RCS计算方法

一种基于直升机毫米波雷达的高压线RCS快速计算方法

一种基于直升机毫米波雷达的高压线RCS 快速计算方法作者：陈春风李聃陈昌年来源：《航空科学技术》2023年第09期摘要：高压线一直是影响直升机特别是高速直升机飞行安全最主要的障碍物，需要全天候远距离检测高压线。

相比于激光雷达和红外设备，毫米波雷达全天候能力更强，并且存在布拉格（Bragg）散射特征。

本文针对现有高压线雷达截面积（RCS）计算方法计算效率不高的问题，提出结合特征模（CM）和谢尔曼-莫里森-渥德雷公式算法（SMWA）的高压线RCS计算方法，称为CM-SMWA方法。

该方法将CM作为基函数，降低矩量法（MoM）中阻抗矩阵维数。

利用SMWA直接求解基于CM的简化矩阵方程，进一步提升高压线RCS仿真效率，并采用提出的CM-SMWA方法进行了不同频率仿真，发现了高压线布拉格（Bragg）频率走动特征，该特征可改善高速直升机毫米波雷达高压线检测的性能。

关键词：直升机防撞；毫米波雷达；高压线检测； Bragg特征；特征模中图分类号：TN966.5 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2023.09.011直升机的应用十分广泛，其从诞生以来，就一直受到世界各国的高度重视[1-2]。

电力线对直升机的安全构成最严重的威胁[3-4]，因此电力线的检测一直是直升机防撞研究的重点。

高压线探测早期应用激光或红外设备，由于不能实现全天候检测，毫米波雷达成为最主要的传感器，是全天候电力线探测的有效手段[5]。

绞股高压线的特性是会在毫米波段产生布拉格（Bragg）散射[6]。

随着机器学习和深度学习算法的兴起，学习算法得到了发展，开发的算法（包括SVM[7]和CNN[8]）具有较好的性能。

然而，高压线的种类不是一成不变的，少量的有限种类的高压线训练出来的算法虽然对训练过的高压线检测能力强，但若遇到新的与训练用的高压线回波的Bragg强度等特征差异大的回波，反而会影响检测性能，即泛化能力不好。

微带天线rcs计算

微带天线rcs计算微带天线的反射截面积（RCS）计算是电磁场理论中的重要问题。

RCS是指天线接收到的电磁波的反射强度，是判断目标或天线对电磁波的反射特性的重要物理量。

本文将介绍微带天线RCS计算的基本原理和方法，并给出一些常见的微带天线的RCS计算实例。

微带天线的RCS计算可以通过数值模拟或解析方法实现。

在数值模拟方法中，常用的方法包括有限差分时间域（FDTD）和方法。

在解析方法中，常用的方法有几何光学（GO）方法和物理光学（PO）方法等。

首先介绍FDTD方法。

FDTD方法是一种通过将电磁场方程离散化为差分方程，然后通过数值迭代的方法来模拟电磁场传播的方法。

FDTD方法广泛应用于电磁场的数值模拟和微带天线的RCS计算。

在FDTD方法中，天线模型被离散化为有限大小的网格，然后通过模拟电磁波在天线上的传播和反射来计算RCS。

通过调整天线的形状、尺寸和材料等参数，可以获得不同条件下的RCS结果。

其次是解析方法中的几何光学方法。

几何光学是一种近似计算电磁场传播的方法，它基于光线传播的假设。

几何光学方法适用于电波的几何尺寸远大于波长的情况下，可以忽略波前的波动。

在几何光学方法中，通过分析光线在天线上的反射和折射等几何参数，可以计算出天线的RCS。

另外一种解析方法是物理光学方法。

物理光学方法是一种在波长远大于机械尺寸的情况下，通过电场感应电流的假设来计算RCS的方法。

在物理光学方法中，通过分析电场感应电流在天线上的分布和相位等参数，可以计算出天线的RCS。

下面给出一个微带贴片天线（patch antenna）RCS的计算实例。

微带贴片天线是一种常见的微带天线结构，具有较低的RCS性能。

为了计算微带贴片天线的RCS，可以使用FDTD方法。

首先，在FDTD方法中，需要将天线模型离散化为有限大小的网格。

例如，可以选取一个正方形的网格，并在网格中间放置微带贴片天线。

然后，通过模拟入射波在天线上的传播和反射过程，获得天线的RCS。

金属球的rcs公式

金属球的rcs公式金属球的RCS公式1. 什么是RCSRCS（Radar Cross Section）是雷达目标的反射特性的物理量，用于描述目标对雷达发射信号的回波强度。

