RU2169417C1

RU2169417C1 - Reflecting radar target device with reduced effective dissipation area

Info

Publication number: RU2169417C1
Application number: RU99120879A
Authority: RU
Inventors: С.В. Ковалев; О.В. Король; А.В. Костюк; Ю.С. Кучеров; С.М. Нестеров; И.А. Скородумов
Original assignee: Ковалев Сергей Владимирович; Король Олег Владимирович; Костюк Александр Витальевич; Кучеров Юрий Сергеевич; Нестеров Сергей Михайлович; Скородумов Иван Алексеевич
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-06-20

Abstract

FIELD: radar engineering. SUBSTANCE: target device has similar reflecting members contacting each other through side faces, differently spread in space relative to external faces, and oriented to high-frequency energy source. External faces made in the form of spherical segments enable reduction of level target return to 12 dB and lower still in wide sector of location angles. EFFECT: reduced level of radar target return in wide sector of location angles. 18 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для снижения уровня сигнала отраженного от цели. При этом поверхности цели придают такую сложную структуру, которая обеспечивает снижение отраженной высокочастотной энергии за счет интерференционного эффекта. The invention relates to the field of radar technology and can be used to reduce the signal level reflected from the target. In this case, the surface of the target is given such a complex structure that provides a reduction in the reflected high-frequency energy due to the interference effect.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является радиолокационная отражающая цель с уменьшенным поперечным сечением (фиг. 1), содержащая несколько одинаковых, соприкасающихся друг с другом боковыми гранями 1 отражающих элементов 2, расположенных вдоль по меньшей мере одного линейного физического размера и различно пространственно разнесенных относительно внешних граней 3 в направлении, совпадающем с направлением на источник высокочастотной энергии и перпендикулярном указанному линейному размеру [1]. The closest technical solution to the claimed is a radar reflective target with a reduced cross-section (Fig. 1), containing several identical, in contact with each other side faces 1 of the reflecting elements 2 located along at least one linear physical size and differently spatially spaced relative to the external faces 3 in the direction coinciding with the direction of the high-frequency energy source and perpendicular to the specified linear size [1].

Недостатком данного устройства радиолокационной отражающей цели является то, что такая структура в основном ослабляет отраженную высокочастотную энергию при нормальном падении к поверхности цели. При других углах локации элементы, составляющие поверхность цели, отражают сигналы различные не только по фазе, но и по амплитуде и, таким образом, не обеспечивают взаимного уничтожения сигналов друг другом. При этом за счет случайного сложения отраженных сигналов уровень отражений в широком спектре углов локации значительно возрастает. Это вызвано следующими основными причинами:
внешние плоские грани отражающих элементов являются невсенаправленными отражателями, поэтому под разными углами отраженные от них сигналы будут существенно отличаться по амплитуде;
произвольный пространственный разнос отражающих элементов перпендикулярно линейному размеру цели создает сложную периодическую структуру двугранных (m) и трехгранных (n) уголковых отражателей (фиг. 2) с разной эффективной площадью рассеяния (ЭПР), что дополнительно обеспечивает высокий уровень отраженного сигнала.The disadvantage of this device radar reflective target is that such a structure mainly weakens the reflected high-frequency energy during normal incidence to the surface of the target. At other location angles, the elements that make up the target’s surface reflect signals different not only in phase but also in amplitude and, thus, do not provide mutual destruction of signals by each other. In this case, due to the random addition of reflected signals, the level of reflection in a wide range of location angles increases significantly. This is due to the following main reasons:
the outer flat faces of the reflecting elements are non-directional reflectors, so at different angles the signals reflected from them will differ significantly in amplitude;
arbitrary spatial spacing of the reflecting elements perpendicular to the linear size of the target creates a complex periodic structure of dihedral (m) and trihedral (n) corner reflectors (Fig. 2) with different effective scattering areas (EPR), which additionally provides a high level of reflected signal.

Целью настоящего изобретения является снижение уровня радиолокационных отражений от устройства цели в широком секторе углов локации. The aim of the present invention is to reduce the level of radar reflections from the target device in a wide sector of location angles.

