艦船RCS測(cè)量方法研究

馮衛(wèi)永 劉孟孟

摘 要：通過(guò)對(duì)外場(chǎng)實(shí)測(cè)、縮比模型、電磁計(jì)算三種RCS測(cè)量方法分析比較，探尋一種較為準(zhǔn)確的艦船RCS測(cè)量方法。實(shí)際應(yīng)用表明，利用三種方法相互驗(yàn)證可得到更為準(zhǔn)確的艦船RCS。

關(guān)鍵詞：外場(chǎng)實(shí)測(cè)；縮比模型；電磁計(jì)算；艦船RCS

中圖分類號(hào)：TN957文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力取決于距離、方位等多種因素，其中目標(biāo)RCS對(duì)雷達(dá)探測(cè)能力的影響尤為重要。在實(shí)際應(yīng)用中，目標(biāo)為了降低自身RCS采取了多種隱身措施，這更增加了雷達(dá)識(shí)別和判別目標(biāo)的難度。因此，在對(duì)雷達(dá)性能、工作方式等方面研究改進(jìn)的同時(shí)，正確的估算出目標(biāo)的RCS也是必須正視的一大難題。

近年來(lái)，針對(duì)目標(biāo)RCS仿真建模問(wèn)題，例如經(jīng)驗(yàn)法、部件合成法、平板面元模型法等，但在實(shí)際應(yīng)用中都不盡人意，在這里對(duì)外場(chǎng)實(shí)測(cè)法、內(nèi)場(chǎng)縮比模型法、電磁計(jì)算法分析討論，進(jìn)而綜合三種方法的優(yōu)勢(shì)得出更為準(zhǔn)確的目標(biāo)RCS模型。

1 外場(chǎng)實(shí)測(cè)法

由雷達(dá)原理可知，目標(biāo)RCS可由下式計(jì)算得到

σ=4πR2W2W1

其中，W1和W2為電場(chǎng)強(qiáng)度，R雷達(dá)到目標(biāo)的斜距。

在已有目標(biāo)實(shí)物的情況下，利用RCS測(cè)量雷達(dá)測(cè)得目標(biāo)在不同頻率和不同方位的實(shí)測(cè)RCS數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)處理軟件去除數(shù)據(jù)中的異常值并進(jìn)行平滑插值等數(shù)據(jù)處理得到目標(biāo)在不同頻率下的時(shí)間特性曲線和概率密度曲線，從而分析出數(shù)據(jù)分布規(guī)律，估計(jì)目標(biāo)的RCS概率密度曲線或建立目標(biāo)不同頻率或方位的實(shí)測(cè)RCS模型。

該方法易于實(shí)現(xiàn)，并且采用真實(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)果較為可信，難點(diǎn)在于分析數(shù)據(jù)需要較大工作量，并且實(shí)際測(cè)量過(guò)程中受環(huán)境影響較大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，并且測(cè)試場(chǎng)地很難保障。

2 縮比模型法

由電磁相似率可知，當(dāng)對(duì)理想導(dǎo)電散射體來(lái)說(shuō)，當(dāng)工作波長(zhǎng)、散射體尺寸等參數(shù)同時(shí)進(jìn)行同比例的縮放，測(cè)量縮放后的目標(biāo)RCS即可得到實(shí)際大小散射體的RCS值。只要得到目標(biāo)的實(shí)際尺寸、材料，以一定比例做出目標(biāo)的縮比模型，并在微波暗室或緊縮廠內(nèi)利用微波原理在相應(yīng)頻段測(cè)得該縮比模型的實(shí)測(cè)RCS，利用縮比模型法可得到目標(biāo)散射體的實(shí)際RCS。

該方法與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析法相似，適用于因工作條件限制在實(shí)際中測(cè)量困難的大目標(biāo)，方法簡(jiǎn)便，工作量小，對(duì)模型材料、制作精度以及測(cè)試頻率要求較高。

3 電磁計(jì)算法

若得到目標(biāo)的實(shí)際尺寸，可以利用3DMAX，CAD、SolidWorks等三維建模軟件構(gòu)造目標(biāo)實(shí)體模型，然后利用時(shí)域有限差分法、時(shí)域積分方程法、距量法、參數(shù)表面模型法等方法就可以用電磁計(jì)算軟件直接計(jì)算目標(biāo)RCS。

利用基于電磁散射理論的雷達(dá)散射截面積公式：

σ=limR→∞4πR2Es2Ei2=limR→∞4πR2Hs2Hi2

其中，σ為雷達(dá)反射截面積，Ei和Hi分別為雷達(dá)入射波在目標(biāo)處的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，Es和Hs分別為目標(biāo)散射波在雷達(dá)接收天線處的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，R為目標(biāo)到雷達(dá)的距離。

用基于雷達(dá)測(cè)量觀點(diǎn)的雷達(dá)散射截面積公式，由雷達(dá)方程可得：

σ=4πPrGrλ2/4πR2r1PtGt/4πR2t

其中，σ為雷達(dá)反射截面積，Pr為接收機(jī)輸出功率，P為發(fā)射機(jī)發(fā)射功率，Gr和Gt分別為接收天線和發(fā)射天線的增益，Rr和Rt分別為目標(biāo)到接收天線的距離和發(fā)射天線到目標(biāo)的距離，λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)。

只要目標(biāo)的模型足夠準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果即能滿足要求，但對(duì)計(jì)算機(jī)性能有較高要求，隨著測(cè)量面積的增大，計(jì)算時(shí)間及計(jì)算量成倍增加，需要在計(jì)算理論和方法上深入研究。

4 實(shí)例驗(yàn)證

受實(shí)際條件的限制，這里采用微波暗室實(shí)際測(cè)量以及兩種電磁計(jì)算方法測(cè)量1平角反射體垂直放置姿態(tài)下的RCS，結(jié)果如下圖所示。

看圖可知，實(shí)測(cè)曲線與理論計(jì)算曲線有相同的變化規(guī)律，計(jì)算結(jié)果接近，即均可準(zhǔn)確計(jì)算目標(biāo)的RCS并相互驗(yàn)證結(jié)果的可靠性。經(jīng)分析，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)存在差異主要由目標(biāo)體設(shè)計(jì)誤差、加工工藝、測(cè)量系統(tǒng)誤差、理論計(jì)算方法誤差構(gòu)成。

5 結(jié)語(yǔ)

從分析中可知，三種方法各有優(yōu)劣，并且不重合，因此可以利用以上三種方法的結(jié)論做對(duì)比，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證電磁計(jì)算結(jié)果，通過(guò)誤差分析對(duì)理論計(jì)算模型進(jìn)行修正，提取出目標(biāo)RCS的分布規(guī)律，可得到更為準(zhǔn)確的目標(biāo)RCS估計(jì)。但該方法也存在不少難點(diǎn)，一是工作量大，二是對(duì)人員經(jīng)驗(yàn)的要求較高，如何解決這些問(wèn)題，仍是今后研究的方向。

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