Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия

В приближении дифракции Френеля на полуплоскости численным методом исследованы азимутальные ошибки пеленгования источника излучения СВЧ-радиоволн. Проанализировано влияние на азимутальные ошибки гладкого и шероховатого края экрана при его различных ориентациях по отношению к вертикальной плоскости п...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Разсказовский, В.Б., Логвинов, Ю.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2010
Назва видання:	Радіофізика та електроніка
Теми:	Распространение и рассеяние волн
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105815
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия / В.Б. Разсказовский, Ю.Ф. Логвинов // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 1(15), № 3. — С. 51-57. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105815
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1058152025-02-09T14:39:50Z Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия Помилки пеленгування джерела випромінювання по азимуту при впливі дифракції радіохвиль на межі перешкоди Errors of direction-finding of radiant on azimuth at influence of diffraction of radio waves on border of obstacle Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф. Распространение и рассеяние волн В приближении дифракции Френеля на полуплоскости численным методом исследованы азимутальные ошибки пеленгования источника излучения СВЧ-радиоволн. Проанализировано влияние на азимутальные ошибки гладкого и шероховатого края экрана при его различных ориентациях по отношению к вертикальной плоскости падения волн. У наближенні дифракції Френеля на напівплощині числовим методом досліджено азимутальні помилки пеленгування джерела випромінювання НВЧ-радіохвиль. Проаналізовано вплив на азимутальні помилки гладкого та шорсткого краю екрана при його різних орієнтаціях по відношенню до вертикальної площини падіння хвиль. In Fresnel diffraction approximation on a semiplane the azimuthal errors of direction-finding of microwave radiant are investigated by numerical method. Influence on the azimuthal errors of smooth and rough edge of screen is analyzed at its different orientations on a route. 2010 Article Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия / В.Б. Разсказовский, Ю.Ф. Логвинов // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 1(15), № 3. — С. 51-57. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105815 621.371(260).029.65 ru Радіофізика та електроніка application/pdf Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Распространение и рассеяние волн Распространение и рассеяние волн
spellingShingle	Распространение и рассеяние волн Распространение и рассеяние волн Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф. Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия Радіофізика та електроніка
description	В приближении дифракции Френеля на полуплоскости численным методом исследованы азимутальные ошибки пеленгования источника излучения СВЧ-радиоволн. Проанализировано влияние на азимутальные ошибки гладкого и шероховатого края экрана при его различных ориентациях по отношению к вертикальной плоскости падения волн.
format	Article
author	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф.
author_facet	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф.
author_sort	Разсказовский, В.Б.
title	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
title_short	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
title_full	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
title_fullStr	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
title_full_unstemmed	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
title_sort	ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Распространение и рассеяние волн
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105815
citation_txt	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия / В.Б. Разсказовский, Ю.Ф. Логвинов // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 1(15), № 3. — С. 51-57. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series	Радіофізика та електроніка
