(四)MIT公开课雷达系统导论之RCS特性

0 写在前面

我从不后悔对别人好，哪怕看错人哪怕被辜负，因为对别人好不是因为别人有多好，而是因为我很好。—杨绛

1 RCS定义

Radar Cross Section is the area intercepting that amount of power which, if radiated isotropically, produces the same received power in the radar.

RCS 是拦截一定功率的区域，如果各向同性辐射，则会在雷达中产生相同的接收功率。

$\begin{array}{}\text{(1)}& \text{RCS}=\underset{r\to \mathrm{\infty }}{lim}4\pi r^2\frac{|E_s^2|}{|E_i{|}^2}\end{array}$ \text{RCS}=\lim_{r \to \infty} 4\pi r^2 \frac{|E_s^2|}{|E_i|^2}\tag{1}

影响RCS大小的因素包含：目标的大小、形状、材质、方向；雷达的频率、极化、近/远场。

Threat’s View of the Radar Range Equation：

2 RCS的典型水平

球的雷达截面积：

瑞利区： \lambda>>a，\sigma = k/\lambda^4；

共振区：振荡后向散射波与蠕动波干涉；

光学区：\lambda<<a，\sigma = \pi a^2，出现表面和边缘散射。

球体对短脉冲后向散射：

典型RV的目标RCS：

一些雷达RCS的例子：

3 影响雷达横截面的因素

目标RCS主要由三种因素构成：

• 结构（车身形状、控制表面等）
• 推进（进气、排气等）
• 航空电子设备（导引头、全球定位系统、高度计等）

Description of Sample Cases on Video：

FD-TD Simulation of Scattering by Strip：

高斯脉冲平面波入射；电场极化（绘制Ey）；现象：镜面反射。

高斯脉冲平面波入射；电场极化（绘制Ey）；现象：前缘 (leading edge diffraction)衍射。

高斯脉冲平面波入射；H场极化（绘制Hy图）；现象：后缘（trailing edge diffraction）衍射。

FD-TD Simulation of Scattering by Cylinder：

高斯脉冲平面波入射；电场极化（绘制Ey）；现象：镜面反射。

高斯脉冲平面波入射；H场极化（绘制Hy图）；现象：蠕动波。

FD-TD Simulation of Scattering by Cavity：

正弦平面波入射；电场极化（绘制Ey）；现象：驻波。

4 求解目标RCS

4.1 RCS测量技术

RCS分析技术：全比例和等比例模型。

全比例测量：

泡沫柱支座：泡沫塑料的介电财产接近自由空间的介电性能。

金属挂架安装支持的满量程测量目标：金属挂架形状可减少雷达反射；可以使用背景减法。

约翰逊通用飞机模型：

紧凑型射程RCS测量：雷达反射率实验室（Pt.Mugu）/AFRL小型靶场（WPAFB）。

等比例模型测量：

电磁散射：确定散射场的两步过程，1确定感应表面电流；2 计算电流辐射的场。

4.2 RCS预测技术

高频近似方法：物理绕射理论。优点：减少了计算需求；任意、复杂的几何形状。缺点：忽略一些散射；仅适用于大、平滑几何；代码：Xpatch。

精确数值方法：矩量法。优点：精确公式。缺点：计算量大。代码：CARLOS； CICERO (Body of revolution)； FISC；FERM。

JGAM的测量和计算RCS对比：

Signature Analysis Approaches：特征分析方法。X波段空中目标。

5 总结讨论

Radar cross section varies significantly across targets of potential interest

• Depends on target characteristics (shape, material, etc.)
• Depends on radar parameters (frequency, polarization, etc.)

Target signature contains several contrib utors

• Structural (body shape, surface details, etc.)
• Propulsion (inlets, exhaust)
• Avionics (seekers, communication antennas, etc.)

Accurate estimation of target signatures should draw upon all available tools (i.e. measurement and prediction)

• Component based signature estimation allows use of multiple tools in coherent roll-up of overall vehicle signature

6 参考文献

[1] 百度翻译

[2] 维基百科

[3] MIT 公开课：Introduction to Radar Systems。