雷达散射截面积(RCS)基础知识

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雷达截面积(Radar Cross Section, RCS)是目标在雷达接收方向上反射雷达信号能力的度量,一个目标的RCS等于单位立体角目标在雷达接收天线方向上反射的功率(每单独立体角)与人射到目标处的功率密度(每平方米)之比。

目标的RCS取决于目标结构(形状和材料)、雷达工作频率、雷达极化方式和雷达观测角。通常情况下,平面目标具有较强的镜反射回波,而赋形、涂覆雷达吸波材料和采用非金属材料等隐身技术则可以大大降低目标雷达截面积。

常见目标的雷达截面积典型值

目标的RCS可通过实验测量或计算机建模得到,但需要目标的详细信息,并且需要根据雷达工作频率和雷达观测角生成大量数据。下面给出的是几种常见目标的RCS典型值。

雷达截面积模型

目标雷达截面积的一些特性可用一些简单的模型来描述。根据雷达波长与目标尺寸的相对关系,可分三个区域来描述目标雷达截面积。

瑞利区。在此区域,目标尺寸远小于信号波长,目标雷达截面积与雷达观测角度关系不大,与雷达工作频率的4次方成正比。

谐振区。在此区域,波长与目标尺寸相当。目标雷达截面积随着频率变化而变化,变化范围可达10dB;同时由于目标形状的不连续性,目标雷达截面积随雷达观测角的变化而变化。

光学区。在此区域,目标尺寸大于信号波长,下限值通常比瑞利区目标尺寸的上限值高一个数量级。简单形状目标的雷达截面积可以接近它们的光截面,目标或雷达的移动会造成视线角的变化,将导致目标雷达截面积发生变化。

简单与复杂目标的RCS

简单金属形状的雷达截面积可以通过等式估算,但对于像飞机这样非常复杂的目标,其表面与RCS之间没有牢固的关系,它会随照射雷达的方向而显着变化。

复杂目标会包含镜面反射、边缘绕射、尖顶绕射、爬行波绕射、行波绕射和非细长体因电磁突变引起的绕射。

当电磁波垂直射入局部光滑目标表面时,在其后向方向上产生很强的散射回波,这种散射称为镜面反射,它是强散射源。当电磁波入射到目标边缘棱线时,散射回波主要来自于目标边缘对入射电磁波的绕射,它与反射不同之处在于一束入射波可以在边缘上产生无数条绕射线,是重要的散射源。

对于无隐身措施的常规飞机,它的散射场包括反射和绕射场,主要是镜面反射和边缘绕射起作用。对于隐身飞机,采取多种措施,使镜面反射和边缘绕射基本消失。

相对复杂的目标的RCS可通过几种不同的逼近方法进行测算。例如:几何光学法(GO),假定射线沿直线传播,利用经典的光线路径理论;物理光学法(PO)运用平面切线的近似并通过惠更斯原理计算RCS;几何衍射理论(GTD)是一个合成系统,该系统建立在GO和衍射线的概念综合的基础上。

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