Характеристики функции отражения

к напряженности

поля облучения Е при заданных поляризации на передачу и прием, длине волны и угле облучения:

Мощность отраженного поля определяется эффективной площадью рассеяния (ЭПР):

Комплексный коэффициент рассеяния связан с ЭПР отражателя:

- изменение фазы волны при отражении.

Тогда в качестве функции отражения объекта можно использовать зависимость коэффициента рассеяния от координат точечных отражателей 1-го объекта:

В случае гладких неоднородностей объект состоит из L отдельно расположенных зеркальных точек, и функция отражения представляется суммой дельта-функций:

- коэффициент рассеяния точечного отражателя.

Расстояние между точками значительно превышает длину волны, а их положение и мощность отраженной волны относительно устойчивы при изменении длины волны, поляризации, угла облучения и на различных интервалах синтезирования.

т.е.

для пространственно-стационарного поля (ЭПР фона) постоянно и определяется разрешаемой площадкой РСА, т.е. разрешением по дальности и углу:

распределена по закону Рэлея:

распределена по экспоненциальному закону. Для стационарного фона такая статистика отраженного поля сохраняется для любого реального разрешения, когда

Пространственная корреляция функции отражения случайного поля примерно равна длине волны РСА. Так как размер элемента разрешения гораздо больше длины волны, то функцию отражения для случайного поля неоднородностей можно представить в виде нестационарного (кусочно-стационарного) комплексного некоррелированного шума:

- пространственный белый шум с единичной дисперсией.

В этом случае пространственная корреляционная функция отражения случайного поля

изменяется в соответствии с характеристикой отражения

(ЭПР) конкретного случайного поля (объекта).

по пространству (радиус корреляции) обычно значительно превышает длину волны даже при небольших размерах объектов случайного поля (отдельные деревья, кусты, обрывы рек, резкие неоднородности рельефа).

В ряде случаев объект может занимать всего один элемент разрешения (точку на изображении). В отличие от зеркальной точки, положение фазового центра которой относительно стабильно, у элемента разрешения случайного поля фазовый центр изменяет свое положение при изменении длины волны, направления облучения и при различных интервалах синтезирования. Также изменяется и напряженность отраженного поля. Если размер объекта типа случайного поля намного меньше элемента разрешения РСД, то его функция отражения будет подобна функции отражения зеркальной точки.

пропорционально скорости ветра.

пространственных и временных характеристик отражения в значительной степени зависят от длины волны РЛС. Поэтому далее рассмотрим особенности функции отражения различных объектов для трех характерных диапазонов: сантиметрового, дециметрового (60...90 см) и метрового (единицы метров).

Сантиметровый диапазон. При радиовидении детальность изображения объектов определяется разрешением по дальности и азимуту. В зависимости от тактической задачи разрешение РСА составляет от десятков сантиметров до единиц метров. Радиолокационное изображение хотя и подобно фотографическому , но имеет ряд особенностей, обусловленных свойствами функции отражения. При длинах волн единицы сантиметров и короче, функция отражения неоднородностей земной поверхности имеет радиус корреляции порядка длины волны, и в разрешаемый элемент на местности попадает множество отражателей. На различных интервалах синтезирования, длинах волн, углах наблюдения и облучения, разной поляризации реализации функции отражения одного и того же участка земной поверхности (случайного поля) независимы. Распределение случайной амплитуды изображения в элементе разрешения подчинено рэлеевскому закону, а дисперсия определяется удельной ЭПР наблюдаемой местности.

возрастает. Значение

удельной ЭПР для конкретной местности может значительно (на 5дБ) отличаться от приведенного в таблице. Это объясняется зависимостью отражения от целого ряда трудно учитываемых факторов (конкретная структура поверхности, влажность, внутренние неоднородности и т.п.). Средняя отражательная способность местности зависит от рельефа (наклона наблюдаемой площади относительно направления облучения). С увеличением угла наклона удельная ЭПР растет. Этим объясняется большее отражение от неоднородностей рельефа местности и кромки леса со стороны облучения.

Вследствие различия коэффициентов отражения в радио и оптическом диапазонах волн контраст (отличие мощности отражения) различных участков местности (лес, кустарник, степь, сельскохозяйственные угодья) в РСА не всегда соответствуем контрасту на фотоснимке.

Наклонный характер облучения вызывает появление на изображении теней, что обусловлено сильным поглощением электромагнитных волн сантиметрового диапазона листвой деревьев и почвой. Ориентировочные значения коэффициента затухания электромагнитных волн в различных материалах представлены в табл. 4.2 (при распространении в одном направлении).

представлена на рис. 4.4,а. Спектральная плотность

составляющих мощности отраженного сигнала леса (рис. 4.4,6).

Объекты с размерами, меньшими элемента разрешения, например объекты военной техники, сооружения, отдельные элементы местности, линии электропередач, формируют изображения в виде отдельных точек. Средние ориентировочные значения ЭПР а таких объектов представлены в табл. 4.3.

Для снижения ЭПР (маскировки) объектов используются радиопо-глощающие покрытия, типовое поглощение которых составляет 15...25 дБ в сантиметровом диапазоне.

Временные характеристики функции отражения объекта с гладкими неоднородностями определяются случайными движениями его отдельных частей (зеркальных точек) и объекта в целом, а также случайным изменением за время синтезирования ракурса облучения (наблюдения).

Время когерентности (интервал корреляции) функции отражения для неманеврирующего самолета тк = 0,1...0,3 с, для движущегося танка тк = 0,2.. .0,3 с.

