雷达截面积
物理学术语
雷达截面积(Radar Cross-Section,RCS)是指雷达所探测到的目标在电磁波照射下所反射的截面积。 在雷达工作原理中,雷达发射电磁波照射到目标表面后,部分电磁波会被目标反射回雷达接收天线。 目标表面反射回的电磁波越少,即雷达波在目标表面的原路返回越少,目标的雷达截面积就越小。
雷达截面积的一些特性可用一些简单的模型来描述。根据雷达波长与目标尺寸的相对关系,可分三个区域来描述目标雷达截面积,瑞利区,谐振区和光学区。瑞利区,目标尺寸远小于信号波长,目标雷达截面积与雷达观测角度关系不大,与雷达工作频率的4次方成正比。谐振区,波长与目标尺寸相当。目标雷达截面积随着频率变化而变化,变化范围可达10dB;同时由于目标形状的不连续性,目标雷达截面积随雷达观测角的变化而变化。光学区,目标尺寸大于信号波长,下限值通常比瑞利区目标尺寸的上限值高一个数量级。
相对复杂的目标的RCS可通过几种不同的逼近方法进行测算。例如:几何光学法(GO),假定射线沿直线传播,利用经典的光线路径理论;物理光学法(PO)运用平面切线的近似并通过惠更斯原理计算RCS;几何衍射理论(GTD)是一个合成系统,该系统建立在GO和衍射线的概念综合的基础上。
影响因素
降低雷达截面积RCS的方法主要有三种,改变物体的反射电磁波的方向性、降低反射性和增加吸收率、和减少物体的几何截面积大小。
表面外型
由于电磁波的反射遵循“入射角等于反射角”的原理,因此物体的表面外型尽量不要和雷达发射源成水平的平面能够把雷达波反射到其他方向上,减少雷达接收天线接收的回波,这项因素影响RCS是最大的。
反射性能
并不是所有照射到物体表面的电磁波都会被反射,其中有一部分会被物体所吸收,而雷达吸波涂料(Radar-Absorbing Material,RAM)就是以此为原理吸收一部分降低降低RCS。而等离子态的物体也能吸收电磁波因此也有人提出在制造等离子一层稀薄的等离子态物质来吸收雷达波的隐身技术。
截面大小
而物体大小的几何截面积大小也是影响反射回波的因素之一,在没有隐身设计的物体来说通常物体表面的不规则形状是随机的因而“反射方向性”是随机的,而同样形状的物体越大,几何截面也就越大反射截面积也越大,例如一颗形状相似的大石头和小石头,大石头的表面是不规则的随机的几何形状会把雷达波均匀的反射到不同的方向上,就比一颗型状相似的小石头的几何截面更大,因此雷达截面积也越大。
探测距离
影响雷达探测距离其基本的公式:
其中 为雷达的发射功率(单位:瓦特W),{\displaystyle G_{t}}=雷达天线增益(单位:分贝db),雷达到探测目标的距离(单位:米M),目标的雷达截面积(单位:RCS平方米),接收天线的有效面积(单位:平方米),接收到的雷达功率(单位:瓦特W)。其中为雷达波的功率密度(每瓦特米的平方)由雷达发射机产生。因电磁波的功率密度和距离平方成反比递减,而这个发射出去的雷达波功率密度在照射到目体表面后的雷达反射截面RCS为符号(米的平方)表示,被其目标表面雷达截面积反射其中一部分,因此这两项相乘的乘积就是到达目标后开始反射的雷达功率而雷达波在次按照原路径从目标反射回来功率密度又一次和距离成平方反比递减,因此最后返回雷达接收天线的功率密度只剩下,而这个值最后还要在乘上雷达天线的有效接收面积。最后才是雷达接受到的功率。因此雷达的探测距离和目标的“雷达反射截面RCS、雷达功率、天线增益、天线接收面积”这四项参数的大小的乘积的四次方根成正比。而雷达的RCS取决于目标物体的几何横截面积大小、反射率、和方向性。
测量参考
对现实世界中不同物体的RCS测量大小(参考值):
相关条目
• 雷达
• 低可侦测性技术
• 隐形战机
参考资料
了解雷达散射截面积(RCS)的基本概念和原理.苏州灵动帧格网络科技有限公司.2024-03-14
雷达散射截面积(RCS)基础知识.微波射频网.2024-03-14
雷达散射截面积.天眼查.2024-03-17
目录
概述
影响因素
表面外型
反射性能
截面大小
探测距离
测量参考
相关条目
参考资料