电可控RCS值的理论和应用研究

朱 维，刘 宁，袁 英，陈建平

(1.中国电子科技集团公司第51研究所，上海201802;2.总参第54研究所，北京100191;3.海军驻上海地区电子设备军事代表室,上海200232)



电可控RCS值的理论和应用研究

朱 维1，刘 宁2，袁 英1，陈建平3

(1.中国电子科技集团公司第51研究所，上海201802;2.总参第54研究所，北京100191;3.海军驻上海地区电子设备军事代表室,上海200232)

从雷达截面积(RCS)定义出发，利用雷达电磁波传输模型引入了虚构的“目标增益”概念，结合转发式干扰机工作原理，提出了通过设置转发式干扰机系统增益实现对“目标增益所对应的RCS值”精确控制的理论分析和工程实现方法，并探讨了电可控RCS值可能的应用方向。

雷达截面积;目标增益;转发式干扰机;系统增益

0 引 言

在雷达设计和使用时，必须用定量或其它方式描述目标回波特性。一般而言，这种目标回波特性归结于一个有效面积，即雷达截面积(RCS)的描述[1]。

在实际情况中，目标RCS值是一个变化范围极大的数。对于一个目标，其RCS值取决于很多因素。以简单矩形平板为例，对于任意角度(θ，ψ)处入射波，理想导电矩形平板后向散射RCS值近似为[2]:

(1)

从式 (1)可以看出，理想导电矩形平板RCS值与平板尺寸a、b，对应的电磁波工作波长λ，电磁波入射空间角度(θ，ψ)有关。单一矩形平板RCS值随电磁波入射角度和工作波长不同呈现出很大的变化值，因此利用物理方法对目标RCS值进行计算、设置和快速改变有一定难度。

在雷达中从科学查询到产品技术指标的验证，任何一项可能都需要RCS值的标定和测量[1]，目前遇到的最大问题是工程上标准且可控RCS值的确定和实现。本文从干扰机的角度对标准且可控RCS值模型建立和工程上可能的应用方向进行研究。

1 目标增益

(2)

式中：Ptr为雷达发射功率；Ga为收发天线增益；R为干扰机与雷达距离。

(3)

在式(3)中引入了一个虚构的名称“目标增益Gtg”，以对应目标的后向散射系数大小，即：

(4)

此目标增益Gtg只与目标δ值和雷达工作波长有关，与目标物理形状、大小和材料无关。

2 转发式干扰机[3]

一般转发式干扰机和雷达的空间关系如图1所示。

图1 转发式干扰机和雷达的空间关系

如图1所示，雷达到转发式干扰机和雷达到目标斜距相等，因此单程路径衰减因子也相同。目标雷达截面反射路径与干扰机干扰信号至雷达单程衰减因子也一样。转发式干扰机接收机输入功率为：

(5)

Pr乘以转发器增益Gj，转发干扰机发射天线增益Gt，再被路径损失所衰减，然后乘以雷达接收天线增益Ga，结果转发式干扰机输出的干扰信号在雷达接收机处产生的干扰信号功率Pj值为：

(6)

当干扰信号的调制形式与雷达发射信号完全相关时，干扰功率无损失，结合前面雷达“目标增益”论述，对于转发式干扰机而言，此时雷达的“目标增益”对应于干扰机系统增益GrGjGt和目标回波信号矢量和。

比较式(3)和式 (6) ，则可以得到目标与干扰信号在雷达接收机输出的功率比为：

Prec/Pj=4πδ/λ2/GrGjGt

(7)

当干扰机干扰信号和目标回波信号在时间上错开(工程上极易实现)，并使Prec/Pj=1时，则由式(8)可以得到：

4πδ/λ2=GrGjGt

(8)

(9)

因此在工程上通过干扰信号的延迟发射，使转发式干扰信号强度与目标回波信号强度一致，由式(9)可以得到目标RCS值瞬间大小(Gr、Gj、Gt、λ可知、可控)。当目标RCS值所对应的“目标增益”远小于干扰机的系统增益时(特例为目标不能在雷达上发现时)，干扰机所产生的干扰信号可以作为一个标准的目标信号。只要改变干扰机系统增益就能轻易实现对回波信号大小的控制。

在转发式干扰中，干扰机收发天线增益Gr、Gt对应某一固定波长，其空间参数是固定的。雷达工作波长可以通过瞬时频率测量系统得知，因此只要改变转发式干扰机通道增益Gj就可以设定所需δ值的大小。

例如对于波长为10 cm的雷达产生0.01 m2RCS值所需转发式干扰机系统增益值为：

GrGjGt=10.9 dB

对同一雷达产生10 000m2RCS值所需转发式干扰机系统增益值为:

