रडार क्रॉस-सेक्शन

विशिष्ट RCS आरेख (A-26 आक्रमणकारी)

राडार क्रॉस-सेक्शन (RCS), जिसे रडार सिग्नेचर भी कहा जाता है, यह उपाय है कि रडार द्वारा किसी वस्तु का पता कैसे लगाया जा सकता है। बड़ा आरसीएस इंगित करता है कि वस्तु अधिक आसानी से पहचानी जाती है।

एक वस्तु सीमित मात्रा में रडार ऊर्जा को स्रोत पर वापस दर्शाती है। इसे प्रभावित करने वाले कारकों में सम्मिलित हैं:* वह सामग्री जिससे लक्ष्य बनाया जाता है;

• प्रकाश वाले रडार सिग्नल की तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष लक्ष्य का आकार;
• लक्ष्य का पूर्ण आकार;
• आपतन का कोण (ऑप्टिक्स) (वह कोण जिस पर रडार बीम लक्ष्य के विशेष भाग से टकराता है, जो लक्ष्य के आकार और रडार स्रोत के लिए उसके अभिविन्यास पर निर्भर करता है);
• परावर्तित कोण (जिस कोण पर परावर्तित किरण लक्ष्य हिट के हिस्से को छोड़ती है; यह घटना कोण पर निर्भर करता है);
• लक्ष्य के उन्मुखीकरण के संबंध में प्रेषित और प्राप्त विकिरण का ध्रुवीकरण के लिए उपलब्ध हैं।

जबकि लक्ष्य का पता लगाने में महत्वपूर्ण, उत्सर्जक की ताकत और दूरी ऐसे कारक नहीं हैं जो आरसीएस की गणना को प्रभावित करते हैं क्योंकि आरसीएस लक्ष्य की परावर्तकता की संपत्ति है।

रडार क्रॉस-सेक्शन का उपयोग व्यापक रूप से भिन्न श्रेणियों में हवाई जहाज का पता लगाने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, चुपके विमान (जिसे कम पहचान क्षमता के लिए डिज़ाइन किया गया है) में डिज़ाइन विशेषताएं होंगी जो इसे कम आरसीएस देती हैं (जैसे अवशोषक पेंट, फ्लैट सतहें, सतहें विशेष रूप से स्रोत के अतिरिक्त कहीं और सिग्नल को प्रतिबिंबित करने के लिए कोण बनाती हैं), जैसा कि यात्री एयरलाइनर के विपरीत जिसमें उच्च आरसीएस होगा (नंगे धातु, गोलाकार सतहों को प्रभावी रूप से गारंटी दी जाती है कि वे स्रोत पर वापस कुछ सिग्नल को प्रतिबिंबित करें, इंजन, एंटेना, आदि जैसे कई प्रोट्रूशियंस) हैं। आरसीएस रडार स्टील्थ प्रौद्योगिकी के विकास का अभिन्न अंग है, विशेष रूप से विमान और बैलिस्टिक मिसाइलों से जुड़े अनुप्रयोगों में इसका उपयोग किया जाता हैं।वर्तमान सैन्य विमानों के लिए आरसीएस डेटा अधिकतर उच्च वर्गीकृत है।

कुछ मामलों में, जमीन पर ऐसे क्षेत्र को देखना दिलचस्प होता है जिसमें कई वस्तुएं सम्मिलित होती हैं। उन स्थितियों में, संबंधित मात्रा का उपयोग करना उपयोगी होता है जिसे डिफरेंशियल स्कैटरिंग गुणांक कहा जाता है (जिसे सामान्यीकृत रडार क्रॉस-सेक्शन या बैकस्कैटर गुणांक भी कहा जाता है) σ⁰ (सिग्मा शून्य), जो प्रति इकाई क्षेत्र में वस्तुओं के सेट का औसत रडार क्रॉस-सेक्शन है:

$\sigma ^{0}=\left\langle {{RCS_{i}} \over {A_{i}}}\right\rangle$

जहाँ:

• आरसीएस_i किसी विशेष वस्तु का रडार क्रॉस-सेक्शन है, और
• ए_i जमीन पर उस वस्तु से जुड़ा क्षेत्र है।

परिभाषा

अनौपचारिक रूप से, किसी ऑब्जेक्ट का आरसीएस पूर्ण रूप से प्रतिबिंबित क्षेत्र का क्रॉस-आंशिक क्षेत्र है जो समान शक्ति प्रतिबिंब उत्पन्न करेगा जैसा प्रश्न में वस्तु होगा। (इस काल्पनिक क्षेत्र का बड़ा आकार को मजबूत प्रतिबिंब उत्पन्न करेगा।) इस प्रकार, आरसीएस अमूर्तता है: किसी वस्तु का रडार क्रॉस-आंशिक क्षेत्र उस वस्तु के भौतिक क्रॉस-आंशिक क्षेत्र के साथ सीधा संबंध नहीं रखता है, किन्तु अन्य पर निर्भर करता है। कारक हैं।

