Устройство для измерения эффективной площади рассеяния объектов

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) различных объектов радиолокации. Технический результат заключается в обеспечении контроля за измерением угловой диаграммы ЭПР объекта с точностью до десятых-сотых долей градуса. Устройство измерения ЭПР радиолокационных объектов содержит приемопередающий блок, регистратор, поворотный стенд с узлом крепления, служащим для установки объекта измерения, ориентированного так, что нормаль к плоскому фронту излученной приемопередатчиком электромагнитной волны лежит в заданной плоскости вращения объекта. Контроль точности измерения угловой диаграммы ЭПР объекта обеспечивается тем, что на поверхности объекта параллельно заданной плоскости его вращения жестко закрепляется радиопрозрачная оболочка (РПО) в форме длинного тонкого прямого цилиндра (РПО-цилиндра) заданных размеров, полость которой частично заполнена электропроводной жидкостью. Измеренный максимальный уровень ЭПР главного лепестка РПО-цилиндра, согласно приведенной зависимости, позволяет определить угол наклона плоскости вращения объекта. 7 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) различных объектов радиолокации.

Известен способ измерения ЭПР с использованием импульсной локации, включающий помещение исследуемого объекта в поле, излучаемое импульсным локатором, измерение рассеянной мощности и сравнение ее с мощностью, рассеянной эталонным отражателем /1/. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, реализующее данный способ /2/ и содержащее (фиг.1) приемопередающий блок 1, регистратор 2, поворотный стенд 3 с узлом крепления, служащим для установки объекта измерения 4, ориентированного так, что плоскость вращения объекта 5, нормаль к плоскому фронту излученной приемопередатчиком волны лежат в одной плоскости. Существенным недостатком данного устройства является неконтролируемая точность измерения угловой диаграммы ЭПР объекта из-за возможного наклона плоскости вращения объекта.

Поясним данное утверждение. При круговом вращении объекта в ходе измерения угловой диаграммы ЭПР возможен наклон плоскости вращения 5 (фиг.1) относительно горизонта на угол α, вызванный рядом факторов, например, таких как:

неправильный выбор точки крепления вертикального шнура с горизонтальной опорой /3/;

смещенный относительно оси вращения центр массы объекта;

неравномерное натяжение шнуров узла крепления, связывающих объект с поворотным стендом.

Такого рода факторы не позволяют проводить корректные измерения ЭПР объектов в горизонтальной плоскости вращения, а также делают невозможным контроль специально задаваемого объекту угла наклона в пределах долей и единиц градусов. Наиболее подвержены этому объекты, имеющие размеры много больше длины волны измерительной установки. Для таких объектов характерным является сильно изрезанная диаграмма ЭПР с шириной лепестков, не превышающей доли градусов /4/. На фиг.2 приведены диаграммы ЭПР металлической прямоугольной пластины с размерами 5λх80° в секторе углов локации 0±15° относительно нормали к ее поверхности:

с - пластина вращалась в горизонтальной плоскости вокруг малой оси, угол наклона α≅0°;

d - пластина вращалась в плоскости с углом наклона α до 1°. Анализ приведенных диаграмм ЭПР показывает, что наклон плоскости вращения объекта даже в пределах одного градуса приводит к уменьшению максимального значения ЭПР главного лепестка пластины (f) до 10 дБ и более. Такие неконтролируемые ошибки особенно недопустимы в ходе калибровки и настройки измерительной установки, когда в качестве эталонных отражателей могут применяться длинные металлические цилиндры и пластины. Таким образом, актуальной является задача точного контроля углового положения плоскости вращения объекта при измерении его диаграммы ЭПР.

