Устройство подвеса объекта при измерении его эпр
Устройство предназначено для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов импульсными радиолокационными измерительными установками на комплексе открытого типа с мягкой системой из диэлектрических шнуров. Целью изобретения является повышение точности измерений ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов путем создания устройства, обеспечивающего снижение фоновых отражений от системы подвески в секторах углов локации с уровнями ЭПР менее 0,01 m2 для геометрических параметров объектов, характеризующихся величиной К = L/H, К <0,1, где L-длина объекта, H - расстояние от несущего троса 6 до объекта 1. Принцип действия устройства, обеспечивающий положительный эффект, заключается в том, что при вращении объекта и измерении ЭПР все элементы конструкции подвески выполнены ориентированными под углом к электрическому вектору падающего поля. При этом вновь введенные дополнительные горизонтальные 10 и наклонные 8 ветви обеспечивают необходимый наклон элементов подвески для малоразмерных объектов и низкий собственный уровень фона в необходимых секторах углов локации. 5 ил.
Изобретение относится к экспериментальной физике и может быть использовано для измерений эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов импульсными радиолокационными измерительными установками на наземных комплексах открытого типа с мягкой подвеской из диэлектрических шнуров.
Известно устройство [1, с.173] для измерения ЭПР объектов 1 (фиг.1), содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде механизма вращения 2, установленного на земле, и опоры 3 из малоотражающих диэлектрических колонн (например из пенопласта), на которых закрепляют объекты. Недостатком известного устройства является высокий уровень фоновых отражений от опоры при измерении ЭПР(G) малоотражающих ( Gо < 0,01 м2) малоразмерных (Lо <1м) объектов в широком диапазоне длин волн и вследствие этого низкая точность измерений. Это обусловлено тем, что отражение от таких колонн характеризуется резкой волновой дисперсией и минимального отражения можно добиться только при работе на одной фиксированной волне [1, с.140] При проектировании опор обычно исходят из требования, чтобы опора выдерживала объекты заданного веса и чтобы рассеянный сигнал был меньше заданной величины. Эта величина зависит от минимальных значений измеряемых ЭПР объектов, и если она на 20дБ меньше измеряемых величин, то максимальная ошибка не более 1дБ. Для получения такой точности при измерении Go <0,01 м2 ЭПР колонны (Gф) должна быть не более 0,0001 м2, что практически невозможно обеспечить при измерениях в широком диапазоне длин волн. Были попытки создать устройство для измерения ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов 1 (фиг.2), содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде механизма вращения 2, установленного над объектом, и опоры в виде подвески из капроновых нитей [1, с.141] Подвеска состоит из наклонных ветвей 4, прикрепленных с одной стороны к объекту 1, а с другой к механизму вращения 2. Малое отражение радиоволн от опоры обусловлено тем, что нити берутся как можно тоньше и натягиваются касательно под углом к электрическому вектору падающего поля. Недостатком такого устройства является то, что оно не обеспечивает достаточную механическую устойчивость объекта в измерительном поле. Это приводит к снижению точности определения ЭПР объектов в связи с ошибками угловой привязки объекта. Прототипом изобретения является устройство для измерения ЭПР объектов 1 (фиг. 3) [2, с.921] содержащее подъемно-поворотное устройство, выполненное в виде мачт 5 с несущим тросом 6, механизма вращения 2 и опоры в виде подвески из диэлектрических шнуров, которая включает вертикальное звено 7, две наклонные ветви 8 и четыре оттяжки 9. Вращение на объект и его механическая устойчивость обеспечиваются за счет системы оттяжек от установленного на земле механизма вращения. Оттяжки с одной стороны прикреплены к механизму вращения, а с другой к объекту. Вертикальное звено подвески присоединено к несущему тросу и к двум скрепленным вместе наклонным ветвям, которые, в свою очередь, закреплены на объекте. Известное устройство работает следующим образом. Вертикальное звено 7 подвески закрепляют на несущем тросе 6, а с другой стороны присоединяют к двум скрепленным вместе наклонным ветвям 8. Далее свободные концы наклонных ветвей закрепляют на объекте измерений. Через оттяжки 9, соединяющие объект с механизмом вращения 2, осуществляют вращение объекта в горизонтальной плоскости и