कुछ सीमा तक कम अनौपचारिक रूप से, रडार लक्ष्य का आरसीएस प्रभावी क्षेत्र है जो संचरित रडार शक्ति को रोकता है और फिर उस शक्ति आइसोट्रोपिक रेडिएटर को रडार रिसीवर में वापस भेज देता है।

अधिक सटीक रूप से, रडार लक्ष्य का आरसीएस लक्ष्य पर संचरित शक्ति घनत्व को रोकने के लिए आवश्यक काल्पनिक क्षेत्र है जैसे कि यदि कुल अवरोधित शक्ति को आइसोट्रोपिक रूप से फिर से विकीर्ण किया जाता है, तो वास्तव में रिसीवर पर देखा गया शक्ति घनत्व उत्पन्न होता है। इस कथन को मोनोस्टैटिक (रडार ट्रांसमीटर और रिसीवर सह-स्थित) रडार समय में शब्द की जांच करके समझा जा सकता है:

$P_{r}={{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma {{1} \over {4\pi r^{2}}}A_{\mathrm {eff} }$

जहाँ

• $P_{t}$ = ट्रांसमीटर की इनपुट शक्ति (वाट)
• $G_{t}$ = राडार ट्रांसमिट एंटीना का गेन (इलेक्ट्रॉनिक्स) (आयाम रहित)
• $r$ = रडार से लक्ष्य तक की दूरी (मीटर)
• $\sigma$ = लक्ष्य का रडार क्रॉस-सेक्शन (मीटर चुकता)
• $A_{\mathrm {eff} }$ = रडार प्राप्त करने वाले एंटीना का एंटीना छिद्र (वर्ग मीटर)
• $P_{r}$ = रडार द्वारा लक्ष्य से वापस प्राप्त शक्ति (वाट)

${{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}$ एच> रडार समीकरण में शब्द शक्ति घनत्व (वाट प्रति वर्ग मीटर) का प्रतिनिधित्व करता है जो रडार ट्रांसमीटर लक्ष्य पर उत्पन्न करता है। यह शक्ति घनत्व लक्ष्य द्वारा रडार क्रॉस-सेक्शन के साथ इंटरसेप्ट किया गया है $\sigma$, जिसमें क्षेत्रफल की इकाइयाँ (मीटर वर्ग) हैं। इस प्रकार, उत्पाद ${{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma$ शक्ति (वाट) के आयाम हैं, और रडार लक्ष्य द्वारा बाधित काल्पनिक कुल शक्ति का प्रतिनिधित्व करता है। दूसरा ${{1} \over {4\pi r^{2}}}$ शब्द लक्ष्य से वापस रडार रिसीवर तक इस अवरोधित शक्ति के आइसोट्रोपिक प्रसार का प्रतिनिधित्व करता है। इस प्रकार, उत्पाद ${{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma {{1} \over {4\pi r^{2}}}$ रडार रिसीवर पर परावर्तित शक्ति घनत्व का प्रतिनिधित्व करता है (फिर से प्रति वर्ग मीटर वाट)। रिसीवर एंटीना तब प्रभावी क्षेत्र के साथ इस शक्ति घनत्व $A_{\mathrm {eff} }$ को एकत्र करता है, रडार (वाट) द्वारा प्राप्त शक्ति का उत्पादन, जैसा कि ऊपर दिए गए रडार समीकरण द्वारा दिया गया है।

राडार लक्ष्य द्वारा घटना राडार शक्ति का प्रकीर्णन कभी भी आइसोट्रोपिक नहीं होता है (गोलाकार लक्ष्य के लिए भी), और आरसीएस काल्पनिक क्षेत्र है। इस प्रकाश में, आरसीएस को केवल सुधार कारक के रूप में देखा जा सकता है जो रडार समीकरण को प्रयोगात्मक रूप से देखे गए अनुपात के लिए सही काम $P_{r}/P_{t}$ करता है। चूंकि, RCS अत्यंत मूल्यवान अवधारणा है क्योंकि यह अकेले लक्ष्य की संपत्ति है और इसे मापा या गणना की जा सकती है। इस प्रकार, आरसीएस रडार प्रणाली के प्रदर्शन को दिए गए लक्ष्य के साथ रडार और सगाई के मापदंडों से स्वतंत्र विश्लेषण करने की अनुमति देता है। सामान्य तौर पर, आरसीएस रडार और लक्ष्य के उन्मुखीकरण का मजबूत कार्य है, या, बिस्टैटिक (रडार ट्रांसमीटर और रिसीवर सह-स्थित नहीं) के लिए, ट्रांसमीटर-लक्ष्य और रिसीवर-लक्ष्य अभिविन्यास का कार्य है। लक्ष्य का आरसीएस उसके आकार, उसकी सतह की परावर्तकता और लक्ष्य के ज्यामितीय आकार के कारण रडार प्रतिबिंब की दिशा पर निर्भर करता है।

