УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ РАССЕЯНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ
APPARATUS FOR MEASURING SCATTERING CROSS-SECTION OF LARGE-SIZE OBJECTS

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах.
Измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) на открытых радиоизмерительных полигонах характеризуются большим объемом подготовительных работ, одной из которых является установка объекта на опорно-поворотное устройство, которое находится в измерительном объеме. При этом в ходе измерений необходимо удалять измеряемый объект из измерительного объема и заменять его эталонным отражателем (мерой ЭПР) для калибровки. Периодичность выполнения калибровки обусловлена метрологическими характеристиками измерительного комплекса и для достижения требуемой точности результатов измерений должна быть не более интервала долговременной нестабильности параметров измерительной аппаратуры комплекса. Однако для некоторых типов натурных крупногабаритных объектов, не обладающих возможностью автономного маневрирования (в дальнейшем называемых крупногабаритными объектами), время выполнения процедуры замещения на эталонный отражатель и последующей повторной установки объекта на поворотную платформу существенно превышает интервал долговременной нестабильности основных метрологических характеристик измерительной аппаратуры комплекса, что приводит к увеличению погрешности измерений.
Известен комплекс RAT SCAT для измерения радиолокационного поперечного сечения целей [Марлоу, Ватсон и Ван-Хозер. Комплекс RAT SCAT для измерения радиолокационного поперечного сечения целей. ТИИЭР, 1965, т.53, №8, стр.1085].
Комплекс RAT SCAT содержит импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, опорно-поворотное устройство, объект измерения, эталонный отражатель, приемник, вычислитель, пульт управления, при этом импульсный передатчик соединен со входом антенного переключателя, выход которого соединен со входом антенны, второй выход антенного переключателя соединен с приемником, выход которого соединен со входом вычислителя, второй вход вычислителя соединен с опорно-поворотным устройством.
Измерения ЭПР с помощью комплекса RAT SCAT производятся следующим образом. Вначале производится калибровка аппаратуры. Методика калибровки заключается в следующем: измеряется ЭПР убирающегося эталонного отражателя относительно сферы; для поддержания калибровки в процессе измерений этот отражатель устанавливается в ячейке разрешения по дальности, отличной от той, в которой находится подлежащий измерению объект.
Установка эталонного отражателя в другой ячейке разрешения по дальности приводит к ошибкам измерения, обусловленным разным уровнем фона в месте размещения объекта и эталонным отражателем.
Наиболее близким по технической сущности является Устройство для измерения эффективной площади рассеяния крупногабаритных объектов [Россия, Патент 2308043, G01S 13/00, 2007 г.], которое содержит последовательно соединенные импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и вычислитель, ко второму входу которого присоединен пульт управления, второй вход-выход которого соединен с основным опорно-поворотным устройством, на котором размещен измеряемый объект, а третий вход-выход пульта управления присоединен к дополнительному опорно-поворотному устройству, на котором эксцентрично установлена мера эффективной площади рассеяния, причем дополнительное опорно-поворотное устройство размещено между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с измеряемым объектом.
Величина расстояния R на, которое может быть вынесена мера ЭПР от центра дополнительного опорно-поворотного устройства, определяется условием:
R≥λ/Δφ,
где λ - длина волны, Δφ - сектор анализа.
Это условие определено следующим соображением, что в пределах сектора анализа Δφ должно укладываться не менее двух периодов колебаний электромагнитной волны. Только в этом случае погрешность измерения не превысит 0,5 дБ.
Например, при λ=3 см и Δφ=0,1 рад величина расстояния выноса меры ЭПР от центра дополнительного опорно-поворотного устройства составит R=30 см, что приемлемо для проводимых измерений.
При λ=30 см и Δφ=0,1 рад величина расстояния выноса меры ЭПР от центра дополнительного опорно-поворотного устройства составит R=3 м.
При λ=3 м и Δφ=0,1 рад величина расстояния выноса меры ЭПР от центра дополнительного опорно-поворотного устройства составит R=30 м.
Приведенный пример наглядно иллюстрирует невозможность применения данного устройства для дециметрового и метрового диапазона длин волн. С возрастанием длины волны, если не увеличивать расстояние выноса меры ЭПР от центра дополнительного опорно-поворотного устройства, будет увеличиваться погрешность измерения. А если увеличивать расстояние выноса меры ЭПР от центра дополнительного опорно-поворотного устройства на десятки метров, это приведет к невозможности реализации такого устройства.
Недостатком этого устройства является то, что применение его в дециметровом приведет к большим погрешностям измерений ЭПР объектов, а в метровом диапазоне длин волн такое устройство вообще не реализуемо.
Таким образом, технической задачей является повышение точности измерения ЭПР крупногабаритных объектов в дециметровом и метровом диапазоне длин волн.
Новый технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов, содержащее последовательно соединенные импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и вычислитель, ко второму входу которого присоединен пульт управления, второй вход-выход которого соединен с основным опорно-поворотным устройством, на котором размещен измеряемый объект, а третий вход-выход пульта управления присоединен к дополнительному опорно-поворотному устройству, на котором установлена мера эффективной площади рассеяния, причем дополнительное опорно-поворотное устройство размещено между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с измеряемым объектом, введено устройство линейного перемещения, на которое установлено дополнительное опорно-поворотное устройство, в центр которого помещена мера эффективной площади рассеяния, выполненная в виде трехгранного уголкового отражателя, кроме того, устройство линейного перемещения присоединено к четвертому входу-выходу пульта управления.
Поясним сущность предлагаемого технического решения.
