陳冬波 王聿彪

摘 要：對一種靶標(biāo)用菱形RCS角反射器進(jìn)行分析設(shè)計，通過綜合考慮不同雷達(dá)波段情況下被打擊目標(biāo)的雷達(dá)波反射特性，計算出相應(yīng)雷達(dá)波段范圍內(nèi)滿足一定輻射面積的角反射器尺寸，為部隊靶標(biāo)訓(xùn)練用角反射器的工程化、批量化生產(chǎn)提供一定參考。

關(guān)鍵詞：RCS;靶標(biāo);角反射器

0 ? ?引言

目前，在各大部隊實彈演習(xí)訓(xùn)練中，靶標(biāo)設(shè)備已得到廣泛使用，常規(guī)的靶標(biāo)多提供實體打擊目標(biāo)，該類功能靶標(biāo)目前已發(fā)展得較為成熟，但是具有雷達(dá)訓(xùn)練功能的靶標(biāo)還很少用于部隊演習(xí)訓(xùn)練。隨著未來戰(zhàn)場各類先進(jìn)武器的配置越來越多，電磁環(huán)境更加復(fù)雜化，雷達(dá)等先進(jìn)裝備的應(yīng)用也更廣泛，加上新訓(xùn)練大綱對演訓(xùn)活動實戰(zhàn)化的要求，為營造更加貼近實戰(zhàn)的演訓(xùn)環(huán)境，有必要在演習(xí)過程中增加一種用于雷達(dá)等先進(jìn)裝備的訓(xùn)練裝置。目前具有雷達(dá)散射截面積（RCS）特性的設(shè)備主要有龍伯球和角反射器，其中龍伯球制造成本高且安裝不便，主要用于飛機(jī)等高端裝備，而RCS可設(shè)計成規(guī)則形狀，可采用金屬板加工，有利于低成本、大批量生產(chǎn)，可在演習(xí)過程中大量使用?；诖?，本文提出了一種設(shè)計計算方法，用于角反射器的低成本、批量化生產(chǎn)。

1 ? ?需求分析

為給部隊訓(xùn)練構(gòu)設(shè)實戰(zhàn)化戰(zhàn)場目標(biāo)環(huán)境，在常規(guī)靶板上安裝雷達(dá)回波增強(qiáng)裝置，以模擬被打擊目標(biāo)RCS特征截面積，提高雷達(dá)目標(biāo)偵察效果。

地面戰(zhàn)場偵察雷達(dá)通常工作在X波段（8～12.5 GHz）和Ku波段（12.5～18 GHz），根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，單兵人員目標(biāo)RCS反射截面積約0.5～1 m2，裝甲車輛目標(biāo)RCS反射截面積約2～5 m2。

由于雷達(dá)波段分散范圍較大，且不同訓(xùn)練打擊目標(biāo)的反射特性截面積范圍不同，在大批量使用條件下，針對某一特定頻段計算特定目標(biāo)反射截面積將會使得角反射器尺寸種類過多，故目前考慮將雷達(dá)頻率分成若干范圍，在某一范圍內(nèi)計算某種特定目標(biāo)的RCS反射截面積范圍。這種做法不一定能得到非常精確的RCS反射截面積，但有利于產(chǎn)品系列化、批量化、低成本生產(chǎn)，有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的大范圍應(yīng)用。

2 ? ?計算分析

雷達(dá)波照射在物體上，一部分轉(zhuǎn)化為熱能被吸收，另一部分則被散射或反射，散射體起到天線的作用。反射回雷達(dá)接收器的電磁波被稱為回波。物體將入射波向發(fā)射源反射量的量度被稱為雷達(dá)散射截面積（RCS），它描述的是雷達(dá)所能探測的目標(biāo)面積，如果一個目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積值太小或為零，則不管它面積有多大，雷達(dá)都探測不到[1]。故在靶標(biāo)上增加角反射器就增強(qiáng)了靶標(biāo)的雷達(dá)反射特性。

角反射器有多重形狀，主要有菱形、四面體形、圓形及方形等，本設(shè)計考慮到靶板多為平面形狀，為方便安裝及加工，選擇菱形角反射器。

如圖1所示，菱形角反射器由幾個邊長為a的等腰直角三角形組合組成，其結(jié)構(gòu)上下左右對稱，可由金屬片拼接或焊接而成，加工方便，成本低。

在實際安裝到靶板時，由于靶板只有一面對準(zhǔn)射擊目標(biāo)，故可將角反射器加工成半立體形狀，將安裝靶板的那一面做成平面，迎彈面做成立體，其安裝示意圖如圖2所示。

