УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ЭТАЛОННОГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОТРАЖАТЕЛЯ В ВИДЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СФЕРЫ Российский патент 2010 года по МПК G01R29/10 

Заявляемое изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при калибровке техники, измеряющей рассеивающие свойства различных радиолокационных целей.

Сфера представляет собой тело простой формы, для которого задача рассеяния и дифракции плоской электромагнитной волны решается весьма строго. По этой причине металлические сферы широко используются в качестве эталонов эффективной площади рассеяния (ЭПР).

Известно устройство крепления эталонной металлической сферы в рабочем объеме измерительного полигона, представляющее собой цилиндрическую опору в виде столба (Фрини. Параметры опор, связанные с измерениями их отражательной способности. ТИИЭР, 1965. Т.53, №8).

Существенным недостатком этого устройства является высокий уровень рассеянного им сигнала.

Для снижения уровня сигнала, рассеянного устройством крепления, применяют наклонные опоры или устройства крепления на нейлоновых нитях (Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М.: Сов. радио. 1972. С.138-143).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является известное устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы (RU, Патент №2081427, МКИ G01R 29/10, 1994 г.), представляющее собой горизонтальную опору, к которой прикреплена вертикальная нейлоновая нить, удерживающая металлическую сферу. На заданном расстоянии от сферы закреплен металлический диск, установленный нормально к этой нити, устраняющий негативное влияние переотражений сигнала от горизонтальной опоры.

Недостатком известного устройства является дополнительное рассеяние, обусловленное:

отражениями прямой волны измерительной установки от подстилающей поверхности (ПП) (с, фиг 3);

переотражениями прямой волны от эталонной сферы по нормали к ПП и обратно (f, фиг.3).

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения эффективной площади рассеяния эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы.

Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является уменьшение величины среднего квадратического отклонения значений ЭПР эталонной сферы в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.

Указанная задача и решение заявленного технического результата достигаются посредством того, что в известное устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, содержащее горизонтальную опору, к которой прикреплена первая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая металлическую сферу, и на расстоянии l₁ от сферы первый металлический диск, проходя по нормали через геометрический центр диска, согласно изобретению к металлической сфере в точке, диаметрально противоположной точке крепления первой вертикальной нейлоновой нити, закреплена вторая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая горизонтально на расстоянии l₂ от сферы второй металлический диск, геометрически равный первому металлическому диску диаметром d, удерживаемому на расстоянии l₁ от металлической сферы, причем параметры l₁, l₂ и d выбраны из соотношения:

l₁-l₂=(2n+1)·λ/4,

,

где n - целое положительное число.

Принцип действия устройства основывается на следующем. Из практики известно, что влияние подстилающей поверхности на отраженный от эталонного отражателя сигнал заключается в том, что в точке размещения отражателя оказываются как минимум два поля (Корбанский И.Н. Антенны. М.: Энергия. 1973. С.58-60) - первое, которое излучается непосредственно измерительной установкой (прямая волна) (k, фиг.3), и второе поле, которое падает в точку размещения отражателя после переотражения от подстилающей поверхности (с, фиг.3).

Известно, что металлическая сфера является всенаправленным отражателем, поэтому поле волны, рассеянное в сторону измерительной установки, и поле, рассеянное в сторону подстилающей поверхности, одинаковы. Поле волны от подстилающей поверхности совместно с переотраженной от металлической сферы волной создает основное поле обратного рассеяния. Как результат - в сторону измерительной установки распространяется сигнал, образованный случайной суммой двух сигналов: сигнала от самой металлической сферы и сигнала от подстилающей поверхности, ретранслированного через сферу. В результате измерительная установка принимает суммарный сигнал, который флюктуирует около истинного значения (рассчитанного с помощью строгого решения соответствующей задачи дифракции) с разбросом амплитуд свыше 0,8…4 дБ (фиг.4), из-за чего невозможно определить ЭПР эталонной сферы с требуемой точностью. Связь между металлической сферой и подстилающей поверхностью устраняется за счет применения второго диска, покрытого материалом с высокой проводимостью.

Вместе с тем поля, распространяющиеся от сферы вдоль первой и второй нейлоновых нитей (фиг.2), одинаковы, что определяет выбор двух одинаковых дисков, а их положение относительно сферы выбирается таким образом, чтобы напряжения сигналов, отраженных от сферы в сторону первого и второго дисков и ретранслированных от дисков обратно к сфере, в местах крепления к металлической сфере первой и второй вертикальных нейлоновых нитей были равны по амплитуде и противоположны по фазе (диаметр диска определяет амплитуду, расстояние от диска до сферы - фазу сигнала).

