RCS的原理、仿真及消减措施

此时 σ 与 R 无关，因此可以得出远场 RCS 的表达式为 ：
v
=
lim
R"3
2rR
ES Ei
: :
E)S E)i
（2）
RCS 是标量，单位是 m2，也常用 dB·m2 表示，其表达式为：
v^dB
$
m2h
=
101g;
v^m2h 1^m2h
E
（3）
RCS 是一个标量。它的单位是 m2，由于目标的 RCS 动
了软件的精度和参数设置的正确性。
2.2 金属球的散射特性 图 5 所示是文献上解析的金属导体球随频率变化的 RCS
曲线。其中 a 为球体的半径，横坐标为 2πa/λ 的比值，纵坐 标为 σ/πa2，σ 即 RCS。
态变化范围非常大，大到成千上万平方米，小到几平方厘米，
为了表述方便，常用其相对于 1 m2 的分贝数来表示，即分贝 平方米，记为 dB · m2，即 ：
v^dB
$
m2h
=
101g;
v^m2h 1^m2h
E
（4）
一般来说，目标的 RCS 随方位角剧烈变化。同一目标， ————————————————
收稿日期：2014-03-30
由于照射方位不同，其 RCS 可能相差几个数量级。 由于目标的 RCS 是接收机方位角的函数，因此可以将其
分为单站 RCS 和双站 RCS。当辐射源和接收机位于同一点时， 称为单站散射，大多数雷达工作在这种情况。当辐射源和接 收机不在同一点时，称为双站散射，目标对接收机和辐射源 方向的夹角称为双站角。通常所说的前向散射就是双站角为 180°的情况，而单站散射又称为后向散射对应于双站角为 0° 的情况。单站和双站散射过程如图 1 所示。通常，目标的前向 散射大于后向散射。
全面感知 Comprehensive Perception
RCS的原理、仿真及消减措施
田西柱
（武警工程大学，陕西 西安 710086）
摘 要：通过介绍RCS的基本原理，分析了FEKO软件的准确度及参数设置，并对均匀金属球的RCS进行了仿真，研究和
分析了影响RCS的因素以及减少舰船雷达散射面积的措施。
关键词：雷达散射截面了RCS；FEKO；球体散射特性
中图法分类号：TN957
文献标识码：A
文章编号：2095-1302(2014)04-0035-03
0引言
雷达 散 射 截面（RCS，简称为 散 射 截面）是 表征雷达
目标对照射该目标的电磁波散射能力的物理量。本文介绍了
RCS 原理，并且验证了基于 FEKO 软件仿真 RCS 所具有准确
H H H H H
a=radius˗Ȝ=wavelength Circumference/wavelength=2ʌa/Ȝ
图 5 金属球的单站 RCS 特性（文献） 图 6 所示为自己用 FEKO 软件仿真的金属球随频率变化 的 RCS 曲线。
5DGDUFURVVVHFWLRQ
1e-01
1e-02
RCS[m2]
1e-03
1e-04
1e-05 $QJOH7KHWD>GHJ@ ˖H[HPSOH)(.2
图 4 介质球的双站 RCS（自己计算） 可见，自己仿真结果和文献中的结果很吻合，从而也证明
ıSphere/ʌa2
⪎࡙४
Rayleigh region Mie or resonance region Optical region
Hale Waihona Puke 䉀ᥟ४‫ݹ‬ᆖ४5&6˄P˅
图 2 平面波激励的介质球三维视图 图 3 所示为文献上计算的结果，点线为文献上用 FEKO 的计算结果，实线为理论值。图 4 所示是自己仿真的结果。
ᮓሴփ Ei
অㄉᮓሴ൪ ˄ਾੁᮓሴ˅
ৼㄉ䀂
˄ࡽੁᮓሴ˅ ৼㄉᮓሴ൪
图 1 单站散射和双站散射过程示意图 根据目标尺寸与入射波波长的相对关系，可以将散射划 分为瑞利区、谐振区、光学区三种散射方式。同一目标对不同 波长的雷达波会呈现不同的电磁散射特性。因此波长对物体 的 RCS 影响非常大。 2 FEKO 软件准确度及参数设置的的验证 为了检验 FEKO 软件的准确性，也为了检查自己对软件 的参数设置是否正确，特找了两个对比的例子进行验证。 2.1 文献上介质球的 RCS 介质球的 RCS 参数如下 ： （1）无耗介质球半径 1 m ； （2）介电常数 36 ； （3）入射波的波长在自由空间为 20 m（介质中为 3.33 m）， 即 15 MHz ；
FarField1 RCS
15
10
1e+00
H 7KHWD˄GHJUHHV˅
图 3 介质球的双站 RCS（文献仿真结果）
5DGDUFURVVVHFWLRQ
Dielectric sphere
２０１４年 ／ 第５期 物联网技术 ３５
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全面感知 Comprehensive Perception
（4）入射波方向（180°，0°），即从球的底部入射 ； （5）求解远场 RCS（0 ≤ θ ≤ 180°，φ=0），即图 2 中的球 外面的曲线所示方向。
1
即导体球的尺寸面积。 当 球 半 径 为 a=1 m 时， 由 上 面 可知 入 射 波 频 率 大 于
477 MHz 时，导体球的单站 RCS 趋于值π m2，即 4.97 dB。
6LPSOHWDUJHW˖LGHDOVSKHUH
8
9
ı0 Normalized radar
cross-section
性、快速性，为 RCS 的消减提供了数据依据，从而提出了减
少舰船雷达散射面积的有效措施。
1 雷达散射截面基本原理
基于在平面电磁波照射下目标具有各向同性的假设条件，
雷达目标的散射能量可以表示为目标的等效面积与入射功率密
度的乘积，用符号 σ 表示，其表达式为 ：
v = 2rR
ES 2 Ei 2
（1）
式中，ES 为散射电场强度，Ei 为入射电场强度。 当距离目标足够远时，照射目标的入射波近似为平面波，