角反射器雷达反射特性研究

董士崔

中国船舶集团有限公司第七一○研究所，湖北 宜昌 443003

摘 要：介绍了角反射器的概念和作战使用方法。以基本的三面角反射器RCS特性和具有强散射特性的三种复杂角反射器为研究对象，研究了角反射器的RCS分析方法。

关键词：角反射器；RCS分析方法；作战使用；雷达反射特性研究

0 引 言

角反射器是以舰（机）载搜索雷达为主要作战对象，实行假目标迷惑干扰，使其提供错误的目标指示，增加敌反舰导弹的初始瞄准误差；在复杂作战海域的电磁环境中，对敌指挥控制系统造成战术混淆。角反射器也可以反舰导弹为作战对象，配装国内大、中、小型各类水面舰船，主要目的是对抗窄脉冲、极化捷变等反舰导弹。角反射器在厘米波和毫米波段都有较好的雷达反射面积，可单独作战或也可配合厘米波弹、毫米波弹使用，可较好的对抗新体制雷达导引头，同时解决干扰资源不足的问题，是对无源对抗体系的完善。角反射器采用舰载管式投放，投放后迅速充气后展开，可长时间漂浮于水面，形成有效的雷达反射目标。

1 研究对象

为了分析角反射器雷达反射特性，我们把研究对象分为两类，第一类是基本的三面角反射器RCS特性研究，分别为标准弧形、标准直弦边、角度内缩3º、角度外扩3º等三面角反射器，如图1和图2 所示：

（A） （B）

图1 标准弧形（A）和直弦边（B）三面角反射器

图2 角度内缩3º和外扩3º的直弦边三面角器

第二类研究对象为具有强散射特性的三种复杂角反射器，分别为二十面体、八面体、双四面体角反射器，如图3 和图4所示。

图3 二十面体角反射器和八面体角反射器

图4 双四面体角反射器

2 角反射器RCS分析方法

在角反射器雷达反射特性的计算中，根据目标不同部件、不同特征在高频区的散射机理，计算分析采用“物理光学法PO+（物理绕射理论PTD+等效电磁流法ECM）+射线追踪法SBR”的综合分析方法。该方法用PO计算目标一次散射的贡献，用(PTD+ECM)组合方法计算目标上棱边、缝隙的电磁散射，用SBR技术考察多次、耦合散射的贡献，最后按相位进行叠加得到目标的雷达散射截面积RCS。

2. 1. 基本形状角反射器RCS计算

1. 极化特性

以直弦边三面角反射器为例，我们以频域均值的比较曲线和某状态下的RCS比较曲线作为示例，研究结果表明极化状态对我们所研究的强散射三面角目标的RCS特性影响几乎可以忽略。

从机理上分析，由于三面角的散射贡献主要来自物理光学散射及其多次反射，而与极化状态相关的棱边散射相比而言可以忽略不计，理论上近似认为两者相同。

图5 HH和VV状态下的均值比较

图6 HH和VV状态下的RCS曲线比较

（2）频率特性

根据电磁散射理论，频率越高，目标的电尺寸越大，则高频区的散射越强。以圆弧边（A）和直弦边（B）三面角反射器为例，角域均值如图7所示，35GHz的RCS均值比1GHz约高25-30dB。直弦边三面角反射器在1GHz和35GHz的RCS曲线比较，可得到同样的结论，如图8 所示。

图7 RCS均值随频率的变化

图8 不同频率的RCS曲线比较

（3）圆弧边与直弦边三面角的RCS特性比较

圆弧边三面角的特点是侧面积比直弦边三面角大，因而导致散射强于直弦边三面角。如图9所示，整体上圆弧边三面角较强，总均值高约3dB。相同频率和入射状态下的RCS曲线比较如图10所示，可得同样的结论。

图9 圆弧边与直弦边三面角的RCS均值比较

图10 圆弧边与直弦边三面角的RCS曲线比较

（4）加工误差对RCS特性的影响

研究了2种加工误差对RCS特性的影响。以标准直弦边三面角为基础，分别计算了角度内缩3º、角度外扩3º角度内缩和外扩3º导致总均值下降10dB左右。因此，直三面角是形成强散射的重要原因，较小的加工误差可能导致RCS降低为原目标的1/10甚至1/100。

（5）小结

1）极化对具有强散射特性的角反射器影响很小；

2）频率越高，目标散射越强；

3. 圆弧边三面角因侧面积较大，散射强于直弦边三面角；

４）加工误差可导致直三面角RCS下降10-20dB；

2．2 复杂角反射器的RCS特性

总体上二十面体和八面体反射器为同一水平，双四面体的RCS均值比其低10dB左右，即小一个量级。二十面体与八面体比较，在不同入射角下各有高低，总体而言二十面体的RCS均值随入射角变化较小，更适于用作诱饵目标。如图11所示。

图12-图14给出了入射角为俯0度、俯20度和俯45度时的RCS方位图比较，表明双四面体的RCS最低，二十面体和八面体随入射方位变化互有高低，但八面体角反射器在部分方位有RCS下降20-30dB的现象，这对于用作诱饵目标有所不利。

图11 频域均值随入射角的变化

图12 RCS方向图比较（俯0度，10GHz）

图13 RCS方向图比较（俯20度，10GHz）

图14 RCS方向图比较（俯45度，10GHz）

表1 复杂角反射器的RCS总均值统计

目标	二十面体	八面体	双四面体
RCS均值(dBsm)	40.0	40.7	29.8

2. 2. 海面对二十面体角反射器RCS特性的影响

为研究海面对二十面体角反射器RCS特性的影响，将海平面模拟为导电平板模型。考虑到耦合散射的区域及计算效率，导电平面模型设置为10m×10m正方形，如图15所示。

本项目仅对海面的影响作定性分析，故以入射角20°、40°和60°为例，比较了二十面体角反射器在自由空间和海面的RCS方向图（图16-图18），结果表明海面与目标的耦合散射导致RCS增大5-10dB（具体幅度取决于入射条件）。因此，设计及评估中有必要考虑海面的影响。

图15 二十面体角反射器置于海面时的等效模型

图16 自由空间与海面时的RCS比较（入射角20°）

图17 自由空间与海面时的RCS比较（入射角40°）

图18 自由空间与海面时的RCS比角（入射角60°）

3 结束语

通过研究我们得出如下结论：（1）总均值如表1所示，二十面体角反射器RCS均值与八面体相近；（2）二十面体角反射器的RCS频域均值随入射角稳定性较好；（3）海面与目标的耦合散射导致RCS增大5-10dB，设计和评估中有必要考虑海面的影响。

参考文献（略）