La pérdida por fluctuación es un efecto que se observa en los sistemas de radar cuando el objeto objetivo se mueve o cambia su orientación con respecto al sistema de radar. Fue estudiada ampliamente durante la década de 1950 por Peter Swerling , quien introdujo los modelos de Swerling para permitir simular el efecto. Por este motivo, a veces se la conoce como pérdida de Swerling o nombres similares.
El efecto se produce cuando el tamaño físico del objetivo se encuentra dentro de un rango clave de valores relativos a la longitud de onda de la señal del radar. A medida que la señal se refleja en varias partes del objetivo, pueden interferir al regresar al receptor del radar. A cualquier distancia de la estación, esto hará que la señal se amplifique o disminuya en comparación con la señal de referencia que se calcula a partir de la ecuación del radar . A medida que el objetivo se mueve, estos patrones cambian. Esto hace que la señal fluctúe en intensidad y puede hacer que desaparezca por completo en ciertos momentos.
El efecto se puede reducir o eliminar operando en más de una frecuencia o utilizando técnicas de modulación como la compresión de pulsos que cambian la frecuencia a lo largo del período de un pulso. En estos casos, es poco probable que el patrón de reflexiones del objetivo cause la misma interferencia destructiva en dos frecuencias diferentes.
Swerling modeló estos efectos en un famoso artículo de 1954 presentado mientras trabajaba en RAND Corporation . Los modelos de Swerling consideraban la contribución de múltiples reflectores pequeños, o muchos reflectores pequeños y uno grande. Esto ofrecía la capacidad de modelar objetos del mundo real, como aviones, para comprender los efectos esperados de pérdida por fluctuación.
Para consideraciones básicas de la intensidad de una señal devuelta por un objetivo determinado, la ecuación del radar modela el objetivo como un único punto en el espacio con una sección transversal de radar (RCS) determinada. La RCS es difícil de estimar, excepto para los casos más básicos, como una superficie perpendicular o una esfera. Antes de la introducción del modelado informático detallado, la RCS para objetos del mundo real generalmente se medía en lugar de calcularse a partir de principios básicos.
Estos modelos no tienen en cuenta los efectos del mundo real debido a que la señal del radar se refleja en varios puntos del objetivo. Si la distancia entre estos puntos es del orden de la longitud de onda de la señal del radar, las reflexiones están sujetas a efectos de interferencia de ondas que pueden hacer que la señal se amplifique o disminuya dependiendo de las longitudes de trayectoria exactas. A medida que el objetivo se mueve en relación con el radar, estas distancias cambian y crean una señal que cambia constantemente. En la pantalla del radar , esto hace que la señal aparezca y desaparezca gradualmente, lo que dificulta el seguimiento del objetivo. Este efecto es idéntico al desvanecimiento que se produce en las señales de radio de un automóvil a medida que se mueve, que es causado por la propagación por trayectos múltiples .
Una forma de reducir o eliminar este efecto es tener dos o más frecuencias en la señal del radar. A menos que las distancias entre las partes de la aeronave se distribuyan en un múltiplo de ambas longitudes de onda, lo que se puede eliminar seleccionando frecuencias adecuadas, una de las dos señales generalmente estará libre de este efecto. Esto se utilizó en el radar AN/FPS-24 , por ejemplo. Las señales multifrecuencia de este tipo también le dan al sistema de radar agilidad de frecuencia , lo que es útil para evitar interferencias de un carcinotrón , por lo que la mayoría de los radares de la década de 1960 tenían cierta capacidad para evitar la pérdida por fluctuación, incluso si este no era un objetivo de diseño explícito.
Los modelos de destino de Swerling abordan estos problemas modelando el objetivo como un número de radiadores individuales y considerando el resultado utilizando la distribución de chi-cuadrado :
donde se refiere al valor medio de . Esto no siempre es fácil de determinar, ya que ciertos objetos pueden verse con mayor frecuencia desde un rango limitado de ángulos. Por ejemplo, es más probable que un sistema de radar basado en el mar vea un barco desde el costado, el frente y la parte posterior, pero nunca desde arriba o desde abajo. es el grado de libertad dividido por 2. El grado de libertad utilizado en la función de densidad de probabilidad de chi-cuadrado es un número positivo relacionado con el modelo objetivo. Se ha encontrado que los valores de entre 0,3 y 2 se aproximan mucho a ciertas formas simples, como cilindros o cilindros con aletas.
Dado que la relación entre la desviación estándar y el valor medio de la distribución de chi-cuadrado es igual a -1/2 , los valores mayores de darán como resultado fluctuaciones menores. Si es igual a infinito, la RCS del objetivo no fluctúa.
La diferencia entre los modelos radica principalmente en los grados de libertad y en la disposición general del objetivo. Los primeros cuatro de estos modelos se consideraron en el artículo original de Swerling y se los conoce como modelos I a IV. El modelo V, también conocido como modelo 0, es el caso degenerado con un número infinito de grados de libertad.
Modelo en el que la RCS varía según una función de densidad de probabilidad de chi-cuadrado con dos grados de libertad ( ). Esto se aplica a un objetivo que está formado por muchos dispersores independientes de áreas aproximadamente iguales. Tan solo media docena de superficies de dispersión pueden producir esta distribución. Este modelo es particularmente útil para considerar formas de aeronaves.
Swerling I describe el caso en el que la velocidad del objetivo es baja en comparación con el tiempo de observación y, por lo tanto, puede considerarse que no se mueve. Este es el caso de un radar de barrido, que hace pasar su señal por el objetivo en un tiempo relativamente corto, a menudo del orden de milisegundos. El movimiento del objetivo se ve, por tanto, solo de un barrido a otro, no dentro de un barrido. En este caso, la función de densidad de probabilidad se reduce a:
Similar a Swerling I, excepto que los valores RCS cambian de pulso a pulso, en lugar de escaneo a escaneo. Este es el caso de los objetivos de muy alta velocidad o, más comúnmente, los radares de "observación fija", como los radares de control de tiro o los radares de búsqueda que están fijados en un solo objetivo.
Un modelo en el que la RCS varía según una función de densidad de probabilidad de Chi-cuadrado con cuatro grados de libertad ( ). Esta PDF aproxima un objeto con una gran superficie de dispersión con varias otras superficies de dispersión pequeñas. Algunos ejemplos incluyen algunos helicópteros y aeronaves impulsadas por hélice, ya que la hélice/rotor proporciona una señal constante fuerte. El modelo III es el análogo de I, considerando el caso en el que la RCS es constante a través de un solo escaneo. La PDF se convierte en:
Similar a Swerling III, pero el RCS varía de pulso a pulso en lugar de escaneo a escaneo.
RCS constante, correspondiente a infinitos grados de libertad ( ).