金属球的RCS公式可以用来计算金属球目标的反射特性。

2. 金属球的RCS公式金属球的RCS公式可以用以下公式表示：RCS = (π * d^2) / 4其中，RCS代表雷达截面积（Radar Cross Section），d代表金属球的直径。

3. 示例解释以一个直径为2米的金属球为例，应用上述公式计算其RCS。

RCS = (π * 2^2) / 4= (π * 4) / 4= π所以，这个直径为2米的金属球的RCS为π平方米。

金属球的RCS公式能够帮助我们计算金属球目标的反射特性，从而更好地了解雷达目标的回波强度。

该公式适用于金属球这一特定类型的目标，其他类型的目标可能需要使用不同的RCS公式进行计算。

5. 应用领域金属球的RCS公式在雷达技术的应用中广泛使用。

以下是一些金属球RCS公式的典型应用领域：防御和军事领域在军事领域中，金属球RCS公式可以用来评估和设计雷达系统。

通过计算金属球目标的RCS，可以预测和量化目标对雷达系统的探测和追踪能力，从而提供决策支持和优化防御策略。

航天和航空领域金属球RCS公式在航天和航空领域的应用也非常重要。

例如，在设计飞机、导弹、卫星等航天器时，可以利用金属球RCS公式来评估目标的雷达探测概率和隐身性能，确保其在作战或飞行中的安全和隐蔽性。

无人机和机器人技术金属球RCS公式也可以应用于无人机和机器人技术中。

通过计算金属球目标的RCS，可以帮助优化无人机或机器人的外形设计，减少其对雷达系统的探测概率，提高机器人在执行任务时的隐身性能和安全性。

金属球的RCS公式提供了一种计算金属球目标反射特性的方法。

通过应用该公式，我们可以预测目标对雷达系统的回波强度，评估目标的探测概率，并在设计和优化雷达系统、飞行器和机器人等方面发挥重要作用。

RCS计算方法11

RCS的计算方法内容提要·目标RCS精确解法·矩量法·高频区目标RCS近似计算方法–几何光学法–物理光学法–几何绕射理论–物理绕射理论目标RCS精确解法·波动方程2 22 2 ·边界条件n ⋅ (E1 E2 ) = 0 n ⋅ (H1 H 2 ) = 0 n ⊕ (D1 D2 ) = 〉 s n ⊕ (B1 B2 ) = 0·限制·求解上述方程必须要使物体表面与某一个可分离的坐标系相吻合，也即有严格级数解可以利用时，波动方程才能有严格的解析解。

·但只有少数几种形体能满足这种要求。

E + k E = 0H + k H = 0n + 1 =n 1 ( 1) ( 2 )(b n a n )目标RCS 精确解法· 球的后向散射雷达散射截面⎛ =2n 2ˆ ˆ ˆˆ ˆ ˆ矩量法· 控制方程– Stratton-Chu 积分方程E s = +s [i ⎤∝ (n ⋅ H )⎭ +(n ⋅ E ) ⋅ (n ⊕ E ) ⎭ ]ds H s = +s [i ⎤∝ (n ⋅ E )⎭ +(n ⋅ H ) ⋅ (n ⊕ H ) ⎭ ]ds矩量法·求解思路–将积分方程写成带有积分算符的符号方程;–将待求函数表示为某一组选用的基函数的线性组合并代入符号方程;–用一组选定的权函数对所得的方程取矩量，得到一个矩阵方程或代数方程组;–求解代数方程组。

·特点––––精度较高在目标外部轮廓取样时，间隙不得超过波长的1/5左右。

当目标尺寸与波长相比很大时，取样数量十分庞大主要用于低频区和谐振区的散射问题。

高频区目标RCS近似计算方法·依据–大多数探测雷达的波长都远远小于飞行器的特征尺寸。

–在高频区复杂目标的散射场可看作各个散射源产生的散射场的综合。

·方法––––几何光学法物理光学法几何绕射理论物理绕射理论几何光学法·概念–当电磁波波长与目标尺寸相比很小时，可以近似地用几何光学的观点来研究物体上电磁波的散射现象。