GrGjGt=70.9 dB

式(9)中δ与雷达发射功率Ptr、收发天线增益Ga、干扰机距雷达距离R、雷达天线主瓣夹角、干扰机及目标的物理特性基本无关，只取决于雷达工作波长、干扰机系统增益和隐含的干扰机最大发射功率值Pt，上述增益所对应的动态范围对窄带转发式干扰机而言，在工程上极易实现，并能达到良好的工程精度。

上述分析表明：可以用转发式干扰机通过对干扰机系统增益的精确控制，对所要求设定的RCS值进行精确控制，实现不同大小RCS值的设定。

3 验证试验

利用转发式干扰机对某型模拟输出导航雷达在湖面上进行了RCS值模拟设置和控制的体制性验证试验。试验表明：可控系统增益转发式干扰机可精确地设置和控制干扰回波信号大小，对应干扰信号回波大小和变化，与雷达的参数、干扰机与雷达的距离无关，设置的变化值仅取决于转发式干扰机天线在水平和俯仰方向上的增益变化值，远优于实际目标的变化值，因此工程上可产生标准、可控的RCS值。

4 应用方向

其应用方向主要包括：

(1) 产生假目标回波信号新要求

当干扰机进行假目标回波信号模拟时，从上面分析可以得知，干扰机系统增益设置必须为对应某个RCS值的固定值，干扰机系统必须工作在线性区域，并保证干扰机输出与输入脉冲之间的瞬时功率差为一个常数，此时假目标回波信号的值是一个标准值，而不是通常定义的大于某个下限值。

(2) 雷达性能的检测

利用转发式干扰机改变通道增益实现标准RCS值设置，模拟和瞬时改变标准目标大小，该目标可用于雷达作用距离和发现概率的内外场检测。这种精确设置和可控比一般检测时目标物理和化学性能的改变在实际工作中更容易实现。已利用此原理设计了雷达(网)低空检测所需的标准、可控信标，以实现对雷达(网)低空性能检测。

(3) 大型目标的模拟

在上文中，RCS值为10 000 m2的大型目标在10 cm波长时所对应转发式干扰机的系统增益值为70.9 dB，无论是宽、窄带工作，完成上述系统增益值的转发式干扰机在工程上均可轻易实现，而大型目标的模拟在物理上却很难。在工程上值得注意的是转发式干扰机必须保持恒定系统增益，所以在工程上对于近距离、大型目标模拟需要功率放大器有足够输出功率和宽动态内的增益线性度。

(4) 复杂形状目标RCS值的快速校订

通过快速地改变转发式干扰机系统增益，得到对应工作波长RCS值的大小，在雷达上瞬时比较干扰机干扰功率大小与复杂形状目标反射回波功率大小，得到测量目标在不同入射角度的RCS值，此方法可用于对复杂形状目标RCS值的快速校订。

5 结束语

通过“目标增益”的提出，结合转发式干扰机工作原理和工作过程的分析，将RCS值的物理特性改变成电特性，可进行精确设定和控制。基于转发干扰机工作原理的RCS精确设置、可控方法在雷达对抗试验、测试和多种场合有一定的应用前景。

[1] Skolnik Merrill I.雷达手册[M].王军, 林强,米慈中,等译.北京：电子工业出版社,2003.

[2] Bassem R.Mahafza,Atef z.Elsherbeni.雷达系统设计MATLAB仿真[M].朱国富，黄晓涛，黎向阳，等译.北京：电子工业出版社,2009.

[3] 莱罗艾 B.范布朗特.应用电子对抗[M].六机部第723研究所译.北京：中国人民解放军总参谋部第四部，1981.

Research into Theory and Application of Electrically Controlled RCS Value

ZHU Wei1，LIU Ning2,YUAN Ying1,CHEN Jian-ping3

(1.The 51st Research Institute of CETC,Shanghai 201802,China;2.No.54 Institute of General Staff,Beijing100191,China;3.Naval Representative Office of Electronic Equipment Based in Shanghai Area,Shanghai 200232,China)

From the definition of radar cross of radar (RCS),this paper introduces the concept of imaginary "target gain" by means of radar electromagnetic wave transmission model,combining with the operation principle of repeater jammer,puts forward the theory analysis and engineering realization method accurately controlling the RCS value that correpondings with the target gain through setting the system gain of repeater jammer,and discusses the possible application directions of electrically controlled RCS value.

radar cross section;target gain;repeater jammer;system gain

2014-12-23

TN914.41

A

CN32-1413(2015)01-0044-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.010