измеряют его ЭПР в зависимости от угла локации . Измерения производят за два цикла. В первом измеряют диаграмму обратного отражения объекта с подвеской (угловая зависимость ЭПР график, на котором по оси ординат ЭПР, а по оси абсцисс отображен текущий угол локации). Во втором цикле измеряют диаграмму обратного отражения подвески, растягивая ее так, чтобы обеспечить геометрию подвески, аналогичную геометрии подвески с объектом. Сравнивают друг с другом полученные диаграммы обратного отражения и определяют сектора углов локации, в которых наблюдаются отражения от подвески Dqф= 1-2 (где 1,2 нижняя и верхняя границы сектора углов локации соответственно, 1 0o локация строго вдоль оси объекта). Для определения ЭПР объекта исключают из анализа сектора ф, в которых уровень фона подвески существенно превышает или сравним с ЭПР объекта. Недостатком прототипа является снижение точности измерений ЭПР малоотражающих (Gо <0,01 м2) малоразмерных (Lо <1 м) объектов вследствии существенного влияния фоновых отражений Gф от вертикального звена и наклонных ветвей системы подвески в секторах углов локации ф с уровнями ЭПР объектов (Gо), меньшими или равными Gф. Причины этого следующие. Во-первых, фоновое влияние вертикального звена. В отличии от наклонных элементов подвески, которые наблюдаются в строго определенных ее геометрией углах, отражение от вертикального звена является случайным процессом. При этом отражение от вертикального звена распределяется в широком секторе углов локации. Зависит это, как показывают оценки, от многих факторов, таких как точность центровки объекта и нахождения центра тяжести объекта над центром механизма вращения, направления и силы ветра и т.д. Отражение от вертикального звена может присутствовать в любых секторах локации, в том числе и в наиболее важных ( 0 45o), в которых сигнал от объекта минимален. Кроме того, вертикальное звено при вращении скручивается, что приводит не к зеркальному, как у наклонных ветвей, а к случайному диффузному механизму отражения радиоволн в широком секторе углов локации. Поэтому его сложно селектировать от сигналов объекта, что приводит к увеличению фона и возрастанию ошибок измерений. Во-вторых, фоновое влияние наклонных ветвей. Влияние наклонных ветвей на точность измерений ЭПР малоразмерных объектов наблюдается в случае, если угол a между наклонными ветвями становится мал и они практически сливаются. Характер и величина отражения от таких наклонных ветвей становится аналогичным фоновым отражениям от вертикального звена. Этот недостаток связан с относительным геометрическим параметром объекта K=Lo/H где Lo-максимальный размер объекта, на который могут быть разнесены точки крепления наклонных ветвей база объекта; H кратчайшее расстояние от объекта до места соединения наклонных ветвей к вертикальному звену, обусловленное длиной наклонных ветвей и размерами измерительного поля. Очевидно, что для малоразмерных объектов К <<1.2 для относительных геометрических параметров объектов, характеризующихся величиной К <0,1.
Введение отличительных признаков позволило увеличить угол разлета наклонных ветвей системы подвески, что равносильно увеличению угла между направлением локации и осью наклонных ветвей, которые при этом лоцируют по касательной, что исключает появление фоновых отражений от системы подвески, например, с близких к нулевым (q 0o) углов локации; повернуть объект измерений относительно плоскости, проходящей через две симметрично расположенные наклонные ветви и их оттяжки на угол, исключающий появление фоновых отражений от данных элементов подвески в секторе углов локации Dqo, и тем самым достичь цели изобретения, заключающейся в повышении точности измерений ЭПР малоразмерных малоотражающих объектов. Для пояснения изобретения ниже приводится описание, показывающее лишь в качестве примера вариант осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На фиг. 4 показано предлагаемое устройство; на фиг.5 элементы его выполнения. На фиг. 4 и 5 обозначены: 1 объект измерений; 2 механизм вращения; 5 подъемные мачты; 6 несущий трос; 8 наклонные ветви; 9 оттяжки; 10 - горизонтальные ветви. Согласно фиг.4 предлагаемое устройство содержит объект измерения 1, механизм вращения 2, подъемные мачты 5 с несущим тросом 6, систему подвески из диэлектрических шнуров, которая включает одинаковое количество (четыре) наклонных ветвей 8, оттяжек 9, горизонтальных ветвей 10, причем наклонные ветви 8 подвески соединены с несущим тросом 6 и оттяжками 9, соединенными с механизмом вращения 2, а горизонтальные ветви 10 увеличивают базу объекта