náhled|300px|Normalizovaný logaritmicko–logaritmický graf radarového účinného průřezu kovové koule jako funkce frekvence radarového signálu. Pokud je obvod koule menší než tři čtvrtiny vlnové délky, je radarový průřez je přibližně úměrný ƒ4 (ƒ= frekvence radarového signálu). Pokud je obvod koule je větší než 20 vlnových délek, je radarový průřez přibližně roven fyzickému průřezu koule. Tato závislost se nazývá Mieho rozptyl. náhled|300px|Typický RCS diagram (s letounem A-26 Invader jako rozptylujícím objektem). Jedná se o polární graf závislosti RCS na úhlu přičemž obrázek letounu uprostřed pomáhá přiřadit úhly v diagramu k fyzickým vlastnostem rozptylujícího objektu

Radarový průřez () je míra zachytitelnosti objektu radarem. Čím větší má objekt radarový průřez, tím snáze je detekovatelný.

Objekty (v radarové terminologii cíle) odrážejí určitou část energie radarového signálu zpět ke zdroji. Množství této energie ovlivňuje řada faktorů: materiál, z něhož je cíl vyroben; poměr velikosti cíle k vlnové délce radarového signálu; absolutní velikost cíle; úhel dopadu (úhel pod nímž radarový paprsek dopadá na různé části cíle, který závisí na tvaru cíle a jeho orientaci k vysílači radaru); úhel odrazu (úhel, pod nímž odražený radarový paprsek směřuje od cíle; závisí na úhlu dopadu); polarizace vysílaného a přijímaného záření vzhledem k orientaci cíle.

Pro zachycení cíle je důležitý výkon vysílače radaru a vzdálenost cíle, ale tyto faktory velikost radarového průřezu neovlivňují, protože radarový průřez je mírou odraznosti cíle.

Radarový průřez se používá pro odhalení letadel v širokém rozsahu vzdáleností. Například stealth letadlo (které je navrženo tak, aby bylo radarem těžko zachytitelné) bude mít konstrukční prvky, které minimalizují jeho radarový průřez (jako je např. absorpční nátěr, ploché povrchy, povrchy specificky nakloněné tak, aby odrážely signál jinam než směrem ke zdroji), na rozdíl od dopravního letadla, které bude mít velký radarový průřez (způsobený holým kovem, zaoblenými povrchy, které odrážejí část signálu zpět ke zdroji, mnoha výčnělky jako jsou motory, antény, apod.). Snižování radarového průřezu je nedílnou součástí vývoje radarové stealth technologie, zejména v aplikacích týkajících se letadel a balistických raket. Údaje o radarových průřezech současných vojenských letadel jsou obvykle přísně utajované.

V některých případech je zajímavé sledovat oblast na zemi, která obsahuje více objektů. V takových situacích je užitečné použít veličinu nazývanou normalizovaný radarový průřez (NRCS), známou také jako diferenciální koeficient rozptylu nebo koeficient zpětného rozptylu radaru, označovanou σ0 nebo σ0 („sigma nula“), což je průměrný radarový průřez souboru objektů na jednotku plochy:

kde: σ je radarový průřez určitého objektu, A je plocha území, které zaujímá tento objekt. NRCS má rozměr plocha na plochu, tj. v soustavě SI.

Formulace

Radarový průřez objektu lze neformálně chápat jako plochu průřezu dokonale odrazné koule, která způsobuje odraz stejné síly jako příslušný objekt (větší velikosti této imaginární koule způsobuje silnější odrazy). Radarový průřez je tedy abstrakce: radarový průřez objektu nemusí být v přímém vztahu s fyzickými rozměry objektu, ale závisí na jiných faktorech.

Neformálně je radarový průřez radarového cíle efektivní plocha, která zachycuje vysílaný radarový výkon a izotropně ji rozptyluje, aby dosáhla přijímač radaru.

