雷達反射截面

雷達反射截面

雷達反射截面,它是一個等效的面積,當這個面積所截獲的雷達照射能量各向同性地向周圍散射時,在單位立體角內的散射功率,恰好等於目標向接收天線方向單位立體角內散射的功率。

基本定義


雷達反射截面積()。它是一個等效的面積,當這個面積所截獲的雷達照射能量各向同性地向周圍散射時,在單位立體角內的散射功率,恰好等於目標向接收天線方向單位立體角內散射的功率。雷達目標截面積具有面積的量綱,用σ 表示雷達目標截面積, 則可寫為。

相關公式


這是雷達目標截面積的實驗定義式。σ 是雷達基本方程中的一個因子。已知發射功率Pt,發射和接收天線增益G,波長λ,目標到雷達的距離R,則雷達接收天線截獲的功率為
若測出接收功率Pr,則雷達目標截面積的公式為
這是實驗測定雷達目標截面積的基本公式。雷達目標截面積的理論定義式為
式中Ei為雷達在目標處的照射場強;Er為目標在接收天線處的散射場強。因為雷達發射球面波,只有在滿足遠場條件(概略地說即當目標距離足夠遠時)目標在接收天線處的散射波才近似地表示為平面波。雷達目標截面積的這一定義與距離無關。一個具體目標的雷達截面積與目標本身的幾何尺寸和形狀、材料、目標視角、雷達工作頻率及雷達發射和接收天線的極化有關。當其他條件不變時,目標尺寸越大,雷達截面積也越大。對於一定的雷達頻率和固定的視角,目標的雷達截面積決定於極化。在遠場和線性散射條件下,雷達目標截面積與極化的關係可表示為矩陣,稱為雷達目標的散射矩陣。
在理論上,把物體的邊界條件代入麥克斯韋方程即可計算出雷達目標截面積,但僅在物體具有簡單的幾何形狀的情況下才能得出精確解。例如,良好導電的球體,其雷達目標截面積與觀察方向無關,對極化也不敏感,但與波長有密切關係(圖1)。當球的周長小于波長時,雷達目標截面積與波長的四次方成反比。這是尺寸比波長小得多的任何物體所具有的散射特性。這一區域稱為瑞利區。當波長小於球體周長的十分之一時,球體的雷達截面積與波長無關,且恰等於球體的光學截面積πr(r 為半徑)。這一區域稱為光學區。兩者之間的區域(1<2πr/λ<10)稱為諧振區或瑪依區。
獲得複雜形狀物體的雷達截面積的常用方法之一,是測量來自目標本身和雷達截面積為已知的物體的回波功率。進行這種測量時須對雷達接收機進行仔細的校準和標度,還須控制實驗環境,避免背景散射等因素對測量精度的影響。圖2為一架中等大小的老式雙引擎轟炸機在10厘米波長上的雷達截面積與方向角的函數關係。圖中表明,複雜目標的雷達截面積隨方向角而急劇變化。複雜目標的雷達截面積也可以在保持遠場條件(R≥2D/λ,D為試驗模型的最大尺寸)下,用縮小的模型和同樣比例的波長在室內進行測量。
對於複雜目標,在雷達工作條件下目標方向角是不穩定的,因此應把雷達目標截面積看作為隨機量,並用概率密度和相關函數表示(見雷達目標雜訊)。通常所說的雷達目標截面積指的是統計期望值。