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
Опубліковано в: :	Радіофізика та електроніка
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
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	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф. 2016-09-10T17:45:48Z 2016-09-10T17:45:48Z 2010 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 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. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Распространение и рассеяние волн 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 Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия
spellingShingle	Ошибки пеленгования источника излучения по азимуту при влиянии дифракции радиоволн на границе препятствия Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф. Распространение и рассеяние волн
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
author	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф.
author_facet	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф.
topic	Распространение и рассеяние волн
topic_facet	Распространение и рассеяние волн
publishDate	2010
language	Russian
container_title	Радіофізика та електроніка
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format	Article
title_alt	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
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. 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.
issn	1028-821X
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.
work_keys_str_mv	AT razskazovskiivb ošibkipelengovaniâistočnikaizlučeniâpoazimutuprivliâniidifrakciiradiovolnnagraniceprepâtstviâ AT logvinovûf ošibkipelengovaniâistočnikaizlučeniâpoazimutuprivliâniidifrakciiradiovolnnagraniceprepâtstviâ AT razskazovskiivb pomilkipelenguvannâdžerelavipromínûvannâpoazimutuprivplivídifrakcííradíohvilʹnamežípereškodi AT logvinovûf pomilkipelenguvannâdžerelavipromínûvannâpoazimutuprivplivídifrakcííradíohvilʹnamežípereškodi AT razskazovskiivb errorsofdirectionfindingofradiantonazimuthatinfluenceofdiffractionofradiowavesonborderofobstacle AT logvinovûf errorsofdirectionfindingofradiantonazimuthatinfluenceofdiffractionofradiowavesonborderofobstacle
first_indexed	2025-11-26T22:47:08Z
last_indexed	2025-11-26T22:47:08Z
_version_	1850778909578100736
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