http___radartutorial.de_01.basics_Radar_20Kesiti.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 11.2 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 24.2 25.1 26.1
Radar Cross-Section Figure 1: the experimental radar cross-section of the B-26 aircraft at 3 GHz frequency as a function of azimuth angle (after Skolnik) Figure 1: the experimental radar cross-section of the B-26 aircraft at 3 GHz frequency as a function of azimuth angle (after Skolnik) Radar Cross-Section radar cross-section σ is a specific parameter of a reflective object that depends on many factors, and which has units of m². The calculation of the radar cross-section is only possible for simple objects. The surface area of simple geometric bodies depends on the shape of the body and the wavelength, or rather on the ratio of the structural dimensions of the object to the wavelength. If absolutely all of the incident radar energy on the target were reflected equally in all directions, then the radar cross-section would be equal to the target's cross-sectional area as seen by the transmitter. In practice, some energy is absorbed and the reflected energy is not distributed equally in all directions. Therefore, the radar cross-section is quite difficult to estimate and is normally determined by measurement. The target radar cross-sectional area depends of: - the airplane’s physical geometry and exterior features, - the direction of the illuminating radar, - the radar transmitters frequency, - the used material types. The use of stealth technology to reduce radar cross-section increases the survivability and decreases the target detection of military aircraft. But the stealth technology depends of the used radar transmitters frequency and has none effect against VHF- radars like P–12 or P-18, both used by serbian air defense units during the Kosovo war. Calculation of the radar cross-section Radar cross-section (RCS) is the measure of a target's ability to reflect radar signals in the direction of the radar receiver, i.e. it is a measure of the ratio of backscatter density in the direction of the radar (from the target) to the power density that is intercepted by the target. Since the power is distributed on the shape of a sphere, a small part of this (4·π·r2) can be received by the radar. Radar cross-section σ is as defined as: The RCS of a target can be viewed as a comparison of the strength of the reflected signal from a target to the reflected signal from a perfectly smooth sphere of cross-sectional area of 1 m². The following backscattering formulas from shapes occurs in an optical independent of frequency region. Table 1: RCS for geometrically bodies RCS for Point-Like Targets Table 2: RCS for Point-Like Targets Some targets have large values of RCS owing to their size and orientation and consequently, reflect a large portion of the incident power. The beside table shows the values of RCS for some targets at X-Band (Table from: M. Skolnik, “Introduction to radar systems”, 2nd Edition, McGraw-Hill, Inc 1980, page 44. The RCS of the corner reflector is given for a triangular reflector with a length of 1.5 m.)
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1
Etken Yansıtırlık Kesiti Resim: Bir B 26 bombardıman uçağının, azimut açısına göre 3 GHz lik bir frekansta deneysel olarak çıkartılmış göreli Etken Yansıtırlık Yüzeyi σ /σ0 (Kaynak: Skolnik) Resim: Bir B 26 bombardıman uçağının, azimut açısına göre 3 GHz lik bir frekansta deneysel olarak çıkartılmış göreli Etken Yansıtırlık Yüzeyi σ /σ0 (Kaynak: Skolnik) Etken Yansıtırlık Kesiti Bazı yayınlarda Radar Kesiti (Radar Cross Section, RCS) olarakta adlandırılan σ Etken Yansıtırlık Yüzeyi, bir uçan cisme özgün, etmene bağlı olan bir büyüklüktür. σ-değerinin matematiksel hesabı sadece basit yüzeyler için yapılabilir. Yansıtırlık yüzeyi, cismin biçimine ve dalga boyuna bağlıdır, daha doğru bir ifade ile cismin yapısal boyutlarının gönderim işaretinin dalga boyuna olan oranına bağlıdır. Etken Yansıtırlık Yüzeyi pratikte şunlara bağlıdır: - uçan cismin büyüklüğü; - o an uçmakta olduğu nokta; - radar aygıtının gönderim frekansı; - uçağın yapımında kullanılan malzeme; - ve uçan nesnenin yüzey malzemesinin elektriksel özellikleri. Bir yolcu uçağının tasarımında etkenlik ve güvenlik öne çıkarken, askeri amaçlı bir uçakta yansıtırlık yüzeyinin olabildiğince küçük tutulmasına dikkat edilir. Hayalet-teknolojisi (stealth-technology) adını verdiğimiz bu teknoloji Körfez Savaşında başarıyla kullanıldı, fakat Kosova savaşında Sırp radarlarının (P–12 ve P-18) çok alçak frekansları kullanması nedeniyle Stealth bombardıman uçaklarının pilotları büyük sorunlarla karşılaştı. Bir