УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ РАССЕЯНИЯ СТЫКОВ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерения эффективной площади рассеивания (ЭПР) стыков различных материалов.

Известен метод 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]
Указанный метод позволяет измерять ЭПР только в тех случаях, когда мощность полезного сигнала выше мощности фоновых отражений, т.е. ЭПР исследуемого объекта выше ЭПР фона. Однако ЭПР стыков различных материалов, как правило, ниже уровня фона существующих измерительных средств.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство измерения ЭПР радиолокационных объектов, основанное на облучении линейной эквидистантной решетки, составленной из одинаковых и одинаково ориентированных объектов, и приеме рассеянного на ней сигнала, по которому судят об ЭПР отдельного объекта [2]
Следуя указанному прототипу, для измерения ЭПР стыка материалов можно предложить линейную эквидистантную решетку, составленную из чередующихся полосок этих материалов. Число объектов (стыков) N линейной решетки выбирают из условия превышения полезного сигнала, обусловленного рассеиванием на решетке, над фоном. Шаг решетки d выбирают из условия синфазного сложения рассеянного сигнала в диапазоне d > 3λ где l длина волны. В этом случае взаимодействие между соседними стыками в решетке мало, а ее ЭПР близка к ЭПР уединенного стыка, умноженного на N².

Главным недостатком данного устройства, построенного по аналогии с прототипом [2] является однако принципиальная невозможность измерения ЭПР стыка материалов с помощью эквидистантной решетки с требуемого ракурса наблюдения, поскольку эта решетка наряду со стыками материалов с требуемого ракурса имеет точно такое же количество стыков с ракурса наблюдения, дополняющего требуемый ракурс до 180 градусов. В работе же [3] показано, что ЭПР стыков различных материалов имеет диаграмму, существенно (до 10 дб) асимметричную относительно нормали к плоскости стыка. Таким образом, для каждого ракурса наблюдения рассматриваемая решетка состоит, по сути, из объектов двух типов, ЭПР которых существенно различны.

Цель данного изобретения обеспечение возможности измерения ЭПР стыков различных материалов.

Существо предложенного устройства состоит в том, что проводят два измерения для двух линейных решеток, построенных таким образом, чтобы расстояние между однотипными стыками выбиралось одинаковым и удовлетворяло условию синфазного сложения сигналов. Причем стыки первого типа сдвигают относительно стыков второго типа на некоторое заданное расстояние. Это позволяет для двух различных фазовых сдвигов записать систему из двух уравнений с двумя неизвестными и найти из нее искомые значения ЭПР стыков.

При проведении измерения решетку помещают в радиолокационном поле под углом (фиг.2).

где
θ угол между нормалью к решетке и биссектрисой угла разноса,
l длина волны,
d расстояние между началами (или концами) соседних полосок одинакового материала,
j угол разноса приемной и передающей антенн,
n 1, 2, [2d cos( l )] целое число.

На фиг. 1 различные материалы, набранные в решетку, показаны различной штриховкой, цифрами 5 и 6 обозначены разные стыки, расстояние d₀ - длина полоски одного из материалов (длина полоски другого материала равна соответственно d-d₀).

Использование нескольких идентичных стыков, составленных в линейную решетку, позволяет в направлениях, задаваемых выражением (1), за счет синфазного сложения амплитуд полей, рассеянных отдельными стыками, увеличить полезный сигнал до величины, превышающий уровень фона используемой измерительной установки. С учетом расфазировки сигналов от двух типов стыков для этого необходимо использовать N полосок длины d₀ одного материала и N полосок длины d-d₀ другого материала, где

σ измеряемая ЭПР стыка,
s_f ЭПР фона.

При рассеянии радиоволн на рассматриваемой решетке происходит следующее. Разность хода для волн, падающих на соседние стыки 5 (фиг.1), составляет
d(sinθ₁+ sinθ_s) = nλ.
где θ₁, θ_s углы падения и рассеяния радиоволн соответственно. Поэтому амплитуды полей, рассеянных стыками материалов 5, синфазно складываются, и полезный сигнал в направлении θ_s увеличивается по мощности в N² раз.

Таким же образом складываются между собой амплитуды полей, рассеянных стыками 6.