Поставленная цель достигается тем, что внешним граням отражающих элементов придают форму шарового сегмента (фиг. 3), при этом его размеры определяются следующими соотношениями:
b ≥ 3λ ; R = b,
где b - характерный размер внешней грани отражающего элемента;
λ - длина волны источника высокочастотной энергии;
R - радиус шара, образующего поверхность сегмента.This goal is achieved by the fact that the outer faces of the reflective elements are shaped into a spherical segment (Fig. 3), while its dimensions are determined by the following relationships:
b ≥ 3λ; R = b
where b is the characteristic size of the outer face of the reflecting element;
λ is the wavelength of the source of high-frequency energy;
R is the radius of the ball forming the surface of the segment.

Выбор данной формы внешних граней отражающих элементов определяется следующими факторами. The choice of this form of the external faces of the reflecting elements is determined by the following factors.

Известно, что для выпуклой отражающей поверхности, какой является шаровой сегмент, при падении на него плоской волны определяющую роль играет первая зона Френеля. Первая зона Френеля определяется как участок отражающей поверхности, заключенный между двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном λ 4, и перпендикулярными направлению на источник излучения, при этом одна из плоскостей касательна к отражающей поверхности [2] . Естественно, что при изменении направления прихода волны от источника высокочастотной энергии положение первой зоны Френеля соответствующим образом смещается в пределах внешней поверхности шарового сегмента, при этом уровень отраженного сигнала можно считать постоянным, а эффективную площадь рассеяния (ЭПР) элемента равной ЭПР шара, образующего поверхность сегмента, согласно выражению [3]
σ = πR²,
при условии, что λ >> R, где π = 3,1415926.It is known that for a convex reflecting surface, which is a spherical segment, when a plane wave is incident on it, the first Fresnel zone plays a decisive role. The first Fresnel zone is defined as a portion of the reflecting surface enclosed between two parallel planes spaced apart by a distance equal to λ 4 and perpendicular to the direction to the radiation source, while one of the planes is tangent to the reflecting surface [2]. Naturally, when the direction of arrival of the wave from the source of high-frequency energy changes, the position of the first Fresnel zone shifts accordingly within the outer surface of the spherical segment, while the level of the reflected signal can be considered constant, and the effective scattering area (EPR) of the element is equal to the EPR of the ball forming the segment surface according to the expression [3]
σ = πR ² ,
provided that λ >> R, where π = 3,1415926.

Таким образом, несколько шаровых сегментов в широком секторе углов локации отражают сигналы одинаковой амплитуды, которые, в свою очередь, за счет фазовых различий могут взаимно уничтожать друг друга. Thus, several spherical segments in a wide sector of location angles reflect signals of the same amplitude, which, in turn, due to phase differences can mutually destroy each other.

Вторым фактором в пользу выбора данной формы внешних граней отражающих элементов является возможность исключить двугранные и трехгранные уголковые отражатели, образованные боковыми и внешними гранями соседних элементов (фиг. 2). Поясним данное утверждение на примере двумерной поверхности цели. В устройстве-прототипе за счет пространственного разноса внешних граней каждый отражающий элемент с участием соседних элементов образует четыре трехгранных уголковых отражателя с прямоугольными гранями n (фиг. 2). При этом внешняя грань элемента является общей для всех четырех отражателей. Такого рода отражатели имеют относительно биссектрисы к каждому из углов широкую диаграмму обратного отражения, ширина главного лепестка которой не зависит от размеров граней и составляет на уровне половинной мощности примерно 32^o [4]. Если допустить, что средний характерный размер каждой из граней равен b, то максимальное значение ЭПР (σ_m) такого отражателя определяется выражением [4].The second factor in favor of choosing this form of the outer faces of the reflecting elements is the ability to exclude dihedral and trihedral corner reflectors formed by the lateral and outer faces of adjacent elements (Fig. 2). Let us explain this statement on the example of a two-dimensional target surface. In the prototype device, due to the spatial separation of the external faces, each reflective element with the participation of neighboring elements forms four trihedral corner reflectors with rectangular faces n (Fig. 2). Moreover, the outer face of the element is common to all four reflectors. Such reflectors have, with respect to the bisector for each of the angles, a wide back reflection diagram, the width of the main lobe of which does not depend on the size of the faces and is about 32 ^o at the half power level [4]. If we assume that the average characteristic size of each of the faces is b, then the maximum EPR value (σ _m ) of such a reflector is determined by the expression [4].