RCS 计算平板或圆球的手算公式

RADAR CROSS SECTION (RCS)Radar cross section is the measure of a target's ability to reflect radar signals in the direction of the radar receiver, i.e. it is a measure of the ratio of backscatter power per steradian (unit solid angle) in the direction of the radar (from the target)to the power density that is intercepted by the target.The RCS of a target can be viewed as a comparison of the strength of the reflected signal from a target to the reflected signal from a perfectly smooth sphere of cross sectional area of 1 m as shown in Figure 1 .2The conceptual definition of RCS includes the fact that not all of the radiated energy falls on the target. A target’s RCS (F ) is most easily visualized as the product of three factors:F = Projected cross section x Reflectivity x Directivity .RCS(F ) is used in Section 4-4 for an equation representing power reradiated from the target.Reflectivity: The percent of intercepted power reradiated (scattered) by the target.Directivity: The ratio of the power scattered back in the radar's direction to the power that would have been backscattered had the scattering been uniform in all directions (i.e. isotropically).Figures 2 and 3 show that RCS does not equal geometric area. For a sphere, the RCS, F = B r ,2where r is the radius of the sphere.The RCS of a sphere is independent of frequency if operating at sufficiently high frequencies where 8<<Range, and 8<< radius (r). Experimentally,radar return reflected from a target is compared to the radar return reflected from a sphere which has a frontal or projected area of one square meter (i.e.diameter of about 44 in). Using the spherical shape aids in field or laboratory measurements since orientation or positioning of the sphere will not affect radar reflection intensity measurements as a flat plate would. If calibrated, other sources (cylinder, flat plate, or corner reflector, etc.) could be used for comparative measurements.To reduce drag during tests, towed spheres of 6", 14" or 22" diameter may be used instead of the larger 44" sphere, and thereference size is 0.018, 0.099 or 0.245 m respectively instead of 1 m. When smaller sized spheres are used for tests you 2 2may be operating at or near where 8-radius. If the results are then scaled to a 1 m reference, there may be some 2perturbations due to creeping waves. See the discussion at the end of this section for further details.In Figure 4, RCS patterns are shown asobjects are rotated about their vertical axes(the arrows indicate the direction of theradar reflections).The sphere is essentially the same in alldirections.The flat plate has almost no RCS exceptwhen aligned directly toward the radar.The corner reflector has an RCS almost ashigh as the flat plate but over a wider angle,i.e., over ±60E, the return from a cornerreflector is analogous to that of a flat platealways being perpendicular to yourcollocated transmitter and receiver.Targets such as ships and aircraft oftenhave many effective corners. Corners are sometimes used as calibration targets or as decoys, i.e. corner reflectors.An aircraft target is very complex. It has a great many reflecting elements and shapes. The RCS of real aircraft must be measured. It varies significantly depending upon the direction of the illuminating radar.P r 'PtGtGr82F(4B)3R4R2 BT 'PtGtFPjGj4BP r 'PtGtGr82F(4B)3R4'PjGjGr82(4B R)288S J. Typical Aircraft RCSFigure 5 shows a typical RCS plot of a jet aircraft. The plot is anazimuth cut made at zero degrees elevation (on the aircrafthorizon). Within the normal radar range of 3-18 GHz, the radarreturn of an aircraft in a given direction will vary by a few dB asfrequency and polarization vary (the RCS may change by a factorof 2-5). It does not vary as much as the flat plate.As shown in Figure 5, the RCS is highest at the aircraft beam dueto the large physical area observed by the radar and perpendicularaspect (increasing reflectivity). The next highest RCS area is thenose/tail area, largely because of reflections off the engines orpropellers. Most self-protection jammers cover a field of view of+/- 60 degrees about the aircraft nose and tail, thus the high RCSon the