work_keys_str_mv	AT razskazovskijvb ošibkipelengovaniâistočnikaizlučeniâpoazimutuprivliâniidifrakciiradiovolnnagraniceprepâtstviâ AT logvinovûf ošibkipelengovaniâistočnikaizlučeniâpoazimutuprivliâniidifrakciiradiovolnnagraniceprepâtstviâ AT razskazovskijvb pomilkipelenguvannâdžerelavipromínûvannâpoazimutuprivplivídifrakcííradíohvilʹnamežípereškodi AT logvinovûf pomilkipelenguvannâdžerelavipromínûvannâpoazimutuprivplivídifrakcííradíohvilʹnamežípereškodi AT razskazovskijvb errorsofdirectionfindingofradiantonazimuthatinfluenceofdiffractionofradiowavesonborderofobstacle AT logvinovûf errorsofdirectionfindingofradiantonazimuthatinfluenceofdiffractionofradiowavesonborderofobstacle
first_indexed	2025-11-26T22:47:08Z
last_indexed	2025-11-26T22:47:08Z
_version_	1849894877165256704
fulltext	__________ ISSN 1028–821X Радіофізика та електроніка, 2010, том 1(15), № 3 © ІРЕ НАН України, 2010 РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ ВОЛН УДК 621.371(260).029.65 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов ОШИБКИ ПЕЛЕНГОВАНИЯ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ ПО АЗИМУТУ ПРИ ВЛИЯНИИ ДИФРАКЦИИ РАДИОВОЛН НА ГРАНИЦЕ ПРЕПЯТСТВИЯ Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: logvinov@ire.kharkov.ua В приближении дифракции Френеля на полуплоскости численным методом исследованы азимутальные ошибки пеленго- вания источника излучения СВЧ-радиоволн. Проанализировано влияние на азимутальные ошибки гладкого и шероховатого края экрана при его различных ориентациях по отношению к вертикальной плоскости падения волн. Ил. 9. Библиогр.: 18 назв. Ключевые слова: дифракция, азимутальные ошибки, малые углы скольжения. Влияние на распространение радиоволн дифракции на препятствии, близкой по своим свойствам к дифракции Френеля на границе не- прозрачного экрана, известно давно; условия применимости такого подхода проанализирова- ны, например, в работах [1, 2]. До 1980-х гг. ос- новное внимание уделялось изучению влияния элементов рельефа (вершины холмов, горных хребтов) либо одиночных, либо двух-трех, на ин- тенсивность поля в месте приема [3, 4]. Развитие систем телевидения, УКВ-связи в городах, а за- тем и мобильной связи стимулировало проведе- ние исследований характеристик и механизмов распространения радиоволн в условиях городской застройки, когда на трассе прохождения сигнала от излучателя к приемнику обычно находятся препятствия, исключающие прямую видимость между ними. В качестве теоретического метода описания распространения в таких условиях было предложено применять модель многократной ди- фракции Френеля на непрозрачных экранах с го- ризонтальными прямолинейными границами, также были развиты соответствующие методы расчета [5–7]. Экспериментальные исследования рас- пространения миллиметровых (мм) и сантимет- ровых (см) радиоволн над сушей и морем показа- ли, что при малых, порядка единиц метров, высо- тах корреспондирующих пунктов во многих слу- чаях влияние реальной поверхности раздела на работу радиосистем также может быть описано с использованием теории дифракции Френеля. Даже на равнинных трассах без явно выраженных пригорков формы зависимостей уровня поля и ошибок измерения угла места от высоты корре- спондирующего пункта вблизи границы тени ока- зывались близкими к предсказываемым для мо- дели дифракции Френеля. При наличии на трассе даже небольших холмиков, складок рельефа, опушек леса или лесополос (в период существо- вания густого лиственного покрова) высотные зависимости амплитуды сигнала и углов прихода становились такими, как при дифракции Френеля на краях экрана [8, 9]. Согласно данным о высот- ной структуре поля на волнах 8 и 4 мм, относя- щимся к местности с холмистым рельефом [9], в 54 % случаев наблюдались структуры типа ди- фракции Френеля и лишь в 19 % – типа интерфе- ренционной, характерной для поля над равнин- ными участками местности. С самых ранних этапов изучения влияния распространения над поверхностью раздела на работу радиолокационных систем (см., напри- мер, [10]) известно, что наибольшие ошибки из- мерения угловых координат, сравнимые с шири- ной диаграммы направленности (ДН) антенны, имеют место при измерении углов прихода в вер- тикальной плоскости («углов места цели»). Именно они ограничивают минимальные высоты радиолокационного сопровождения целей и наве- дения средств их поражения, вследствие чего именно их изучению уделялось основное внима- ние исследователей и разработчиков. В рамках разрабатываемой модели угломестным ошибкам посвящена работа [11]. В отличие от них, ошибки измерения угловых координат в горизонтальной плоскости – азимутальные ошибки – составляют обычно лишь единицы угловых минут, как пока- зали экспериментальные исследования, напри- мер, описанные в работах [8, 9, 12, 13]. В связи с этим они стали объектом