箔条云散射特性测量与分析

曾勇虎，张 伟，秦卫东，蒙 洁

(中国人民解放军63880部队，河南 洛阳 471003)

0 引言

箔条是最常用的无源干扰材料，箔条干扰技术是对付雷达的有效手段。箔条干扰最基本的电性能指标，是箔条弹被投出后箔条在空间散开形成箔条云团的雷达散射截面(RCS)。研究箔条云电磁散射问题可分为两种方法，即确定方法和统计方法。由于要确定箔条的运动十分困难，并且可处理的箔条数目也受到限制，用确定方法非常复杂。箔条云是大量随机运动的偶极子集合体，用统计方法研究箔条云散射特性无疑是合理的［1－2］。

箔条在空中的运动使得每根箔条散射信号的振幅和相位都是随机变量。通常幅度变化很小可以忽略，认为所有箔条散射幅度相等。相位变化影响很大，箔条之间相对相位的变化使得散射信号出现起伏［3］。文献［1－7］对箔条云散射特性的测量技术及测量精度进行了分析，并对箔条云RCS的概率分布进行研究。本文比较分析了箔条云散射特性测量技术，进而开展了箔条云外场动态测量实验，并对实测箔条云RCS的概率分布进行了拟合与检验，对箔条云散射特性与时间、频率等之间的关系进行了分析。

1 箔条散射特性测量方法

箔条散射特性的测量与散射体的测量是一致的。对于箔条，测试具有下列意义［1］:1)被掩护目标的RCS要通过测试来得到;2)检验设备实际使用效果要通过测试来进行;3)干扰基础理论研究的需要;4)干扰基础材料研究的需要;5)无源干扰物特性参数测量的需要。

箔条散射特性测量方法根据测量场合可分为暗室测量和外场测量。在暗室一般是利用箔条云模型进行测量，其优点是方便快捷，但是对于运动目标的闪烁、起伏等特性不可能得到。箔条的外场测量又可再分为静态测量和动态测量:所谓静态测量，就是应用高架塔等设施，将箔条弹固定在某一高度和位置后起爆，然后对箔条弹形成的箔条云进行测量，其优点是远场条件容易满足且测量相对易于实施，但是固定目标的支架以及地物等背景干扰不容忽视;而动态测量，是对目标在实际工作环境中(如飞机抛撒箔条云或箔条弹发射后引爆)进行测量，可以获得目标的各种动态特性，而且远场条件容易满足，也避免了背景干扰。

对于箔条干扰，静态测量一般用于干扰材料的基础研究中，如对新的化学干扰材料或吸收材料电特性的测量。若要检验箔条干扰的实际效果，应该采用动态测量方法。这是因为箔条在空中形成有效RCS的时间、RCS的扩散曲线以及箔条下降速度等特性与所处环境、气象条件等因素密切相关，必须在实际使用中进行测量。本文对箔条云散射特性的研究正是基于外场动态测量进行的，图1为箔条云电磁散射特性动态测量示意图。

图1 外场动态测量示意图Fig.1 Dynamic measurement schematic

2 测量数据分析

本文采用外场动态测量方法，对箔条云在S波段和X波段的散射特性进行了测量。图2a、2b分别为箔条云在S波段和X波段RCS的测量值曲线。

图2 箔条云RCS测量值曲线Fig.2 Measured curves of chaff’s RCS

下面采用χ2分布来拟合箔条云动态RCS的统计分布规律，其定义为［8－9］

χ2分布模型是具有通用性的RCS起伏统计模型，包含了传统的Swerling模型。譬如，当k=1时，式(1)变为指数分布，对应SwerlingⅠ模型。

图3a、3b分别为箔条云在S波段和X波段RCS概率密度的测量曲线和拟合结果。

图3 箔条云RCS概率密度拟合结果Fig.3 Measured and fitted probability density of chaff’s RCS

箔条云在S波段和X波段的RCS概率密度χ2分布拟合k值分别为2.26和3.47。

为了检验拟合优度，采用χ2检验方法来计算拟合优度，计算结果:S 波段和 X 波段的 χ2检验统计量分别为10.20和17.37。需要说明的是，在计算门限值·(m －k－1)时，由于所拟合的 χ2分布中未知参数的个数为2，因此取k=2。另外，根据测量值的样本数以及统计直方图，在检验时取m=10。取检验显著性水平 α=0.01，则有( m－k －1)=18.48。可以看出，此时检验结果为服从“起伏模型为χ2分布”的原假设，即所测箔条云的RCS在S波段和X波段均服从χ2分布。

根据上述测量曲线及拟合与检验结果，被测箔条云RCS特性可总结如下:

1)箔条云RCS的概率密度基本上服从χ2分布，但箔条云RCS的起伏与飞机目标相比更为平缓，这一点从拟合k值也可看出，本文实验中箔条云的拟合k值大于2，而在以往的飞机测量实验中，拟合k值一般在1～2之间;

2)箔条云RCS的起伏随着频率的升高而减小，表现在其拟合k值随着频率的升高而增大(在本文中S波段为2.26，X波段为3.47)，究其原因，是因为频率升高则波长减小，箔条间互耦效应的最小间隔(通常认为是2λ)更容易得到满足，也就是说频率较高时箔条之间互耦效应较小，箔条之间更接近非相干模型;

3)箔条云形成之后，随着时间的推移，箔条云的RCS将逐渐减小，这在测量时间相对较长的图2b中比较明显，究其原因，是因为随着时间的推移，箔条将进一步扩散，箔条密度下降，因此其RCS将减小。

3 结束语

箔条是雷达无源干扰技术中应用最早且效果最好的干扰器材。而箔条干扰的实际效果，应该采用外场动态测量来检验。本文对箔条云在S波段和X波段的散射特性进行了外场动态测量实验，并对实测箔条云RCS的概率分布进行了拟合与检验，对箔条云散射特性与时间、频率等之间的关系进行了分析。本文结果可为箔条弹的性能检验提供依据，其方法也可为动态目标散射特性测量与分析提供参考。

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