式中:R为雷达至目标的距离; 为散射电场强度; 为入射电场强度, 为散射磁场强度; 为入射磁场强度。 为在目标无损耗的各向均匀散射全部入射电磁波这一假设下,算出的垂直于散射传播方向的目标电磁面积。
以上式仅在远场条件下成立,当 足够大即雷达距离目标很远时,两者之间的距离远远大于目标的任何有意义的尺寸,入射电磁波近似为平面波。由于电场强度 与 成反比、与 成正比,因而 时 大小与 无关:
即满足表达式: (3.5)
式中:R为测试距离,即目标与测试点之间的距离;D为目标最大线尺寸; 为测试波长。 为最短测试距离 的最小值,如果要求目标上入射波的相位偏差比 还要小,则 也要相应增大 。
RCS的单位 属于面积量纲,实际应用中RCS随目标形状、大小、材料以及入射波的波形和频率特性等会发生很大变化,变化范围可以从几平方厘米到几万平方米,所以经常用分贝数表示,对应单位为 或 :
(3.6)
另外可以 为纵坐标、 ( 为目标特征尺寸)为横坐标绘制RCS归一化曲线,以表示目标RCS随 变化的情况。
在上述基础上可得到RCS的平方根表达式[ ]:
(3.7)
式中: 是一个复数,既包含幅度信息又包含相位信息,可以直接相加; 为目标与接收机之间的距离; 为目标的散射电场; 为接收机电场极化方向; 为入射波电场强度。
对于几何形状比较简单的目标,如球体、圆板、椎体等,它们的雷达截面是可以计算出来的。当反射面的曲率半径大于波长时,可以应用几何光学的方法来计算它们在光学区(相应的还有瑞利区和振荡区,可参考相应文献了解目标特性与波长的关系)的RCS,但视角改变时RCS一般都有很大变化。
复杂目标可视为由大量的独立反射体组成,这些反射体向各个方向散射能量,在接收机天线方向,将这些能量信号进行矢量叠加,有可能加强有可能减弱。
例如像飞机、舰艇、汽车、地物等这样的复杂目标,其RCS是视角和工作波长 的复杂函数。尺寸大的复杂散射体常常可以分解成许多独立的散射体,假设每个独立的散射体仍处于光学区,各部分没有相互作用,在这样的条件下总的RCS就是各部分截面积的矢量和。
如果复杂散射目标单元的间隔可以和波长相比拟时,当观察方向改变时,接收机输入端收到的各单元散射信号间相位也在变化,使其矢量和 相应改变,这就形成了起伏的回波信号[13]。
3.2目标近场散射特性分析
3.2.1近场区散射特性
在引战配合问题中,引信与目标之间的距离R和目标最大线尺寸D在同一数量级,属于近区场问题。对引信而言, 目标不能像雷达系统那样视为点目标, 而是视为体目标。因此, 对目标近区电磁散射特性的研究比在雷达中要复杂得多。此时目标属于电大尺寸散射体,即电尺寸 ,其中k定义式如下:
(3.8)
式中:L为目标物理尺寸; 为测试波长;f为测试波频率;v测试波传播速度。物理尺寸远大于一个波长,即 时,该结构为电大尺寸,反之为电小尺寸。目标属电大尺寸时,无线电近炸引信照射到目标上的电磁波为球面波,对此类目标电磁散射的研究,到现在为止,还没有理论上严格的解析计算方法,所以只能在各种近似的基础上找到相对合理的解决办法。
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