УСТРОЙСТВО ПОДВЕСА ОБЪЕКТА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЕГО ЭПР Российский патент 1997 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к экспериментальной физике и может быть использовано для измерений эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов импульсными радиолокационными измерительными установками на наземных комплексах открытого типа с мягкой подвеской из диэлектрических шнуров.

Известно устройство [1, с.173] для измерения ЭПР объектов 1 (фиг.1), содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде механизма вращения 2, установленного на земле, и опоры 3 из малоотражающих диэлектрических колонн (например из пенопласта), на которых закрепляют объекты.

Недостатком известного устройства является высокий уровень фоновых отражений от опоры при измерении ЭПР(G) малоотражающих ( G_о < 0,01 м²) малоразмерных (L_о <1м) объектов в широком диапазоне длин волн и вследствие этого низкая точность измерений. Это обусловлено тем, что отражение от таких колонн характеризуется резкой волновой дисперсией и минимального отражения можно добиться только при работе на одной фиксированной волне [1, с.140] При проектировании опор обычно исходят из требования, чтобы опора выдерживала объекты заданного веса и чтобы рассеянный сигнал был меньше заданной величины. Эта величина зависит от минимальных значений измеряемых ЭПР объектов, и если она на 20дБ меньше измеряемых величин, то максимальная ошибка не более 1дБ. Для получения такой точности при измерении G_o <0,01 м² ЭПР колонны (G_ф) должна быть не более 0,0001 м², что практически невозможно обеспечить при измерениях в широком диапазоне длин волн.

Были попытки создать устройство для измерения ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов 1 (фиг.2), содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде механизма вращения 2, установленного над объектом, и опоры в виде подвески из капроновых нитей [1, с.141] Подвеска состоит из наклонных ветвей 4, прикрепленных с одной стороны к объекту 1, а с другой к механизму вращения 2. Малое отражение радиоволн от опоры обусловлено тем, что нити берутся как можно тоньше и натягиваются касательно под углом к электрическому вектору падающего поля. Недостатком такого устройства является то, что оно не обеспечивает достаточную механическую устойчивость объекта в измерительном поле. Это приводит к снижению точности определения ЭПР объектов в связи с ошибками угловой привязки объекта.

Прототипом изобретения является устройство для измерения ЭПР объектов 1 (фиг. 3) [2, с.921] содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде мачт 5 с несущим тросом 6, механизма вращения 2 и опоры в виде подвески из диэлектрических шнуров, которая включает вертикальное звено 7, две наклонные ветви 8 и четыре оттяжки 9. Вращение на объект и его механическая устойчивость обеспечиваются за счет системы оттяжек от установленного на земле механизма вращения. Оттяжки с одной стороны прикреплены к механизму вращения, а с другой к объекту. Вертикальное звено подвески присоединено к несущему тросу и к двум скрепленным вместе наклонным ветвям, которые, в свою очередь, закреплены на объекте.

Известное устройство работает следующим образом. Вертикальное звено 7 подвески закрепляют на несущем тросе 6, а с другой стороны присоединяют к двум скрепленным вместе наклонным ветвям 8. Далее свободные концы наклонных ветвей закрепляют на объекте измерений. Через оттяжки 9, соединяющие объект с механизмом вращения 2, осуществляют вращение объекта в горизонтальной плоскости и измеряют его ЭПР в зависимости от угла локации θ. Измерения производят за два цикла.

В первом измеряют диаграмму обратного отражения объекта с подвеской (угловая зависимость ЭПР график, на котором по оси ординат ЭПР, а по оси абсцисс отображен текущий угол локации). Во втором цикле измеряют диаграмму обратного отражения подвески, растягивая ее так, чтобы обеспечить геометрию подвески, аналогичную геометрии подвески с объектом. Сравнивают друг с другом полученные диаграммы обратного отражения и определяют сектора углов локации, в которых наблюдаются отражения от подвески Dq_ф= θ₁-θ₂ (где θ_1,2 нижняя и верхняя границы сектора углов локации соответственно, θ₁ 0^o локация строго вдоль оси объекта). Для определения ЭПР объекта исключают из анализа сектора Δθ_ф, в которых уровень фона подвески существенно превышает или сравним с ЭПР объекта.

Недостатком прототипа является снижение точности измерений ЭПР малоотражающих (G_о <0,01 м²) малоразмерных (L_о <1 м) объектов вследствии существенного влияния фоновых отражений G_ф от вертикального звена и наклонных ветвей системы подвески в секторах углов локации Δθ_ф с уровнями ЭПР объектов (G_о), меньшими или равными G_ф. Причины этого следующие.

