探究雨滴對船用雷達(dá)電波的作用

戴有才

[摘 要]船用雷達(dá)在工作過程中通常會受到很多外界環(huán)境因素的影響，這些影響因素決定了船用雷達(dá)工作時的準(zhǔn)確程度。其中，雨滴對船用雷達(dá)的影響已經(jīng)成為雷達(dá)操縱者關(guān)注的焦點(diǎn)。船用雷達(dá)主要由S波段和X波段兩部分組成，本文從雨滴對這兩個波段的吸收作用和散射作用出發(fā)探究雨滴對船用雷達(dá)的作用。研究結(jié)果顯示，雨滴在兩個不同波段的吸收和散射作用均是不同的。具體表現(xiàn)為：雨滴對X波段電波的散射作用比吸收作用要大；而雨滴對X波段電波的吸收作用則大于其對S波段電波的吸收作用。因此，下雨時人們?yōu)榱藴p小雨滴對雷達(dá)工作效率的影響常常會選用S波段的雷達(dá)來進(jìn)行工作。

[關(guān)鍵詞]船用雷達(dá)；X波段；S波段；散射；吸收

中圖分類號：TN011 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0161-01

船用雷達(dá)發(fā)射出的一部分電波在傳播過程中會被目標(biāo)吸收，被吸收的部分在一定條件下轉(zhuǎn)化成熱能[1]。另外一部分被目標(biāo)散射后被雷達(dá)再次接收。筆者在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上探究雨滴對雷達(dá)兩個波段的影響，從而分析雨滴對船用雷達(dá)的整體作用。有時船用雷達(dá)發(fā)出的電波傳播時的波長要比雨滴的直徑大很多，這種情況下電波的減弱基本上是由雨滴對電波的吸收而造成的。另一種情況，如果電波波長小于雨滴的直徑，那么電波的減弱在大多數(shù)情況下和雨滴的散射有關(guān)。由此看來，雨滴對軍用雷達(dá)電波的影響主要表現(xiàn)在兩個方面，那就是雨滴對電波的吸收作用和散射作用。這兩方面的作用都會在一定程度上減弱船用雷達(dá)發(fā)出的電波，雨點(diǎn)越大影響就會越大。當(dāng)考慮到船用雷達(dá)在電波傳輸過程中有可能遇到雨滴時，雷達(dá)電波的傳輸路徑最好進(jìn)行修正，如果我們無法改變其傳輸路線時我們就應(yīng)該對雨滴影響雷達(dá)電波的方面做到充分的認(rèn)識和了解。只有對雨滴在船用雷達(dá)電波方面的影響進(jìn)行深入了解后，我們才能正確的利用這一規(guī)律。

一、雨滴對船用雷達(dá)電波散射作用的表現(xiàn)

散射是雨滴對于船用雷達(dá)產(chǎn)生的一個主要作用，它在整個作用過程中具有舉足輕重的地位。在下雨天氣，雨滴能夠?qū)ι淙氲碾姴ㄟM(jìn)行散射，并能夠使其重新返回到船用雷達(dá)中。這時電波的數(shù)量會受很多因素的影響。其中表現(xiàn)最明顯的是電波工作時間的長短、雨滴的狀態(tài)以及雨滴的吸收能力等。電波工作時間的長短是雨滴反射電波的前提，電波工作時間越長，雨滴反射回船用雷達(dá)的電波就會越多。反之則會有很少量的電波能夠重新進(jìn)去到雷達(dá)系統(tǒng)。其次，雨滴的狀態(tài)和形狀也會對反射電波的數(shù)量產(chǎn)生一定的影響。雨滴體積越大、形狀越圓潤，反射回船用雷達(dá)的電波就會越多。最后，雨滴的吸收能力是反射電波數(shù)量多少的關(guān)鍵，如果雨滴具有較強(qiáng)的吸收能力，那么其反射回雷達(dá)電波的數(shù)量就會降低。S波段和X波段是船用雷達(dá)常用的兩個波段，這兩個波段的波長分別是1cm和3cm，它們總是比目標(biāo)的尺寸要小。這就為雨滴散射電波提供了條件。

