馮衛(wèi)永 劉孟孟

摘 要：通過對外場實測、縮比模型、電磁計算三種RCS測量方法分析比較，探尋一種較為準確的艦船RCS測量方法。實際應用表明，利用三種方法相互驗證可得到更為準確的艦船RCS。

關(guān)鍵詞：外場實測；縮比模型；電磁計算；艦船RCS

中圖分類號：TN957文獻標識碼：A

雷達對目標的探測能力取決于距離、方位等多種因素，其中目標RCS對雷達探測能力的影響尤為重要。在實際應用中，目標為了降低自身RCS采取了多種隱身措施，這更增加了雷達識別和判別目標的難度。因此，在對雷達性能、工作方式等方面研究改進的同時，正確的估算出目標的RCS也是必須正視的一大難題。

近年來，針對目標RCS仿真建模問題，例如經(jīng)驗法、部件合成法、平板面元模型法等，但在實際應用中都不盡人意，在這里對外場實測法、內(nèi)場縮比模型法、電磁計算法分析討論，進而綜合三種方法的優(yōu)勢得出更為準確的目標RCS模型。

1 外場實測法

由雷達原理可知，目標RCS可由下式計算得到

σ=4πR2W2W1

其中，W1和W2為電場強度，R雷達到目標的斜距。

在已有目標實物的情況下，利用RCS測量雷達測得目標在不同頻率和不同方位的實測RCS數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)處理軟件去除數(shù)據(jù)中的異常值并進行平滑插值等數(shù)據(jù)處理得到目標在不同頻率下的時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，估計目標的RCS概率密度曲線或建立目標不同頻率或方位的實測RCS模型。

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

2 縮比模型法

由電磁相似率可知，當對理想導電散射體來說，當工作波長、散射體尺寸等參數(shù)同時進行同比例的縮放，測量縮放后的目標RCS即可得到實際大小散射體的RCS值。只要得到目標的實際尺寸、材料，以一定比例做出目標的縮比模型，并在微波暗室或緊縮廠內(nèi)利用微波原理在相應頻段測得該縮比模型的實測RCS，利用縮比模型法可得到目標散射體的實際RCS。

該方法與實測數(shù)據(jù)分析法相似，適用于因工作條件限制在實際中測量困難的大目標，方法簡便，工作量小，對模型材料、制作精度以及測試頻率要求較高。

3 電磁計算法

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

利用基于電磁散射理論的雷達散射截面積公式：

σ=limR→∞4πR2Es2Ei2=limR→∞4πR2Hs2Hi2

其中，σ為雷達反射截面積，Ei和Hi分別為雷達入射波在目標處的電場和磁場強度，Es和Hs分別為目標散射波在雷達接收天線處的電場和磁場強度，R為目標到雷達的距離。

用基于雷達測量觀點的雷達散射截面積公式，由雷達方程可得：

σ=4πPrGrλ2/4πR2r1PtGt/4πR2t

其中，σ為雷達反射截面積，Pr為接收機輸出功率，P為發(fā)射機發(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分別為目標到接收天線的距離和發(fā)射天線到目標的距離，λ為雷達工作波長。

只要目標的模型足夠準確，計算結(jié)果即能滿足要求，但對計算機性能有較高要求，隨著測量面積的增大，計算時間及計算量成倍增加，需要在計算理論和方法上深入研究。

4 實例驗證

受實際條件的限制，這里采用微波暗室實際測量以及兩種電磁計算方法測量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，實測曲線與理論計算曲線有相同的變化規(guī)律，計算結(jié)果接近，即均可準確計算目標的RCS并相互驗證結(jié)果的可靠性。經(jīng)分析，實測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)存在差異主要由目標體設計誤差、加工工藝、測量系統(tǒng)誤差、理論計算方法誤差構(gòu)成。

5 結(jié)語

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)論做對比，利用實測數(shù)據(jù)驗證電磁計算結(jié)果，通過誤差分析對理論計算模型進行修正，提取出目標RCS的分布規(guī)律，可得到更為準確的目標RCS估計。但該方法也存在不少難點，一是工作量大，二是對人員經(jīng)驗的要求較高，如何解決這些問題，仍是今后研究的方向。

參考文獻：

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