beam does not have coverage. Beam coverage isfrequently not provided due to inadequate power available tocover all aircraft quadrants, and the side of an aircraft istheoretically exposed to a threat 30% of the time over the averageof all scenarios.Typical radar cross sections are as follows: Missile 0.5 sq m; Tactical Jet 5 to 100 sq m; Bomber 10 to 1000 sq m; and ships 3,000 to 1,000,000 sq m. RCS can also be expressed in decibels referenced to a square meter (dBsm) which equals 10 log (RCS in m).2Again, Figure 5 shows that these values can vary dramatically. The strongest return depicted in the example is 100 m in2 the beam, and the weakest is slightly more than 1 m in the 135E/225E positions. These RCS values can be very misleading2because other factors may affect the results. For example, phase differences, polarization, surface imperfections, and material type all greatly affect the results. In the above typical bomber example, the measured RCS may be much greater than 1000 square meters in certain circumstances (90E, 270E).SIGNIFICANCE OF THE REDUCTION OF RCSIf each of the range or power equations that have an RCS (F) term is evaluated for the significance of decreasing RCS, Figure 6 results. Therefore, an RCS reduction can increase aircraft survivability. The equations used in Figure 6 are as follows:Range (radar detection): From the 2-way range equation in Section 4-4: Therefore, R%F or F% R41/4Range (radar burn-through): The crossover equation in Section 4-8 has:Therefore, R%F or F% RBT BT21/2Power (jammer): Equating the received signal return (P) in the two way range equation to the received jammer signal (P)r r in the one way range equation, the following relationship results:Therefore, P%F or F% P Note: jammer transmission line loss is combined with the jammer antenna gain to obtain G.j j t-.46-.97-1.55-2.2-3.0-4.0-5.2-7.0-10.0-400.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0dB REDUCTION OF RANGEdB REDUCTION OF RANGE10 Log ( P 'j / P j )(DETECTION )(BURN-THROUGH)(JAMMER)j / P jFigure 6. Reduction of RCS Affects Radar Detection, Burn-through, and Jammer PowerExample of Effects of RCS Reduction - As shown in Figure 6, if the RCS of an aircraft is reduced to 0.75 (75%) of its original value, then (1) the jammer power required to achieve the same effectiveness would be 0.75 (75%) of the original value (or -1.25 dB). Likewise, (2) If Jammer power is held constant, then burn-through range is 0.87 (87%) of its original value (-1.25 dB), and (3) the detection range of the radar for the smaller RCS target (jamming not considered) is 0.93 (93%)of its original value (-1.25 dB).OPTICAL / MIE / RAYLEIGH REGIONSFigure 7 shows the different regions applicable for computing the RCS of a sphere. The optical region (“far field”counterpart) rules apply when 2B r/8 > 10. In this region, the RCS of a sphere is independent of frequency. Here, the RCS of a sphere, F = B r . The RCS equation breaks down primarily due to creeping waves in the area where 8-2B r. This area 2is known as the Mie or resonance region. If we were using a 6" diameter sphere, this frequency would be 0.6 GHz. (Any frequency ten times higher, or above 6 GHz, would give expected results). The largest positive perturbation (point A)occurs at exactly 0.6 GHz where the RCS would be 4 times higher than the RCS computed using the optical region formula.Just slightly above 0.6 GHz a minimum occurs (point B) and the actual RCS would be 0.26 times the value calculated by using the optical region formula. If we used a one meter diameter sphere, the perturbations would occur at 95 MHz, so any frequency above 950 MHz (-1 GHz) would give predicted results.CREEPING WAVESThe initial RCS assumptions presume that we are operating in the optical region (8<<Range and 8<<radius). There is a region where specular reflected (mirrored) waves combine with back scattered creeping waves both constructively and destructively as shown in Figure 8. Creeping waves are tangential to a smooth surface and follow the "shadow" region of the body. They occur when the circumference of the sphere - 8 and typically add about 1 m to the RCS at certain 2frequencies.。

