舰船RCS测量方法研究

冯卫永 刘孟孟

摘 要：通过对外场实测、缩比模型、电磁计算三种RCS测量方法分析比较，探寻一种较为准确的舰船RCS测量方法。实际应用表明，利用三种方法相互验证可得到更为准确的舰船RCS。

关键词：外场实测；缩比模型；电磁计算；舰船RCS

中图分类号：TN957文献标识码：A

雷达对目标的探测能力取决于距离、方位等多种因素，其中目标RCS对雷达探测能力的影响尤为重要。在实际应用中，目标为了降低自身RCS采取了多种隐身措施，这更增加了雷达识别和判别目标的难度。因此，在对雷达性能、工作方式等方面研究改进的同时，正确的估算出目标的RCS也是必须正视的一大难题。

近年来，针对目标RCS仿真建模问题，例如经验法、部件合成法、平板面元模型法等，但在实际应用中都不尽人意，在这里对外场实测法、内场缩比模型法、电磁计算法分析讨论，进而综合三种方法的优势得出更为准确的目标RCS模型。

1 外场实测法

由雷达原理可知，目标RCS可由下式计算得到

σ=4πR2W2W1

其中，W1和W2为电场强度，R雷达到目标的斜距。

在已有目标实物的情况下，利用RCS测量雷达测得目标在不同频率和不同方位的实测RCS数据，然后利用数据处理软件去除数据中的异常值并进行平滑插值等数据处理得到目标在不同频率下的时间特性曲线和概率密度曲线，从而分析出数据分布规律，估计目标的RCS概率密度曲线或建立目标不同频率或方位的实测RCS模型。

该方法易于实现，并且采用真实数据，结果较为可信，难点在于分析数据需要较大工作量，并且实际测量过程中受环境影响较大，数据稳定性较差，并且测试场地很难保障。

2 缩比模型法

由电磁相似率可知，当对理想导电散射体来说，当工作波长、散射体尺寸等参数同时进行同比例的缩放，测量缩放后的目标RCS即可得到实际大小散射体的RCS值。只要得到目标的实际尺寸、材料，以一定比例做出目标的缩比模型，并在微波暗室或紧缩厂内利用微波原理在相应频段测得该缩比模型的实测RCS，利用缩比模型法可得到目标散射体的实际RCS。

该方法与实测数据分析法相似，适用于因工作条件限制在实际中测量困难的大目标，方法简便，工作量小，对模型材料、制作精度以及测试频率要求较高。

3 电磁计算法

若得到目标的实际尺寸，可以利用3DMAX，CAD、SolidWorks等三维建模软件构造目标实体模型，然后利用时域有限差分法、时域积分方程法、距量法、参数表面模型法等方法就可以用电磁计算软件直接计算目标RCS。

利用基于电磁散射理论的雷达散射截面积公式：

σ=limR→∞4πR2Es2Ei2=limR→∞4πR2Hs2Hi2

其中，σ为雷达反射截面积，Ei和Hi分别为雷达入射波在目标处的电场和磁场强度，Es和Hs分别为目标散射波在雷达接收天线处的电场和磁场强度，R为目标到雷达的距离。

用基于雷达测量观点的雷达散射截面积公式，由雷达方程可得：

σ=4πPrGrλ2/4πR2r1PtGt/4πR2t

其中，σ为雷达反射截面积，Pr为接收机输出功率，P为发射机发射功率，Gr和Gt分别为接收天线和发射天线的增益，Rr和Rt分别为目标到接收天线的距离和发射天线到目标的距离，λ为雷达工作波长。

只要目标的模型足够准确，计算结果即能满足要求，但对计算机性能有较高要求，随着测量面积的增大，计算时间及计算量成倍增加，需要在计算理论和方法上深入研究。

4 实例验证

受实际条件的限制，这里采用微波暗室实际测量以及两种电磁计算方法测量1平角反射体垂直放置姿态下的RCS，结果如下图所示。

看图可知，实测曲线与理论计算曲线有相同的变化规律，计算结果接近，即均可准确计算目标的RCS并相互验证结果的可靠性。经分析，实测数据与理论计算数据存在差异主要由目标体设计误差、加工工艺、测量系统误差、理论计算方法误差构成。

5 结语

从分析中可知，三种方法各有优劣，并且不重合，因此可以利用以上三种方法的结论做对比，利用实测数据验证电磁计算结果，通过误差分析对理论计算模型进行修正，提取出目标RCS的分布规律，可得到更为准确的目标RCS估计。但该方法也存在不少难点，一是工作量大，二是对人员经验的要求较高，如何解決这些问题，仍是今后研究的方向。

参考文献：

[1]李晓东，白桂明，谭晓晨.典型目标RCS的初步估算及仿真.雷达科学与技术，2006年12月第6期：332334.

[2]胡艳，时振栋，唐璞，刘宏伟.电磁相似性在计算基本散射体RCS方面的应用.应用科学学报，2004年3月第22卷第1期：4649.

[3]蒋文亭，吴德伟，何晶.目标雷达反射截面缩比测量关键技术概括.信息工程大学学报，2013年4月第14卷第2期：184188.