Как сделать уголковый отражатель
Обновлено: 06.07.2024
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для обозначения взлетных полос аэродромов, имитации объектов различного назначения и как эталоны при радиолокационных измерениях. Технический результат заключается в повышении точности установки прямых углов между пластинами и в возможности регулировки этих углов. Сущность изобретения состоит в том, что в уголковый отражатель, состоящий из трех жестко связанных между собой взаимоперпендикулярных проводящих пластин квадратной формы, введены три проводящие стержня, которые одними концами жестко соединены вместе, а другие концы каждого стержня установлены в соответствующих пластинах на расстоянии 0,1а от свободного конца диагонали пластины с возможностью регулировки угла между пластинами, где а - размер диагонали. При этом стержни расположены в одной плоскости и закреплены в пластинах посредством косых втулок и гаек. 2 ил.
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для обозначения взлетных полос аэродромов, имитации объектов различного назначения, как эталоны при радиолокационных измерениях.
Все известные уголковые отражатели состоят из жестко связанных между собой взаимоперпендикулярных пластин различной формы, формирующих (путем многократного отражения) пучок лучей, распространяющийся в обратном направлении.
При всей простоте конструкции уголковых отражателей их техническое выполнение затруднено, так как допуски на отклонение от взаимной перпендикулярности пластин очень высокие. Например, для 3-х см диапазона уголковый отражатель с треугольными пластинами размером 125 см должен был бы иметь эффективную поверхность рассеяния (ЭПР)10 4 м 2 . При отклонении углов от прямых на 1° он будет иметь ЭПР, в 30 раз меньшую, то есть всего около 300 м 2 . Приведенные данные показывают, что при изготовлении уголковых отражателей вопрос точности установки прямых углов между пластинами является решающим.
Для уголковых отражателей с квадратными пластинами при заданном относительном уменьшении ЭПР точность изготовления должна быть еще выше, чем для уголковых отражателей с треугольными пластинами (см., например, Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975, с.172-173, 228, 235-236).
Недостатком известных уголковых отражателей является невозможность регулировки прямых углов между пластинами и, как следствие, недостаточная точность их выполнения.
Наиболее близким по технической сущности является уголковый отражатель, описанный в статье (Robertson S.D. Targets for microwave radar navigation. - "Bell Syst. Techn. J", 1947, v.26, №4, pp.852-869). Этот уголковый отражатель состоит из жестко связанных между собой (посредством сварки или пайки) взаимоперпендикулярных пластин квадратной формы.
Недостатками этого уголкового отражателя являются недостаточная жесткость и отсутствие регулировки, в результате чего прямые углы между пластинами выполняются с допуском ±30', что дает колебание эффективной поверхности рассеяния в пределах ±1,5 дБ.
Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в повышении точности установки прямых углов между пластинами, а также введение регулировки прямых углов между пластинами.
Поставленная задача решается за счет того, что в известный уголковый отражатель, состоящий из трех жестко связанных между собой взаимоперпендикулярных проводящих пластин квадратной формы, введены три проводящих стержня жестко вместе одними концами, а другие концы каждого стержня установлены в соответствующих плоскостях на расстоянии 0,1а от свободного конца диагонали пластины с возможностью регулировки угла между пластинами, где а - размер диагонали пластины, которые позволяют осуществлять регулировку угла между пластинами, достигая высокой степени приближения угла к прямому (90°+5'), приближая ЭПР к теоретически достижимому значению.
Проводящие стержни по соображениям достаточной прочности и жесткости изготавливаются из стального прутка диаметром 8. 10 мм в зависимости от размеров уголкового отражателя.
Влияние этих стержней на суммарную ЭПР уголкового отражателя оценим следующим образом.
Возьмем для примера уголковый отражатель с квадратными пластинами длиной стороны 400 мм. В диапазоне волн 9375 МГц (λ=3,2 см) ЭПР этого уголкового отражателя в соответствии с формулой:
где δ - ЭПР уголкового отражателя, м 2 ;
α - размер стороны грани, м;
λ - длина волны, м, равна
ЭПР стержней в соответствии с формулой
где d - диаметр стержня; м;
l - длина стержня, м;
Относительное изменение ЭПР составляет
, что ничтожно мало.
На фиг.1 приведен общий вид уголкового отражателя с установленными стержнями.
На фиг.2 показаны стержни с установленными на них устройствами крепления и регулировки.