В качестве иллюстрации на рис. 4.5 представлены особенности функции отражения (амплитуды) различных объектов. Пересеченная местность имеет функцию отражения типа нормального случайного процесса с плавно изменяющейся дисперсией. У водной поверхности дисперсия резко уменьшается. Обрывистый берег реки имеет значительно большую дисперсию со стороны облучения. Дерево в степи дает всплеск дисперсии и тень. Функция отражения степи в области тени резко уменьшается. Объект с гладкими неоднородностями имеет функцию отражения в виде нескольких зеркальных точек. При этом по контуру объекта экранируется отражение от подстилающей поверхности (тень объекта на фоне степи). Кромка леса со стороны облучения дает всплеск отражения, а с противоположной стороны - тень, размер которой определяется высотой деревьев и углом облучения.

В этом диапазоне по

сравнению с сантиметровым начинаются резкие изменения свойств функции отражения, так как геометрические размеры неоднородностей поверхности и внутренней структуры большинства объектов становятся меньшими или соизмеримыми с длиной волны. Рассеяние от мелкоструктурных поверхностей (ВПП, степь) имеет зеркальный характер, и удельная ЭПР при малых углах облучения резко падает (см. табл. 4.1). Коэффициент отражения от ровной поверхности, например степь, зеленая трава, возрастает с увеличением угла падения. Изображение таких поверхностей малоконтрастное и низкой интенсивности. Практически нет контраста изображений ВПП - степь - водная поверхность.

примерно на 10... 15 дБ. Так как шероховатость таких неровностей рельефа мала по сравнению с длиной волны, то они имеют функцию отражения типа зеркальной точки со стабильным фазовым центром. Аналогично приближаются по свойствам к зеркальным точкам и функции отражения отдельных элементов (столбы, отдельные деревья, домики, линии электропередач и т.п.). Наличие таких зеркальных точек в функции отражения стационарного случайного поля изменяет пространственное распределение ЭПР от экспоненциального к логнормальному .

У элементов, размер которых соизмерим с длиной волны, ЭПР значительно возрастает в результате резонансного характера переотражения. Например, кукурузное поле с высотой растений и расстояниями между рядами порядка длины волны имеет удельную ЭПР на 1-2 порядка больше, чем в сантиметровом и метровом диапазонах. Наблюдаются участки местности с обратным контрастом по сравнению с сантиметровым диапазоном. Так, мелкий кустарник на сухой почве дает меньшее отражение, а болотные кочки с редкими деревьями - большее отражение по сравнению с окружающим лесом, тогда как в сантиметровом диапазоне этот контраст был обратным.

Излучение этого диапазона проникает сквозь листву, отражаясь от крупных сучьев и стволов. Поглощение электромагнитных волн в листве деревьев равно 0,12 дБ/м, т.е. в 10 раз меньше, чем в сантиметровом диапазоне. При вертикальной поляризации поглощение больше примерно в 2 раза. Изображение лесного массива приобретает более детальный характер, так как наблюдаются объекты (малые поляны, лесные дороги, объекты техники и т.п.), ранее затененные листвой. Наблюдаются водные поверхности (болота, озера, разливы рек), скрытые листвой (трава, кустарник).

Объекты техники в дециметровом диапазоне в большинстве случаев увеличивают ЭПР (см. табл. 4.3), что обусловлено увеличением зеркальной и резонансной части отражения.

Радиолокационное изображение объектов в дециметровом диапазоне характеризуется в целом как стабильное, состоящее из отдельных точечных структур на малоконтрастном фоне.

Радиолокационное изображение объектов в этом диапазоне характеризуется дальнейшим усилением отражения от более крупных неоднородностей и практически полным подавлением фона, т.е. отражений от мелкоструктурных неоднородностей (степь, пашня, кустарник, дороги, ВПП). Значительно увеличивается ЭПР и контраст металлических сооружений (мачты, башни, дома). Резко выделяются крупные неоднородности местности и искусственных сооружений (обрывы рек, кварталы домов). В лесу хорошо видна структура полян, отдельных групп деревьев, объекты в лесу.

Размеры объектов военной техники (танки, самолеты, РЛС и т.п.) становятся соизмеримыми с длиной волны, что изменяет характер рассеяния электромагнитной волны. Решающую роль начинают играть резонансные явления, а также ползущие и бегущие волны. Это вызывает увеличение обратного рассеяния.

Общий вид радиолокационного изображения в метровом диапазоне волн можно характеризовать как отдельно расположенные зеркальные точечные отражатели, соответствующие элементам крупных неоднородностей земной поверхности и сооружений, а также объектам техники.

Итак, в заключение анализа характеристик функции отражения объектов отметим, что принятие той или иной модели зависит от конкретных условий работы РСА (длины волны, поляризации, углов наблюдения и облучения, разрешающей способности и т.п.) и от решаемой задачи (обнаружения, измерения координат, селекции движущихся целей и т.п.).

) независимо от разрешения:

- среднее значение ЭПР фона в элементе разрешения.

распределена по логнормальному закону:

Наземные и морские цели отличаются сложной конфигурацией. Наличие плоскостей и углов приводит к сложному характеру статистики амплитуд отраженных сигналов.

Одна зеркальная точка в элементе разрешения имеет стабильную ЭПР. Она может быть известна (ЭПР известного уголкового отражателя), либо неизвестна (случайна для наблюдателя). В последнем случае плотность распределения ЭПР зеркальных точек зависит от типа наблюдаемых объектов (корабль, ЗРК, кварталы домов и т.п.). Обычно это распределение для одного класса целей имеет рэлеевский характер. В случае, когда в элементе разрешения размещается несколько зеркальных точек, такой элемент разрешения имеет логнормальное распределение ЭПР или

- распределение с четырьмя степенями свободы: