Физико-математические основы радиолокации (продолжение)

Ну так продолжаем беседу.
("Конец первой серии" здесь: Лучший военные самолёт? )

P.S.: Топик разместил в "Авиационном", учитывая неразрывную связь темы с современной авиацией. Но, если модераторы сочтут нужным, можно и в "Научный" перенести.

Ну вот, и все разбежались! Shurik, TheFreak, вы где?

Freakу:
По поводу дипольного эффекта: важен скорее не сам импеданс, а характер его зависимости от частоты: минимум его действительной составляющей соответствует резонансу. На антеннах с этой зависимостью иногда играются, добавляя сосредоточенные индуктивности, либо емкости. При этом резонансные частоты антенны сдвигаются вниз, либо вверх. Как это сделать в случае с отражающим элементом - непонятно. Разве что поиграться с его формой. И все равно - эти меры лишь сдвигают резонанс на другую частоту, но не устраняют его. Для борьбы с резонансом надо уходшить добротность, т.е. увеличить коэффициент поглощения облучаемого элемента. Однако, как я уже неоднократно Вам говорил, требуемая толщина радиопоглощающих покрытий растет с ростом волны. На метровых волнах эти покрытия не отвечают требованиям авиации. Если Вам непонятны причины роста толщины покрытий, я могу объяснить.
По поводу роста ЭПР за счет отражения от пластин:
Тут были приведены всевозможные графики ЭПР пластин. А вот теперь построите 2 развертки ЭПР по углу визирования для 3 см и , скажем, для 0,5 - 1м. Эффект будет такой: на малых длинах волн лепестки максимумов отражения будут длиньше, чем на больших. Однако в первом случае эти лепестки гораздо уже, чем во втором, следовательно у конструктора куда больше вариантов углов установки пластины на планере самолета, да и диапазон "безопасных" углов визирования для получившегося планера будет больше. А вот на больших длинах волн ситуация гораздо хуже. Да, максимально возможная ЭПР в этом случае меньше. Но и диапазон "безопасных" углов визирования сокращается из-за расплывания лепестков ДН. А вот теперь попробуйте-ка наберите из таких пластин планер, да еще такой, чтобы внутрь хоть что-нибудь уместилось, да и летать он должен хотя-бы чуток лучше утюга. И еще: вроде-бы так никто и не отметил, что "пластинчатая" модель стелса не совсем верна: приличную (если не главную) часть ЭПР дают углы на стыках пластин, а их так никто и не посчитал.
Вуду:
Эффект схлопывания лазерного луча заключается в том, что при слишком больших мощностях происходит резкое увеличение потерь в атмосфере из-за ионизации газов. Этот эффект является большой помехой для создания лазерного оружия, т.к. ограничивает его мощность. Однако при несколько меньших мощностях существует эффект самофокусировки луча, связанный с тем, что в луче изменяется показатель преломления атмосферы и образуется в некотором роде световод. В этом случае в атмосфере луч лазера может распространяться вообще без рассеивания, как по световоду.

Darth>А тут целых 75 см на 1 м² пластину падают

Во-во, в таком разе эта пластина даже с ребра будет видна "на окололунной орбите слабовооруженным глазом"

Darth>Ну вот, и все разбежались! Shurik, TheFreak, вы где?

Вынужден был отлучиться. Основное применение говоря словами
TheFreak-а заело...
В ближ. время присоединюсь. Как раз кой-какие соображения назрели

А вот иллюстрация к вышесказанному:

airbase.ru/sites/cvn11437.narod.ru/Airbase/RCS13.htm

Darth>А вот иллюстрация к вышесказанному:

Коллега, у Вас на графиках при угле облучения 90 град. ЭПР нулевая.
А Вы не находите, что при облучении куска проводяшей поверхности "с торца" сия поверхность становится неслабым диполем с весьма приличной ЭПР?
(Это не нападка, а просто комментарий к границам применимости данной модели)

Абсолютно точно, Baby. Мы делаем на это скидку.

Более того, второй график вообще имеет приблизительный характер, т.к. использовалась формула для случая l << a,b. А тут целых 75 см на 1 м² пластину падают

Baby

> Во-во, в таком разе эта пластина даже с ребра будет видна "на окололунной орбите слабовооруженным глазом"



А у Вас есть какие-либо идеи относительно корректировки формулы для случая длин волн, сопоставимых с характеристическими размерами цели или их превышающих?

Shurik

Ну так ждем-с

Ну вот, опять все свалили

Darth>Ну вот, опять все свалили
Не свалили. Я в Москву на неделю уезжал.
У меня была подобная идея открыть отдельный топик.
Хочу на досуге посчитать ЭПР сферы, цилиндрического конуса и конуса составленного из треугольников. Надеюсь получится.

U235>По поводу дипольного эффекта...

Еще не угомонились?

U235>важен скорее не сам импеданс, а характер его зависимости от частоты

Ага... Численное значение импеданса, значит, не важно...
Вы сами-то поняли что сказали?

U235>Однако, как я уже неоднократно Вам говорил, требуемая толщина радиопоглощающих покрытий растет с ростом волны.Если Вам непонятны причины роста толщины покрытий, я могу объяснить.

Мы где-то об этом спорили?! U235>Эффект будет такой: на малых длинах волн лепестки максимумов отражения будут длиньше, чем на больших.

Длиньше - значит больше в максимуме? Тогда это не совсем так. Для 10 град ЭПР=(примерно)10 для 3см и 10 для 75см, для 30 град - 1 и 1, соответственно, для 60 град - 0.1 и 0.1. Посмотрите на графики.

U235>Однако в первом случае эти лепестки гораздо уже, чем во втором, следовательно у конструктора куда больше вариантов...

Да нет у конструктора никаких вариантов. Все это работало бы если б было заранее известно с какой частотой вас будут облучать, и если бы вас облучали ТОЛЬКО с этой частотой.
В реальности надо брать усредненные значения для диапазона волн.

Baby>А Вы не находите, что при облучении куска проводяшей поверхности "с торца" сия поверхность становится неслабым диполем с весьма приличной ЭПР?

Может быть. Будем очень рады если сможете дать более-менее количественную оценку "дипольного" эффекта.

Ну слава богу, TheFreak появился!

Без Вас уже скучновато стало Тут, кстати, сейчас в нескольких топиках про радиотехнику (в той или иной степени) говорят. Загляните в "Су-37 vs. F-22", например.

> Хочу на досуге посчитать ЭПР сферы...

Дык чё ж ее считать?! Для l << R ЭПР сферы понятно чему равна , а для R <= l/2p есть дифракционная формула Рэлея: s=4,4x10⁴ R⁶/l⁴.
Конечно, представляет интерес расчет того, что будет в случае l ~ R...

> цилиндрического конуса и конуса составленного из треугольников.

Угу, а вот это более интересно, если учесть, что наработки этой математической модели можно будет потом использовать для расчета ЭПР более сложных объектов, составленных из этих простейших. Хотя... Как учесть фазовый сдвиг и интерференцию?

Коллеги, а никто на пробовал освежить в памяти конспект лекций по основам радиолокации (извините за ехидный вопрос)?
Там все эти ЭПР (диполь, конус) давно просчитаны и приведены "готовые рецепты".

На мой взгляд, интереснее качественно оценить потециальную "стелсовость" объекта.

Итак,
1. Для уменьшения отражения радиосигнала часть палающей энергии преобразуется в тепло, часть переизлучается в другом направлении.
2. Полностью поглатить всю падающую энергию в широком спеткре покрытием ЛА невозможно всилу естественных ограничений на толщину покрытия (в частности).
3. Переизлучение в другом направлении (или с другой поляризацией, на другой частоте) позволяет обнаружить объект (например с помощью разнесенной радиолокации).
4. Движущийся "Стелс" обнаруживается на фоне земли.

В силу вышеуказанного, IMHO целесообразно финансировать в первую очередь создание БРЛС/БРЭО нового поколения и средств обнаружения ЛА и передачи информации в реальном времени космического базирования.

>> Переизлучение в другом направлении (или с другой поляризацией, на другой частоте) позволяет обнаружить объект (например с помощью разнесенной радиолокации).
Darth>Ну да, только мне кажется, что пока это сказать проще, чем сделать. Ведь необходимую инфраструктуру создавать надо. Кроме того, в случае начала военных действий средства этой самой "разнесенной радиолокации" будут наиболее приоритетной целью, и их вынесут теми же "Томагавками".

Все не так страшно, технически надо реализовать БРЛС, способные работать в паре/в группе, т.е. принимать сигналы друг-друга, что несложно. Тракт передачи информации с борта на борт - вещь практически решенная.

>> Движущийся "Стелс" обнаруживается на фоне земли.
Darth>Да на фоне земли не то что "стелс" - обычный самолет не спешит обнаруживаться

... девайсами конца 70х - начала 80х - да. Сейчас жить стало заметно легче.

Darth>Это бесспорно, только помимо этого РЛ заметность собственных самолетов тоже нужно снижать, всеми доступными способами (ну там, вымазать в чем-нибудь или плазмогенератор какой-нибудь повесить )

Ну да, и еще тщательно отнестись к форме ЛА.

> технически надо реализовать БРЛС, способные работать в паре/в группе, т.е. принимать сигналы друг-друга, что несложно.

А как синхронизировать их работу? Их же как-то связать между собой надо. Можно, правда, кодировать сам зондирующий сигнал (достаточно заложения в него идентификатора РЛС, с которой он послан, - а остальное триангуляцией).

> Сейчас жить стало заметно легче.

А намного ли?

Baby> Коллеги, а никто на пробовал освежить в памяти конспект лекций по основам радиолокации (извините за ехидный вопрос)?

Хе-хе, Вам хорошо говорить, а вот мне было бы чего освежать! Конечно, есть книжка по основам РТС, единственное, чего нет - это времени туда основательно заглянуть

> Переизлучение в другом направлении (или с другой поляризацией, на другой частоте) позволяет обнаружить объект (например с помощью разнесенной радиолокации).

Ну да, только мне кажется, что пока это сказать проще, чем сделать. Ведь необходимую инфраструктуру создавать надо. Кроме того, в случае начала военных действий средства этой самой "разнесенной радиолокации" будут наиболее приоритетной целью, и их вынесут теми же "Томагавками".

> Движущийся "Стелс" обнаруживается на фоне земли.

Да на фоне земли не то что "стелс" - обычный самолет не спешит обнаруживаться

> В силу вышеуказанного, IMHO целесообразно финансировать в первую очередь создание БРЛС/БРЭО нового поколения и средств обнаружения ЛА и передачи информации в реальном времени космического базирования.

Это бесспорно, только помимо этого РЛ заметность собственных самолетов тоже нужно снижать, всеми доступными способами (ну там, вымазать в чем-нибудь или плазмогенератор какой-нибудь повесить )

Baby>Там все эти ЭПР (диполь, конус) давно просчитаны и приведены "готовые рецепты".

Учиться никогда не поздно.
Формулы напишите пожалуйста.

Товарищи радиотехники!

Пока Вы, очевидно, самозабвенно считаете ЭПР простейших и не очень объектов (иначе чем еще можно заниматься в нашей скучной жизни? ), у меня тут назрело несколько "насущных вопросов и мировых проблем". Скорее всего, над некоторыми из них Вы будете смеяться, но я же честно предупреждал, что в радиотехнике почти полный лох . Итак:

1. В какой зависимости (количественно) находится средняя дальность обнаружения цели от частоты обращения к ней луча? Это я вот о чем: по какому закону меняется дальность при изменении объема зоны обзора? Например, если увеличить зону со, скажем, 60х10 до 120х10 (при прочих равных условиях), можно ли как-нибудь прикинуть, во сколько раз уменьшится дальность?

2. Я так и не понял, по какому принципу работает ЩАР с механическим сканированием в обеих плоскостях, и в чем ее преимущество перед антенной Кассегрейна? Кроме того непонятно, чем отличается принцип работы ЩАР с электронным сканированием в одной плоскости (например, APG-63) от принципа работы такой же ФАР (например, 9С15 (РЛС кругового обзора ЗРС С-300В)), и если ничем, то почему они по-разному называются?