Přesněji řečeno radarový průřez radarového cíle je hypotetická plocha potřebná k zachycení hustoty vysílaného výkonu v místě cíle tak, aby v případě izotropního zpětného vyzařování veškerého zachyceného výkonu vznikla hustota výkonu skutečně naměřená na přijímači.Skolnick, M.I., Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill, 1980. Toto tvrzení lze pochopit zkoumáním monostatické (tj. radarový vysílač a přijímač jsou na stejném místě) radarové rovnice po jednotlivých členech:

kde = výstupní výkon vysílače (wattů) = zisk radarové vysílací antény (bezrozměrná veličina) = vzdálenost cíle od radaru (v metrech) = radarový průřez cíle (v metrech čtverečních) = efektivní plocha přijímací antény radaru (v metrech čtverečních) = výkon přijatý zpět od cíle radarem (wattů)

Člen v radarové rovnici reprezentuje výkonovou hustotu (ve wattech na metr čtverečních), kterou radarový vysílač vytváří v místě cíle. Tato výkonová hustota je zachycena cílem s radarovým průřezem udávaným v metrech čtverečních. Součin

má rozměr výkonu (wattů), a reprezentuje hypotetický celkový výkon zachycený radarovým cílem. Druhý člen reprezentuje izotropní šíření tohoto výkonu zachyceného cílem zpět k přijímači radaru. Součin

pak reprezentuje odraženou výkonovou hustotu v místě přijímače radaru (opět ve wattech na metr čtvereční). Anténa přijímače zachycuje tuto výkonovou hustotu efektivní plochou , což dává výkon signálu odraženého od cíle přijímaného radarem (wattů) podle radarové rovnice výše.

Rozptylování dopadající výkonu radarového signálu cílem není nikdy izotropní (ani pro sférický cíl), a radarový průřez představuje hypotetickou plochu. Z tohoto hlediska lze radarový průřez chápat jako korekční faktor, díky němuž radarová rovnice „vyjde správně“ pro experimentálně pozorovaný poměr . Radarový průřez je vlastností pouze cíle a lze jej změřit nebo vypočítat. Radarový průřez tak umožňuje analyzovat výkonnost radarového systému pro daný cíl nezávisle na parametrech radaru. Obecně zavisí radarový průřez na orientaci radaru a cíle. Radarový průřez cíle závisí na velikosti cíle, odraznosti jeho povrchu a směrovosti odraženého radarového signálu způsobené geometrickým tvarem cíle.

Faktory Velikost Zpravidla platí, že čím je větší objekt, tím silnější je jeho radarový odraz a tedy i větší jeho radarový průřez. Navíc radar v určitém pásmu nemusí být schopen detekovat objekty určité velikosti. Například radar v pásmu S (10 cm) může odhalit dešťové kapky, ale ne oblaka, jejichž kapky jsou příliš malé.

Materiál Kovy dobře odrážejí radarové signály. Naproti tomu dřevo a tkaniny (z nichž se dříve běžně vyráběly části letadel a balónů) nebo plast a laminát odrážejí radarové signály špatně nebo je zcela propouštějí, což je činí vhodnými pro radomy. I velmi tenká vrstva kovu může způsobit, že objekt bude silně odrážet radarové vlny. Pro účely rušení radarových signálů se se často používají proužky z metalizovaného plastu nebo skla (podobně jako metalizované fólie na potravinách) s mikroskopicky tenkými vrstvami kovu. Tyto proužky se nazývají nebo .

Některá zařízení, jako například radarové antény, se naopak navrhují tak, aby byla radarově aktivní, což radarový průřez zvyšuje.

Radarově absorpční nátěr SR-71 Blackbird a jiná letadla byla opatřena speciálním nátěrem s malými kovovými kuličkami. Tento nátěr dopadající radarovou energii mění na teplo, místo aby ji odrážel.

Tvar, směrovost a orientace F-117A je navržen tak, aby jeho povrchy byly ploché a velmi šikmé. To má za následek, že radarové vlny dopadají pod velkým úhlem (vzhledem k normálovému paprsku) a odrážejí se pod podobně velkým úhlem, čímž dochází k dopřednému rozptylu. Hrany F-117A jsou ostré, aby se nevyskytovaly žádné zaoblené povrchy, které část signálu odrážejí zpět k radaru. Protože se každý paprsek dopadající podél normály odrazí zpět podél normály, zaoblené povrchy způsobují silný odraz signálu.

Z boku bude stíhací letadlo představovat mnohem větší plochu než stejné letadlo zepředu. Za stejných podmínek bude letadlo vracet silnější signál zboku než zepředu; orientace cíle vůči radarové stanici je tedy důležitá.

Hladké povrchy Reliéf povrchu může obsahovat prohlubně, které fungují jako koutový odražeč, které zvyšují radarový průřez z mnoha směrů. Tyto prohlubně mohou být způsobeny otevřenými pumovnicemi, sacími otvory motorů, závěsy pro výzbroj, spoji mezi konstrukčními částmi, atd. Pokrývat tyto povrchy radarově absorpčními materiály by bylo nepraktické,.