कारक

आकार

एक नियम के रूप में, वस्तु जितनी बड़ी होती है, उसका रडार प्रतिबिंब उतना ही मजबूत होता है और इस प्रकार उसका RCS अधिक होता है। इसके अतिरिक्त, बैंड का रडार कुछ निश्चित आकार की वस्तुओं का पता भी नहीं लगा सकता है। उदाहरण के लिए, 10 सेंटीमीटर (एस-बैंड रडार) बारिश की बूंदों का पता लगा सकता है किन्तु बादलों का नहीं जिनकी बूंदें बहुत छोटी हैं।

सामग्री

धातु जैसी सामग्री जोरदार रडार परावर्तक होती है और मजबूत संकेत उत्पन्न करती है। लकड़ी और कपड़े (जैसे हवाई जहाज के हिस्से और गुब्बारे सामान्यतः बनाए जाते थे) या प्लास्टिक और फाइबरग्लास रडार के लिए कम परावर्तक या वास्तव में पारदर्शी होते हैं जो उन्हें हमें मिला के लिए उपयुक्त बनाते हैं। यहां तक ​​​​कि धातु की बहुत पतली परत भी किसी वस्तु को रडार परावर्तक बना सकती है। चैफ (प्रतिमाप) अधिकांशतः धातुकृत प्लास्टिक या कांच से बनाया जाता है (खाद्य सामग्री पर धातुयुक्त पन्नी के समान) धातु की सूक्ष्म रूप से पतली परतों के साथ किया जाता हैं।

साथ ही, कुछ उपकरणों को रडार सक्रिय होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसे कि रडार एंटेना और इससे आरसीएस बढ़ता हैं।

रडार शोषक पेंट

एसआर-71 ब्लैकबर्ड और अन्य विमानों को विशेष आयरन बॉल पेंट के साथ चित्रित किया गया था जिसमें धातु की परत वाली छोटी गेंदें सम्मिलित थीं। प्राप्त राडार ऊर्जा परावर्तित होने के अतिरिक्त ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है।

आकार, प्रत्यक्षता और अभिविन्यास

एफ-117ए की सतहों को सपाट और बहुत कोणयुक्त बनाया गया है। इसका प्रभाव यह है कि रडार बड़े कोण (परावर्तन (भौतिकी)) पर घटना करेगा जो फिर समान उच्च परावर्तित कोण पर उछलेगा; यह आगे बिखरा हुआ है। गोल सतहों को रोकने के लिए किनारे नुकीले होते हैं जो रडार स्रोत के किसी बिंदु पर सामान्य होते हैं। जैसा कि सामान्य के साथ कोई भी किरण घटना वापस सामान्य के साथ प्रतिबिंबित होगी, गोलाकार सतहें मजबूत परावर्तित संकेत बनाती हैं।

ओर से, लड़ाकू विमान सामने से देखे जाने वाले समान विमान की तुलना में बहुत बड़ा क्षेत्र प्रस्तुत करता हैं। अन्य सभी कारक समान होने के कारण, विमान के पास सामने की ओर से अधिक मजबूत संकेत होगा; इसलिए रडार स्टेशन के सापेक्ष लक्ष्य का उन्मुखीकरण महत्वपूर्ण है।

समतल सतहें

सतह की राहत में इंडेंटेशन हो सकते हैं जो कोने परावर्तक के रूप में कार्य करते हैं जो आरसीएस को कई ओरिएंटेशन से बढ़ाएंगे। यह खुले बम-बे, इंजन इंटेक, आयुध तोरण, निर्मित खंडों के बीच जोड़ों आदि से उत्पन्न हो सकता है। साथ ही, इन सतहों को रडार-अवशोषक सामग्री के साथ कोट करना अव्यावहारिक हो सकता है।

नाप

रडार पर लक्ष्य की छवि का आकार रडार क्रॉस सेक्शन या आरसीएस द्वारा मापा जाता है, जिसे अधिकांशतः प्रतीक σ द्वारा दर्शाया जाता है और वर्ग मीटर में व्यक्त किया जाता है। यह ज्यामितीय क्षेत्र के बराबर नहीं है। अनुमानित पार अनुभागीय क्षेत्र 1 मीटर का पूरी तरह से संचालन क्षेत्र² (अर्थात 1.13 मीटर व्यास) का आरसीएस 1 मीटर^{2 होगा। ध्यान दें कि गोले के व्यास से बहुत कम रडार तरंग दैर्ध्य के लिए, आरसीएस आवृत्ति से स्वतंत्र है। इसके विपरीत, 1 मीटर क्षेत्रफल की वर्गाकार समतल प्लेट2 में σ = 4π A2 का RCS होगा / मि2 (जहाँ A=क्षेत्रफल, λ=तरंगदैर्घ्य), या 139.62 मीटर2 10 GHz पर अगर रडार समतल सतह के लंबवत है। आपतन (ऑप्टिक्स) के ऑफ-नॉर्मल कोण पर, ऊर्जा रिसीवर से दूर परावर्तित होती है, जिससे RCS कम हो जाता है। कहा जाता है कि आधुनिक स्टील्थ विमानों में छोटे पक्षियों या बड़े कीड़ों के साथ तुलनीय आरसीएस होता है। चूंकि यह विमान और रडार के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होता है।}