Цель изобретения - обеспечение контроля точности измерения угловой диаграммы ЭПР объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве измерения ЭПР радиолокационных объектов, содержащем приемопередающий блок, регистратор, поворотный стенд с узлом крепления, служащим для установки объекта измерения, ориентированного так, что нормаль к плоскому фронту излученной приемопередатчиком электромагнитной волны лежит в плоскости вращения объекта, на поверхности объекта параллельно заданной плоскости его вращения жестко закрепляется радиопрозрачная оболочка (РПО) в форме длинного тонкого прямого кругового цилиндра (РПО-цилиндра) (6, фиг.1), полость которого частично заполнена электропроводной жидкостью. При этом размеры полости РПО-цилиндра и уровень электропроводной жидкости выбираются из соотношений (фиг.3)

b/a≥100; h≤0,2a;a≤0,5λ,

где b - длина образующей цилиндра,

а - диаметр основания цилиндра,

h - уровень равномерно распределенной вдоль всей длины цилиндра электропроводной жидкости,

λ - длина волны измерительной установки.

Устройство работает следующим образом. В ходе измерения диаграммы ЭПР возможный наклон объекта с закрепленным на нем РПО-цилиндром 6 приводит к перетеканию электропроводной жидкости k в сторону наклона с соответствующим уменьшением длины протяженного объема жидкости (фиг.4) пропорционально углу наклона РПО-цилиндра α_i. Таким образом, каждому конкретному углу наклона (α_i) РПО-цилиндр с электропроводной жидкостью как радиолокационный отражатель будет подобен “проводящим проводам” разной длины со средним диаметром q_i. При этом длина этих “проводов” равна многим длинам волн, а диаметр составляет лишь долю длины волны /5/. В данном случае точность контроля за наклоном плоскости вращения определяется по измеренному уровню максимального значения ЭПР главного лепестка m (σ_m) электропроводной жидкости (“провода”) при облучении ее по нормали, когда θ=0°, где θ - угол локации (фиг.5). Измеренное значение ЭПР характеризует угол наклона РПО-цилиндра и, соответственно, наклон плоскости вращения объекта.

Сравнительно простой расчетной формулой для определения уровня ЭПР главного лепестка электропроводной жидкости (“провода”) для случая θ=0°, дающей хорошее согласие с экспериментом, является модифицированная формула Чу /5/

где - длина протяженного объема (длина “провода”) электропроводной жидкости при заданном угле наклона α_i;

q_i - средняя ширина объема (диаметра “провода”) электропроводной жидкости (фиг.4);

i=1, 2, 3,...;

γ=1,78..., n=3,1415926...;

λ - длина волны измерительной установки, при условии, что направление поляризации совпадает с образующей РПО-цилиндра.

В широком диапазоне изменений значений ЭПР значение σ_m слабо зависит от q/λ, поэтому имеем

тогда из (1) следует, что

Установить зависимость между максимальным значением ЭПР главного лепестка (σ_m) электропроводной жидкости (“проводов”) и наклоном РПО-цилиндра α (фиг.5) несложно, представив объем электропроводной жидкости в проекции А (при наклоне РПО-цилиндра) в виде прямоугольного треугольника, заштрихованного на фиг.4. Треугольник в проекции получается после наклона на некоторый угол α’, определяющий угловую чувствительность устройства, при наклоне на который проекция из четырехугольной преобразуется в форму прямоугольного треугольника. При этом величина “угла чувствительности” может выбираться исходя из соотношения

α’=arctg(2h/b).

Уменьшение большого катета треугольника 1_i с ростом угла α_i при постоянном объеме электропроводной жидкости связано с величиной σ_m и согласно соотношению (2) позволяет построить зависимость, представленную на фиг.6. Анализ данной зависимости позволяет сделать вывод о том, что применение РПО-цилиндра на практике позволит с высокой точностью (до десятых долей градуса) контролировать угол наклона плоскости вращения объекта, тем самым исключать возможные ошибки в измерении угловой диаграммы ЭПР. Таким образом, жестко закрепленный на объекте РПО-цилиндр при измерении его диаграммы ЭПР позволит по максимальному значению ЭПР главного лепестка определить угол наклона плоскости вращения объекта и при необходимости откорректировать его угловое положение любыми доступными способами.

На практике РПО-цилиндр может крепиться к объекту измерения таким образом, чтобы была обеспечена гарантия наблюдения его главного лепестка на фоне диаграммы ЭПР самого объекта. В случае, когда требуется исключить возможное влияние отражений РПО-цилиндра на диаграмму ЭПР объекта, после контроля точности установки плоскости вращения объекта измерения, РПО-цилиндр демонтируется, и измерение диаграммы ЭПР объекта может быть продолжено без него.

Данное устройство было испытано в условиях Эталонного радиолокационного измерительного комплекса /6/. В качестве объекта измерения использовался эталонный отражатель для калибровки измерительных установок в виде металлического цилиндра длиной 125 λ и диаметром основания 37,5 λ РПО-цилиндр был развернут относительно образующей эталонного отражателя на 30° и жестко крепился в точке, через которую проходит ось вращения объекта измерения, при этом имел размеры соответственно b=188λ, a=0,5λ, а уровень (h) равномерно распределенной вдоль всей длины цилиндра электропроводной жидкости соответствовал 0,1λ.

Испытания проводились следующим образом. Последовательно измерялись две диаграммы ЭПР объекта с РПО-цилиндром. В обоих случаях объект равномерно вращался в плоскости, совпадающей с нормалью к плоскому фронту, излучаемой приемопередатчиком электромагнитной волны (λ=0,8 см). Отраженный сигнал в виде диаграммы ЭПР регистрировался анализатором. При первом измерении плоскость вращения объекта по возможности устанавливалась параллельно горизонту, при втором - плоскости задавался некоторый угол наклона. На фиг.7р представлена диаграмма ЭПР первого измерения, на фиг.7r - второго. Анализ измеренных таким образом диаграмм ЭПР позволяет сделать следующие выводы: максимальный уровень ЭПР главного лепестка РПО-цилиндра (m) в первом измерении позволяет согласно зависимости (фиг.6) определить, что угол наклона плоскости вращения лежит в пределах 0...0,05 градуса (0,05° соответствует “углу чувствительности”). Во втором измерении угол наклона согласно той же зависимости соответствует 0,75°. Таким образом, обеспечивается контроль за измерением угловой диаграммы ЭПР объекта с точностью до десятых-сотых долей градуса.

Преимуществом предлагаемого устройства является простота его реализации путем незначительной модернизации известного устройства.

Источники информации

1. Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей.

2. Устройство измерения эффективной площади рассеяния объектов по А.С. СССР № 491111, МПК G 01 R 29/10, 1975 (прототип).

3. Блэксмит, Хайатт, Мак. Введение в методы измерения радиолокационного поперечного сечения цели. ТИИЭР, 1965, т.53, № 8, с.1044.

4. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. Радио, 1975, с.214-217.

5. Криспин, Маффетт. Оценка радиолокационного поперечного сечения тел простой формы. ТИИЭР, 1965, т.53, № 8, с.969-970.

6. Сумин А.С. и др. Контрольная для “невидимок”. АВИА-панорама. № 6, 1997. С.30.

Устройство для измерения эффективной площади рассеяния объектов, содержащее приемопередающий блок, регистратор, поворотный стенд с узлом крепления, служащим для установки объекта измерения, ориентированного так, что нормаль к плоскому фронту излученной приемопередатчиком электромагнитной волны лежит в заданной плоскости вращения объекта, отличающееся тем, что на поверхности объекта параллельно заданной плоскости его вращения жестко закреплена радиопрозрачная оболочка в форме прямого кругового цилиндра, полость которого частично заполнена электропроводной жидкостью, при этом размеры цилиндра и уровень электропроводной жидкости в его полости выбираются из соотношения

b/a≥100; h≤0,2a; a≤0,5λ,

где b - длина образующей цилиндра;

а - диаметр основания цилиндра;

h - уровень равномерно распределенной вдоль всей длины цилиндра электропроводной жидкости;

λ - длина волны измерительной установки.