исследований позже, при появлении и развитии систем высокоточного наведения. Методы теоретического описания и расчета характеристик азимутальных ошибок достаточно хорошо разработаны для области уг- лов скольжения, где применимо приближение метода касательной плоскости [14] и отсутствуют затенения значительной части неровной поверх- ности раздела. Методы и некоторые результаты таких расчетов приведены, например, в рабо- тах [13–15]. mailto:logvinov@ire.kharkov.ua В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Ошибки пеленгования источника… _________________________________________________________________________________________________________________ 52 Как показано в работе [16], при углах скольжения менее единиц градусов метод каса- тельной плоскости не применим для описания рас- пространения мм и см волн над реальными по- верхностями суши и моря с ветровыми волнами. Показано, что альтернативой ему в этих условиях может служить представление электромагнитного поля над поверхностью как продукта дифракции Френеля на кромках неровностей, а в случае мор- ской поверхности – как продукта многократной дифракции Френеля на гребнях волн. В рамках такого подхода с использованием ряда упроща- ющих допущений о свойствах неровностей в ра- ботах [16, 17] получены оценки характеристик амплитуды поля и азимутальных ошибок при распространении над в среднем плоской шерохо- ватой поверхностью раздела. Однако именно при радиолокации наземных или находящихся на вы- сотах в единицы метров над поверхностью суши целей сильное влияние на распространение ра- диоволн оказывают отдельные неровности по- верхности как естественного, так и антропогенно- го происхождения, а также строения и другие препятствия. Если площадь проекции такого объекта на плоскость фронта радиоволны срав- нима с площадью первой зоны Френеля, а рассто- яние до нее от линии визирования цель – радио- локатор составляет менее нескольких радиусов первой зоны, то именно его влияние на интенсив- ность сигнала и ошибки измерения координат становится доминирующим. В таких условиях ошибки измерения азимута становятся аномально большими, сравнимыми с ошибками измерения угла места; примеры экспериментальных данных, полученных в таких ситуациях, приведены, в частности, в работах [8, 9]. В данной работе в приближении дифрак- ции Френеля оцениваются ошибки измерения ази- мута при дифракции на границе непрозрачного экрана, причем, в отличие от наиболее часто ис- следуемого случая, когда плоскость экрана пер- пендикулярна линии визирования, а его граница горизонтальна, рассматривается более общий слу- чай: плоскость экрана повернута вокруг верти- кальной оси на некоторый угол, а ее граница, в том числе неровная, имеет наклон по отношению к горизонту. Такая модель охватывает достаточно большой круг встречающихся на практике случаев при работе в мм диапазоне волн. Методика расчета и анализ результа- тов. Геометрия задачи схематически приведена на рис. 1. Координатную плоскость XOY в даль- нейшем будем считать горизонтальной, а плос- кость XOZ, в которой в точке R (0, 0, ZR) находит- ся центр приемной антенны и в точке T(D, 0, ZT) – точечный излучатель, будем считать вертикаль- ной. Плоскость экрана также является вертикаль- ной и в общем случае образует угол  с коорди- натной плоскостью YOZ. Ось волнистой границы экрана проходит через точку O′ под углом накло- на  по отношению к плоскости XOY. Во вспомогательной системе координат Z′O′Y′ с началом в точке O′, совпадающей с плоскостью экрана, и осью Y′, являющейся осью границы экрана, форма волнистой границы выражается зависимостью   , 2 sin          y L zyz mS  (1) где mz – амплитудное значение отклонения гра- ницы экрана от оси O′Y′; L – пространственный период. Z O X Y A Y'dS rTR rT rR T(D,0,zT) R(0,0,zR) Tx(D,0,0) Z' X' L O'(D/2,0,0) Y Рис. 1. Схема трассы При расчетах использовались следующие значения параметров: длина волны 0,01 м; протя- женность трассы D  1 000 м, высота центра при- емной антенны 2 м (основная), 0,35 и 4 м (допол- нительные); высота точечного изотропного излу- чателя Th  0…20 м; угол поворота плоскости экрана относительно координатной плоскости YOZ   0, 15, 30; угол наклона прямолинейного края экрана или оси волнистого края экрана от- носительно плоскости XOY   0, 15, 30, 45; шаг (дискрет) изменения высоты излучателя 0,1; 0,5 м; шаг (дискрет) интегрирования в плос- кости экрана 0,01×0,01 м 2 ; шаг (дискрет) инте- грирования в апертуре приемной антенны 0,01×0,01 