雷达散射截面

雷达散射截面RadarCrossSection(RCS)课件下载：jijinzu.buaa.edu.cn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222222lim4lim4ssRRiiEHRREH雷达散射截面的名称：RCS（RadarCrossSection）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σ表示σ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12iiiwEH0ˆiiEHk01ˆiiHkE0000120376.70070410/Hm1208.8510/Fm则入射波能量密度为目标截获功率为20011122iiiwEH0011122iiiPwEH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平面波假设，目标为点目标（远场），要求所以2202220111488siiPwEHRRR220011122ssswEH222222lim4lim4ssRRiiEHRREHRσ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……dBsm2()()()()dBsmdBmdBsmdBm10lgdBsm球体双站RCS，ka=4*piRCS(dB为单位）020406080100120140160180-20-15-10-50510152025//a2(dB)HplaneEplanekEH入射波雷达方向球体双站RCS，ka=4*piRCS(m2为单位）020406080100120140160180020406080100120140160180//a2(dB)HplaneEplanem2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cossinjSeSjS221nNjkRnne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……dBdB12dBdBsmdBsm1210lg()dBdB加法多个散射体按相位叠加按随机相位叠加1nii221nNjkRnne减法和除法，一般表示减缩量(dB)112210lgdBdBsmdBsm1121220.50.062512dBdBRdBR41121220.111040dBdBRdBR212221B20.10.001B5210030dBsmdBsmmmdB120.18RRσ的数字博弈按随机相位叠加不同量级散射体目标1减缩10dB1,2各减缩10dB1,2,3各减缩10dB1200202020220202232020202240604224总减缩量/dB067.5102()m1nii消除部分散射体的结果同量级散射体目标1减缩10dB1,2各减缩10dB1,2,3各减缩10dB1202222202022320202026042246总减缩量/dB01.64102()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10dB2减缩10dB1,2各减缩10dB110010100102101011同相叠加(m2)173.24012117.3减缩量06.41.610反相叠加(m2)46.70814.7减缩量0-2.5102()m221nNjkRnne目标1减缩10dB1,2各减缩10dB消除1110010100210010010100同相叠加(m2)400173.240100减缩量03.6106反相叠加(m2)046.70100减缩量002()m独立散射源的相位相加可能产生复杂的散射图σ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2k111010kakaka0510152025303500.511.522.533.54ka/a2金属球单站后向散射05101520253035-40-35-30-25-20-15-10-50510ka/a2(dB)金属球单站后向散射00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.20.40.60.811.21.4ka/a2(dB)瑞利区RCS瑞利区散射特征σ正比于σ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4ka4224kVF1ka谐振区散射特征σ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0123456700.511.522.533.54ka/a2雷达散射截面2.3雷达散射截面2.3.5σ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4212a24fL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RCS源于二次反射，改变回波逐渐减弱，改变时RCS减小更快。24fL2228ab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。24fL2224ab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。13fL22ab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02fL2a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。02fL2int,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三维曲面机理当主曲率半径趋于0时的极限情况。11fLint,2af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。20fL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(TransverseMagnetic)波：磁场方向垂直于参考平面TE(TransverseElectric)波：电场方向垂直于参考平面2222lim2lim2ssRRiiEHRREH二维金属圆柱后向散射宽度05101520253035-30-25-20-15-10-50510ka/a(dB)TMTE发射接收二维金属圆柱双站散射宽度ka=4*pi050100150200250300350400-30-25-20-15-10-5051015//a(dB)TMTE发射接收二维金属圆柱散射宽度随频率和双站角变化（TM）二维金属圆柱散射宽度随频率和双站角变化（TE）05010015020025030035040000.511.522.5/JTMTE表面电流分布表面电流随频率变化（TM）表面电流随频率变化（TE）