電可控RCS值的理論和應用研究

朱 維，劉 寧，袁 英，陳建平

(1.中國電子科技集團公司第51研究所，上海201802;2.總參第54研究所，北京100191;3.海軍駐上海地區電子設備軍事代表室,上海200232)

?

電可控RCS值的理論和應用研究

朱 維1，劉 寧2，袁 英1，陳建平3

(1.中國電子科技集團公司第51研究所，上海201802;2.總參第54研究所，北京100191;3.海軍駐上海地區電子設備軍事代表室,上海200232)

從雷達截面積(RCS)定義出發，利用雷達電磁波傳輸模型引入了虛構的“目標增益”概念，結合轉發式干擾機工作原理，提出了通過設置轉發式干擾機系統增益實現對“目標增益所對應的RCS值”精確控制的理論分析和工程實現方法，并探討了電可控RCS值可能的應用方向。

雷達截面積;目標增益;轉發式干擾機;系統增益

0 引 言

在雷達設計和使用時，必須用定量或其它方式描述目標回波特性。一般而言，這種目標回波特性歸結于一個有效面積，即雷達截面積(RCS)的描述[1]。

在實際情況中，目標RCS值是一個變化范圍極大的數。對于一個目標，其RCS值取決于很多因素。以簡單矩形平板為例，對于任意角度(θ，ψ)處入射波，理想導電矩形平板后向散射RCS值近似為[2]:

(1)

從式 (1)可以看出，理想導電矩形平板RCS值與平板尺寸a、b，對應的電磁波工作波長λ，電磁波入射空間角度(θ，ψ)有關。單一矩形平板RCS值隨電磁波入射角度和工作波長不同呈現出很大的變化值，因此利用物理方法對目標RCS值進行計算、設置和快速改變有一定難度。

在雷達中從科學查詢到產品技術指標的驗證，任何一項可能都需要RCS值的標定和測量[1]，目前遇到的最大問題是工程上標準且可控RCS值的確定和實現。本文從干擾機的角度對標準且可控RCS值模型建立和工程上可能的應用方向進行研究。

1 目標增益

(2)

式中：Ptr為雷達發射功率；Ga為收發天線增益；R為干擾機與雷達距離。

(3)

在式(3)中引入了一個虛構的名稱“目標增益Gtg”，以對應目標的后向散射系數大小，即：

(4)

此目標增益Gtg只與目標δ值和雷達工作波長有關，與目標物理形狀、大小和材料無關。

2 轉發式干擾機[3]

一般轉發式干擾機和雷達的空間關系如圖1所示。

圖1 轉發式干擾機和雷達的空間關系

如圖1所示，雷達到轉發式干擾機和雷達到目標斜距相等，因此單程路徑衰減因子也相同。目標雷達截面反射路徑與干擾機干擾信號至雷達單程衰減因子也一樣。轉發式干擾機接收機輸入功率為：

(5)

Pr乘以轉發器增益Gj，轉發干擾機發射天線增益Gt，再被路徑損失所衰減，然后乘以雷達接收天線增益Ga，結果轉發式干擾機輸出的干擾信號在雷達接收機處產生的干擾信號功率Pj值為：

(6)

當干擾信號的調制形式與雷達發射信號完全相關時，干擾功率無損失，結合前面雷達“目標增益”論述，對于轉發式干擾機而言，此時雷達的“目標增益”對應于干擾機系統增益GrGjGt和目標回波信號矢量和。

比較式(3)和式 (6) ，則可以得到目標與干擾信號在雷達接收機輸出的功率比為：

Prec/Pj=4πδ/λ2/GrGjGt

(7)

當干擾機干擾信號和目標回波信號在時間上錯開(工程上極易實現)，并使Prec/Pj=1時，則由式(8)可以得到：

4πδ/λ2=GrGjGt

(8)

(9)

因此在工程上通過干擾信號的延遲發射，使轉發式干擾信號強度與目標回波信號強度一致，由式(9)可以得到目標RCS值瞬間大小(Gr、Gj、Gt、λ可知、可控)。當目標RCS值所對應的“目標增益”遠小于干擾機的系統增益時(特例為目標不能在雷達上發現時)，干擾機所產生的干擾信號可以作為一個標準的目標信號。只要改變干擾機系統增益就能輕易實現對回波信號大小的控制。

在轉發式干擾中，干擾機收發天線增益Gr、Gt對應某一固定波長，其空間參數是固定的。雷達工作波長可以通過瞬時頻率測量系統得知，因此只要改變轉發式干擾機通道增益Gj就可以設定所需δ值的大小。

例如對于波長為10 cm的雷達產生0.01 m2RCS值所需轉發式干擾機系統增益值為：

GrGjGt=10.9 dB

對同一雷達產生10 000m2RCS值所需轉發式干擾機系統增益值為:

