამიზნეების RCS (როგორც წესი, დედამიწის ზედაპირის მონაკვეთი) ნორმალიზდება რადარის რეზოლუციის ელემენტის ფართობზე (EPR / კვ. M.). სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, განაწილებული ობიექტების RCS დამოკიდებულია კონკრეტული რადარის კონკრეტული რეზოლუციის ელემენტის ხაზოვან ზომებზე, რაც დამოკიდებულია რადარსა და ობიექტს შორის მანძილზე.

EPR შეიძლება განისაზღვროს შემდეგნაირად (განმარტება ექვივალენტურია სტატიის დასაწყისში მოცემულის):

ეფექტური გაფანტვის ზონა(ჰარმონიული საცდელი რადიოსიგნალისთვის) - ეკვივალენტური იზოტროპული წყაროს რადიოემისიის სიმძლავრის თანაფარდობა (დაკვირვების წერტილში იგივე რადიოემისიის სიმძლავრის ნაკადის სიმკვრივის შექმნა, როგორც დასხივებული სკატერერი) სიმძლავრის ნაკადის სიმკვრივესთან (ვ/კვ.მ. .) საცდელი რადიოემისიის სკატერის ადგილას.

RCS დამოკიდებულია მიმართულებაზე სკატერერიდან საცდელი რადიოსიგნალის წყარომდე და მიმართულებაზე დაკვირვების წერტილისკენ. იმის გამო, რომ ეს მიმართულებები შეიძლება არ ემთხვეოდეს (ზოგადად, საცდელი სიგნალის წყარო და გაფანტული ველის რეგისტრაციის წერტილი გამოყოფილია სივრცეში), მაშინ ამ გზით განსაზღვრული RCS ე.წ. ბისტატიკური EPR (ორპოზიციიანი EPR, ინგლისური ბისტატიკური RCS).

ზურგის გაფანტვის დიაგრამა(DOR, მონოსტატიკური EPR, ერთი პოზიციის EPR, ინგლისური მონოსტატიკური RCS, უკან გაფანტული RCS) არის RCS მნიშვნელობა, როდესაც მიმართულებები scatterer-დან საცდელი სიგნალის წყარომდე და დაკვირვების წერტილამდე ემთხვევა. EPR ხშირად ესმით, როგორც მისი განსაკუთრებული შემთხვევა - მონოსტატიკური EPR, ანუ DOR (EPR და DOR ცნებები შერეულია) ბისტატიკური (მრავალპოზიციური) რადარების დაბალი გავრცელების გამო (ერთი გადამცემით აღჭურვილი ტრადიციულ მონოსტატიკური რადარებთან შედარებით). ანტენა). თუმცა, უნდა განვასხვავოთ EPR(θ, φ; θ 0, φ 0) და DOR(θ, φ) = EPR(θ, φ; θ 0 =θ, φ 0 =φ), სადაც θ, φ არის მიმართულება. გაფანტული ველის რეგისტრაციის პუნქტამდე; θ 0 , φ 0 - მიმართულება საცდელი ტალღის წყაროსკენ (θ, φ, θ 0, φ 0 - სფერული კოორდინატთა სისტემის კუთხეები, რომელთა დასაწყისი გასწორებულია დიფუზერთან).

ზოგად შემთხვევაში, საცდელი ელექტრომაგნიტური ტალღისთვის არაჰარმონიული დროით დამოკიდებულებით (ფართოზოლოვანი გამოკვლევის სიგნალი სივრცე-დროის გაგებით) ეფექტური გაფანტვის არეალიარის ეკვივალენტური იზოტროპული წყაროს ენერგიის თანაფარდობა სკატერერის მდებარეობაზე საცდელი რადიო გამოსხივების ენერგიის ნაკადის სიმკვრივესთან (ჯ/კვ.მ).

EPR გაანგარიშება

განვიხილოთ ტალღის ინციდენტის ასახვა იზოტროპულად ამრეკლავ ზედაპირზე RCS-ის ტოლი ფართობით. ასეთი სამიზნედან ასახული სიმძლავრე არის RCS-ის პროდუქტი და ინციდენტური სიმძლავრის ნაკადის სიმკვრივე:

სადაც არის სამიზნის RCS, არის მოცემული პოლარიზაციის ინციდენტის ტალღის სიმძლავრის ნაკადის სიმკვრივე სამიზნე ადგილას, არის სიმძლავრე ასახული სამიზნეზე.