Во-первых, фоновое влияние вертикального звена. В отличии от наклонных элементов подвески, которые наблюдаются в строго определенных ее геометрией углах, отражение от вертикального звена является случайным процессом. При этом отражение от вертикального звена распределяется в широком секторе углов локации. Зависит это, как показывают оценки, от многих факторов, таких как точность центровки объекта и нахождения центра тяжести объекта над центром механизма вращения, направления и силы ветра и т.д. Отражение от вертикального звена может присутствовать в любых секторах локации, в том числе и в наиболее важных (Δθ 0 ± 45^o), в которых сигнал от объекта минимален. Кроме того, вертикальное звено при вращении скручивается, что приводит не к зеркальному, как у наклонных ветвей, а к случайному диффузному механизму отражения радиоволн в широком секторе углов локации. Поэтому его сложно селектировать от сигналов объекта, что приводит к увеличению фона и возрастанию ошибок измерений.

Во-вторых, фоновое влияние наклонных ветвей. Влияние наклонных ветвей на точность измерений ЭПР малоразмерных объектов наблюдается в случае, если угол a между наклонными ветвями становится мал и они практически сливаются. Характер и величина отражения от таких наклонных ветвей становится аналогичным фоновым отражениям от вертикального звена. Этот недостаток связан с относительным геометрическим параметром объекта K=L_o/H где L_o-максимальный размер объекта, на который могут быть разнесены точки крепления наклонных ветвей база объекта; H кратчайшее расстояние от объекта до места соединения наклонных ветвей к вертикальному звену, обусловленное длиной наклонных ветвей и размерами измерительного поля. Очевидно, что для малоразмерных объектов К <<1.

Целью изобретения является повышение точности измерений ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов путем создания устройства, обеспечивающего снижение фоновых отражений от системы подвески в секторах Dq с уровнями ЭПР меньше 0,01 m² для относительных геометрических параметров объектов, характеризующихся величиной К <0,1.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде подъемных мачт 5 (фиг.4) с несущим тросом 6, механизма вращения 2 и опоры в виде подвески из диэлектрических шнуров, которая включает две наклонные ветви 8 и четыре оттяжки 9 введены дополнительно две наклонные ветви и четыре горизонтальные ветви, причем наклонные ветви 8 соединены с несущим тросом и оттяжками 9, соединенными с механизмом вращения 2. Горизонтальные ветви 10 увеличивают базу объекта измерений 1 и служат связующим звеном между объектом и наклонными ветвями.

Введение отличительных признаков позволило
увеличить угол разлета наклонных ветвей системы подвески, что равносильно увеличению угла между направлением локации и осью наклонных ветвей, которые при этом лоцируют по касательной, что исключает появление фоновых отражений от системы подвески, например, с близких к нулевым (q 0^o) углов локации;
повернуть объект измерений относительно плоскости, проходящей через две симметрично расположенные наклонные ветви и их оттяжки на угол, исключающий появление фоновых отражений от данных элементов подвески в секторе углов локации Dq_o, и тем самым достичь цели изобретения, заключающейся в повышении точности измерений ЭПР малоразмерных малоотражающих объектов.

Для пояснения изобретения ниже приводится описание, показывающее лишь в качестве примера вариант осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На фиг. 4 показано предлагаемое устройство; на фиг.5 элементы его выполнения.

На фиг. 4 и 5 обозначены: 1 объект измерений; 2 механизм вращения; 5 подъемные мачты; 6 несущий трос; 8 наклонные ветви; 9 оттяжки; 10 - горизонтальные ветви.

Согласно фиг.4 предлагаемое устройство содержит объект измерения 1, механизм вращения 2, подъемные мачты 5 с несущим тросом 6, систему подвески из диэлектрических шнуров, которая включает одинаковое количество (четыре) наклонных ветвей 8, оттяжек 9, горизонтальных ветвей 10, причем наклонные ветви 8 подвески соединены с несущим тросом 6 и оттяжками 9, соединенными с механизмом вращения 2, а горизонтальные ветви 10 увеличивают базу объекта измерений и служат связующим звеном между объектом измерений и наклонными ветвями. Объект измерений 1 повернут тем самым на угол 45^o, как показано на фиг. 5. Максимальный размер объекта в данном устройстве не должен превышать величину A, определяющую расстояние между наклонными ветвями на высоте подвески объекта

где H кратчайшее расстояние от объекта до несущего троса;
L_нв длина наклонной ветви.

Это обеспечивает условие, при котором вновь введенные горизонтальные ветви отклонены на угол, обеспечивающий вывод главных лепестков диаграммы обратного отражения горизонтальных ветвей из сектора Δθ_o малых отражений от объекта.

