Principiile Radiolocaţiei

Pierderea de fluctuație

Diagrama de reflexie secundară a țintelor de zbor reale („aria de reflexie efectivă”) are un caracter cu mai multe fante, puternic zimțat. Fluctuația semnalului reflectat se bazează pe această diagramă complicată a zonei relative de retroreflecție. Atunci când se deplasează înainte, modelul de întoarcere al aeronavei este rotit în raport cu radarul. Nu este posibil să se prevadă care segment unghiular al acestei diagrame este în vigoare la un moment dat. Datorită modificărilor temporale ale amplitudinilor și modificărilor de fază cauzate de cursul țintei, intensitatea câmpului recepționat la setul radar este supusă unei fluctuații puternice, care se numește fluctuație.

Pentru descrierea matematică a influenței fluctuației asupra razei de acțiune a radarului, Peter Swerling a definit patru cazuri-model în 1954. S-a presupus o caracteristică de antenă dreptunghiulară, adică a fost neglijată modularea amplitudinilor unui tren de ecouri de către caracteristica antenei.

Cele patru cazuri model („cazurile Swerling”)

Swerling arată în lucrarea sa că fluctuațiile țintelor introduc pierderi de fluctuație suplimentare L _f în ecuația radarului. Acestea depind în mare măsură de probabilitatea de detectare P_D, dar numai puțin de probabilitatea de alarmă falsă P_N. (Notă: În literatura de specialitate, cele patru cazuri-model sunt uneori numerotate consecutiv cu cifre romane).

Ilustrație 2: Swerling 1 și 2: ținta constă într-un număr de reflectoare izotrope de aceeași dimensiune distribuite pe o suprafață. Dintr-un unghi diferit al aceluiași aranjament (vedere b), rezultă distanțe diferite și, prin urmare, condiții de interferență diferite.

Ilustrație 2: Swerling 1 și 2: ținta constă într-un număr de reflectoare izotrope de aceeași dimensiune distribuite pe o suprafață. Dintr-un unghi diferit al aceluiași aranjament (vedere b), rezultă distanțe diferite și, prin urmare, condiții de interferență diferite.

Cazul model 1:

Amplitudinile ecourilor rămân constante în timpul rotirii antenei deasupra țintei, adică în timpul timpului de staționare a țintei sau al timpului de iluminare T_d. Cu toate acestea, magnitudinea lor se modifică de la un eșantion la altul într-un mod independent din punct de vedere statistic, adică amplitudinile sunt diferite în eșantioane succesive și nu sunt corelate.

Acest model este denumit fluctuație de la o scanare la alta (scan-to-scan fluctuation, aici: de la o revoluție la alta). Distribuția densității de probabilitate a zonei de întoarcere σ este dată de distribuția Rayleigh, iar suma zonei de întoarcere este distribuită exponențial.

Unde σ_average este valoarea medie a tuturor secțiunilor transversale de retrodifuziune care apar.

Acest caz caracterizează comportamentul țintelor care constau în mai multe elemente independente de retrodifuziune de aproximativ aceeași dimensiune. Acest lucru este valabil, de exemplu, pentru țintele aeriene. Radarul este un radar de recunoaștere aeropurtat sau un radar de recunoaștere a suprafeței mării cu o acoperire rotativă relativ rapidă.

Cazul model 2:

Legea fluctuației este dată din nou de ecuația (44), dar fluctuația este mult mai rapidă. Rezultatul este o modificare a amplitudinii de la un impuls la altul (fluctuație de la un impuls la altul) pe parcursul celor n semnale de ecou dintr-un timp de iluminare.

Ca și cazul 1, cazul 2 caracterizează comportamentul statistic al semnalelor de ecou de la aeronave. Cu toate acestea, aici nu este vorba de o antenă de căutare omnidirecțională rotativă, ci de un radar de urmărire a țintelor concentrat pe o țintă.

Ilustrație 3: Swerling 3 și 4: un reflector izotropic dominant este suprapus de mai multe reflectoare mici.

Ilustrație 3: Swerling 3 și 4: un reflector izotropic dominant este suprapus de mai multe reflectoare mici.

Cazul model 3:

Fluctuația apare de la un eșantion la altul ca în cazul 1, dar conform distribuției densității de probabilitate

Cazul model 4:

Suprafața retroreflectorizantă efectivă totală σ_ges corespunde unei distribuții χ². Fluctuația apare ca și în cazul 2 de la o perioadă de impuls la alta, dar distribuția densității de probabilitate este conformă cu ecuația (45).
 

Cazurile 3 și 4 descriu comportamentul țintelor în care o zonă de retrodifuziune mai mare se suprapune peste unele mai mici sau în care o zonă de retrodifuziune mare își schimbă ușor aspectul. Este posibil ca acestea să se aplice în principal țintelor navelor.

În practică, cazurile 2 și 4 prezintă un interes relativ scăzut, deoarece fluctuația rapidă de la un impuls la altul necesită fie viteze ale țintei mult mai mari decât cele ale aeronavelor, fie timpi lungi de staționare a țintei. Aceste cazuri speciale pot fi prezente în radarele de urmărire pentru apărarea antirachetă sau în radarele de recunoaștere a artileriei. Deoarece în aceste cazuri are loc deja o anumită medie a diferitelor amplitudini în cadrul trenului de impulsuri de ecou, pierderile de fluctuație legate de o țintă stabilă sunt relativ mici. În medie, acestea se ridică la numai 1 până la 2 dB, cu probabilități de detecție P_D de peste 60%.

Ilustrație 4: Pierderea de fluctuație L _f pentru cazurile Swerling 1 și 3

Ilustrație 4: Pierderea de fluctuație L _f pentru cazurile Swerling 1 și 3

Cazurile 1 și 3 sunt în esență valabile pentru radarele de căutare. Pierderea de fluctuație în funcție de probabilitatea de detectare P_D este prezentată în figura 4. Pentru P_D<30%, apare un câștig de fluctuație, deoarece pentru rapoarte semnal-zgomot foarte mici, modificările de amplitudine statistică favorizează detecția.

Cazul model 0 sau 5:

Această cauză a fost ulterior adoptată ca referință. Este o țintă sintetică, fără nicio fluctuație.