В заявляемом техническом решении для проведения калибровки применяют устройство линейного перемещения, на которое установлено дополнительное опорно-поворотное устройство. При этом мера эффективной площади рассеяния выполнена в виде трехгранного уголкового отражателя, который помещается в центр дополнительного опорно-поворотного устройства. В качестве мер ЭПР для длинноволнового участка диапазона предпочтительно использовать трехгранные уголковые отражатели, отличающиеся широкой диаграммой обратного рассеяния и высокой ЭПР.
Для осуществления линейного перемещения дополнительного опорно-поворотного устройства вдоль линии «антенна - основное опорно-поворотное устройство» оно помещено на устройство линейного перемещения, которое присоединено к четвертому входу-выходу пульта управления.
Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными признаками заявляемого устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а именно дополнительное введение устройства линейного перемещения, на которое установлено дополнительное опорно-поворотное устройство, в центр которого помещена мера эффективной площади рассеяния, выполненная в виде трехгранного уголкового отражателя, кроме того, устройство линейного перемещения присоединено к четвертому входу-выходу пульта управления. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого устройства на поставленную техническую задачу - повышение точности измерения крупногабаритных объектов в дециметровом и метровом диапазоне длин волн, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Изобретение «Устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков, обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость для измерения ЭПР крупногабаритных объектов в дециметровом и метровом диапазоне длин волн, так как для реализации заявленного устройства могут быть использованы известные материалы и оборудование.
На фигуре представлено устройство для измерения эффективной площади рассеяния крупногабаритных объектов. Устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов состоит из импульсного передатчика - 1, антенного переключателя - 2, антенны - 3, основного опорно-поворотного устройства - 4, измеряемого объекта - 5, дополнительного опорно-поворотного устройства - 6, меры эффективной площади рассеяния - 7, устройства линейного перемещения - 8, пульта управления - 9, вычислителя - 10, приемника - 11.
Импульсный передатчик - 1, антенный переключатель - 2, антенна - 3, приемник - 11, вычислитель - 10 соединены последовательно. Измеряемый объект - 5 установлен на основном опорно-поворотном устройстве - 4, мера эффективной площади рассеяния выполнена в виде трехгранного уголкового отражателя - 7 и установлена в центре дополнительного опорно-поворотного устройства - 6, которое помещено на устройство линейного перемещения - 8. Пульт управления - 9 первым выходом соединен с вычислителем - 10, вторые вход-выход соединены с основным опорно-поворотным устройством - 4, третьи вход-выход пульта управления - 9 соединены с дополнительным опорно-поворотным устройством - 6, четвертые вход-выход пульта управления - 9 соединены с устройством линейного перемещения.
n
эт
Устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов работает следующим образом. На основное опорно-поворотное устройство - 4 устанавливается измеряемый объект - 5. С пульта управления - 9 одновременно включаются импульсный передатчик - 1 и основное опорно-поворотное устройство - 4. Импульсный передатчик - 1 через антенный переключатель - 2 и антенну -3 излучает сигнал в направлении измеряемого объекта - 5. При этом измеряемый объект - 5 вращается на платформе основного опорно-поворотного устройства - 4. С помощью приемника - 11 принимаются отраженные сигналы от объекта измерения - 5 (P) в процессе всего оборота поворотной платформы на 360 градусов и подаются на вычислитель - 10. Одновременно с этим на вычислитель - 10 с основного опорно-поворотного устройства - 4 приходит информация о ракурсе φ измеряемого объекта - 5, и в результате получают круговую диаграмму ЭПР объекта по мощности. После этого продолжают вращать измеряемый объект - 5 до тех пор, пока уровень мощности отраженного сигнала от него не будет примерно равен уровню мощности сигнала от меры ЭПР Р, причем это значение известно и получается расчетным путем.
эт
max
max
min
Затем дополнительное опорно-поворотное устройство - 10 размещают на устройство линейного перемещения - 8, а в центр дополнительного опорно-поворотного устройства - 6 устанавливается мера ЭПР, выполненная в виде трехгранного уголкового отражателя - 7 с известной ЭПР σ. С пульта управления - 9 одновременно включаются вращение дополнительного опорно-поворотного устройства - 6 и устройство линейного перемещения - 8. Затем с помощью приемника - 11 принимаются отраженные сигналы и подаются на вычислитель - 10, где определяется максимум сигнала P, отраженного от меры ЭПР - 7. С помощью приемника - 11 регистрируется уровень мощности векторной суммы сигналов, отраженных от измеряемого объекта - 5 и вращающееся меры ЭПР - 7, и подается на вычислитель - 10, где выбираются максимальное P и минимальное P значения уровней мощности отраженных сигналов, с помощью которых определяется ЭПР в точке взаимодействия измеряемого объекта - 5 с мерой ЭПР - 7 по формуле
Данная формула получается в результате решения системы уравнений (2) и (3) для взаимодействия двух отражателей
вз
вз
вз
После этого с пульта управления - 9 отключаются одновременно вращение дополнительного опорно-поворотного устройства - 6 и устройство линейного перемещения - 8. Дополнительное опорно-поворотное устройства - 6 с мерой ЭПР - 7 и устройство линейного перемещения - 8 выводятся из зоны облучения (рабочего объема). Точку на объекте с ЭПР σ используют в качестве эталона. А затем вычислитель - 10 вычисляет ЭПР измеряемого объекта - 5 для любого ракурса φ, используя ЭПР в точке взаимодействия σ и мощность взаимодействия P, по формуле
Применение заявляемого устройства позволяет повысить точность измерения ЭПР крупногабаритных объектов в дециметровом и метровом диапазоне длин волн.