მეორე მხრივ, იზოტროპულად გამოსხივებული ძალა

ან, ინციდენტის ტალღისა და არეკლილი ტალღის ველის სიძლიერის გამოყენებით:

მიმღების შეყვანის სიმძლავრე:

,

სად არის ანტენის ეფექტური ფართობი.

შესაძლებელია ინციდენტის ტალღის სიმძლავრის ნაკადის დადგენა გამოსხივებული სიმძლავრის და ანტენის მიმართულების მიხედვით. დრადიაციის მოცემული მიმართულებისთვის.

სად .

Ამგვარად,

. (9)

ფიზიკური მნიშვნელობა ეპრ

EPR-ს აქვს ფართობის განზომილება [ მ²], მაგრამ არ არის გეომეტრიული არე(!), მაგრამ არის ენერგეტიკული მახასიათებელი, ანუ ის განსაზღვრავს მიღებული სიგნალის სიმძლავრის სიდიდეს.

სამიზნის RCS არ არის დამოკიდებული გამოსხივებული ტალღის ინტენსივობაზე და არც სადგურსა და სამიზნეს შორის მანძილზე. ნებისმიერი ზრდა იწვევს პროპორციულ ზრდას და მათი თანაფარდობა ფორმულაში არ იცვლება. რადარსა და სამიზნეს შორის მანძილის შეცვლისას, თანაფარდობა იცვლება საპირისპიროდ და RCS მნიშვნელობა უცვლელი რჩება.

საერთო წერტილის სამიზნეების EPR

• ამოზნექილი ზედაპირი

ველი მთელი ზედაპირიდან სგანისაზღვრება ინტეგრალით აუცილებელია განვსაზღვროთ ე 2 და დამოკიდებულება მიზანთან მოცემულ მანძილზე ...

,

სადაც კ- ტალღის ნომერი.

1) თუ ობიექტი მცირეა, მაშინ დაცემის ტალღის მანძილი და ველი შეიძლება ჩაითვალოს უცვლელად.

2) მანძილი რშეიძლება ჩაითვალოს, როგორც მანძილის ჯამი სამიზნემდე და მანძილის შიგნით:

,
,

ბრტყელი ფირფიტა

ბრტყელი ზედაპირი არის მრუდი ამოზნექილი ზედაპირის განსაკუთრებული შემთხვევა.

კუთხის რეფლექტორი

კუთხის რეფლექტორი- მოწყობილობა მართკუთხა ტეტრაედრის სახით ურთიერთ პერპენდიკულარული ამრეკლი სიბრტყეებით. რადიაცია, რომელიც შედის კუთხის რეფლექტორში, აისახება მკაცრად საპირისპირო მიმართულებით.

სამკუთხა

თუ გამოიყენება კუთხის რეფლექტორი სამკუთხა სახეებით, მაშინ EPR

ჭაჭა

ჩაფები გამოიყენება რადარის მუშაობაში პასიური ჩარევის შესაქმნელად.

დიპოლური რეფლექტორის RCS-ის მნიშვნელობა ზოგადად დამოკიდებულია დაკვირვების კუთხეზე, თუმცა RCS ყველა კუთხისთვის:

ჭაღები გამოიყენება საჰაერო მიზნებისა და რელიეფის, ასევე პასიური რადარის შუქურების დასაფარად.

ჭალის ასახვის სექტორი არის ~70°

EPR-ს აქვს ფართობის ზომები, მაგრამ არ არის გეომეტრიული არე, მაგრამ არის ენერგეტიკული მახასიათებელი, ანუ განსაზღვრავს მიღებული სიგნალის სიმძლავრის სიდიდეს.

სამიზნის RCS არ არის დამოკიდებული გამოსხივებული ტალღის ინტენსივობაზე და არც სადგურსა და სამიზნეს შორის მანძილზე. ρ 1-ის ნებისმიერი ზრდა იწვევს ρ 2-ის პროპორციულ ზრდას და მათი თანაფარდობა ფორმულაში არ იცვლება. რადარსა და სამიზნეს შორის მანძილის შეცვლისას, თანაფარდობა ρ 2 / ρ 1 იცვლება R-ის უკუპროპორციულად და EPR მნიშვნელობა უცვლელი რჩება.

საერთო წერტილის სამიზნეების EPR

წერტილოვანი სამიზნეების უმეტესობისთვის, ინფორმაცია EPR-ის შესახებ შეგიძლიათ იხილოთ რადარის სახელმძღვანელოებში.