微带天线rcs计算

微带天线rcs计算微带天线RCS(RadarCrossSection)计算是用来描述微带天线RCS性能和发射特性用的一种计算方法。

它可以用来测量微带天线接收到的飞机雷达信号强度，为分析飞行器在雷达可见度方面的安全性提供可靠的参考数据，并且可以应用于改善微带天线结构的设计，使其在雷达信号强度方面更加适宜。

RCS计算一般涉及微带天线的构造特性、雷达定位参数、天线参数和射频耦合特性等，以粒子双折射法为核心的计算方法常被使用，其基本原理是使用偏振和方向计算射频定位信号。

二、计算方法1.造特性首先，微带天线RCS计算要结合天线的构造特性进行，一般要使用素子，用素子间连接结构和素子极化等方法组合在一起到实现所需条件。

2.达定位参数其次，雷达定位参数是微带天线RCS计算的重要参数之一，如接收机位置、方位角、频率等，以此来确定微带天线的接收定位能力。

3.线参数另外，天线参数也是微带天线RCS计算的重要参数，主要包括天线的振幅增益、噪声指数、相位等参数。

4.频耦合特性最后，射频耦合特性是微带天线RCS计算的最重要参数，这包括接收机位置、方向角、频率等内容。

三、计算结果分析1.点数和路径长度首先，使用粒子双折射法计算微带天线RCS时，首先要确定节点的数量和路径的长度。

一般情况下，节点数越多，路径越长，则计算精度就越高，结果也更可靠。

2.数模拟其次，使用粒子双折射法计算微带天线RCS时，需要进行参数模拟，以模拟发射特性、接收特性以及方向特性等。

3.算结果最后，经过参数模拟之后，可以获得微带天线RCS计算的结果，根据所获得的结果，可以对飞行器在雷达可见度方面的安全性进行准确的分析，也能应用于改善微带天线结构的设计，使其在雷达信号强度方面更加适宜。

四、结论微带天线RCS计算是用来表示微带天线RCS性能和发射特性用的一种计算方法，在提高微带天线结构的可见度、准确性方面有着重要的应用价值。

主要的计算方法是使用粒子双折射法，其原理是借助偏振和方向计算射频定位信号。

RCS计算方法11

RCS的计算方法内容提要·目标RCS精确解法·矩量法·高频区目标RCS近似计算方法–几何光学法–物理光学法–几何绕射理论–物理绕射理论E + k E = 0 H + k H = 0 目标RCS 精确解法· 波动方程2 22 2· 边界条件 n ⋅ (E 1 E 2 ) = 0 n ⋅ (H 1 H 2 ) = 0n ⊕ (D 1 D 2 ) = 〉 sn ⊕ (B 1 B 2 ) = 0· 限制· 求解上述方程必须要使物体表面与某一个可分离的坐标系相吻合，也即有严格级数解可以利用时，波动方程才能有严格的解析解。

· 但只有少数几种形体能满足这种要求。

n + 1=n 1 ( 1) ( 2 )(b n a n ) 目标RCS 精确解法· 球的后向散射雷达散射截面⎛ = 2n 2ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ矩量法· 控制方程– Stratton-Chu 积分方程E s = +s [i ⎤∝ (n ⋅ H )⎭ +(n ⋅E ) ⋅ (n ⊕ E ) ⎭ ]ds H s = +s[i ⎤∝ (n ⋅ E )⎭ +(n ⋅ H ) ⋅ (n ⊕ H ) ⎭ ]ds矩量法·求解思路–将积分方程写成带有积分算符的符号方程;–将待求函数表示为某一组选用的基函数的线性组合并代入符号方程;–用一组选定的权函数对所得的方程取矩量，得到一个矩阵方程或代数方程组;–求解代数方程组。

·特点––––精度较高在目标外部轮廓取样时，间隙不得超过波长的1/5左右。

当目标尺寸与波长相比很大时，取样数量十分庞大主要用于低频区和谐振区的散射问题。

高频区目标RCS近似计算方法·依据–大多数探测雷达的波长都远远小于飞行器的特征尺寸。

–在高频区复杂目标的散射场可看作各个散射源产生的散射场的综合。

·方法––––几何光学法物理光学法几何绕射理论物理绕射理论几何光学法·概念–当电磁波波长与目标尺寸相比很小时，可以近似地用几何光学的观点来研究物体上电磁波的散射现象。

角反射器rcs计算公式

角反射器rcs计算公式
角反射器rcs的计算公式如下:
Rc = √(R2 - r2)
其中,Rc是角反射器的rcs(radius of closing range),R是距离目标的最大距离,r是目标距离角反射器的距离。

这个公式基于两个假设:
1. 角反射器的中心点是相对平衡的,即当用户向角反射器发射电磁波时,反射器中心点也会产生相同的反射。

2. 角反射器接收到的所有电磁波都满足能量守恒定律,即每个电磁波都会将部分能量反射回去,并且能量总量保持不变。

利用这些假设,我们可以推导出这个公式。

具体来说,假设角反射器中心点位于距离用户为R的距离处,距离角反射器为r的电磁波会被反射回来。

那么,在用户和角反射器之间没有其他障碍物的情况下,反射器接收到的所有电磁波都满足能量守恒定律。

因此,R2表示角反射器中心点到目标点的距离,r2表示目标点到角反射器中心点的距离。

然后,我们可以将这两个距离平方并相除,得到rcs的平方根。

最后,将这个平方根带回到原公式中,即可得到角反射器rcs的计算公式。

需要注意的是,这个公式仅适用于电磁波能量小于等于目标点的反射损耗。

如果电磁波能量大于目标点的能量,则电磁波会在目标点发生反射,但能量会被损失掉。

在这种情况下,我们需要使用其他更精确的公式来计算角反射器的rcs。

微波雷达测试方法与目标RCS评估

一
５＃２＃
雷达最大回波电压（ｍＶ）
１６００１１５０
准确性。微波雷达对角反射器的测试数据见下表
５理论上：１。ｌ０ｇ０－
ｍａｘ
＝
【关键词】散射特性ＲＣＳ对路路面作为背景，选择微波交通雷达系统实际工作条件下的探测角度、探测距离等，不但可大大减化测试的复杂性，而
且测试条件与实际情况相同，可建立数据库，并直接将其应用于路面车辆的目标散射特性分
通过已知ＲＣＳ大小的标准角反射体的标定信号，进行对比后来进行计算的。在测试环境与测试条件都一致的条件下，
（３）
参考文献
［１］阮颖铮等．雷达截面与隐身技术［Ｍ］．北
京．国防工业出版社，１９９３．
式中，Ｕ。一输出电压；Ｕ，Ｕ一不同测试目标的输出电压：Ｐ．，Ｐ２一不同测试目标的
ｒ，
１ｏｌｏｇ
太
＝２０ｌｏｇ
Ｕ丈
ｆ２１
３微波雷达对数视频放大的测试方法
在微波雷达对地面车辆的实际测试中，
大车辆（强信号）和小车辆（弱信号）之间的
程，在忽略测试的次要因素，抓住主要因素的基础上，存在简单方便的车辆目标的测试方法
果评估
式（３）同样可知，只要测出大车辆的雷达低频输出电压Ｕ大和小车辆的雷达低频输出电压

活动板类角反射器的RCS计算

第３８卷第３期
２０１５年６月
长春理工大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｎａｒｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ｅｎａｎｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｌｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌｔｉｐｌｅ — — ｂｏｕｎｃｅｉｓｄｅｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒｉｈｅｄｒａｌｃｏｍｅｒｒｅｌｆｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈｍｏｖａｂｌｅｓｉｄｅｐｌａｔｅｓａｎｄｔｏｐｐｌａｔｅａｒｅｇａｉｎｅｄａｎｄＲＣＳｉｎｗｅｌｌａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｈｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｍ— ｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｔｈｅｓｅｔＷＯｋｉｎｄｓｏｆｒｅｌｆｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈａｃｏｍｍｏｎｏｎｅ，ｓｏｍｅｖａｌｕａｂｌｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｒｅａｄｒａｗｎ．
Ｖｏ１＿３８Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２０１５

