雷达最基本的功能就是发现目标并测定目标的距离。根据已知的雷达发射机、接收机、天线、传播路径和目标的参数等计算回波信号强度的基本关系式,就是雷达(距离)方程。毫米波在近程雷达中有着广泛的应用,要想在设计中正确地选择雷达各种参数,必须了解毫米波在不同条件下的大气传播效应。影响毫米波的传播特性的因素主要有:构成大气成分的分子吸收(氧气、水蒸气等)、降水(雨、雾、雪、雹、云等)、大气中的悬浮物(尘埃、烟雾等)及环境(植被、地面、障碍物等),这些因素共同作用,会使毫米波信号受到衰减、散射、改变极化和多径效应,进而在毫米波系统中引进新的噪声,这些诸多因素对毫米波系统的工作造成极大影响,因此我们必须详细研究毫米波的传播效应。9521
现代战争已经证明远程打击和精确打击技术的重要性,毫米波近程雷达在现代军事中广泛应用于近炸引信和寻的引信,所以研究弹与目标遭遇段的雷达目标的反射特性就显得十分重要。开展引信近场测试研究的主要目的之一就是为战术导弹和敏感弹的雷达提供可靠的目标特性参数和战术性能评估。早期大量的目标特性信息是采用真实飞机外场绕飞试验获得的,但是这样做的代价过大,危险性也较大。于是,从60年代初期原西德的通用电气无线电器材公司开始在无回波暗室用高达86GHz的毫米波雷达系统,研究近炸引信的弹与目标交会时的频谱特性和启动特性。美国一个专门用于研究雷达引信近场目标特性的实验站,进行大型室外试验工作,主要测量雷达引信与飞机和导弹目标在各种交会姿势下的反射特性。在远场区的平面波情况下,天线方向图与距离无关,所测参数不受距离影响,但在近场区情况就复杂,所测数据与目标尺寸及天线孔径的大小有关,至今仍然缺乏一个完善的研究方法。实验证明,目标在近场区通常由多个散射点所构成,如飞机目标在近场区通常由3-10个以上散射点构成,而这些散射点的幅度与相位随不同的雷达照射角度、接收方位、电波频率和极化等发生不断变化,形成一个很复杂的函数关系。当目标处于近场区,目标受到的是非平面波的照射,并且大多数情况下,是受局部照射,当目标受引信天线波束照射的部位不同时,反射信号的相位关系也较复杂,将会出现较大的起伏和闪烁,使反射中心甚至移出机身之外;目标呈现的有效截面也不同,其变化范围可达到30dB--40dB,有的甚至更大,目标的有效截面积还随目标与引信之间的距离的变化而有显著变化。在弹和目标交会过程中,引信窄波束天线扫过目标,当目标越过引信天线波束时,引信对目标的视线角不断变化。当交会角不同时,目标反射信号和最大值也是随距离变化而变化的。当作用距离和目标相比拟时,这类系统的目标处于电磁场的近场区和球面波区域内,辐射天线和目标再不能被看作一个点了,而是多个点辐射和散射的辐相综合,即呈现体辐射,体目标效应。所以反射信号极为复杂,且具有宽频移、角闪烁、噪声起伏等显著特点。国外多年的研究经验表明,引信近场测试研究在原则上有三种可能解决的办法:理论上的求解计算;使用原型目标进行真实测试;采用缩比模型进行测量研究。实际操作时,往往需要将上述三种办法结合起来考虑,才可能取得近场雷达目标反射特性的可靠分析数据。
随着毫米波技术的迅速发展,毫米波成为目标特性研究的一个重要分支。由于电磁模型仿真的发展,电磁缩比模型仿真已经走上了非常实用的成熟阶段,现在已经提供实用的毫米波段有:35GHz,60GHz,70GHz,95GHz,140GHz,280GHz,980Gnz和2000GHz。虽然在毫米波段的灵敏度比低频率段要差,但是毫米波雷达的波束要窄的多,毫米波天线增益的提高将起到补偿灵敏度的作用,使其在给定的发射功率和目标截面下,具有同样的距离性能,特别是在近场距离工作范围内比远场容易满足灵敏度的要求。
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