雷达散射截面

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1、雷达散射截面 Radar Cross Section(RCS) 课件下载： 散射的概念 散射：物体被电磁波照射，能量向各个方向分布的现 象。物体本身通常称作目标或散射体。 双站散射：散射方向不是指向辐射源时的散射。 双站角：辐射源的方向和散射方向的夹角。 前向散射：双站角为180度时的散射。 后向散射：散射方向指向辐射源时的散射。又称为单 站散射。 雷达散射截面的定义 是一个假想面积 其定义基于平面波照射点目标 是以下因素的函数 目标形状、结构、材料特性 频率 入射波极化 接收天线极化 目标相对雷达的姿态 22 22 22 lim4lim4 ss RR ii EH RR EH 雷达散射截面的名

2、称： RCS（Radar Cross Section） 雷达散射截面 雷达散射截面积 雷达截面 雷达截面积 雷达散射截面常用表示 公式推导 目标处，入射波能量密度为 其定义基于平面波照射点目标 对于真空中的平面波，有 ：真空波阻抗 ：真空磁导率 ：真空介电常数 1 2 iii wEH 0 ii EHk 0 1 ii HkE 0 0 0 0 120376.7 0 0 7 0 410/H m 12 0 8.85 10/F m 则入射波能量密度为 目标截获功率为 2 0 0 1 11 22 iii wEH 0 0 111 22 iii PwEH 在距离R处的观测点，散射功率密度为 散射功率密度定义为

3、 平面波假设，目标为点目标（远场），要求 所以 22 0 222 0 111 488 sii P wEH RRR 22 0 0 1 11 22 sss wEH 22 22 22 lim4lim4 ss RR ii EH RR EH R 的单位 表示RCS大小常用的方式以及对应的单位有以下几种 运算关系 如：B-52头向RCS为100m2，即20dBsm 常用说法： 飞行器头向RCS为 m2 飞行器头向RCS为dBsm 2 () () () ( ) dBsm dB m dBsm dB m 10lg dBsm 球体双站RCS，ka=4*pi RCS(dB为单位） 02040608010012014

4、0160180 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 / /a2(dB) H plane E planek E H 入射波 雷达方向 球体双站RCS，ka=4*pi RCS(m2为单位） 020406080100120140160180 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 / /a2(dB) H plane E plane m2 dB换算表 主要用于RCS计算（预估）中，可以进行相位 叠加，一般不用于表征目标的RCS 运算关系 多个散射体RCS叠加结果 Rn为第n个散射体到雷达的距离 2 cossin j S eSjS 2 2 1 n N

5、 j kR n n e 主要表示目标隐身化后雷达散射截面降低水平， 或不同目标的RCS对比分析 运算关系 常用说法 飞行器比飞行器的RCS低dB 飞行器经某RCS减缩措施后，RCS降低dB dB 12dBdBsmdBsm 1 2 10lg() dB dB 加法 多个散射体按相位叠加 按随机相位叠加 1 n i i 2 2 1 n N j kR n n e 减法和除法，一般表示减缩量(dB) 1 12 2 10lg dBdBsmdBsm 11 21 22 0.50.062512 dBdB R dB R 4 11 21 22 0.11 1040 dBdB R dB R 2 1 2 2 21 B20

6、.1 0.001 B52100 30 dBsmdBsm m m dB 1 2 0.18 R R 的数字博弈 按随机相位叠加 不同量级散射体 目标 1减缩10dB 1,2各减缩10dB 1,2,3各减缩10dB 1 200 20 20 20 2 20 20 2 2 3 20 20 20 2 240 60 42 24 总减缩量/dB 0 6 7.5 10 2 ()m 1 n i i 消除部分散射体的结果 同量级散射体 目标 1减缩10dB 1,2各减缩10dB 1,2,3各减缩10dB 1 20 2 2 2 2 20 20 2 2 3 20 20 20 2 60 42 24 6 总减缩量/dB 0

7、 1.6 4 10 2 ()m 结论： 针对不同量级散射源作同水平的减缩，主散射源的 减缩具有最重要效果 针对同量级散射源，欲大幅减缩RCS，需对所有同量 级散射源同时减缩。 严格按相位叠加 不同量级散射体 目标 1减缩10dB 2减缩10dB 1,2各减缩10dB 1 100 10 100 10 2 10 10 1 1 同相叠加(m2) 173.2 40 121 17.3 减缩量 0 6.4 1.6 10 反相叠加(m2) 46.7 0 81 4.7 减缩量 0 -2.5 10 2 ()m 2 2 1 n N j kR n n e 目标 1减缩10dB 1,2各减缩10dB 消除1 1 10

