ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  РАДИОВОЛНЫ,  РАССЕЯННОЙ  ОБЪЕКТОМ  СЛОЖНОЙ  ФОРМЫ

Громов  Вячеслав  Александрович

научный  сотрудник  Томского  государственного  университета  систем  управления  и  радиоэлектроники,  РФ,  г.  Томск

E-mail:  gromov.tusur@gmail.com

Орлов  Павел  Евгеньевич

научный  сотрудник  Томского  государственного  университета  систем  управления  и  радиоэлектроники,  РФ,  г.  Томск

E-mail: 

POLARIZATION  CHARACTERISTICS  WAVE  SCATTERED  COMPLEX  OBJECT

Viacheslav  Gromov

research  assistant,  Tomsk  State  University  of  Control  Systems  and  Radioelectronics,  Tomsk

Orlov  Pavel

research  assistant,  Tomsk  State  University  of  Control  Systems  and  Radioelectronics,  Tomsk

АННОТАЦИЯ

В  статье  приведены  результаты  численного  электромагнитного  моделирования  рассеяния  плоской  электромагнитной  волны  объектом  сложной  формы.  Показаны  диаграмма  рассеяния  и  поляризационная  диаграмма  поля  для  модели  автомобиля  при  длине  волны  25  см.  Результаты  могут  быть  использованы  при  разработке  радиолокационных  систем.

ABSTRACT

In  this  paper  the  results  of  numerical  modeling  of  electromagnetic  scattering  a  plane  electromagnetic  wave  from  complex  shape  object  are  presented.  Shows  a  scattering  diagram  of  the  electromagnetic  field,  the  polarization  scattering  diagram  for  the  model  car  at  a  wavelength  25  cm.

Ключевые  слова:  радиоволна;  поляризация;  угол  эллиптичности.

Keywords:  radio  wave;  polarization;  ellipticity  angle.

Для  проектирования  и  оценки  эффективности  современных  радиолокационных  систем  необходимо  знание  априорных  характеристик  рассеяния  наблюдаемых  объектов  [1].  Развитие  техники  и  методов  обработки  радиолокационных  сигналов  позволяет  увеличивать  число  и  точность  измеряемых  характеристик  поля,  рассеянного  от  объектов  при  их  радиолокации.  При  этом  остается  актуальной  задача  разработки  новых  способов  и  алгоритмов  обнаружения  и  селекции  радиолокационных  сигналов.

Информация  о  состоянии  поляризации  принимаемых  электромагнитных  волн  может  быть  использована  для  обнаружения  и  селекции  радиосигналов  по  поляризационным  признакам  [2].  Для  описания  состояния  поляризации  электромагнитной  волны  могут  быть  использованы  неэнергетические  параметры  полностью  поляризованного  сигнала  –  угол  ориентации    и  угол  эллиптичности  ,  связанные  с  ортогональными  составляющими  вектора  Джонса  известными  выражениями  [3]:

  (1)

где:  ,    —  ортогонально  поляризованные  составляющие  волны;

  —  разность  фаз  ортогональных  составляющих. 

На  рисунке  1  изображен  поляризационный  эллипс  и  показаны  углы  ориентации  и  эллиптичности.  Угол  эллиптичности  может  принимать  значения  от  –45°  до  45°.  При  значении  0°  считают,  что  поляризация  волны  линейная,  при  ±45°  —  круговая,  при  остальных  —  эллиптическая.

Цель  статьи  —  выполнить  оценку  и  анализ  поляризационной  характеристики  радиоволны  —  угла  эллиптичности,  рассеянной  объектом  сложной  формы.

С  помощью  программы  электромагнитного  моделирования  FEKO  [4]  был  выполнен  расчет  рассеяния  плоской  волны  телом  сложной  формы.  В  качестве  тела  сложной  формы  была  использована  модель  автомобиля,  которая  в  программе  представлена  как  металлическая  поверхность  в  свободном  пространстве  (рисунок  2).  Модель  имеет  следующие  размеры:  длинна  —  5  м,  ширина  —  2,8  м,  высота  —  1,5  м.  На  рисунке  2  синей  стрелкой  изображено  направление,  с  которого  падает  волна,  красной  стрелкой  показано  состояние  поляризации  волны.  В  данном  случае  вертикально  поляризованная  волна,  по  отношению  к  плоскости  XOY.  Поскольку  модель  автомобиля  симметрична  относительно  плоскости  XOZ  моделирование  выполнено  для  азимута    от  0º  до  180º  и  углов  места    от  0º  до  90º.

Рисунок  1.  Углы  ориентации  и  эллиптичности

Рисунок  2.  Модель  автомобиля

Для  расчета  использован  многоуровневый  быстрый  метод  многополюсников  (Multi-level  Fast  Multipole  Method).  Расчет  диаграммы  рассеяния  выполнен  с  шагом  0,2º  по  азимуту  (от  0°  до  180°)  и  с  шагом  0,2º  по  углу  места  (от  0°  до  90°).  Длинна  волны  облучения  —  25  см.

Результатом  расчетов  программы  FEKO  является  файл  с  данными,  который  содержит  информацию  о  напряженности  поля  в  дальней  зоне.  Информация  представлена  в  виде  ортогональных  составляющих  и  их  фаз  для  каждой  точки  азимута  и  угла  места.  На  рисунке  3  показана  результирующая  диаграмма  рассеяния  (напряженность  поля  в  дальней  зоне),  вычисленная  по  формуле

.                                (2)

На  рисунке  4  приведена  диаграмма  рассеяния,  построенная  в  MATLAB.

Используя  данные  о  диаграмме  рассеяния,  вычислена  поляризационная  диаграмма  рассеяния  волны  на  автомобиле  по  формуле  (1)  как  угол  эллиптичности. 

Рисунок  3.  Диаграмма  рассеяния  автомобиля  в  FEKO

Рисунок  4.  Диаграмма  рассеяния  автомобиля  в  MATLAB

Рисунок  5.  Поляризационная  диаграмма

На  рисунок  6  приведена  гистограмма  угла  эллиптичности  поляризационной  диаграммы  для  всех  азимутов  и  углов  места.  Основная  часть  значений  углов  эллиптичности  находится  в  области  0°,  то  есть  имеем  линейную  поляризацию  отраженной  волны  по  совокупности  всех  углов  места  и  азимута. 

Рисунок  6.  Гистограмма  угла  эллиптичности

Анализ  результатов  моделирования  рассеяния  плоской  электромагнитной  волны  на  предмете  сложной  формы  показал,  что  поляризация  рассеянной  волны  в  90  %  соответствует  номинальной  падающей.

Список  литературы:

1.Штагер  Е.А.  Рассеяние  радиоволн  на  телах  сложной  формы.  М.:  Радио  и  связь,  1986.  —  184  с.

2.Громов  В.А.,  Шарыгин  Г.С.,  Миронов  М.В.  Угол  эллиптичности  электромагнитных  сигналов  и  его  использование  для  неэнергетического  обнаружения,  оптимального  по  критерию  Неймана–Пирсона  /  Известия  вузов.  Физика.  —  2012.  —  Т.  55,  —  №  3.  —  С.  15—21.

3.Kostinski  A.B.,  Boerner  W.M.  On  foundations  of  radar  polarimetry  /  IEEE  Transactions  on  Antennas  and  Propagation.  —  1986.  —  Vol.  34,  —  №  12.  —  P.  1395—1404.

4.Сайт  программы  FEKO.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  https://www.feko.info  (дата  обращения:  05.11.2013).