м 2 ; период гармонической составляю- щей границы экрана L  1,8 м; амплитуда откло- нений гармонической составляющей границы экрана от осевой прямой 5, 10, 15 см. Применялись два метода расчета ошибок пеленгования. В основе первого лежит метод геометрической теории дифракции [18] в вариан- те для скалярного поля и освещенной области пространства. По нему рассчитывались как функ- T (D,0, zT) TX (D,0,0) R(0,0, zR) rTR rR rT  O(D/2,0,0) O  Y Z  Y X  dS Y  z A X L В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Ошибки пеленгования источника… _________________________________________________________________________________________________________________ 53 ции высоты излучателя комплексные амплитуды поля в двух точках, смещенных по отношению друг к другу в направлении оси OY. Расстояние между ними служило базой разностно-фазового пеленгатора, позволяющего определить направ- ление прихода волны в горизонтальной (азиму- тальной) плоскости; оно задавалось равным 0,1 м. Как видно из рис. 2, пространственные масштабы изменения поля существенно превышают эту ве- личину и, следовательно, при изотропных ДН приемных элементов результаты измерения та- ким пеленгатором соответствуют направлению нормали к фазовому фронту волны, приходящей в точку приема. 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1 2 , , , , )( )( 0 R RR hE hE Рис. 2. Зависимость множителя ослабления амплитуды поля от высоты излучателя при различных ориентациях границы экрана: 1 – расчет по точной формуле при   30,  30; 2 – расчет с использованием асимптотического приближения при   30,   30 Сравнение кривых 1 и 2 показывает также, что при высотах излучателя более 2 м зависимо- сти, полученные с использованием точного (инте- грального) выражения для множителя ослабления и упрощенного с заменой интеграла Френеля его асимптотическим представлением, практически совпадают, а в области высот до 2 м – отличаются менее чем на 10 . Расчеты этим методом выпол- нялись только для случая прямолинейной границы экрана; они позволили установить следующие особенности ошибок пеленгования по азимуту. Во-первых, в отсутствие наклона границы экрана, т. е. при   0, в секторе углов поворота плоскости экрана   30 (для больших значений  расче- ты не производились) ошибки измерения азимута не превышают 10 –2 мрад, что значительно ниже инструментальных ошибок существующих радио- локационных пеленгаторов и реально наблюдае- мых при измерении угловых координат целей и источников излучения в условиях влияния по- верхностей суши или моря [8, 9, 12, 13]. Суще- ственное их возрастание происходит при наклон- ной границе раздела, что видно из сравнения кри- вых 1, 3, 4, 5 рис. 3, на котором приведены зави- симости азимутальных ошибок от высоты источ- ника при четырех значениях угла наклона. 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 А зи м ут ал ьн ая о ш иб ка , м ра д 5 4 3 2 1 , , , , , - - Рис. 3. Зависимости ошибок измерения азимута от высоты источника при различных ориентациях границы экрана. 1 –   0,   15; 2 –   30,   15; 3 –   0,   30; 4 –   30,   30; 5 –   30,   45 Сравнение пар кривых 1, 2 и 3, 4, соответст- вующих одинаковым наклонам  и разным углам поворота плоскости экрана  , показывает, что увеличение последнего приводит к незначитель- ным смещениям кривых по высоте и небольшому возрастанию амплитудных значений ошибок. Эти характеристики азимутальных оши- бок не учитывают влияние на результаты пелен- гования апертуры антенны, размеры которой мо- гут быть сравнимыми с пространственным пери- одом изменений поля. Вследствие этого разным частям апертуры могут соответствовать разные условия облучения, и интегрирующее действие антенны может существенно влиять на результат. Особенно сильно этот эффект может проявиться, когда нижняя часть антенны оказывается вблизи границы тени или даже в тени. Оценки ошибок измерения азимута для таких ситуаций могут быть получены только численными методами; результаты их применения будут приведены поз- же. При расстоянии от границы тени края аперту- ры антенны, превышающем примерно радиус первой зоны Френеля, для оценки можно вос- пользоваться приближенным методом, считая приемные антенны точечными, но имеющими ДН, соответствующие выбранному размеру апер- туры антенны. Основанием для этого является следующее. Как показано в геометрической тео- рии дифракции, в частности, в работе [18], при оговоренном ранее условии достаточной удален- ности линии визирования от границы экрана поле