GrGjGt=70.9 dB

式(9)中δ與雷達發射功率Ptr、收發天線增益Ga、干擾機距雷達距離R、雷達天線主瓣夾角、干擾機及目標的物理特性基本無關，只取決于雷達工作波長、干擾機系統增益和隱含的干擾機最大發射功率值Pt，上述增益所對應的動態范圍對窄帶轉發式干擾機而言，在工程上極易實現，并能達到良好的工程精度。

上述分析表明：可以用轉發式干擾機通過對干擾機系統增益的精確控制，對所要求設定的RCS值進行精確控制，實現不同大小RCS值的設定。

3 驗證試驗

利用轉發式干擾機對某型模擬輸出導航雷達在湖面上進行了RCS值模擬設置和控制的體制性驗證試驗。試驗表明：可控系統增益轉發式干擾機可精確地設置和控制干擾回波信號大小，對應干擾信號回波大小和變化，與雷達的參數、干擾機與雷達的距離無關，設置的變化值僅取決于轉發式干擾機天線在水平和俯仰方向上的增益變化值，遠優于實際目標的變化值，因此工程上可產生標準、可控的RCS值。

4 應用方向

其應用方向主要包括：

(1) 產生假目標回波信號新要求

當干擾機進行假目標回波信號模擬時，從上面分析可以得知，干擾機系統增益設置必須為對應某個RCS值的固定值，干擾機系統必須工作在線性區域，并保證干擾機輸出與輸入脈沖之間的瞬時功率差為一個常數，此時假目標回波信號的值是一個標準值，而不是通常定義的大于某個下限值。

(2) 雷達性能的檢測

利用轉發式干擾機改變通道增益實現標準RCS值設置，模擬和瞬時改變標準目標大小，該目標可用于雷達作用距離和發現概率的內外場檢測。這種精確設置和可控比一般檢測時目標物理和化學性能的改變在實際工作中更容易實現。已利用此原理設計了雷達(網)低空檢測所需的標準、可控信標，以實現對雷達(網)低空性能檢測。

(3) 大型目標的模擬

在上文中，RCS值為10 000 m2的大型目標在10 cm波長時所對應轉發式干擾機的系統增益值為70.9 dB，無論是寬、窄帶工作，完成上述系統增益值的轉發式干擾機在工程上均可輕易實現，而大型目標的模擬在物理上卻很難。在工程上值得注意的是轉發式干擾機必須保持恒定系統增益，所以在工程上對于近距離、大型目標模擬需要功率放大器有足夠輸出功率和寬動態內的增益線性度。

(4) 復雜形狀目標RCS值的快速校訂

通過快速地改變轉發式干擾機系統增益，得到對應工作波長RCS值的大小，在雷達上瞬時比較干擾機干擾功率大小與復雜形狀目標反射回波功率大小，得到測量目標在不同入射角度的RCS值，此方法可用于對復雜形狀目標RCS值的快速校訂。

5 結束語

通過“目標增益”的提出，結合轉發式干擾機工作原理和工作過程的分析，將RCS值的物理特性改變成電特性，可進行精確設定和控制?；谵D發干擾機工作原理的RCS精確設置、可控方法在雷達對抗試驗、測試和多種場合有一定的應用前景。

[1] Skolnik Merrill I.雷達手冊[M].王軍, 林強,米慈中,等譯.北京：電子工業出版社,2003.

[2] Bassem R.Mahafza,Atef z.Elsherbeni.雷達系統設計MATLAB仿真[M].朱國富，黃曉濤，黎向陽，等譯.北京：電子工業出版社,2009.

[3] 萊羅艾 B.范布朗特.應用電子對抗[M].六機部第723研究所譯.北京：中國人民解放軍總參謀部第四部，1981.

Research into Theory and Application of Electrically Controlled RCS Value

ZHU Wei1，LIU Ning2,YUAN Ying1,CHEN Jian-ping3

(1.The 51st Research Institute of CETC,Shanghai 201802,China;2.No.54 Institute of General Staff,Beijing100191,China;3.Naval Representative Office of Electronic Equipment Based in Shanghai Area,Shanghai 200232,China)

From the definition of radar cross of radar (RCS),this paper introduces the concept of imaginary "target gain" by means of radar electromagnetic wave transmission model,combining with the operation principle of repeater jammer,puts forward the theory analysis and engineering realization method accurately controlling the RCS value that correpondings with the target gain through setting the system gain of repeater jammer,and discusses the possible application directions of electrically controlled RCS value.

radar cross section;target gain;repeater jammer;system gain

2014-12-23

TN914.41

A

CN32-1413(2015)01-0044-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.010