Měření Velikost obrazu cíle na radaru se vyjadřuje radarovým průřezem obvykle značeným σ a udává se ve čtverečních metrech. Radarový průřez není totéž jako geometrická plocha. Dokonale vodivá koule s promítnutou plochou 1 m2 (tj. o průměr 1,13 m) bude mít radarový průřez 1 m2. Pro radarové vlnové délky mnohem menší než průměr koule je radarový průřez nezávislý na frekvenci. Naopak čtvercová plocha s povrchem 1 m2 bude mít radarový průřez σ = 4π A2 / λ2 (kde A=plocha, λ=vlnová délka) tj. 139,62 m2 při 1 GHz, pokud radar je kolmo na plochý povrch. Při dopadu radarového záření mimo normálu se energie odráží mimo přijímač, což snižuje radarový průřez. Moderní stealth letadla mají údajně radarový průřez srovnatelný s malými ptáky nebo velkým hmyzem,F-22 Raptor Stealth GlobalSecurity.org i když existují velké odchylky v závislosti na letadle a radaru.

Pokud by radarový průřez přímo souvisel s plochou cíle, jediným způsobem, jako ho zmenšit, by bylo zmenšit fyzický profil cíle. Místo toho cíl dosahuje menšího radarového účinného průřezu tím, že odráží většinu radarového signálu pryč nebo jej pohlcuje,.Bill Sweetman, Unconventional Weapon: What we learned about stealth technology from the combat career of the F-117, Smithsonian Air & Space Magazine, 01 January 2008

Měření radarového průřezu cíle se provádí na radarové odrazové střelnici nebo rozptylové střelnici. Prvním typem střelnice je venkovní střelnice, kde je cíl umístěn na speciálně tvarovaném stožáru s nízkým radarovým průřezem v určité vzdálenosti od vysílačů. Taková střelnice eliminuje potřebu umisťovat radarové absorbéry za cíl, je však nutné zmírnit vícecestné interakce se zemí.

Často se také používá bezdozvuková komora. V takovém prostoru je cíl umístěn na rotující sloup uprostřed, a stěny, podlaha a strop jsou pokryty vrstvami radarového absorpčního materiálu. Tyto absorbéry zabraňují zkreslení měření odrazy. Kompaktní měřicí pole je bezdozvuková komora vybavená světlometem/reflektorem, který simuluje podmínky vzdáleného pole.

Typické hodnoty pro radary pracující s centimetrovými vlnami jsou:Radar Cross Section Measurements (8-12 GHz)Ship RCS Table

Hmyz: 0,00001 m2 Ptáci: 0,01 m2 Stealth letadlo: <0,1 m2 (například F-117A: 0,001 m2) Střela země-vzduch: ≈0,1 m2 Lidské tělo: 1 m2 Malé bojové letadlo: 2–3 m2 Velké bojové letadlo: 5–6 m2 Dopravní letadla: až 100 m2 Pobřežní obchodní loď (délky 55 m): 300–4000 m2 Koutový odražeč s délkou hrany 1,5 m: ≈20,000 m2www.radartutorial.eu (Radar Cross Section (RCS))M. Skolnik: Introduction to radar systems. 2nd Edition, McGraw-Hill, Inc., 1980, p. 44 Fregata (délky 103 m): 5000–100,000 m2 Kontejnerová loď (délky 212 m): 10,000–80,000 m2

Odkazy Reference

Literatura

Externí odkazy Radar Cross Section, Optical Theorem, Physical Optics Approx, Radiation by Line Sources podrobná přednáška s úvodem k radarovému průřezu (RCS) Hip-pocket formulas radarový zpětný rozptyl pro vysoké frekvence RCS; referenční karta (PDF) Method to measure radar cross section parameters of antennas Puma-EM Vysoce výkonný, paralelizovaný program pro metodu momentů / víceúrovňovou rychlou mnohapólovou metodu pro elektromagnetický kód s otevřeným zdrojovým textem Radar Cross Section Reduction Course kurz na Georgia Institute of Technology zaměřený na techniky používané ke snížení radarové odrazivosti Radar Tutorial poskytuje skvělé vizuální ukázky RCS

Kategorie:Radar