где b - средний характерный размер внешней грани отражающего элемента, π = 3,1415926, λ - длина волны источника высокочастотной энергии.

where b is the average characteristic size of the outer face of the reflecting element, π = 3.1415926, λ is the wavelength of the high-frequency energy source.

При условии, что b ≥ 3λ , такие трехгранные уголковые отражатели гарантированно обеспечивают уровни ЭПР от 1 до 10 м² и более. Даже в случае

трехгранный уголок имеет гораздо большую ЭПР, чем приблизительно равные ему по размеру сферы или шаровые сегменты [4]. Аналогичным образом для одномерной поверхности цели будем иметь дело с двугранными уголковыми отражателями m (фиг. 2), которые в плоскости максимального размера цели при обратном отражении формируют главные лепестки с несколько меньшей шириной - до 30^o и максимальным значением ЭПР, определяемым выражением [4].Provided that b ≥ 3λ, such trihedral corner reflectors are guaranteed to provide EPR levels from 1 to 10 m ² or more. Even in case

the trihedral corner has a much larger EPR than spheres or spherical segments approximately equal in size to it [4]. Similarly, for a one-dimensional target surface, we will deal with dihedral angular reflectors m (Fig. 2), which in the plane of the maximum target size during back reflection form the main lobes with a slightly smaller width - up to 30 ^o and the maximum EPR value defined by the expression [4] .

Таким образом, пространственно разнесенные внешние грани в устройстве цели - прототипе создают равновеликие уголковые отражатели, которые, в свою очередь, обеспечивают в широком секторе (от 0 до 90^o) высокий уровень отраженного сигнала по сравнению с сигналом, отраженным от эквивалентной по размеру плоской металлизированной пластины [4].

Thus, spatially spaced outer faces in the target device - the prototype create equal angular reflectors, which, in turn, provide a high level of the reflected signal in a wide sector (from 0 to 90 ^o ) compared with the signal reflected from the equivalent in size flat metallized plates [4].

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 4, 5, 6, 7 и 8, на которых представлены устройства целей, а также результаты их исследований в условиях открытого радиолокационного измерительного комплекса [5]. The essence of the proposed technical solution is illustrated in FIG. 4, 5, 6, 7 and 8, on which target devices are presented, as well as the results of their research in an open radar measuring complex [5].

На фиг. 4 представлена одномерная схема предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР. In FIG. 4 presents a one-dimensional diagram of the proposed target device with reduced EPR.

На фиг. 5 - одномерная схема устройства цели - прототипа (b = 7,5λ ). In FIG. 5 is a one-dimensional diagram of the device of the target - prototype (b = 7.5λ).

На фиг. 6 представлена плоская прямоугольная металлизированная пластина размером (100λ x 5λ ), равная двум предыдущим устройствам. In FIG. 6 shows a flat rectangular metallized plate of size (100λ x 5λ), equal to the two previous devices.

На фиг. 7 приведены зависимости величины ЭПР (σ) (50 дБ соответствует σ = 1 м²) устройства целей и пластины от угла локации θ на длине волны 0,86 см, где
c - диаграмма обратного отражения предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР;
d - диаграмма обратного отражения устройства цели - прототипа;
e - диаграмма обратного отражения металлизированной пластины.In FIG. Figure 7 shows the dependences of the EPR value (σ) (50 dB corresponds to σ = 1 m ² ) of the target device and the plate on the location angle θ at a wavelength of 0.86 cm, where
c is a backward reflection diagram of the proposed target device with reduced EPR;
d is a diagram of the back reflection of the target device - the prototype;
e is a back reflection diagram of a metallized plate.

