РОЗДІЛ 2
ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ РОЗСІЯННЯ ПРИ ФОРМУВАННІ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ
ЗОБРАЖЕНЬ
Розробка методів та алгоритмів формування та відновлення радіолокаційних
зображень високої якості і візуальної сприйнятливості вимагає досконалого
пізнання процесів розсіяння електромагнітних хвиль внаслідок опромінення
об’єктів зондуючими сигналами.
Існує два основних способи дослідження характеристик розсіяння об’єктів: це
експериментальні дослідження, пов’язані з вимірюваннями полів розсіяння
реальних об’єктів або їх фізичних моделей і теоретичні дослідження, які
базуються на строгому або наближеному розв’язку задач дифракції
електромагнітного поля. Розв’язок значних технічних, економічних та
організаційних проблем при використанні методів експериментальних досліджень
надає в останні роки, внаслідок розробки досконалих методів та сучасних
комп’ютерних засобів при вивченні радіолокаційних характеристик об’єктів, все
більше і більше переваг методам математичного моделювання.
У задачах радіолокаційного виявлення досліджують статистичні моделі розсіяння
об’єктів (цілі) та їх інтегральні характеристики [218, 220, 247-250]. Таким
системам властиве мале відношення геометричних розмірів об’єктів до роздільної
здатності радіолокаційної системи виявлення.
Однак, умовою отримання радіолокаційних зображень є геометрична інтерпретація
об’єктів, їх просторова орієнтація тощо, що вимагає забезпечення високої
роздільної здатності. Розміри елемента розділення повинні бути набагато менші
від геометричних розмірів об’єктів та його елементів. Такі об’єкти відносять до
класу об’єктів складної просторової конфігурації або до класу об’єктів складної
електродинамічної структури полів розсіяння.
Оскільки процес розсіяння хвиль від об’єктів являє собою електродинамічну
природу, то основою математичних моделей такого процесу є формулювання
фізичного явища у вигляді системи рівнянь Максвела та їх розв’язку. Так як
точні аналітичні (теоретичні) розв’язки існують тільки для точкових або
обмеженого класу простих об’єктів [248, 251], то для аналізу полів розсіяння
об’єктів складної просторової конфігурації при розв’язку електродинамічних
задач використовують різні математичні допущення і спрощення. Аналізу процесів
розсіяння та вдосконаленню математичних моделей складних радіолокаційних
об’єктів присвячено значну кількість робіт [218, 220, 223, 249, 250,252, 253].
Сучасні математичні моделі і алгоритми розрахунку полів розсіяння на об’єктах
складної конфігурації виділяють у дві групи [250-254]. До першої групи входять
згідно робіт Делано [253] і Штагера [220] моделі локальних розсіювачів, тобто
із складної моделі вибираються найбільш "яркі" елементи. Основною проблемою
цього методу є довільний вибір "яскравих" елементів і їх фазових центрів, тому
розрахунки по цій методиці носять (мають) тільки наближений характер. Крім
того, у радіолокаційних системах побудови зображень вводити припущення про
точковий характер об’єктів є недоцільним.
До другої групи відносять так звані "фацетні" моделі [95], які базуються на
геометричних моделях об’єктів, тобто складаються із апроксимованих плоских
елементів з відомою функцією розсіяння і мають нормальну орієнтацію по
відношенню до напрямку на приймальну апертуру. Формування розсіяного поля при
цьому описується методами геометричної оптики, діаграма зворотного розсіяння
залежить від розмірів фацетів. При зміні умов спостереження, положення фацетів
суттєво змінюється. Тому недоліком при цьому є груба апроксимація зовнішньої
форми реального об’єкту.
Універсальним і найбільш ефективним методом оцінки процесів розсіяння є метод
фізичної теорії дифракції, який дозволяє врахувати в загальне поле розсіяння
вклад від ребер і випуклих структур [225, 254]. Сучасний рівень обчислювальної
техніки дає можливість застосування універсальних електродинамічних методів
фізичної теорії дифракції до розрахунку полів розсіяння об’єктів складної
конфігурації, поверхню яких можна достатньо точно апроксимувати.
2.1. Електродинамічний підхід до задачі розсіяння полів та формування
радіолокаційних зображень
Радіолокаційні системи за принципом формування зображень розділяють на
однопозиційні та багатопозиційні [255, 256]. В однопозиційних системах
внаслідок обмеження розмірів фізичної апертури антени, забезпечення вимоги
високої роздільної здатності можливе при використанні надвисокочастотного
діапазону, в якому довжина хвилі (L - геометричні розміри об’єкту). В
багатопозиційних системах з синтезованою апертурою отримати високу роздільну
здатність вдається шляхом збільшення ефективної поверхні антен – створення
синтезованої апертури шляхом оптимальної обробки прийнятих сигналів, так
званого апертурного синтезу.
Більшість об’єктів дослідження у задачах побудови радіолокаційних зображень,
мають складну геометричну та композиційну форму. Поверхня S об’єкту (рис. 2.1),
яку можна представити сукупністю поверхонь S1, S2,… Sn є границею розділу двох
середовищ: середовища, обмеженого поверхнею S та середовища поширення хвиль.
Найбільш помітними радіолокаційними цілями для виявлення є об’єкти з поверхнею
S, що характеризуються високою провідністю .
РЛС побудови зображень може працювати як з суміщеною (однією) антеною, так і з
рознесеними антенами, одна з яких працює як передавальна, а друга - як
приймальна (рис. 2.1). Внаслідок випромінення поля падаюча плоска хвиля зі
складовими і опромінює поверхню об’єкту, створюючи на ній (на них) струми
провідності та густину зарядів. Характер розподілу збуджених струмів та зарядів
на поверхні S об’єкту визначається його геометричн
- Киев+380960830922