измерений и служат связующим звеном между объектом измерений и наклонными ветвями. Объект измерений 1 повернут тем самым на угол 45o, как показано на фиг. 5. Максимальный размер объекта в данном устройстве не должен превышать величину A, определяющую расстояние между наклонными ветвями на высоте подвески объекта где H кратчайшее расстояние от объекта до несущего троса; Lнв длина наклонной ветви. Это обеспечивает условие, при котором вновь введенные горизонтальные ветви отклонены на угол, обеспечивающий вывод главных лепестков диаграммы обратного отражения горизонтальных ветвей из сектора o малых отражений от объекта. Одновременно и на вес объекта (P, кг) также накладываются ограничения. Это связано с тем, что увеличение веса P приводит к сведению наклонных ветвей и уменьшению угла , что, в свою очередь, может привести к росту фоновых отражений от системы подвески в секторе Dqo. Точный расчет характеристик подвески в условиях установившегося равновесия между весом P объекта и действующими со стороны несущего троса и подвески силами натяжения является достаточно сложной задачей. Он требует учета многих факторов, определяющих равновесие системы и, прежде всего, точных данных о физических свойствах конкретной подвески, которые в настоящее время известны лишь приближенно. Поэтому оптимальный вес объекта измерений желательно выбирать экспериментальным путем в каждом конкретном случае отдельно. Как показал эксперимент, например, при натяжении наклонных ветвей толщиной 4 мм с силой 100 кг вес измеряемого объекта составляет не более 20 кг. При этом сближение наклонных ветвей не достигает угла 20 град, при котором наблюдается увеличение фоновых отражений от наклонных ветвей в секторе Dqo малых уровней ЭПР объекта. Таким образом, выполнение условия (1), а также ограничений по весу объекта позволяет обеспечить необходимый вид диаграммы обратного отражения подвески и, соответственно, низкий уровень фоновых отражений в заданном секторе o, значительно меньший уровня ЭПР G(o) объекта. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Измерения производят за один цикл. Четыре скрепленные с одного конца ветви 8 соединяют с одной стороны с несущим тросом 5, а с другой с горизонтальными ветвями 10 и оттяжками 9. Горизонтальные ветви 10 присоединяют к объекту измерений 1. Через оттяжки, соединяющие объект с механизмом вращения 2, осуществляют вращение объекта и измеряют его ЭПР в зависимости от угла локации . В предлагаемом устройстве отражение от наклонных ветвей появляется в секторах углов локации 45-60o, 120-140o, 220-240o, 300-320o. При этом диаграмма обратного отражения в секторе Dqo определяется отражением от объекта измерений, что позволяет определить ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов с носовых углов 0 45o. Одновременно амплитуда лепестков, определяющих остаточные фоновые отражения от наклонных ветвей, на 6дБ (от каждой) меньше по сравнению с прототипом вследствие снижения сечения шнуров при увеличении числа наклонных ветвей в 2 раза. Предлагаемая система подвески объектов обеспечивает соотношение сигнал/фон, равное 6-12 дБ в носовых секторах углов локации 0 45 град для малоотражающего малоразмерного объекта, имеющего величину ЭПР порядка 0,01 0,001 м2. По сравнению с прототипом точность измерений ЭПР малоотражающих малоразмерных объектов возросла на 30-40% в секторе локации 0 45o и на 35-50% в секторе углов локации 0 15o. Конструкция предложенного устройства основана на использовании известных элементов и технических трудностей для реализации не представляет. Оценка реализуемости и эффективности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями проводилась экспериментально-теоретическим путем в реальных условиях натурного измерительного комплекса с привлечением методов математического моделирования. Источники информации 1. Майзельс Е.Н. Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. Изд-во "Сов. радио", 1972. Radar Cross Sektion. Handbook / Georg T.Ruck. Plenum Fress. New York, 1970, p.919.Формула изобретения
Устройство подвеса объекта при измерении его ЭПР, содержащее опорные мачты с несущим тросом, подвеску из диэлектрических шнуров, включающую две соединенные с несущим тросом наклонные ветви и четыре прикрепленные к ним оттяжки, соединенные с механизмом вращения, отличающееся тем, что в устройство введены дополнительно две наклонные и четыре горизонтальные ветви, причем горизонтальные ветви соединены с одной стороны с наклонными ветвями, а с другой с объектом измерений.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5