8、0 10 10 0 2 100 100 10 100 同相叠加(m2) 400 173.2 40 100 减缩量 0 3.6 10 6 反相叠加(m2) 0 46.7 0 100 减缩量 0 0 2 ()m 独立散射源的相位相加可能产生复杂的散射图 的频率特性 同一目标对于不同的雷达频率呈现不同的雷达截面特 征。根据目标尺寸L与波长 的相对关系可分为3种 散射方式。 瑞利区 谐振区 光学区（又称高频区） 金属球的单站RCS随ka的变化。 a：球的半径 k：波数 瑞利区 谐振区 光学区 2 k 1 110 10 ka ka ka 05101520253035 0 0.5 1 1.5 2 2.5

9、3 3.5 4 ka / a2 金属球单站后向散射 05101520253035 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 ka / a2 (dB) 金属球单站后向散射 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 ka / a2 (dB) 瑞利区RCS 瑞利区散射特征 正比于 值起始很小，但它随频率的4次方增加 瑞利区雷达散射截面： V：金属散射体的体积 F：散射体形状系数 4 ka 422 4 k V F 1ka 谐振区散射特征 表现出很强的振荡特性。入射波长和物体尺寸是同 一数量级，沿

10、目标长度上入射场的相位变化很显著， 散射体的每一部分都会影响到其他部分。散射体各部 分间相互影响的总效果决定了最后总的电流密度分布。 球的谐振区RCS曲线 110ka 01234567 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 ka / a2 雷达散射截面 2.3 雷达散射截面 2.3.5 的频率特性 谐振区散射特征 在谐振区的散射中，入射场的相位沿散射体长度变化 高频区散射特征 当散射体长度 时，称为高频区或光学区， 此时一个散射体可作为若干独立散射体的集合来处理， 因而散射过程中细节几何构造十分重要。 L 10ka 简单形体的散射 物体的RCS与多种散射机理有关，大多数较复杂。简

11、单 形体散射特性表征如下，列出了其RCS的强度，及与频 率、尺寸的依赖关系。 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 方形三面角反射器 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式（最大值） 回波最强，强RCS源于三次反射 飞机上少见，但腔体散射与之类似 4 2 12 a 2 4 f L 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 1）方形三面角反射器 矩形二面角反射器 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式（最大值） 回波次强，强R

12、CS源于二次反射，改变 回波逐渐 减弱，改变 时RCS减小更快。 2 4 f L 22 2 8 a b 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 2）矩形二面角反射器 平板 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式（最大值） 回波第三强，强RCS源于直接的镜面反射，偏离法向入 射时回波急剧减小。 2 4 f L 22 2 4 a b 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 3）平板 AMSAR(EF-2000) 圆柱 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式（最大值） 较强回波源于镜面反射，RCS与方位角 无关，随 视角 增大而急剧减小。 1 3 f L

13、2 2 ab 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 4）圆柱 球 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式（最大值） 较强回波源于镜面反射，RCS与方位角 和随视角 无关 0 2 f L 2 a 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 5）球 直边缘 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式 两维曲面机理在曲面曲率半径趋于0时的极限情形，飞 行器强而窄的RCS峰的常见原因。 0 2 f L 2 int ,fL int 视角 边缘夹角 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 6）直边缘 曲边缘 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式

14、 三维曲面机理当主曲率半径趋于0时的极限情况。 1 1 f L int , 2 a f int 视角 边缘夹角 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 7）曲边缘 尖顶 频率依赖关系 尺寸依赖关系 计算公式 上面的机理当a趋于0时的极限情况， 时，尖 顶变成了圆锥， 时，尖顶变成薄片或机翼的 角。 2 0 f L 2 ( , , , ) , , g 尖顶的内角 视角 0 第二章 雷达 2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 8）尖顶 第二章 雷达 第二章 雷达 第二章 雷达 金属球RCS随方位角和频率的变化(H平面） 金属球RCS随方位角和频率的变化(E平面） 二维雷达散射截面，也称“散射宽度”, SW(Scattering, Width)，定义为 TM(Transverse Magnetic)波： 磁场方向垂直于参考平面 TE(Transverse Electric)波： 电场方向垂直于参考平面 22 22 lim2