На фиг.1 приведена конструкция известного устройства крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, на фиг.2 приведена конструкция предлагаемого устройства крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, на фиг.3 - принцип работы устройства, а на фиг.4 приведены экспериментальные диаграммы ЭПР эталонной сферы с известным (h) и предлагаемым устройством (f), записанные в течение 30 с.

а - на длине волны λ=3,2 см.

б - на длине волны λ=16,9 см.

в - на длине волны λ=36 см.

Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы (фиг.2) содержит горизонтальную опору 1, к которой прикреплена первая вертикальная нейлоновая нить 2. Проходя по нормали через геометрический центр первого металлического диска 3 диаметром d, нить удерживает металлическую сферу 4 радиуса r, расположенную на расстоянии l₁ от диска. К металлической сфере в точке, диаметрально противоположной точке крепления первой вертикальной нейлоновой нити, закреплена вторая вертикальная нейлоновая нить 5, удерживающая горизонтально на расстоянии l₂ от сферы второй металлический диск 6, геометрически равный первому металлическому диску.

Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы работает следующим образом. Прямая волна, излученная ИУ, отражаясь от сферы в направлениях нормали к двум дискам, порождает поверхностную волну, распространяющуюся вдоль первой и второй нейлоновой нити от металлической сферы к диску (фиг.3). При отражении от металлического диска такая волна взаимно компенсируется аналогичной по амплитуде, но противоположной по фазе отраженной волной от второго металлического диска. Кроме того, второй металлический диск, расположенный ниже эталонного отражателя, препятствует распространению к металлической сфере переотраженной от ПП прямой волны ИУ. Таким образом устраняется дополнительное рассеяние от эталонной сферы. Сигнал, отраженный от самих металлических дисков, при этом соизмерим с уровнем фоновых отражений.

Экспериментальная проверка предлагаемого технического решения проводилась в условиях Эталонного радиолокационного измерительного комплекса (Эталонный радиолокационный измерительный комплекс «ЭРИК-1». Оружие и технологии России. Энциклопедия 21 век. T.IX. Противовоздушная и противоракетная оборона. - М.: Издательский дом "Оружие и технологии", 2005). В ходе испытаний использовались измерительные установки с длиной волны (λ) 3,2 см, 16,9 см и 36 см, сфера радиусом r=15 см, а также металлические диски диаметром (d) 7,6 см, 17,5 см и 25,6 см, укрепленные вдоль нейлоновых нитей на соответствующих расстояниях от сферы: (l₁) 30 см, 60 см, 70 см и (l₂) 32 см, 73,7 см и 97 см.

Анализ полученных результатов показал, что заявляемое устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы позволяет повысить точность измерения ЭПР за счет уменьшения величины среднего квадратического отклонения значений ЭПР металлических сфер с 0,8…4 дБ до 0,25…0,8 дБ в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.

Реализация заявляемого устройства не представляет трудностей. Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеизложенным примером его осуществления. Исходя из его схемы могут быть предусмотрены и другие варианты осуществления, не выходящие за рамки предмета изобретения. Например, диски могут быть заменены комбинацией нескольких дисков с разным диаметром или быть покрытыми поглощающим материалом.

Изобретение разработано на уровне опытного образца.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при калибровке техники, измеряющей рассеивающие свойства различных радиолокационных целей. Устройство крепления эталонного отражателя содержит радиолокационный отражатель в виде металлической сферы, подвешенной посредством вертикальной нейлоновой нити к горизонтальной опоре, и диск определенного диаметра, покрытый слоем материала с высокой проводимостью и установленный по нормали к нити на заданном расстоянии сверху от сферы. Аналогичный диск установлен на заданном расстоянии между сферой и подстилающей поверхностью. Техническим результатом является обеспечение в среднем на 3 дБ уменьшение среднего квадратического отклонения измерения эффективной площади рассеяния эталонной сферы. 4 ил.

Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, содержащее горизонтальную опору, к которой прикреплена первая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая металлическую сферу и, на расстоянии l₁ от сферы первый металлический диск, проходя по нормали через геометрический центр диска, отличающееся тем, что к металлической сфере в точке, диаметрально противоположной точке крепления первой вертикальной нейлоновой нити, закреплена вторая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая горизонтально на расстоянии l₂ от сферы второй металлический диск, геометрически равный первому металлическому диску диаметром d, удерживаемому на расстоянии l₁ от металлической сферы, причем параметры l₁, l₂ и d выбраны из соотношения:
l₁-l₂=(2n+1)·λ/4,

где λ - длина электромагнитной волны;
r - радиус металлической сферы;
n - целое положительное число.