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 en relación con el sistema de radar. Fue ampliamente estudiado durante la década de 1950 por Peter Swerling , quien introdujo los modelos de Swerling para permitir simular el efecto. Por esta razón, a veces se la conoce como pérdida de Swerling o nombres similares.
El efecto se produce cuando el tamaño físico del objetivo está 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 cuando regresan 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 usando técnicas de modulación como la compresión de pulsos que cambian la frecuencia durante el 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 solo grande. Esto ofreció la capacidad de modelar objetos del mundo real, como aviones, para comprender los efectos esperados de las pérdidas 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. El RCS es difícil de estimar excepto en los casos más básicos, como una superficie perpendicular o una esfera. Antes de la introducción de modelos informáticos detallados, el RCS de los objetos del mundo real generalmente se medía en lugar de calcularse a partir de los primeros principios.
Estos modelos no tienen en cuenta los efectos del mundo real debido a que la señal del radar se refleja en múltiples 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 la longitud exacta del camino. A medida que el objetivo se mueve en relación con el radar, estas distancias cambian y crean una señal en constante cambio. En la pantalla del radar , esto hace que la señal aparezca y desaparezca, lo que dificulta el seguimiento del objetivo. Este efecto es idéntico al desvanecimiento que se produce en las señales de radio de un automóvil cuando está en movimiento, 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 puede eliminarse seleccionando frecuencias adecuadas, una de las dos señales generalmente estará libre de este efecto. Esto se utilizó , por ejemplo, en el radar AN/FPS-24 . Las señales multifrecuencia de este tipo también dan al sistema de radar agilidad de frecuencia , lo cual 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 pérdidas por fluctuaciones incluso si este no era un objetivo de diseño explícito.
Los modelos de objetivos de Swerling abordan estos problemas modelando el objetivo como una serie de radiadores individuales y considerando el resultado utilizando la distribución 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 una gama limitada de ángulos. Por ejemplo, es más probable que un sistema de radar marítimo observe un barco desde el costado, el frente y la parte trasera, 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 chi-cuadrado es un número positivo relacionado con el modelo objetivo. Se ha descubierto que valores 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 chi-cuadrado es igual a −1/2 , valores más grandes de darán como resultado fluctuaciones más pequeñas. Si es igual a infinito, el RCS del objetivo no fluctúa.
La diferencia entre los modelos radica en gran medida en los grados de libertad y la disposición general del objetivo. Los primeros cuatro de estos modelos fueron considerados en el artículo original de Swerling y se denominan modelos I a IV. El modelo V, también conocido como modelo 0, es el caso degenerado con un número infinito de grados de libertad.
Un modelo donde el RCS varía según una función de densidad de probabilidad chi-cuadrado con dos grados de libertad ( ). Esto se aplica a un objetivo que se compone de muchos dispersores independientes de áreas aproximadamente iguales. Tan sólo media docena de superficies de dispersión pueden producir esta distribución. Este modelo es particularmente útil para considerar las formas de los aviones.
Swerling I describe el caso en el que la velocidad del objetivo es baja en comparación con el tiempo de observación y, por tanto, puede considerarse inmóvil. Este es el caso de un radar de exploración, que barre su señal más allá del objetivo en un tiempo relativamente corto, a menudo del orden de milisegundos. Por lo tanto, el movimiento del objetivo sólo se ve entre escaneos, no entre escaneos. En este caso, el pdf 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 objetivos de muy alta velocidad o, más comúnmente, radares "fijos", como radares de control de fuego o radares de búsqueda que están fijados en un solo objetivo.
Un modelo donde el RCS varía según una función de densidad de probabilidad Chi-cuadrado con cuatro grados de libertad ( ). Este PDF aproxima un objeto con una gran superficie de dispersión con varias otras superficies de dispersión pequeñas. Los ejemplos incluyen algunos helicópteros y aviones propulsados por hélice, ya que la hélice/rotor proporciona una señal fuerte y constante. El modelo III es el análogo del I, considerando el caso en el que el RCS es constante a través de un solo escaneo. El pdf se convierte en:
Similar a Swerling III, pero el RCS varía de un pulso a otro en lugar de una exploración a otra.
RCS constante, correspondiente a infinitos grados de libertad ( ).