यदि आरसीएस सीधे लक्ष्य के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र से संबंधित था, तो इसे कम करने का एकमात्र तरीका भौतिक प्रोफ़ाइल को छोटा करना होगा। बल्कि, अधिक विकिरण को परावर्तित करके या इसे अवशोषित करके, लक्ष्य छोटे रडार क्रॉस सेक्शन को प्राप्त करता है। एक लक्ष्य के आरसीएस का मापन रडार परावर्तकता रेंज या बिखरने की सीमा पर किया जाता है। पहले प्रकार की रेंज बाहरी रेंज है जहां लक्ष्य को ट्रांसमीटरों से कुछ दूरी डाउन-रेंज पर विशेष आकार के कम आरसीएस तोरण पर स्थित किया जाता है। इस तरह की सीमा रडार अवशोषक को लक्ष्य के पीछे रखने की आवश्यकता को समाप्त कर देती है, चूंकि जमीन के साथ बहु-पथ इंटरैक्शन को कम किया जाना चाहिए।

एक अप्रतिध्वनिक कक्ष भी सामान्यतः प्रयोग किया जाता है। इस तरह के कमरे में, केंद्र में घूमने वाले खंभे पर लक्ष्य रखा जाता है, और दीवारों, फर्श और छत को रडार अवशोषित सामग्री के ढेर से ढका दिया जाता है। ये अवशोषक प्रतिबिंबों के कारण माप के भ्रष्टाचार को रोकते हैं। कॉम्पैक्ट रेंज दूर क्षेत्र की स्थितियों का अनुकरण करने के लिए परावर्तक के साथ अप्रतिध्वनिक कक्ष है।

एक सेंटीमीटर वेव रडार के लिए विशिष्ट मान हैं:

• कीट: 0.00001 मी²
• पक्षी : 0.01 मि²
• स्टील्थ विमान: <0.1 मी² (जैसे लॉकहीड F-117 नाइटहॉक|F-117A: 0.001 मीटर²)
• सतह से हवा में मार करने वाली मिसाइल: ≈0.1 मी²
• मानव: 1 मि²
• छोटे लड़ाकू विमान: 2-3 मी²
• बड़े लड़ाकू विमान: 5-6 मीटर²
• मालवाहक विमान: 100 मीटर तक²
• तटीय व्यापार पोत (55 मीटर लंबाई): 300-4000 मीटर²
• 1.5 मीटर किनारे की लंबाई वाला कोना परावर्तक: ≈20,000 मीटर²
• लड़ाई का जहाज़ (103 मीटर लंबाई): 5000-100,000 मीटर²
• कंटेनर जहाज़ (212 मीटर लंबाई): 10,000–80,000 मीटर²

गणना

मात्रात्मक रूप से, RCS की गणना तीन आयामों में की जाती है

$\sigma =\lim _{r\to \infty }4\pi r^{2}{\frac {S_{s}}{S_{i}}}$

जहाँ $\sigma$ आरसीएस है, $S_{i}$ लक्ष्य पर मापी गई घटना शक्ति घनत्व है, और $S_{s}$ दूरी पर देखा जाने वाला बिखरा हुआ शक्ति घनत्व है $r$ लक्ष्य से दूर।

विद्युत चुम्बकीय विश्लेषण में इसे सामान्यतः इस रूप में भी लिखा जाता है

$\sigma =\lim _{r\to \infty }4\pi r^{2}{\frac {|E_{s}|^{2}}{|E_{i}|^{2}}}$

जहाँ $E_{s}$ और $E_{i}$ सुदूर क्षेत्र बिखरा हुआ है और विद्युत क्षेत्र की तीव्रताएं क्रमशः हैं।

डिजाइन के चरण में, वास्तविक वस्तु को गढ़ने से पहले आरसीएस कैसा दिखेगा, इसका अनुमान लगाने के लिए कंप्यूटर का उपयोग करना अधिकांशतः वांछनीय होता है। इस भविष्यवाणी प्रक्रिया के कई पुनरावृत्तियों को कम समय में कम लागत पर किया जा सकता है, जबकि माप सीमा का उपयोग अधिकांशतः समय लेने वाली, महंगी और त्रुटि-प्रवण होती है।