二、雨滴對船用雷達(dá)電波的吸收作用

雨滴對于船用雷達(dá)電波的作用除了散射作用外還具有吸收作用。吸收作用的主要是電波射入后，船用雷達(dá)發(fā)射的電波投射到雨滴上，其中有一部分電波能量被雨滴吸收而發(fā)熱損耗。雨滴是由許多分子組成的，分子中含有一定數(shù)量的化學(xué)鍵，這些化學(xué)鍵會吸收雷達(dá)發(fā)出的電波。另外，構(gòu)成分子的原子也會吸收一定的能量。當(dāng)雨滴接觸到船用雷達(dá)發(fā)出的電波時，由于雨滴產(chǎn)生的阻力和空氣阻力的大小相同，一部分電波會被反射回去。當(dāng)另一部分電波進(jìn)入雨滴后會對其內(nèi)部的電子和離子等粒子產(chǎn)生作用。射入的電波會改變這些粒子的運(yùn)動方式，使這些粒子的狀態(tài)發(fā)生改變。在電波作用下這些粒子的運(yùn)動狀態(tài)一般會變成渦流、極化、馳豫、偶極子轉(zhuǎn)動、共振、磁化、疇壁移動等。[2]這一變化的最終目的是消耗射入的電波的數(shù)量，這就是雨滴對船用雷達(dá)電波產(chǎn)生的吸收作用。

雨滴中的電磁參數(shù)對雷達(dá)所發(fā)出電波的吸收程度也會產(chǎn)生一定的影響。然而，因?yàn)椴煌甑谓Y(jié)構(gòu)上的差異，雨滴對電波吸收程度的影響也有大有小。這種差異主要是由不同雨滴中分布迥異的電波參數(shù)決定的。這就是雨滴吸收電波時最主要的影響因素。

三、雨滴對船用雷達(dá)電波的散射和吸收作用的比較

通過以上分析我們可以知道散射和吸收對船用雷達(dá)電波的作用都很大，但是兩者對于雷達(dá)的作用在某些方面還是不同的。他們在X波段和S波段兩種環(huán)境下會表現(xiàn)出不同的狀態(tài)。當(dāng)使用X波段的船用雷達(dá)受到雨滴影響時，雨滴對于雷達(dá)電波的散射作用就比吸收作用重要的多。[2]換言之，被雨滴反射回的電波會更多的被雷達(dá)接收機(jī)接收。這種情況下，一部分被散射的電波還會回到雷達(dá)接收器中，這樣就會減少雨滴對于電波的損耗。相反，當(dāng)使用S波段的船用雷達(dá)受到雨滴影響時，雨滴對于雷達(dá)電波的吸收作用就會比散射作用重要的多。因?yàn)橛甑螌τ赬波段電波的散射作用大于吸收作用，而對于S波段的吸收作用要大于散射作用。由此，我們可以根據(jù)雨滴對不同波段散射和吸收狀況的不同，適時的調(diào)整對X波段和S波段的使用。例如在雨天時我們可以使用S波段的船用雷達(dá)，而在晴天我們就應(yīng)該選擇使用X波段的船用雷達(dá)。

兩種不同的情況會產(chǎn)生截然不同的結(jié)果，在研究過程中我們把這兩種情況進(jìn)行了深入對照和分析。由此，我們可以在不同情況下做出不同的安排，爭取能夠讓船用雷達(dá)的工作效率和利益實(shí)現(xiàn)達(dá)到最高。

結(jié)語

綜上所述，雨滴對船用雷達(dá)電波的主要作用可以表現(xiàn)在吸收和散射兩個方面。但是，不同狀態(tài)的雨滴有不同的吸收能力和輻射能力，不同波段下雨滴的吸收和散射也不相同。由于雨滴狀態(tài)千變?nèi)f化，同一類雨滴的形成過程不同，吸波性能也不同，另外加上同一類雨滴電磁參數(shù)的不同，因此要想全面深刻的搞清雨滴對船用雷達(dá)電波的作用是相當(dāng)困難的。但是，如果能弄清這一問題，就會在很大程度上提高船用雷達(dá)的工作效率，從而會為我國軍事和漁業(yè)雷達(dá)的應(yīng)用做出重要的貢獻(xiàn)。所以目前我們需要進(jìn)行的工作主要是：以應(yīng)用需要為前提，對某一種情況下雨滴對雷達(dá)電波的作用進(jìn)行全面深刻的研究。我們所進(jìn)行的這些工作是表面的，也是相當(dāng)膚淺的，我們希望通過我們所做的工作，能夠引起氣象學(xué)家、天文學(xué)家以及軍事學(xué)家的高度關(guān)注。更希望他們能夠在更高層次上對這一問題進(jìn)行探索和研究，為人類雷達(dá)電波事業(yè)的發(fā)展指出一條明路。

參考文獻(xiàn)

[1]趙艷麗，羅鵬飛，于群，劉劍.基于相控陣?yán)走_(dá)的自適應(yīng)采樣目標(biāo)跟蹤算法研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2013（10）

[2]粟塔山.最優(yōu)化計(jì)算原理與處落地程序設(shè)計(jì)[M].長沙國防科技大學(xué)，2010（3）

[3]王 晶，鄒敏，趙永偉，王志軍等.相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)仿真[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011（6）