Одновременно и на вес объекта (P, кг) также накладываются ограничения. Это связано с тем, что увеличение веса P приводит к сведению наклонных ветвей и уменьшению угла α, что, в свою очередь, может привести к росту фоновых отражений от системы подвески в секторе Dq_o. Точный расчет характеристик подвески в условиях установившегося равновесия между весом P объекта и действующими со стороны несущего троса и подвески силами натяжения является достаточно сложной задачей. Он требует учета многих факторов, определяющих равновесие системы и, прежде всего, точных данных о физических свойствах конкретной подвески, которые в настоящее время известны лишь приближенно. Поэтому оптимальный вес объекта измерений желательно выбирать экспериментальным путем в каждом конкретном случае отдельно.

Как показал эксперимент, например, при натяжении наклонных ветвей толщиной 4 мм с силой 100 кг вес измеряемого объекта составляет не более 20 кг. При этом сближение наклонных ветвей не достигает угла α 20 град, при котором наблюдается увеличение фоновых отражений от наклонных ветвей в секторе Dq_o малых уровней ЭПР объекта.

Таким образом, выполнение условия (1), а также ограничений по весу объекта позволяет обеспечить необходимый вид диаграммы обратного отражения подвески и, соответственно, низкий уровень фоновых отражений в заданном секторе Δθ_o, значительно меньший уровня ЭПР G(Δθ_o) объекта.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Измерения производят за один цикл. Четыре скрепленные с одного конца ветви 8 соединяют с одной стороны с несущим тросом 5, а с другой с горизонтальными ветвями 10 и оттяжками 9. Горизонтальные ветви 10 присоединяют к объекту измерений 1. Через оттяжки, соединяющие объект с механизмом вращения 2, осуществляют вращение объекта и измеряют его ЭПР в зависимости от угла локации θ. В предлагаемом устройстве отражение от наклонных ветвей появляется в секторах углов локации 45-60^o, 120-140^o, 220-240^o, 300-320^o. При этом диаграмма обратного отражения в секторе Dq_o определяется отражением от объекта измерений, что позволяет определить ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов с носовых углов 0 ± 45^o.

Одновременно амплитуда лепестков, определяющих остаточные фоновые отражения от наклонных ветвей, на 6дБ (от каждой) меньше по сравнению с прототипом вследствие снижения сечения шнуров при увеличении числа наклонных ветвей в 2 раза.

Предлагаемая система подвески объектов обеспечивает соотношение сигнал/фон, равное 6-12 дБ в носовых секторах углов локации 0 ± 45 град для малоотражающего малоразмерного объекта, имеющего величину ЭПР порядка 0,01 0,001 м². По сравнению с прототипом точность измерений ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов возросла на 30-40% в секторе локации 0 ± 45^o и на 35-50% в секторе углов локации 0 ± 15^o.

Конструкция предложенного устройства основана на использовании известных элементов и технических трудностей для реализации не представляет.

Оценка реализуемости и эффективности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями проводилась экспериментально-теоретическим путем в реальных условиях натурного измерительного комплекса с привлечением методов математического моделирования.

Источники информации
1. Майзельс Е.Н. Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. Изд-во "Сов. радио", 1972.

Radar Cross Sektion. Handbook / Georg T.Ruck. Plenum Fress. New York, 1970, p.919.

Устройство предназначено для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов импульсными радиолокационными измерительными установками на комплексе открытого типа с мягкой системой из диэлектрических шнуров. Целью изобретения является повышение точности измерений ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов путем создания устройства, обеспечивающего снижение фоновых отражений от системы подвески в секторах углов локации с уровнями ЭПР менее 0,01 m² для геометрических параметров объектов, характеризующихся величиной К = L/H, К <0,1, где L-длина объекта, H - расстояние от несущего троса 6 до объекта 1. Принцип действия устройства, обеспечивающий положительный эффект, заключается в том, что при вращении объекта и измерении ЭПР все элементы конструкции подвески выполнены ориентированными под углом к электрическому вектору падающего поля. При этом вновь введенные дополнительные горизонтальные 10 и наклонные 8 ветви обеспечивают необходимый наклон элементов подвески для малоразмерных объектов и низкий собственный уровень фона в необходимых секторах углов локации. 5 ил.

Устройство подвеса объекта при измерении его ЭПР, содержащее опорные мачты с несущим тросом, подвеску из диэлектрических шнуров, включающую две соединенные с несущим тросом наклонные ветви и четыре прикрепленные к ним оттяжки, соединенные с механизмом вращения, отличающееся тем, что в устройство введены дополнительно две наклонные и четыре горизонтальные ветви, причем горизонтальные ветви соединены с одной стороны с наклонными ветвями, а с другой с объектом измерений.