मैक्सवेल के समीकरणों की रैखिकता आरसीएस को विभिन्न प्रकार के विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक तरीकों से गणना करने के लिए अपेक्षाकृत सरल बनाती है, किन्तु फिर भी सैन्य रुचि के बदलते स्तर और गोपनीयता की आवश्यकता ने क्षेत्र को चुनौतीपूर्ण बना दिया है।

संख्यात्मक विश्लेषण के माध्यम से मैक्सवेल के समीकरणों को हल करने के क्षेत्र को कम्प्यूटेशनल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक्स कहा जाता है, और आरसीएस भविष्यवाणी समस्या पर कई प्रभावी विश्लेषण विधियों को लागू किया गया है। आरसीएस भविष्यवाणी सॉफ्टवेयर अधिकांशतः बड़े सुपर कंप्यूटरों पर चलाया जाता है और वास्तविक रडार लक्ष्यों के उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले कंप्यूटर एडेड डिजाइन मॉडल को नियोजित करता है।

ज्यामितीय प्रकाशिकी, भौतिक प्रकाशिकी, विवर्तन के ज्यामितीय सिद्धांत, विवर्तन के समान सिद्धांत और विवर्तन के भौतिक सिद्धांत जैसे उच्च आवृत्ति सन्निकटन का उपयोग तब किया जाता है जब तरंग दैर्ध्य लक्ष्य सुविधा आकार से बहुत कम होता है।

सांख्यिकीय मॉडल में ची-स्क्वायर लक्ष्य मॉडल | ची-स्क्वायर, चावल वितरण, और लॉग-सामान्य वितरण या लॉग-सामान्य लक्ष्य मॉडल सम्मिलित हैं। इन मॉडलों का उपयोग आरसीएस के औसत मूल्य के संभावित मूल्यों की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है, और रडार मोंटे कार्लो विधि सिमुलेशन चलाते समय उपयोगी होते हैं।

विशुद्ध रूप से संख्यात्मक विश्लेषण विधियाँ जैसे कि सीमा तत्व विधि (क्षणों की विधि (विद्युत चुम्बकीय)), परिमित अंतर समय डोमेन विधि (FDTD) और परिमित तत्व विधियाँ कंप्यूटर प्रदर्शन द्वारा लंबी तरंग दैर्ध्य या छोटी विशेषताओं तक सीमित हैं।

चूंकि, साधारण मामलों के लिए, इन दो प्रकार की विधि की तरंग दैर्ध्य सीमाएं काफी हद तक ओवरलैप होती हैं, कठिन आकृतियों और सामग्रियों या बहुत उच्च सटीकता के लिए वे विभिन्न प्रकार की संकर विधि में संयुक्त होती हैं।

कमी

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बी -2 आत्मा रडार के लिए सफलतापूर्वक 'अदृश्य' बनने वाले पहले विमानों में से था।

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एक जहरीला J20 जिसमें स्टील्थ तकनीक सम्मिलित है

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फ्रेंच फ्रिगेट फोर्बिन (D620) का विवरण, फ्रांसीसी नौसेना का आधुनिक फ्रिगेट। मुखर उपस्थिति चुपके जहाज के लिए रडार क्रॉस-सेक्शन को कम करती है।

Main article: शांत तकनीक

विमान, मिसाइलों, जहाजों और अन्य सैन्य वाहनों के लिए चुपके प्रौद्योगिकी में आरसीएस कटौती मुख्य रूप से महत्वपूर्ण है। छोटे आरसीएस के साथ, वाहन रडार का पता लगाने से बेहतर तरीके से बच सकते हैं, चाहे वह भूमि आधारित प्रतिष्ठानों, निर्देशित हथियारों या अन्य वाहनों से हो जाती हैं। कम सिग्नेचर डिज़ाइन अपने रडार काउंटर-उपायों की बेहतर प्रभावशीलता के माध्यम से प्लेटफ़ॉर्म की समग्र उत्तरजीविता में भी सुधार करता है।

कई तरीके सम्मिलित हैं। किसी दिए गए राडार विन्यास के लिए जिस दूरी पर लक्ष्य का पता लगाया जा सकता है, वह उसके RCS के चौथे रूट के साथ भिन्न होता है। इसलिए, पता लगाने की दूरी को दसवें तक कम करने के लिए, आरसीएस को 10,000 के कारक से कम किया जाना चाहिए। चूंकि सुधार की यह डिग्री चुनौतीपूर्ण है, यह अधिकांशतः संभव होता है जब अवधारणा/डिजाइन चरण के समय प्लेटफॉर्म को प्रभावित करते हैं और नीचे वर्णित नियंत्रण विकल्पों को लागू करने के लिए विशेषज्ञों और उन्नत कंप्यूटर कोड सिमुलेशन का उपयोग करते हैं।