Уголковый отражатель содержит (фиг.1) три взаимоперпендикулярных проводящих пластины 1.1; 1.2; 1.3 и три проводящих стержня 2.1; 2.2; 2.3. Стержни соединены в точке "О" жестко (сваркой) одними концами. Другие концы закреплены в плоскостях (фиг.2) с помощью косых втулок 3.1; 3.6 и гаек 4.1. 4.6° в соответствующих плоскостях на расстоянии 0.1а от конца диагонали пластины, где а - размер диагонали пластины. Экспериментально установлено, что на расстоянии 0.1а от свободного конца диагонали соединение пластин уголкового отражателя не влияет на величину ЭПР.
Уголковый отражатель работает следующим образом.
Пучок радиоволн падает на одну из пластин, например 1.1, отражается от нее и попадает на вторую пластину 1.2, снова отражается и попадает на третью пластину 1.3 и, отражаясь от нее, распространяется в том же направлении, откуда пришел. Это произойдет в том случае, если угол между пластинами составляет 90°. При этом у уголкового отражателя будет максимальная ЭПР. Фактически угол между пластинами отличается от 90° и выполняется с некоторой погрешностью, которая устраняется путем регулировки с помощью проводящих стержней 2.1. 2.3, установленных на них косых втулок 3.1. 3.6 и гаек 4.1. 4.6.
Таким образом, установка проводящих стержней существенно повышает жесткость и точность установки угла между гранями уголкового отражателя, оказывая малое влияние на суммарную ЭПР последнего.
Уголковый отражатель, состоящий из трех жестко связанных между собой взаимно перпендикулярных проводящих пластин квадратной формы, отличающийся тем, что в него введены три проводящих стержня, причем одним концом стержни жестко соединены вместе, а другие концы каждого стержня закреплены посредством косых втулок и гаек в соответствующих пластинах на расстоянии 0,1а от свободного конца диагонали пластины с возможностью регулировки угла между пластинами посредством этих втулок и гаек, где а - размер диагонали, при этом стержни расположены в одной плоскости.
Изобретение относится к области навигации, а именно к пассивным радиолокационным отражателям, предназначенным для усиления интенсивности отражения сигналов радиолокационных станций от водных транспортных средств, навигационных знаков, мостов и других объектов.
Каждый из тех, кто любит кататься на велосипеде, особенно в сумерках, просто обязан — в целях собственной безопасности — иметь на колесах своего транспортного средства специальные приспособления — катафоты. Они помогут избежать неприятных, а иногда и трагических ситуаций в тот момент, когда произойдет неожиданная встреча с внезапно появившемся автомобилем. Попадая в свет фар встречной машины, катафот начинает ярко светиться, бликовать, и водитель не сможет не заметить велосипедиста. В чем же заключается волшебное свойство катафота, который, не имея источника света, тем не менее, может подать световой сигнал? Оказывается, и в этом случае математика (в данном случае геометрическая оптика) приходит на помощь человеку, помогая создать простое устройство — уголковый отражатель.
Как известно, и мы, и американцы, установили на Луне уголковые отражатели, благодаря чему с помощью лазера можно измерять расстояние до неё с точностью до уже сантиметров.
Уголковый отражатель отражает падающий от излучателя луч строго в обратном направлении. Но это так, если излучатель и уголковый отражатель взаимно неподвижны. При локации Луны имеем, что Луна движется по орбите радиусом 380000 км со скоростью около 1,3 км/сек, и поверхность земли с излучателем и приёмником тоже движется, если я правильно понял, в ту же сторону со скоростью от 0,46 км/сек на экваторе до в два раза меньшего значения на 60-й широте.
Кроме того, законы отражения от движущегося зеркала отличаются для случаев, если свет волна и если свет частица. Насколько же промахивается отражённый от Луны луч и можно ли это заметить? Вычислим это, причём не выходя за рамки школьной математики. Автор будет благодарен за замечания и указания об ошибках.
Расчёт двойного отражения от движущихся зеркал уголкового отражателя не кажется простой задачей. Например, в статье Б.М.Болотовского и С.Н.Столярова "Отражение света от движущегося зеркала и родственные задачи" рассматривается только отражение от зеркала движущегося перпендикулярно своей поверхности путём пересчёта характеристик электромагнитных полей выражаемых уравнениями Максвелла. При этом обоснование метода излагается на 14 страницах.
Попробуем решить задачу для движущегося наклонного зеркала анализируя движение фронтов падающей и отражённой волн. Рассмотрим участок AO фронта волны шириной S. Луч (синие линии со стрелками) падает на зеркало (голубая линия) под углом φ от вектора скорости его движения V. Отражается он под углом ψ (зелёная дуга). Угол наклона нормали зеркала к вектору скорости равен α. Это конечно не полная 3D-схема, но для уголкового отражателя сгодится.