ამოზნექილი ზედაპირი

ველი მთელი ზედაპირიდან S განისაზღვრება ინტეგრალით. აუცილებელია განისაზღვროს E 2 და თანაფარდობა მოცემულ მანძილზე მიზანთან ...

,

სადაც k არის ტალღის რიცხვი.

1) თუ ობიექტი მცირეა, მაშინ დაცემის ტალღის მანძილი და ველი შეიძლება ჩაითვალოს უცვლელად. 2) მანძილი R შეიძლება ჩაითვალოს სამიზნემდე მანძილის ჯამი და სამიზნის შიგნით მანძილი:

,
,
,
,

ბრტყელი ფირფიტა

ბრტყელი ზედაპირი არის მრუდი ამოზნექილი ზედაპირის განსაკუთრებული შემთხვევა.

კუთხის რეფლექტორი

კუთხის რეფლექტორის მუშაობის პრინციპი

კუთხის რეფლექტორი შედგება სამი პერპენდიკულარული ზედაპირისგან. ფირფიტისგან განსხვავებით, კუთხის რეფლექტორი იძლევა კარგ ასახვას ფართო კუთხით.

სამკუთხა

თუ გამოიყენება კუთხის რეფლექტორი სამკუთხა სახეებით, მაშინ EPR

კუთხის რეფლექტორების გამოყენება

გამოიყენება კუთხის რეფლექტორები

• როგორც მატყუარა
• რადიო კონტრასტული ღირშესანიშნაობების მსგავსად
• ძლიერი მიმართულების გამოსხივებით ექსპერიმენტების ჩატარებისას

ჭაჭა

ჩაფები გამოიყენება რადარის მუშაობაში პასიური ჩარევის შესაქმნელად.

დიპოლური რეფლექტორის RCS-ის მნიშვნელობა ზოგადად დამოკიდებულია დაკვირვების კუთხეზე, თუმცა RCS ყველა კუთხისთვის:

ჭაღები გამოიყენება საჰაერო სამიზნეების და რელიეფის, ასევე პასიური რადარის შუქურების დასაფარად.

ჭალის ასახვის სექტორი არის ~70°

რთული სამიზნეების EPR

რთული რეალური ობიექტების RCS იზომება სპეციალურ დანადგარებზე, ან დიაპაზონში, სადაც შესაძლებელია შორეული დასხივების ზონის პირობები.

#	სამიზნე ტიპი	σ გ
1	ავიაცია
1.1	გამანადგურებელი თვითმფრინავი	3-12
1.2	სტელსი მებრძოლი	0,3-0,4
1.3	ფრონტის ბომბდამშენი	7-10
1.4	მძიმე ბომბდამშენი	13-20
1.4.1	B-52 ბომბდამშენი	100
1.4	სატრანსპორტო თვითმფრინავი	40-70
2	გემები
2.1	წყალქვეშა ნავი ზედაპირზე	30-150
2.2	წყალქვეშა ნავის ამოჭრა ზედაპირზე	1-2
2.3	მცირე ხელობა	50-200
2.4	საშუალო გემები	²
2.5	დიდი გემები	> 10²
2.6	კრეისერი	~12 000 14 000
3	სახმელეთო სამიზნეები
3.1	ავტომობილი	3-10
3.2	ტანკი T-90	29
4	საბრძოლო მასალა
4.1	ALSM საკრუიზო რაკეტა	0,07-0,8
4.2	ოპერატიულ-ტაქტიკური რაკეტის ქობინი	0,15-1,6
4.3	ბალისტიკური რაკეტის ქობინი	0,03-0,05
5	სხვა მიზნები
5.1	ადამიანური	0,8-1
6	ჩიტები
6.1	რუკი	0,0048
6.2	მუნჯი გედი	0,0228
6.3	კორმორანი	0,0092
6.4	წითელი ფუტკარი	0,0248
6.5	მალარდი	0,0214
6.6	Ნაცრისფერი ბატი	0,0225
6.7	Კაპიუშონიანი ჟაკეტი	0,0047
6.8	მინდვრის ბეღურა	0,0008
6.9	ჩვეულებრივი ვარსკვლავი	0,0023
6.10	შავთავიანი თოლია	0,0052
6.11	თეთრი ღერო	0,0287
6.12	ლაპინგი	0,0054
6.13	ინდაური ურჩხული	0,025
6.14	კლდის მტრედი	0,01
6.15	სახლის ბეღურა	0,0008