उद्देश्य को आकार देना

उद्देश्य को आकार देने के साथ, लक्ष्य की परावर्तक सतहों का आकार इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि वे ऊर्जा को स्रोत से दूर दर्शाती हैं। लक्ष्य की गति की दिशा के बारे में सामान्यतः "शंकु-मौन" बनाने का लक्ष्य होता है। ऊर्जा परावर्तन के कारण निष्क्रिय राडार|निष्क्रिय (बहुस्थैतिक) राडार के प्रयोग से यह विधि पराजित हो जाती है।

F-117 नाइटहॉक या F-117A नाइटहॉक स्टील्थ अटैक एयरक्राफ्ट पर सरफेस फेसिंग के डिजाइन में उद्देश्य-आकार देने को देखा जा सकता है। 1970 के दशक के अंत में डिज़ाइन किया गया यह विमान, चूंकि केवल 1988 में जनता के सामने आया, स्रोत से दूर घटना रडार ऊर्जा को प्रतिबिंबित करने के लिए कई सपाट सतहों का उपयोग करता है। यू सुझाव देते हैं डिजाइन चरण के लिए सीमित उपलब्ध कंप्यूटिंग शक्ति ने सतहों की संख्या को न्यूनतम रखा जाता हैं। B-2 स्पिरिट स्टील्थ बॉम्बर को बढ़ी हुई कंप्यूटिंग शक्ति से लाभ हुआ, जिससे इसके समोच्च आकार और RCS में और कमी आई हैं। एफ-22 रैप्टर और F-35 लाइटनिंग II उद्देश्य को आकार देने की प्रवृत्ति को जारी रखते हैं और इससे भी छोटे मोनोस्टैटिक आरसीएस होने का प्रमाण करते हैं।

बिखरी हुई ऊर्जा को आकार दिए बिना पुनर्निर्देशित करना

मुख्य रूप से मेटासर्फ्स के आविष्कार के बाद अन्य तकनीकों की तुलना में यह तकनीक अपेक्षाकृत नई है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ज्यामिति परिवर्तन में प्राथमिक उद्देश्य बिखरी हुई तरंगों को पश्च-प्रकीर्ण दिशा (या स्रोत) से दूर पुनर्निर्देशित करना है। चूंकि, यह वायुगतिकी के मामले में प्रदर्शन से समझौता कर सकता है। व्यवहार्य समाधान, जिसे हाल के दिनों में बड़े पैमाने पर खोजा गया है, मेटासर्फ्स का उपयोग करना है जो लक्ष्य की ज्यामिति को बदले बिना बिखरी हुई तरंगों को पुनर्निर्देशित कर सकता है। ऐसी मेटासर्फ्स को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: (i) चेकरबोर्ड मेटासर्फेस, (ii) ग्रेडिएंट इंडेक्स मेटासर्फेस।

सक्रिय रद्दीकरण

सक्रिय रद्दीकरण के साथ, लक्ष्य तीव्रता के बराबर किन्तु घटना रडार सिग्नल के अनुमानित प्रतिबिंब के चरण के विपरीत रडार सिग्नल उत्पन्न करता है (इसी तरह शोर रद्द करने वाले ईयर फोन)। यह परावर्तित और उत्पन्न संकेतों के बीच विनाशकारी हस्तक्षेप उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप आरसीएस कम हो जाता है। सक्रिय रद्दीकरण तकनीकों को सम्मिलित करने के लिए, तरंग की सटीक विशेषताओं और प्रकाश वाले रडार सिग्नल के आगमन के कोण को जाना जाना चाहिए, क्योंकि वे रद्दीकरण के लिए आवश्यक उत्पन्न ऊर्जा की प्रकृति को परिभाषित करते हैं। सरल या कम आवृत्ति वाले रडार सिस्टम को छोड़कर, जटिल प्रसंस्करण आवश्यकताओं और विमान, मिसाइल या अन्य लक्ष्य के व्यापक पहलू पर परावर्तित रडार सिग्नल की सटीक प्रकृति की भविष्यवाणी करने में कठिनाई के कारण सक्रिय रद्दीकरण तकनीकों का कार्यान्वयन अत्यंत कठिन है।

रडार शोषक सामग्री

Main article: रडार-शोषक सामग्री

रडार शोषक सामग्री (रैम)मूल निर्माण में, या अत्यधिक परावर्तक सतहों के अतिरिक्त के रूप में उपयोग किया जा सकता है। RAM कम से कम तीन प्रकार की होती है: गुंजयमान, गैर-अनुनाद चुंबकीय और गैर-अनुनाद बड़ी मात्रा हैं।