На фиг. 8 приведены интегральные законы распределения ЭПР (P(σ)) предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР (i), устройства цели - прототипа (k) и металлизированной пластины (l) в секторе углов локации (θ) от 0 до 90^o относительно нормали к поверхности.In FIG. Figure 8 shows the integral laws of the EPR distribution (P (σ)) of the proposed target device with reduced EPR (i), the target device - the prototype (k) and the metallized plate (l) in the sector of location angles (θ) from 0 to 90 ^o relative to the normal to surface.

Сравнительный анализ результатов исследований показывает (Акт испытаний. . . ), что значения ЭПР предлагаемого устройства цели по уровню вероятности 0,5 в секторе углов 0...90^o меньше на 12,5 дБ чем у устройства цели-прототипа. Таким образом, предлагаемое устройство цели более эффективно для снижения уровня обратного радиолокационного отражения. Диаграмма обратного отражения плоской металлизированной пластины иллюстрирует потенциальные возможности по снижению обратного отражения в секторе углов, отличном от нормального падения волны. При нормальном падении волны пластина уступает предлагаемому устройству цели: уровень отражения от нее превышает уровень отражения от предлагаемого устройства цели с уменьшенной ЭПР более чем на порядок. Очевидно, что предлагаемое техническое решение пригодно как к одномерным, так и к двумерным поверхностям и может обеспечивать снижение радиолокационных отражений в широком секторе углов локации таких транспортных средств как автомобили, корабли и самолеты.A comparative analysis of the research results shows (Test Report ...) that the EPR values of the proposed target device in probability level 0.5 in the angle sector 0 ... 90 ^{o are} less by 12.5 dB than for the prototype target device. Thus, the proposed target device is more effective for reducing the level of reverse radar reflection. The back reflection diagram of a flat metallized plate illustrates the potential for reducing back reflection in an angle sector other than normal wave incidence. With normal wave incidence, the plate is inferior to the proposed device of the target: the level of reflection from it exceeds the level of reflection from the proposed device of the target with reduced EPR by more than an order of magnitude. It is obvious that the proposed technical solution is suitable for both one-dimensional and two-dimensional surfaces and can provide a reduction in radar reflections in a wide sector of the location angles of such vehicles as cars, ships and aircraft.

Устройство цели несложно в реализации, для его изготовления не требуется значительных материальных затрат. The target device is simple to implement, for its manufacture does not require significant material costs.

Источники, принятые во внимание при составлении описания и формулы
1. Радиолокационная отражающая цель с уменьшенным поперечным сечением, МКИ H 01 Q 15/00, 15/14. Европейский патент WO 90/13926 от 15.11.90. (Публикация 901115, 26) (Прототип).Sources taken into account in the preparation of the description and formula
1. Radar reflective target with a reduced cross-section, MKI H 01 Q 15/00, 15/14. European patent WO 90/13926 from 11/15/90. (Publication 901115, 26) (Prototype).

С. А. Вакин, Л.Н.Шустов. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов.радио. 1968. Стр.350. S.A. Vakin, L.N. Shustov. Fundamentals of radio countermeasures and radio intelligence. M .: Sov.radio. 1968. Page 350.

3. И. Н. Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике. М.: Наука. 1986. Стр.189. 3. I. N. Bronstein, K. A. Semendyaev. Math reference. M .: Science. 1986. Page 189.

4. В.О.Кобак. Радиолокационные отражатели. М.: Сов.радио, 1975. 4. V.O. Kobak. Radar reflectors. M .: Sov.radio, 1975.

5. А.С. Сумин и др. Экзамен для "невидимок". АВИА-панорама" 6, 1997 г. 5. A.S. Sumin et al. Examination for the "invisible". AVIA Panorama "6, 1997

Claims

A radar reflective target device with a reduced effective scattering area, containing several identical, adjacent to each other side faces of reflective elements distributed along at least one linear size and differently spatially spaced relative to the external faces in the direction coinciding with the direction to the high-frequency energy source perpendicular to the specified linear size, characterized in that the outer faces of the reflective elements are shaped like a spherical segment that, while its dimensions are determined by the following relations
b ≥ 3λ, R = b,
where b is the characteristic size of the outer face of the reflecting element;
λ is the wavelength of the source of high-frequency energy;
R is the radius of the ball forming the surface of the segment.