radar için Yansıtırlık Yüzeyinin anlamı nedir? Herhangi bir yansıtıcının Etken Yansıtırlık Yüzeyi, bir ideal referans yansıtıcının yüzeyine oranı olarak düşünülebilir. Bir eşdeğer eşyönlü (isotropic) referans yansıtıcının Etken Yansıtırlık Yüzeyi tam 1 m² dir. Pratikte her yönde eş yansıtırlık, bir küre biçimli, yüzeyi bir ideal iletken olan yansıtıcı ile mümkündür. Küresel biçim uzak menzillerde kaybolur, onun yerini yalnızca bir daire biçimli yüzey alır: bu sözde izdüşümün, yani daire biçimli yüzeyin çapı, kürenin çapıyla aynıdır. Bu yüzeyin büyüklüğünün, referans yansıtıcının yüzeyi olan 1 m² ile aynı olabilmesi için küre çapının yaklaşık 1,128 m olması gerekir. Ancak böyle bir eşdeğer eşyönlü yansıtıcı, bakış açısından (aspect angle), yani radarın yönünden bağımsız olarak, katı açının (solid angle) her ölçüm birimi için aynı gücü yayınlar. Bir yansıtıcı yalnızca almış olduğu enerjiyi yayınlayabilir. Bu eşitlik gerçekte yalnızca bir güç bütçesini (power budget) açıklayabilir: Bu yansıtıcı nesne yalnızca alınan gücü yansıtılabilir ve alınan bu güç her yöne yansıtılır. Radar yansıtılan bu güçten sadece küçük bir kısmını kapar. Alınan kısmın büyüklüğü antenin etken yüzeyine ve antenin açıklığına (antenna aperture) bağlıdır. Yansıtıcı nesne tarafından baktığımızda radarın alım noktasında göreceğimiz güç yoğunluğu Sr olsun. Bu güç yoğunluğunun birimi W/m² dir. Radarın alıcı anteni sadece bir Ar etkili anten açıklığına sahiptir (bu açıklık bir yüzeydir ve bir kürenin dış yüzeyinin parçasıdır). Radar anteninin alım gücü, antendeki güç yoğunluğunun, antenin etken yüzeyi ile çarpıldığı Sr·Ar ifadesidir. Bu anten, küre yüzeyinde sadece küçük bir yüzey parçası gibidir ve nesneden tüm yönlere yansıtılan gücün sadece küçük bir kısmını alabilir. Bu alan bir küresel yüzeyin tamamına yansıtılan gücün alındığı Ω Katı Açısı ile orantılıdır. Anten açıklığını sınırlayan bu Katı Açı, menzilin karesiyle ters orantılıdır, yani menzil arttıkça Katı Açı azalır: Böylece alıcı antendeki güç yoğunluğu (Katı Açı başına güç) Sr·Ar/Ω olur. (2) nolu eşiklikteki Katı Açı eşitliği buraya yerleştirildiğinde: Sr·Ar /Ω = Sr·Ar /(Ar /r2) = Sr·r2(3) eşitliği elde edilir. Böylece Sr·r2 eşitliği Katı Açı birimi başına alım gücünü ifade eder (Watt/steradyan) ve yukarıdaki (1) nolu eşitliğe karşılık gelir. Bu, daha sonra aşağıda kullanılan (4) nolu eşitlikte dönüştürülebilir. Etken Yansıtırlık Yüzeyinin hesaplanması Aşağıdaki formülde yansıtırlık yüzeyi, gelen dalgayı alan ve onu uzayda her yöne yansıtan bir etken alanı belirtmektedir. Radar anteninin yüzeyine sadece yansıtılan gücün r menzilindeki güç yoğunluğu ulaşır. Radar kesiti σ şöyle tanımlanır: Etken yansıtırlık yüzeyinin hesaplanmasında aşağıda kullanılan formüller, optik kuralların geçerli olduğu, yani frekansa bağımlı yansımaların, radar aygıtında kullanılan dalga boyundan çok çok daha fazla katı bir uzaklıkta olan ve radarın kullandığı dalga boyundan çok daha büyük gövdelerde meydana geldiği varsayımı ile geçerlidir: Çizelge 1: Bazı geometrik gövdelerden yansımalar Nokta biçimli hedeflerin yansıtırlık yüzeyi Tabelle 2: Rückstrahlfläche für Punktziele Radar teknolojisindeki nokta hedefler, boyutları çözünürlük hücresinin geometrik boyutlarından daha küçük olan hedeflerdir. Hacim hedeflerinin aksine (özellikle meteoroloji radarlarında meydana gelir) çözünürlük hücresini tamamen doldurmaz. Radar işaretlerinin işlenmesinde bunlar bir menzil hücresini doldururlar (eğer tam da sınırdaysa en fazla 2 tanesini). Etken Yansıtırlık Yüzeyi, aslında yansıtıcı gövdenin farklı yerlerinde bulunan çok sayıda daha küçük güçlerin toplamından meydana gelmektedir. Nesnenin aydınlatıldığı açıya bağlı olarak bu yüzey parçalarının az veya çok etkisi vardır. Bunlar gizlenmiş olabilirler ya da radara gönderim işaretinin yarım dalga boyunun çok daha fazla katı bir uzaklıkta bulunabilirler ve böylece kısmen yapıcı ve kısmen yıkıcı örtüşürler (Bkz. Girişim). Etken Yansıtırlık Yüzeyi bu nedenle bakış açısına kuvvetle bağlıdır, öyle kolayca geometrik yolla hesaplanamaz. Bu, genellikle özgün ya da ölçümde kullanılan güncel dalga boyuna ölçeklenmiş bir model ile yapılan kapsamlı pratik ölçümlerin bir sonucudur. Örnek olarak verebileceğimiz bazı hedefler geometrik boyutlarına göre çok yüksek değerlerde bir yansıtırlık yüzeyine sahiptirler ve gönderilen enerjinin hayli büyük bir miktarını yansıtırlar. Yandaki çizelgede X-bandındaki bazı yansıtırlık yüzeylerine ait örnekler yer almaktadır. (Çizelge değerleri: M. Skolnik, „Introduction to radar systems”, 2nd Edition, McGraw-Hill, Inc 1980, Sayfa 44. Köşe yansıtıcı, kenar uzunlukları 1,5 m olan bir üçgen yansıtıcının yansıtırlık yüzeyine bir örnektir.)