3. Что такое "волноводно-щелевая антенная решетка"?

4. Стыдно сказать, но я до сих пор не знаю, с чем едят децибелы . Если написано, что такой-то показатель изменился на столько-то децибел, можно ли пересчитать, во сколько это раз, и если да, то как это сделать?

5. От чего зависит коэффициент усиления антенны, и как его рассчитать?

Пожалуйста, просветите!

О, спасибо, KRoN! Я чуял тут "кривую" зависимость, но не смог раскусить ее характер

Darth>1. В какой зависимости (количественно) находится средняя дальность обнаружения цели от частоты обращения к ней луча?

Если подходить энергетически - то как логарифм от соотношения сигнала к шуму, но тут же еще и корреляция существует.

Darth>Кроме того непонятно, чем отличается принцип работы ЩАР с электронным сканированием в одной плоскости (например, APG-63) от принципа работы такой же ФАР

Вообще различия достаточно очевидны - элементы ФАР - это аттенюаторы, да еще и не вносящие (в общем случае) поляризации, а ЩАР - это поляризованные излучатели. А принцип электронного поворота луча такой же как у АФАР, если не ошибаюсь.

Darth>Что такое "волноводно-щелевая антенная решетка"?

Это такая АР, в которой излучаемый радиосигнал подводиться от него генератора к щелевым излучающим элементам, а не генериться ими из электрического коллебания.

Darth>Если написано, что такой-то показатель изменился на столько-то децибел, можно ли пересчитать, во сколько это раз, и если да, то как это сделать?

Кроныч все рассказал, однако надо помнить, что например отношения токов, напряжений и т.п. считаються как 20 Дб порядок, и в излучении иногда такое попадаеться, если допустим считают не по плотности потока энергии, а по напряженности поля (на вскидку, я не помнб как там через напряженность считаеться, вдруг энергия от нее не квадратично зависит)

Darth>5. От чего зависит коэффициент усиления антенны, и как его рассчитать?

Известно что КУ это отношение плотности потока энергии от конкретной антенны к отношению плотности потока энергии от изотропного излучателя (точечного) той же мощности. Так что все изображенно на ДН. Для того что вы вычислить по ДН достаточно посчитать площадь лепестков, нарисовать круг такой же площали и отношения периметра этого круга который попадает в лепестки ДН к общему периметру и будет КУ.

А так, в общем виде я не знаю как считать ДН, но для пары десятков типов антенн - умею, впрочем ФАРы в это число не входят.

Сразу по п.4. Децибеллы бывают разные То, что тебя интересует, это дБ = -10log(P2/P1), т.е. удесятерённое значение десятичного логарифма отношения сигналов. Усиление 10 дБ = "в 10 раз". 20 дБ = "100раз". Ну и т.д.

Да, оффтопик, но чтобы не было вопроса что за "разные децибеллы". Есть ещё децибеллы в акустике - отношение звукового давления к минимально воспринимаемому человеческим слухом - 0.00002 Па. Они обычно "по умолчанию" используются как "абсолютные" величины.

Существует 2 принципиально разных способа поворота луча для антенных решеток.
- управлением фазой каждого излучателя путем изменения фаз генераторов (для активных ФАР), либо внесения требуемого фазового сдвига специальными устройствами - фазовращателями, стоящими в фидерном тракте перед каждым излучателем (для пассивных ФАР). Именно такие антенны называются собственно ФАР.
- изменением частоты излучения. Как не трудно посчитать, луч ,излучаемый линейкой последовательно запитываемых излучателей, расположенных на фиксированном растоянии друг от друга, при этом действительно отклоняется. Именно таким образом обычно отклоняют луч на волноводно-щелевой антенне (похоже, что ее и называют ЩАР) - просто изменяют подаваемую на вход частоту. Решетки с таким управлением луча называют ЧАР. Но часто их так же обзывают ФАР, не разбираясь в принципе управления лучом.

1ый способ, как нетрудно понять, дает почти неограниченную свободу в управлении лучом , да и частотный диапазон у такой системы значительно выше.

2ой способ заметно проще, дешевле и надежней.