После попадания в зеркало края фронта AO волны в точке O, другой его край продолжает движение пока не попадёт в зеркало в точке C. На это потребуется время t и лучи, падающий и отражённый, пройдут расстояние c∙t, где с — скорость света. Следовательно, BO = AC. Это значит, что прямоугольные треугольники OAC, ODC и OBC равны.
Зеркало за это время сдвинется на расстояние V∙t, и часть расстояния до точки C добавится из-за наклона зеркала на угол α.
Рис.1
Перейдём к световым единицам измерений. Положим св.ед.скорости = ед.скорости/ скорость света и тогда V→β. Мы знаем, что движущееся зеркало сокращается пропорционально коэффициенту Лоренца. Следовательно, угол α связан с углом α0 наклона зеркала в его собственной системе отсчёта формулой (1). На схеме рис.1 расстояние AC выражается формулой (2). Из (2) и (3) вычислим c∙t и y, и подставим в уравнение (4), откуда найдём значение x по формуле (6) и далее c∙t из (2). Затем вычислим tg δ по формуле (7). Из чертежа следует, что углы падения φ и отражения ψ связаны соотношением (8), которое и является решением задачи.
Для расчёта отклонения отражённого луча от исходного направления можно воспользоваться формулой углов отражения при нулевом наклоне зеркала. Дело в том, что если сверху к вертикальному зеркалу приставить горизонтальное, то мы получим уголковый отражатель при его предельном угле поворота. Результаты показаны на рис.2. Прямые расчёты математической модели движущегося уголкового отражателя по формуле (8) показали независимость угла отклонения отражённого луча от поворота отражателя.
Графики приведены для диапазона скоростей зеркала от встречного движения -0,3 световой до +0,5 вдогонку.
Цели работы: Исследование практического применения уголкового отражателя в разных сферах человеческой деятельности.
Среди технических устройств, предназначенных для отражения падающего на них электромагнитного излучения, уголковые отражатели занимают особое место. Являясь конструктивно простыми и относительно недорогими в производстве, уголковые отражатели незаменимы в морской навигации, космических исследованиях, а также во многих других областях человеческой деятельности.
Уголковый отражатель представляет из себя устройство, состоящее из трёх взаимно перпендикулярных граней, внутренние поверхности которых обладают хорошими отражающими свойствами для электромагнитного излучения
Основное свойство уголкового отражателя ( УО ), широко используемое для решения многих задач в различных областях науки и техники, заключается в том, что падающий на него луч света, претерпевая неоднократные отражения, меняет свое направление на строго противоположное, независимо от того в каком направлении падает свет.
Уголковый отражатель применяется в светоотражающих устройствах. Например в велосипедных катафотах. Как известно, в них нет источников света, но шофёр очень хорошо видит катафот, когда он попадает в свет фар его машины.
Уголковые отражатели также применяются в морской навигации для обозначения безопасного фарватера и определения расстояний до объектов методом радиолокации
Также уголковый отражатель применяется в целях космических исследований. Для измерения расстояния от Земли и космических объектов.
Похожие документы:
Применение лазерной локации луны в геодезии предисловие
. лазерные наблюдения уголковых отражателей на Луне с номерами 100, 102, 104, а уголковый отражатель номер . , – вектор положения уголкового отражателя в селенографической системе, – вектор положения уголкового отражателя относительно барицентра. Первая .
Применение лазерной локации луны в геодезии предисловие
. лазерные наблюдения уголковых отражателей на Луне с номерами 100, 102, 104, а уголковый отражатель номер . , – вектор положения уголкового отражателя в селенографической системе, – вектор положения уголкового отражателя относительно барицентра. Первая .
Анализ информации отраженного от ретрозеркал света
. λ/D, соответствующую дифракции на апертуре одного уголкового отражателя [2, 6]. Это будет способствовать расходимости луча . , определяется неточностями изготовления элементов 3-х мерных уголковых отражателей. В первую очередь, это связано с .
Министр обороны российской федерации от 25 октября 2001 г n 431 об утверждении федеральных авиационных правил
. 34. Радиолокационные мишени могут обозначаться уголковыми отражателями, действующими радиолокационными станциями (РЛС), импульсными . них устанавливаются по три уголковых отражателя; расстояние между уголковыми отражателями в вершинах треугольника не .
Министр обороны российской федерации от 25 октября 2001 г n 431 об утверждении федеральных авиационных правил
. 34. Радиолокационные мишени могут обозначаться уголковыми отражателями, действующими радиолокационными станциями (РЛС), импульсными . них устанавливаются по три уголковых отражателя; расстояние между уголковыми отражателями в вершинах треугольника не .
Читайте также: