雷達(dá)反射體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

喬軼

摘要：本文闡述了如何真實(shí)地模擬構(gòu)造測(cè)試點(diǎn)的電磁散射特征。文中首先構(gòu)建了擴(kuò)展底面角反射體的海上目標(biāo)，并針對(duì)實(shí)際需求將定向側(cè)推裝置安裝于測(cè)試體上實(shí)現(xiàn)推動(dòng)測(cè)試體圍繞錨泊點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，同時(shí)利用GPS裝置對(duì)測(cè)試體位置以及航向姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并給出了RCS實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的結(jié)果對(duì)比。

關(guān)鍵詞：擴(kuò)展底面;RCS;定向側(cè)推;體目標(biāo);三角形角反射體

中圖分類號(hào)：TP311 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）28-0233-02

Abstract： In this paper described how to simulate the electromagnetic scattering characteristics of the test points. First the sea target with extended bottom reflector is constructed according to the actual demanded ，the directional pusher is installed on the testing body which be used to push the test body rotating around the anchor point， then using GPS device to record the test bodys position and heading attitude data. Finally giving the comparison of the RCS test and theoretical calculation.

Key words：extended ground plate;RCS;heading control; volume distributive target;triangular trihedral reflector

1 引言

水面目標(biāo)為海上高速飛行實(shí)驗(yàn)提供船體雷達(dá)散射分布特性模擬，目前實(shí)現(xiàn)方法為在測(cè)試體的各個(gè)位置以及高度安裝各類角反射體達(dá)到實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物方位0°～360°、俯仰-15°～30°范圍內(nèi)RCS分布特性模擬[1-3]。本文中是根據(jù)安裝種類及數(shù)目不同的角反射體，實(shí)現(xiàn)各個(gè)波段以及各個(gè)RCS散布特性的目標(biāo)點(diǎn)的模擬[4]。利用RCS主動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)，提升對(duì)高速運(yùn)行軌跡下的模擬逼真度，并通過海上動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果和理論設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比[5，6]。

2 系統(tǒng)模擬器組合設(shè)計(jì)

當(dāng)前，比較通用的反射器種類有三邊形、正方形、八聯(lián)裝三邊形、八聯(lián)裝正方形以及圓角形等反射器[7，8]。每種角反射器都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際使用中根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的角反射體。本系統(tǒng)中采用的是三邊形角反射體[9]。

正規(guī)的三邊形角反射體，在方位角度為[θ =π/4]，俯仰角度為[φ =arctan12]時(shí)，它的[RCS ]的最大值是：

但是，它在實(shí)際使用中存在一些問題。RCS的計(jì)算是在理想情況下，沒有涉及實(shí)際環(huán)境中存在的各種客觀條件的影響。如當(dāng)視界角與角反射面趨于平行時(shí)，RCS會(huì)驟然降低，當(dāng)加裝角反射體時(shí)前傾，RCS最大值在負(fù)俯仰角方向，此時(shí)需要考慮地面旁瓣，RCS值得準(zhǔn)確性也會(huì)下降?；诖?，本系統(tǒng)采用擴(kuò)展角反射體的底面積方法，保證在低俯仰角條件下，RCS值仍可增強(qiáng)，同時(shí)阻止地面旁瓣得產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)證實(shí)在低俯仰角度情況下，增大底面的角反射體，能顯著增強(qiáng)目標(biāo)的RCS值。

在實(shí)際工作中，因各種條件制約，只允許搭建有限擴(kuò)展底面的角反射體。依據(jù)幾何光學(xué)知識(shí)得到，一定面積底面的角反射體在特定俯仰角度范疇內(nèi)和無限底面的角反射體的RCS是相同的。例如一個(gè)邊長(zhǎng)是a、底邊長(zhǎng)是b的擴(kuò)展底面角反射體，若俯仰角度大小滿足[φ≥atanab]，既可使用無限底面角反射體 RCS 公式算出RCS 值。所以，在實(shí)際工作中，只要依據(jù)具體要求建造合適尺寸的擴(kuò)展底面角反射體既可。具體操作是要依據(jù)目標(biāo)RCS數(shù)學(xué)模型，使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出反射器組裝方案，再依據(jù)反射器組裝方案，將各個(gè)型號(hào)、種類的模擬器安裝于架構(gòu)架上。其中模擬器的拼裝口使用模塊化設(shè)計(jì)，有利于組合安裝、拆卸、使用。

3 基于某系統(tǒng)的水上RCS測(cè)試法

海上RCS測(cè)量時(shí)，對(duì)目標(biāo)對(duì)象的測(cè)試為各個(gè)方向上的RCS分布特性，既需要獲取360°內(nèi)的分布特性。由于系統(tǒng)自身沒有航行能力，不能憑借自身動(dòng)力在指定區(qū)域進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)而完成RCS測(cè)試工作[10]。

對(duì)此采用的方法有以下兩種：一是待目標(biāo)對(duì)象錨泊后，任由它在水面漂動(dòng)并開始實(shí)驗(yàn)，此方法存在耗時(shí)長(zhǎng)的特點(diǎn)，而且很難得到360°范圍內(nèi)的RCS散布特征;二是對(duì)測(cè)試體使用拖曳系統(tǒng)做圓周運(yùn)動(dòng)的方法，而此種方法存在實(shí)驗(yàn)過程中拖船與目標(biāo)體之間出現(xiàn)遮擋以及混合效應(yīng)，影響了測(cè)試結(jié)果的精確度。

為了避免系統(tǒng)RCS散布特征測(cè)試法的缺陷，本文采用在系統(tǒng)尾部安裝定向側(cè)推裝置。即在系統(tǒng)錨泊后通過定向側(cè)推裝置，驅(qū)動(dòng)測(cè)試體實(shí)現(xiàn)360°的旋轉(zhuǎn)，完成各個(gè)方向的RCS散布特征測(cè)試。

測(cè)試體運(yùn)動(dòng)時(shí)，以錨地為中心進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，定向側(cè)推技術(shù)主要用來對(duì)測(cè)試體的航行方向進(jìn)行不斷修正。該裝置安裝于測(cè)試體尾部，主要有三部分組成。其中船外機(jī)自動(dòng)控制部分主要用于在測(cè)試體動(dòng)力定向中提供側(cè)推力，幫助測(cè)試體克服海風(fēng)阻力、海流阻力從而推動(dòng)其運(yùn)動(dòng);機(jī)械系統(tǒng)主要用來驅(qū)動(dòng)船外機(jī)，當(dāng)船外機(jī)運(yùn)動(dòng)至某一指定位置時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)中的直流電機(jī)停止運(yùn)作，此刻，船外機(jī)在該時(shí)刻也停止運(yùn)動(dòng)，并開始定向側(cè)推過程。與此同時(shí)，系統(tǒng)中的絕對(duì)式編碼器將船外機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度值回饋于控制系統(tǒng)，主控器收到指令后，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制直流電機(jī)的運(yùn)行并實(shí)時(shí)上傳轉(zhuǎn)向機(jī)的位置，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向定位功能;GPS位置航向測(cè)量部分主要用來提供航向基準(zhǔn)，同時(shí)也為RCS事后處理提供基準(zhǔn)。

依據(jù)定標(biāo)電壓的理論值以及定標(biāo)體理想值和測(cè)試目標(biāo)的實(shí)際測(cè)量回波電壓，依據(jù)（3）式得到RCS的數(shù)值。實(shí)驗(yàn)中，操作手通過控制測(cè)試體上的定向側(cè)推，對(duì)測(cè)試體實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通常情況下2～3周就可以實(shí)現(xiàn)一組RCS散布特征的實(shí)驗(yàn)。

4 試驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析

下面是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行海上實(shí)驗(yàn)的過程及分析。其中[θ]是系統(tǒng)照射天線3dB寬度，測(cè)試體頭部偏離中心波束的角度大小是[α]，天線至系統(tǒng)中心的水平距離是R1，3dB波束在系統(tǒng)中央方位的水平拓展線度是R2。實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)建在垂直高度約為110m山頭。系統(tǒng)拋錨后，測(cè)試體通過定向側(cè)推完成360°旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)中，通過特定氣球吊掛定標(biāo)球的方法進(jìn)行校定。

在俯仰角為[2.5°]時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了RCS測(cè)試。圖2為同樣條件下平滑以后的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比圖。從圖中能夠看到，系統(tǒng)的RCS的測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果在量級(jí)以及變化走勢(shì)上基本趨于一致。

5 結(jié)論

由于工作環(huán)境特殊性，系統(tǒng)采用擴(kuò)展底面角反射體能夠提高角反射體的RCS性能，大大提高模擬逼真度。系統(tǒng)同時(shí)采用定向側(cè)推裝置推動(dòng)測(cè)試體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在海上的RCS分布特性測(cè)量，具有精度高、對(duì)測(cè)試地要求低等優(yōu)點(diǎn)，并通過多次實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了其可靠性和準(zhǔn)確性。

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