в точке приема может быть представлено суммой двух полей: невозмущенным полем свободного 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м 1 2 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м 0,6 0,4 0,2 0 –0,2 –0,4 2 3 4 5 А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 1 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Ошибки пеленгования источника… _________________________________________________________________________________________________________________ 54 пространства и полем так называемой краевой волны. Ее вторичным источником при сфериче- ской первичной волне является точка на границе экрана, соответствующая точке стационарной фа- зы при дифференцировании суммарного пути пе- реизлученной волны вдоль границы экрана (урав- нение для определения координаты этой точки приведены в работе [18]). Таким образом, меха- низм формирования поля в точке приема является двухлучевым, и влияние антенны на принятый сигнал может быть описано ее ДН. При расчетах ДН предполагалась осе- симметричной с зависимостью    1 1 0 1 0 1,25 1,6J G       , (2) где  – угол между осью ДН и направлением прихода луча;  ...1J – функция Бесселя первого порядка; 0 – полуширина ДН по уровню –3 дБ. Расчет выполнен для 0  0,5, что близко к зна- чению этой величины для апертуры антенны, ис- пользуемой при численном методе. Рассмотрены два варианта ориентации оси антенны. При пер- вом ось антенны предполагалась ориентирован- ной параллельно оси Х, а при втором считалось, что она всегда направлена в точку, где находится излучатель; условно назовем это следящим ре- жимом. Результаты расчета иллюстрирует рис .4, на котором показаны ошибки измерения азимута в функции высоты излучателя при  = 0, и  = 30 и двух указанных выше вариантах ориен- тации оси антенны. Из графиков видно, что при выбранной для расчета ширине ДН и фиксиро- ванной горизонтальной ориентации ее оси азиму- тальные ошибки незначительно уменьшаются с увеличением высоты излучателя. При ориентации оси антенны на источник излучения, что соответ- ствует следящему режиму работы пеленгатора, скорость убывания ошибок существенно возрас- тает: при высоте 20 м их амплитудные значения меньше примерно в 12 раз, чем при ненаправлен- ной антенне, и в 7 раз по сравнению со случаем горизонтальной ориентации оси ДН. В основе второго метода лежит расчет комплексных амплитуд поля в элементах плоской апертуры приемной антенны путем численного интегрирования выражения, являющегося ска- лярной формой интеграла Кирхгофа–Гюйгенса:     , 2 2 , T Rik r r T RS ik e U R ds r r k         (3) где ,T Rr r – расстояние от точек R и T до элемен- та ds освещенной поверхности S, являющейся продолжением плоскости экрана. Нижним преде- лом интегрирования является граница экрана Sz . 0 4 8 12 16 20 Высота источника излучения, м -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 А зи м ут ал ьн ая о ш иб ка , м ра д , , , , 1 2 - - 3 Рис. 4. Влияние на ошибки ДН и ориентации антенны: 1 – изотропная ДН; 2 – ось ДН направлена горизонтально; 3 – ось ДН антенны направлена на излучатель Пределы интегрирования по x, y и верх- ний предел по z выбираются как компромисс: с одной стороны, их расширение обеспечивает по- вышение точности расчета, с другой, вызывает возрастание объема вычислений и, соответствен- но, затрат машинного времени. Пределы инте- грирования выбирались такими, что учитывалось более 60 зон Френеля, а для ослабления влияния границы интегрирования в подынтегральное вы- ражение в виде множителя вводилась предложен- ная в работе [6] «нейтрализующая» функция, обеспечивающая плавное уменьшение амплитуды поля при приближении к границам, соответству- ющим пределам интегрирования. Следуя реко- мендациям упомянутой работы, выбирался и шаг (дискрет) интегрирования. Результирующая по- грешность расчета дифрагированного поля не превышала 10 %. Принятый сигнал на выходе приемной антенны формировался как сумма по- лей в элементах приемной антенны с весовой функцией Хемминга. ДН синтезированной таким способом антенны имела ширину около 1 в обе- их плоскостях, а ее ось всегда была параллельна оси Х, за исключением случая моделирования так называемого внеосевого метода сопровождения источника излучения. Для определения пеленга разностно-фазовым методом формировались два принятых сигнала, при расчете которых фазовые центры синтезированных апертур были смещены по отношению друг к другу параллельно оси Y на расстояние 0,1 м, являющееся базой разностно- фазового