菱形角反射器反射截面積與菱形角反射器邊長a及雷達(dá)波長λ有關(guān)，其計算公式為S=4πa4/（3λ2）[2]。

本設(shè)計按拆分法計算，即先以X波段和Ku波段中間分界頻率12.5 GHz計算?，F(xiàn)實訓(xùn)練中，雷達(dá)主要對裝備進(jìn)行探測，故此處先對車輛目標(biāo)RCS角反射器進(jìn)行設(shè)計計算。

初始計算面積：裝甲車輛目標(biāo)RCS反射截面積平均值3.5 m2，考慮到角反射器的機(jī)械加工中會存在一定的誤差，為了確保角反射器實際反射截面積在給定范圍內(nèi)（裝甲車輛目標(biāo)2～5 m2），計算時，將裝甲車輛目標(biāo)角反射器反射截面積范圍限定在2.2～4.5 m2（上下限分別放10%余量）內(nèi)。根據(jù)以上條件先計算出X波段和Ku波段中間分界頻率處角反射器邊長，再根據(jù)該邊長計算8～18 GHz內(nèi)該角反射器反射截面積范圍。若計算出的截面積在給定范圍內(nèi)（裝甲車輛目標(biāo)2.2～4.5 m2），則該數(shù)據(jù)符合要求;若計算出的數(shù)據(jù)不在給定范圍內(nèi)，則繼續(xù)拆分，直到計算出符合要求的數(shù)據(jù)。由計算公式S=4πa4/（3λ2）計算，計算結(jié)果如表1—表4所示。

以上計算的角反射器在全波段反射截面積超出裝甲車輛RCS反射截面積范圍，需進(jìn)行進(jìn)一步拆分計算，將頻段按X、Ku分界點(diǎn)拆分。

頻段第一次拆分后角反射器在各相應(yīng)頻段反射截面積仍超出裝甲車輛RCS反射截面積范圍，需再次進(jìn)行拆分計算，將以上各頻段按中間點(diǎn)繼續(xù)拆分。

同樣的計算方法，可計算出單兵類目標(biāo)角反射器尺寸，如表5所示。

由表4、表5可以看出，經(jīng)過頻段拆分后，將雷達(dá)工作波段分成4個頻段，在這4個頻段內(nèi)計算出的角反射器RCS反射截面積均能滿足要求。根據(jù)以上計算將該角反射器分為4個系列，使用時可根據(jù)實際使用波段進(jìn)行選擇。

現(xiàn)今雷達(dá)地面戰(zhàn)場偵察技術(shù)近程及中程已相繼發(fā)展成熟，近程戰(zhàn)場偵察雷達(dá)工作頻率一般在9～9.5 GHz，中程戰(zhàn)場偵察雷達(dá)工作頻率一般在9.5～9.7 GHz，以上頻段為現(xiàn)今最常用頻段[3]。

經(jīng)過計算，頻段8～10 GHz的裝甲車輛目標(biāo)角反射器在近、中程雷達(dá)工作頻率下反射截面積范圍分別為3.5～3.9 m2、3.9～4.1 m2，該頻段裝甲車輛目標(biāo)角反射器在近、中程雷達(dá)工作頻率下反射截面積在理論計算截面積范圍2.2～4.5 m2內(nèi)，可以滿足常用雷達(dá)偵察使用要求。

同理，頻段8～10 GHz的單兵目標(biāo)角反射器在近、中程雷達(dá)工作頻率下反射截面積范圍分別為0.7～0.79 m2、0.79～0.82 m2，該頻段單兵目標(biāo)角反射器在近、中程雷達(dá)工作頻率下反射截面積在理論計算截面積范圍0.5～1 m2內(nèi)，可以滿足常用雷達(dá)偵察使用要求。

3 ? ?結(jié)語

本文根據(jù)靶標(biāo)RCS反射截面積特性，結(jié)合雷達(dá)工作頻段對RCS反射截面積的影響，通過拆分法，將雷達(dá)頻率拆分為若干頻段，計算出該頻段范圍內(nèi)角反射器尺寸大小，使其可滿足靶標(biāo)的RCS回波面積要求，采用4種尺寸角反射器實現(xiàn)了靶標(biāo)RCS特性雷達(dá)全工作頻段范圍的覆蓋使用。該數(shù)據(jù)可用于靶標(biāo)用角反射器系列化設(shè)計，可以減小產(chǎn)品尺寸，降低生產(chǎn)成本，有利于大面積推廣使用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 饒聃，王學(xué)田.厘米波段三面角反射器陣列電磁靶船設(shè)計[J].微波學(xué)報，2018，34（Z1）：41-44.

[2] 張明友，汪學(xué)剛.雷達(dá)系統(tǒng)[M].5版.北京：電子工業(yè)出版社，2018.

[3] 周建軍，崔麥會，陳超.海戰(zhàn)場偵察技術(shù)概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.

收稿日期：2020-12-07

作者簡介：陳冬波（1984—），男，江蘇贛榆人，工程師，研究方向：靶標(biāo)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計。