• गुंजयमान किन्तु कुछ हद तक 'हानिपूर्ण' सामग्री लक्ष्य की परावर्तक सतहों पर लागू होती है। सामग्री की मोटाई अपेक्षित प्रकाश वाले रडार-वेव (एक सैलिसबरी स्क्रीन) के एक-चौथाई तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है। विनाशकारी तरंग हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए घटना रडार ऊर्जा रैम की बाहरी और अंदर की सतहों से परिलक्षित होती है। इसके परिणामस्वरूप परावर्तित ऊर्जा रद्द हो जाती है। अपेक्षित आवृत्ति से विचलन से रडार अवशोषण में नुकसान होगा, इसलिए इस प्रकार की रैम केवल एक, सामान्य और अपरिवर्तनीय आवृत्ति वाले रडार के विरुद्ध उपयोगी है।
• नॉन-रेजोनेंट मैग्नेटिक रैम एपॉक्सी या पेंट में निलंबित फेराइट (चुंबक) कणों का उपयोग करता है जिससे कि रडार तरंगों की घटना के लिए सतह की परावर्तकता को कम किया जा सके। क्योंकि गैर-अनुनाद रैम बड़े सतह क्षेत्र पर घटना रडार ऊर्जा को नष्ट कर देता है, यह सामान्यतः सतह के तापमान में मामूली वृद्धि का परिणाम होता है, इस प्रकार इन्फ्रारेड हस्ताक्षर में वृद्धि के बिना आरसीएस को कम करता है। गैर-अनुनाद रैम का प्रमुख लाभ यह है कि यह आवृत्तियों की विस्तृत श्रृंखला पर प्रभावी हो सकता है, जबकि गुंजयमान रैम डिज़ाइन आवृत्तियों की संकीर्ण सीमा तक सीमित है।
• बड़ी मात्रा में रैम सामान्यतः विद्युत प्रतिरोध कार्बन लोडिंग है जो शीसे रेशा हेक्सागोनल सेल विमान संरचनाओं या अन्य गैर-संचालन घटकों में जोड़ा जाता है। प्रतिरोधी सामग्री के पंख भी जोड़े जा सकते हैं। अंतरिक्ष यान के लिए फोम या एयरजेल द्वारा फैलाई गई पतली प्रतिरोधी चादरें उपयुक्त हो सकती हैं।

केवल डाइलेक्ट्रिक्स और चालकों से बनी पतली कोटिंग्स में बहुत सीमित अवशोषित बैंडविड्थ होती है, इसलिए चुंबकीय सामग्री का उपयोग तब किया जाता है जब वजन और लागत अनुमति देती है, या तो दोलित्र युक्त रैम में या गैर-अनुनाद रैम के रूप में किया जाता हैं।

अनुकूलन के तरीके

पतली गैर-अनुनाद या व्यापक अनुनाद कोटिंग्स को मिखाइल लेओन्टोविच विद्युत चुम्बकीय प्रतिबाधा सीमा स्थिति (विद्युत प्रतिबाधा भी देखें) के साथ तैयार किया जा सकता है। यह स्पर्शरेखीय विद्युत क्षेत्र का सतह पर स्पर्शरेखा चुंबकीय क्षेत्र का अनुपात है, और कोटिंग के भीतर सतह के साथ प्रसार करने वाले क्षेत्रों की उपेक्षा करता है। सीमा तत्व विधि गणनाओं का उपयोग करते समय यह विशेष रूप से सुविधाजनक है। सतह प्रतिबाधा की गणना और परीक्षण अलग से किया जा सकता है। एक समदैशिक सतह के लिए आदर्श सतह प्रतिबाधा मुक्त स्थान के 377 ओम (इकाई) प्रतिबाधा के बराबर होती है। गैर-आइसोट्रोपिक (एनिस्ट्रोपिक) कोटिंग्स के लिए, इष्टतम कोटिंग लक्ष्य के आकार और रडार की दिशा पर निर्भर करती है, किन्तु द्वंद्व, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच मैक्सवेल के समीकरणों की समरूपता, को बताती है कि इष्टतम कोटिंग्स में η₀ × एन₁ = 377² ओह², जहां η₀ और η₁ अनिसोट्रोपिक सतह प्रतिबाधा के लंबवत घटक हैं, किनारों और/या रडार दिशा के साथ संरेखित हैं।

एक आदर्श विद्युत कंडक्टर में किनारे के समानांतर विद्युत क्षेत्र के साथ रैखिक ध्रुवीकरण के लिए अग्रणी किनारे से अधिक बैक स्कैटर होता है और विद्युत क्षेत्र के किनारे के लंबवत किनारे से अधिक होता है, इसलिए उच्च सतह प्रतिबाधा अग्रणी किनारों के समानांतर होनी चाहिए। और सबसे बड़े रडार खतरे की दिशा के लिए अनुगामी किनारों के लंबवत, बीच में किसी प्रकार के सहज संक्रमण के साथ किया जाता हैं।