пеленгатора. Результаты расчетов показывают следу- ющее. Во-первых, принципиальным отличием от случая прямолинейной границы экрана является существование азимутальных ошибок значимой А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 0 4 8 12 16 20 Высота источника излучения, м 0,4 0,2 0 –0,2 –0,4 1 2 3 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Ошибки пеленгования источника… _________________________________________________________________________________________________________________ 55 величины даже при горизонтальной границе пре- пятствия. Это видно из рис. 5, на котором показа- ны значения азимутальных ошибок при разных амплитудах волнистости края экрана и при раз- личной его ориентации. Кривые 1 и 2 ориентиро- ваны строго перпендикулярно линии связи с ну- левым наклоном (    0) и отличаются только амплитудой шероховатости края экрана. Кривая 3 соответствует нулевому повороту экрана и наклону его на 15 (  0,   15). Кривая 4 представляет азимутальные ошибки для экрана с нулевым наклоном края экрана и поворотом его относительно линии связи на 15 ( 15,   0). 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 А зи му та ль на я ош иб ка , м ра д 2 1, 4 3 , , , , - - Рис. 5. Высотные зависимости ошибок измерения азимута источника излучения: 1, 3, 4 – амплитуда синусоидальной неровности края экрана 5 (5 см); 2 – амплитуда синусоидаль- ной неровности края экрана 10 (10 см) Наложение гармонической волны ампли- тудой 15 см на наклонный край экрана приводит к незначительным искажениям высотной зависи- мости ошибок по сравнению с прямолинейной границей, что следует из рис. 6. 0 4 8 12 16 Высота источника излучения, м -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 А зи м ут ал ьн ая о ш иб ка , м ра д 1 2 , , , , - - Рис. 6. Зависимости ошибок измерения азимута от высоты источника при различных видах границы экрана: 1 – гладкий экран   30,   30; 2 – экран с волнистым краем амплиту- дой 15 см Малая величина искажений в случае наложения на наклонный край синусоидальной неровности по сравнению с ошибками при гори- зонтальном крае объясняется тем, что амплитуда волнистости мала по сравнению с диаметром первой зоны Френеля, который в моделируемом нами случае составляет около 4,5 м. При этом изменение средней высоты границы экрана в ее пределах за счет наклона 15÷30 составляет при- мерно 1,2÷2,4 м, чем и обусловлено доминирую- щее влияние этого фактора. Заметим, это приме- нение приближения геометрической теории ди- фракции в рассматриваемом случае практически исключается из-за возможного появления не- скольких переизлучающих точек и сложной фор- мы каустик. Численные расчеты подтвердили также вывод о слабом влиянии на величину оши- бок увеличения апертуры антенны до 1,1 м и со- ответствующего сужения ее ДН при неизменном горизонтальном положении ее оси, и наоборот, существенном повышении точности при подъеме оси ДН приемной антенны по углу места, что видно из рис. 7, 8. Кривые 1–3 на рис. 8 представ- ляют азимутальные ошибки при ориентации оси ДН антенной системы на 25, 0 и –10 мрад соот- ветственно. Ширина ДН составляла около 16 мрад (0,6 м диаметр апертуры), один экран располагался посредине трассы перпендикулярно лини связи с нулевым наклоном. Численные расчеты показали также не- значительное снижение азимутальных ошибок при увеличении высоты центра приемной антен- ны (рис. 9). Кривые 1–3 этого рисунка соответ- ствуют высотам центра приемной антенны 0,35; 2 и 4 м. Принципиальным отличием азимутальных ошибок рассмотренной природы от ошибок, полу- чаемых в рамках приближения касательной плос- кости, является их существенно различная зависи- мость от высоты корреспондирующих пунктов. 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 А зи му та ль на я ош иб ка , м ра д 12 3 , , , , , - - - Рис. 7. Высотные зависимости ошибок измерения азимута источника излучения при различных диаметрах приемных антенн: 1 – диаметры приемных антенн 0,1 м; 2 – диаметры приемных антенн 0,7 м; 3 – диаметры приемных антенн 1,1 м 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 0,4 0,2 0 –0,2 –0,4 3 1, 4 2 А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 0,4 0,2 0 –0,2 –0,4 0 4 8 12 16 Высота источника излучения, м 2 1 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м 0,1 0,05 0 –0,05 –0,1 –0,15 А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 1 2 3 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Ошибки пеленгования источника… _________________________________________________________________________________________________________________ 56 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 А зи му та ль на я ош иб ка , м ра д 1 2 3 , , , , - - Рис. 8. Высотные зависимости ошибок измерения азимута источника излучения при отклонении в вертикальной плоско- сти оси главного лепестка ДН приемной антенной системы от направления на горизонт. Край экрана – синусоидальная ше- роховатость амплитудой 5 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м -0.12 -0.08 -0.04 0 0.04 0.08 0.12 А зи му та ль на я ош иб ка , м ра д 1 2 3 , , , , , ,- - - Рис. 9. Высотные зависимости ошибок измерения азимута источника излучения при различных высотах центра прием- ной антенной системы Как видно из приведенных выше рисун- ков, при дифракции Френеля ошибки либо прак- тически не зависят от высоты, либо убывают с ее ростом, если учитывается влияние направленных свойств антенны. Именно это и характерно для экспериментально полученных данных, приводи- мых в работах [8, 9, 13]. В отличие от них, при использовании приближения касательной плос- кости при малых высотах над поверхностью ази- мутальные ошибки возрастают примерно про- порционально высоте источника излучения. Выше оценены ошибки измерения азиму- тального угла, возникающие под влиянием края одиночного препятствия, что является вполне реальным случаем, но не наиболее типичным для реальных трасс. Как показывает анализ экспери- ментальных данных [8, 9, 12, 13], при распро- странении мм и см радиоволн над сушей и морем в большинстве случаев можно говорить о влия- нии нескольких или множества препятствий; еще более естественным является такое представле- ние при распространении над жилыми массивами и промышленными зонами как в городской, так и сельской местности [6, 7]. При расстояниях вдоль трассы распространения между не затеняющими друг друга препятствиями или складками рельефа в десятки и сотни метров можно считать, что со- здаваемые ими возмущения распространяющего- ся электромагнитного поля независимы. Тогда и обусловленные ими ошибки измерения азимута складываются как независимые, создавая наблю- даемую в экспериментах [8, 9, 12, 13] простран- ственную структуру и величину. Выводы. В приближении дифракции Френеля исследованы ошибки пеленгования ис- точника излучения по азимуту, которые объясня- ются влиянием препятствия, моделируемого не- прозрачным экраном с прямолинейной или волни- стой границей. Проанализированы зависимости ошибок пеленгования от ориентации границы экрана относительно плоскости падения радиовол- ны и от амплитуды неровностей границы, имею- щих синусоидальную форму. Расчеты при прямо- линейной границе выполнены в приближении гео- метрической теории дифракции, а при волнистой границе – методом численного интегрирования в приближении Кирхгофа. Показано, что основной вклад в азиму- тальные ошибки вносит наклон границы экрана по отношению к горизонтальной плоскости. По порядку величины их значения и характер зависимости от высоты согласуются с получен- ными экспериментально на наземных трассах, в отличие от предсказываемых в рамках приближе- ния касательной плоскости. При горизонтальной границе экрана ази- мутальные ошибки имеют значимые, сравнимые с экспериментально наблюдаемыми, значения только при волнистости края экрана. При наклонной границе ее волнистость при амплитуде неровностей, существенно меньших относитель- но размеров первой зоны Френеля, проявляется в более или менее значимом искажении вида высот- ной зависимости ошибок по сравнению с прямо- линейным краем. При остронаправленной ДН пеленгацион- ной антенны, изменяя ориентацию ее максимума, в частности, отклоняя вверх на фиксированный угол (так называемый внеосевой метод сопровож- дения) или моделируя слежение за направлением на излучатель, можно существенно уменьшить ошибки пеленгования по азимуту. Полученные результаты позволяют качест- венно объяснить полученные в эксперименталь- ных исследованиях особенности азимутальных ошибок пеленгования. 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 0,12 0,08 0,04 0 –0,04 –0,08 –0,12 1 2 3 0 2 4 6 8 10 Высота источника излучения, м 0,2 0,1 0 –0,1 –0,2 А зи м у та л ь н ая о ш и б к а, м р ад 1 2 3 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Ошибки пеленгования источника… _________________________________________________________________________________________________________________ 57 1. Dougherty H. T. Application of Diffraction by Convex Surfac- es to Irregular Terrain Situation / H. T. Dougherty, L. J. Ma- loney // Radio Science J. Res. NBP/USNC-URSI. – 1964. – 68D, N 2. – P. 239–250. 2. Barton D. Low-Altitude Tracking over rough Surfaces. Theo- retical prediction / D. Barton // EASCON'79: Proc. – Arling- ton, 1979. – 2. – P. 224–234. 3. Калинин А. И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний / А. И. Калинин. – М.: Связь, 1979. – 296 с. 4. Pogorzelski R. J. A Note on Some Common Diffraction Link Loss Models / R. J. Pogorzelski // Radio Sci. – 1982. – 17, N 6. – P. 1536–1540. 5. Vogler L. E. An Attenuation Function for Multiple Knife – Edge Diffraction / L. E. Vogler // Radio Sci. – 1982. – 17, N 6. – P. 1541–1546. 6. Логвинов Ю. Ф. Дифракционная модель многолучевого распространения над неровной поверхностью при малых углах скольжения / Ю. Ф. Логвинов, Ю. А. Педенко, В. Б. Раз- сказовский // Изв. вузов. Радиофизика. – 1996. – 39, № 5. – C. 547–558. 7. Разсказовский В. Б. Дифракция на полуплоскости с не- ровным краем в задаче распространения радиоволн над поверхностью при малых углах скольжения / В. Б. Разска- зовский // Изв. вузов. Радиофизика. – 1997. – 40, № 8. – C. 965–979. 8. Разсказовский В. Б. Ошибки пеленгования маловысотных источников миллиметрового радиоизлучения над сушей / В. Б. Разсказовский // Радиофизика и радиоастрономия. – 2001. – 6, № 1. – С. 50–70. 9. Разсказовский В. Б. Поле миллиметровых радиоволн над сушей при малых углах скольжения / В. Б. Разсказовский // Зарубеж. радиоэлектрон. Успехи соврем. радиоэлектрон. – 2000. – № 3. – С. 3–34. 10. Kerr D. E. Propagation of Short Radio Waves / D. E. Kerr. – N.-Y.: McGraw-Hills, 1951. – 728 p. 11. Разсказовский В. Б. Измерение угла места источника излучения при дифракционной модели распространения радиоволн / В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов // Радио- физика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2008. – 13, № 3. – C. 494– 502. 12. Экспериментальные исследования влияния неоднородной трассы на точность пеленгования / И. Д. Гонтарь, Ф. В. Кив- ва, В. Б. Разсказовский и др. // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украи- ны. – Х., 2006. – 11, № 2.– C. 222–228. 13. Кулемин Г. П. Рассеяние миллиметровых радиоволн по- верхностью Земли под малыми углами / Г. П. Кулемин, В. Б. Разсказовский. – К: Наук. думка, 1987. – 230 с. 14. Островитянов Р. В. Статистическая теория радиолокации протяженных целей / Р. В. Островитянов, Ф. А. Басалов. – М: Радио и связь, 1982. – 232 с. 15. Горбач Н. В. Спектр флуктуаций пеленга над неровной поверхностью раздела / Н. В. Горбач, И. М. Фукс // Изв. вузов. Радиофизика. – 1989. – 32, № 12. – С. 1485–1493. 16. Полищук Ю. М. Корреляция пространственных флуктуа- ций амплитуды и фазы волны, дифрагированной на не- ровном экране / Ю. М. Полищук // Изв. вузов. Радиофизи- ка. – 1968. – 11, № 1. – C. 72–82. 17. Разсказовский В. Б. Дифракция на полуплоскости с не- ровным краем в задаче распространения радиоволн над поверхностью при малых углах скольжения / В. Б. Разска- зовский // Изв. вузов. Радиофизика. – 1997. – 40, № 8. – C. 965–979. 18. Kouyoumjian R. G. Uniform Geometrical Theory of Diffraction for an edge in a Perfectly Conducting Surface / R. G. Kouy- oumjian, P. H. Pathak // Proc. IEEE. – 1974. – 62, N 11. – P. 1448–1461. V. B. Razskazovskyy, Yu. F. Logvinov ERRORS OF DIRECTION-FINDING OF RADIANT ON AZIMUTH AT INFLUENCE OF DIFFRACTION OF RADIO WAVES ON BORDER OF OBSTACLE In Fresnel diffraction approximation on a semiplane the azimuthal errors of direction-finding of microwave radiant are investigated by numerical method. Influence on the azimuthal errors of smooth and rough edge of screen is analyzed at its differ- ent orientations on a route. Key words: diffraction, azimuthal errors, small angles of sliding. В. Б. Разсказовський, Ю. Ф. Логвінов ПОМИЛКИ ПЕЛЕНГУВАННЯ ДЖЕРЕЛА ВИ- ПРОМІНЮВАННЯ ПО АЗИМУТУ ПРИ ВПЛИВІ ДИФРАКЦІЇ РАДІОХВИЛЬ НА МЕЖІ ПЕРЕШКОДИ У наближенні дифракції Френеля на напівплощині числовим методом досліджено азимутальні помилки пеленгу- вання джерела випромінювання НВЧ-радіохвиль. Проаналізо- вано вплив на азимутальні помилки гладкого та шорсткого краю екрана при його різних орієнтаціях по відношенню до вертикальної площини падіння хвиль. Ключові слова: дифракція, азимутальні помилки, малі кути ковзання. Рукопись поступила 11.03.10 г.

Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия

Репозитарії

Схожі ресурси