Учитывая, что стыки 5 и 6 разнесены между собой на расстояние d₀, запишем окончательное выражение для ЭПР рассматриваемой решетки

где

k = 2π/λ, π = 3,1415926.
Заметим, что если σ₁ ЭПР стыка материала для искомого ракурса θ_s то σ₂ ЭПР того же стыка для ракурса π-θ_s.
Рассмотрим теперь две решетки, на одной из которых неоднородности 1 и 2 разнесены на расстояние d₁, а на другой на расстояние d₂. Пусть измеренные с одинакового направления значения ЭПР для этих решеток равны соответственно Тогда из (3) получаем систему из двух уравнений для определения искомых значений σ₁и σ₂

Расстояния d₁ и d₂ выбираем такими, чтобы сигналы от стыков 5 и 6 складывались не в противофазе (иначе уровень фона может превысить уровень полезного сигнала). Исходя из этих соображений, выбираем d₁ и d₂ из условий

где номер m 0, 1, 2,
Номера n и m выбираются так, чтобы выполнялись условия В этом случае можно не учитывать эффекты взаимодействия между соседними стыками в решетке. Заметим, что при таком выборе d₁ первая решетка является эквидистантной решеткой с расстоянием между стыками d₁= d/2. Заметим также, что значение d₁ определяет d и d₂. Именно, пусть d₁ определено из условий

Тогда d = 2d₁, d₂= d₁+ λ/4.
Система уравнений (4) вместе с (5) перепишется в виде

Отсюда

Так как и оба решения (7) имеют смысл. Следовательно, из (7) максимальное значение ЭПР стыка равно а значение ЭПР стыка в зеркальном направлении

На фиг. 1 представлена схема устройства, которое реализует предложенное техническое решение. Оно содержит передающий блок 1, приемный блок 2, регистратор 3, опорно-поворотный блок 4 с закрепленной на нем линейной решеткой из стыков материалов 5, расположенных с заданным шагом d, и стыков материалов 6, расположенных с тем же заданным шагом d и смещенных относительно стыков 5 на заданное расстояние d₁ или d₂, а также датчик угла поворота 7. Линейная решетка вращается в горизонтальной плоскости вокруг малой оси. Излучаемые передающим блоком 1 радиоволны рассеиваются на решетке и через приемный блок 2 регистрируются регистратором 3.

Данное устройство было исследовано на открытом измерительном полигоне. По результатам исследований можно сделать вывод, что предложенное устройство обеспечивает возможность измерения ЭПР стыков различных радиопоглощающих материалов.

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

Источники информации:
1. Е.Н.Майзельс, В.Л.Торгованов. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М. "Сов. радио", 1972. С. 166-174.

2. В.Б.Мустафаев, А.П.Кириллов и И.Н.Николаев. Способ измерения эффективной площади рассеивания радиолокационных объектов. Авторское свидетельство N 1083776 с приоритетом от 23.10.81. (прототип).

3. Electromagnetic plane wave diffraction by a planar junction of two thin dielectric/ferrite half planes. R.G.Rojas, H.C.Ly, P.H.Pathak. Radio Science, Vol.26, N 3, 1991.

Изобретение может быть использовано для измерения эффективной площади рассеивания (ЭПР) стыков различных материалов, имеющих малые уровни отражения. Устройство содержит передающий блок 1, приемный блок 2, регистратор 3, опорно-поворотный блок 4 с закрепленной на нем линейной решеткой из стыков материалов 5, расположенных с заданным шагом d, и стыков материалов 6, расположенных с тем же заданным шагом d и смещенных относительно стыков 5 на заданное расстояние, а также датчик угла поворота 7. При этом возможность измерения ЭПР стыков различных материалов обеспечивается проведением двух измерений ЭПР: решеткой с заданным смещением d₁ и решетки с заданным смещением d₂, а искомое значение ЭПР определяется с учетом ракурса приема радиоволн и направления асимметрии диаграммы обратного отражения исследуемого стыка относительно нормали к плоскости стыка. 2 ил.

Устройство для измерения эффективной площади рассеяния стыка различных материалов, содержащее передающий и приемный блоки, соединенные с регистратором, опорно-поворотный блок, на котором закреплена первая линейная эквидистантная решетка, расположенная на одной стороне плоского металлического основания, при этом нормаль первой линейной эквидистантной решетки, нормаль передающего и приемного блоков расположены в одной плоскости, отличающееся тем, что введены датчик угла поворота, включенный между регистратором и опорно-поворотным блоком, и вторая линейная эквидистантная решетка, расположенная на другой стороне плоского металлического основания, передающий блок соединен с регистратором, а каждая из решеток выполнена в виде чередующихся полосок различных материалов, в первой из которых используется N полосок из первого и второго материалов длиной d₁ каждая, а во второй - N полосок из первого и второго материалов длиной d₁+ λ/4 каждая, при этом

где m 1, 2, 3.

λ - длина волны;
θ₁, θ₂- углы падения и рассеяния радиоволн соответственно относительно нормали к каждой решетке;
N количество полосок измеряемых материалов.