इस तरह के स्टील्थ बॉडी के रडार क्रॉस-सेक्शन की गणना करने के लिए, सामान्यतः सतह प्रतिबाधा की गणना करने के लिए आयामी प्रतिबिंब गणना की जाती है, फिर किनारों के विवर्तन गुणांक की गणना करने के लिए दो आयामी संख्यात्मक विश्लेषण और विवर्तन गुणांक की गणना करने के लिए छोटे तीन आयामी गणना की जाती है। कोनों और बिंदुओं का क्रॉस सेक्शन की गणना तब की जा सकती है, विवर्तन गुणांक का उपयोग करके, विवर्तन के भौतिक सिद्धांत या अन्य उच्च आवृत्ति विधि के साथ, भौतिक प्रकाशिकी के साथ संयुक्त रूप से प्रबुद्ध समतल सतहों और फॉक स्पेस गणनाओं से योगदान को सम्मिलित करने के लिए किसी भी समतल छाया के चारों ओर घूमने वाली रेंगने वाली तरंगों की गणना करने के लिए भागों में बाँटा गया हैं।

अनुकूलन विपरीत क्रम में है। सबसे पहले आकार को अनुकूलित करने और सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं को खोजने के लिए उच्च आवृत्ति गणना करता है, फिर समस्या वाले क्षेत्रों में सबसे अच्छी सतह प्रतिबाधा खोजने के लिए छोटी गणना, फिर डिजाइन कोटिंग्स के लिए प्रतिबिंब गणना। संख्यात्मक अनुकूलन के लिए बड़ी संख्यात्मक गणना बहुत धीमी गति से चल सकती है या बड़े पैमाने पर कंप्यूटिंग शक्ति उपलब्ध होने पर भी श्रमिकों को भौतिकी से विचलित कर सकती है।

एंटीना का आरसीएस

एंटीना की स्थिति में कुल आरसीएस को स्ट्रक्चरल मोड आरसीएस और एंटीना मोड आरसीएस के रूप में दो अलग-अलग घटकों में विभाजित किया जा सकता है। आरसीएस के दो घटक एंटीना पर होने वाली दो बिखरने वाली घटनाओं से संबंधित हैं। जब विद्युत चुम्बकीय संकेत एंटीना की सतह पर पड़ता है, तो विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का कुछ हिस्सा वापस अंतरिक्ष में बिखर जाता है। इसे स्ट्रक्चरल मोड स्कैटरिंग कहा जाता है। ऊर्जा का शेष भाग ऐन्टेना प्रभाव के कारण अवशोषित होता है। प्रतिबाधा बेमेल के कारण अवशोषित ऊर्जा का कुछ भाग फिर से अंतरिक्ष में बिखर जाता है, जिसे एंटीना मोड स्कैटरिंग कहा जाता है।

यह भी देखें

• प्रणाली योजना निगम
• विद्युत चुम्बकीय मॉडलिंग
• इन्फ्रारेड हस्ताक्षर
• उत्तरजीविता

संदर्भ

• Shaeffer, Tuley and Knott. Radar Cross Section. SciTech Publishing, 2004. ISBN 1-891121-25-1.
• Harrington, Roger F. Time-Harmonic Electromagnetic Fields. McGraw-Hill, Inc., 1961. ISBN 0-471-20806-X
• Balanis, Constantine A. Advanced Engineering Electromagnetics. Wiley, 1989. ISBN 0-471-62194-3.
• “A Hybrid Method Based on Reciprocity for the Computation of Diffraction by Trailing Edges”David R. Ingham, IEEE Trans. Antennas Propagat., 43 No. 11, November 1995, pp. 1173–82.
• “Revised Integration Methods in a Galerkin BoR Procedure” David R. Ingham, Applied Computational Electromagnetics Society (ACES ) Journal 10 No. 2, July, 1995, pp. 5–16.
• “A Hybrid Approach to Trailing Edges and Trailing Ends” David R. Ingham, proceedings of the ACES Symposium, 1993, Monterey.
• “Time-Domain Extrapolation to the Far Field Based on FDTD Calculations” Kane Yee, David Ingham and Kurt Shlager, IEEE Trans. Antennas Propagat., 39 No. 3, March 1991, pp. 410–413.
• “Numerical Calculation of Edge Diffraction, using Reciprocity” David Ingham, Proc. Int. Conf. Antennas Propagat., IV, May 1990, Dallas, pp. 1574–1577.
• “Time-Domain Extrapolation to the Far Field Based on FDTD Calculations”Kane Yee, David Ingham and Kurt Shlager, invited paper, Proc. URSI Conf., 1989, San José .

बाहरी संबंध

• Radar Cross Section, Optical Theorem, Physical Optics Approx, Radiation by Line Sources for detailed lecture on introduction to the Radar Cross-Section (RCS)
• Hip-pocket formulas for high-frequency RCS backscatter; useful reference sheet (PDF)
• Method to measure radar cross section parameters of antennas
• Puma-EM A high performance, parallelized, open source Method of Moments / Multilevel Fast Multipole Method electromagnetics code
• Radar Cross Section Reduction Course A GA Tech course geared toward techniques used to reduce radar signature
• Radar Tutorial provides great visuals of RCS