引言
雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)是一个用于评价目标在雷达波束照射下散射电磁波能力强弱的物理量[1],它定量描述了目标被雷达发现的难易程度,RCS值越大,意味着目标反射回雷达的信号越强,雷达就越容易发现和跟踪它,而RCS值越小,则意味着目标反射信号的能力越弱,雷达就越难探测到它,即目标的隐身性能越好。如果把雷达类比于人类的眼睛,那么RCS可以理解为一个目标在雷达这个“眼睛”中的“尺寸”或“亮度”。如今,人们将通过对飞机的结构外进行形特殊设计并添加吸波涂层,可以使飞机的RCS变得非常小,从而实现隐身飞机,一架隐身的飞机就像一只亮度微弱的萤火虫,在距离较远时雷达很难从背景噪声中将其分辨出来。RCS一般用希腊字母 σ 表示,其定义为一个等效面积[2]:
(1)
式中:Es为目标散射场电场强度,Ei为入射电场强度;R为目标与雷达的距离,R趋于无穷大表明雷达同目标之间距离足够远。RCS的单位是面积单位m²,实际中由于目标RCS值的跨度较大,常用单位还有dBm2或dBsm,它与m²之间的关系为:
(2)
据资料报道,典型的隐身战机的RCS约为0.001 m²,也就是-30 dBm2。可以看出,RCS是目标的物理特性与雷达探测性能之间的桥梁,它量化了目标的可探测性,因此在国防工业中隐身装备研发和反隐身探测等领域成为了一个关键性的指标。
从发展历程来看,RCS测试技术最初严重依赖于大型微波暗室或室外远场测试环境。然而局限性确极为显著:大型微波暗室的建设成本高昂,且对飞机等尺寸较大的目标难以实现远场条件;而地面平面场则需要构建巨大的开阔场地,且极易受到气候、地面反射及外部电磁信号的干扰。为克服这些瓶颈,并受隐身武器研制和复杂目标测试需求的强力驱动,现代RCS测试技术取得了系列突破[3]。其中,室内紧缩场技术通过精密的反射面可以在有限空间内得到类似平面波照射的静区;近场测试技术则通过采集目标近场散射数据再经数学变换重构其远场RCS。当前,RCS测试技术发展十分迅速,测试方法与手段日趋成熟,但仍面临一定的挑战,本文简要梳理了RCS测试的原理、技术分类、关键方法、应用场景及挑战与展望。
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作者信息:
张应猛1,余世星1,2,张竣纲1,代流刚1
(1.中航贵州飞机有限责任公司,贵州 安顺 561000;
2.贵州大学 大数据与信息工程学院,贵州 贵阳 550025)