三面角反射器rcs计算公式

三面角反射器rcs计算公式三面角反射器是一种常见的电磁散射结构，在雷达、通信等领域有着广泛的应用。

要计算其雷达散射截面（RCS）可不是一件简单的事儿，这里面涉及到不少复杂的公式和原理。

咱先来说说啥是 RCS 吧。

简单来讲，RCS 就是一个物体反射雷达波能力的一个度量。

就好比一个人在舞台上的显眼程度，RCS 越大，这个物体在雷达眼中就越“扎眼”。

三面角反射器呢，它通常由三个相互垂直的平面组成。

想象一下，一个房间的三个墙角，是不是就有点那个意思啦。

那计算它的 RCS 公式，可就得从电磁场的理论说起咯。

在计算三面角反射器的 RCS 时，得先考虑入射波的频率、极化方式，还有反射器的几何尺寸等等因素。

这就好比做饭，得先准备好食材和调料，才能做出美味的菜肴。

有一次，我在实验室里和学生们一起研究三面角反射器的 RCS 计算。

当时我们用的是一个小型的三面角反射器模型，大家都特别兴奋，觉得终于能亲手验证那些复杂的公式了。

我们按照理论一步一步地测量、计算，可结果却总是和预期的有偏差。

这可把我们急坏了，大家都在那抓耳挠腮，不停地检查数据、重新测量。

后来，经过仔细的排查，发现原来是其中一个测量仪器的精度不够，导致数据出现了误差。

这就像是做菜的时候，盐放多了，味道就全变了。

经过调整，我们终于得到了比较准确的结果，那一刻，大家的欢呼声都快把屋顶掀翻了。

具体的计算公式呢，一般会涉及到一些电磁波的基本方程和积分运算。

比如说，对于垂直极化的入射波，三面角反射器的 RCS 可以表示为一个比较复杂的积分形式。

这里面的数学推导可真是让人头疼，但是一旦搞明白了，那种成就感也是无与伦比的。

而且，实际应用中，还得考虑各种环境因素的影响。

比如说，周围的介质、反射器表面的粗糙度等等。

这就好比在路上开车，路况复杂多变，得时刻保持警惕。

总之，三面角反射器的 RCS 计算公式虽然复杂，但只要我们认真研究、仔细推导，再加上实际的实验验证，还是能够掌握它的规律的。

航空宇航学院RCS的计算方法内容提要·目标RCS精确解法·矩量法·高频区目标RCS近似计算方法–几何光学法–物理光学法–几何绕射理论–物理绕射理论E + k E = 0 H + k H = 0目标RCS 精确解法· 波动方程2 2 2 2· 边界条件n ⋅ (E 1 E 2 ) = 0 n ⋅ (H 1 H 2 ) = 0 n ⊕ (D 1 D 2 ) = 〉 s n ⊕ (B 1 B 2 ) = 0· 限制· 求解上述方程必须要使物体表面与某一个可分离的坐标系相吻合，也即有严格级数解可以利用时，波动方程才能有严格的解析解。

· 但只有少数几种形体能满足这种要求。

n + 1=n 1( 1) ( 2 )(b n a n )目标RCS 精确解法· 球的后向散射雷达散射截面⎛ = 2n2ˆ ˆ ˆˆ ˆ ˆ·控制方程– Stratton-Chu积分方程E s = +s[i⎤∝ (n ⋅ H )⎭ +(n ⋅ E ) ⋅ (n ⊕ E )⎭ ]dsH s = +s[i⎤∝ (n ⋅ E )⎭ +(n ⋅ H ) ⋅ (n ⊕ H )⎭ ]ds· 求解思路– 将积分方程写成带有积分算符的符号方程;– 将待求函数表示为某一组选用的基函数的线性组合并代入符号方程;– 用一组选定的权函数对所得的方程取矩量，得到一个矩阵方程或代数方程组; – 求解代数方程组。

· 特点– – – –精度较高在目标外部轮廓取样时，间隙不得超过波长的1/5左右。

当目标尺寸与波长相比很大时，取样数量十分庞大主要用于低频区和谐振区的散射问题。

高频区目标RCS近似计算方法·依据–大多数探测雷达的波长都远远小于飞行器的特征尺寸。

–在高频区复杂目标的散射场可看作各个散射源产生的散射场的综合。

·方法––––几何光学法物理光学法几何绕射理论物理绕射理论几何光学法·概念–当电磁波波长与目标尺寸相比很小时，可以近似地用几何光学的观点来研究物体上电磁波的散射现象。

RCS计算方法

RCS的计算方法内容提要·目标RCS精确解法·矩量法·高频区目标RCS近似计算方法–几何光学法–物理光学法–几何绕射理论–物理绕射理论E + k E = 0 H + k H = 0 目标RCS 精确解法· 波动方程2 22 2· 边界条件 n ⋅ (E 1 E 2 ) = 0 n ⋅ (H 1 H 2 ) = 0n ⊕ (D 1 D 2 ) = 〉 sn ⊕ (B 1 B 2 ) = 0· 限制· 求解上述方程必须要使物体表面与某一个可分离的坐标系相吻合,也即有严格级数解可以利用时,波动方程才能有严格的解析解。

· 但只有少数几种形体能满足这种要求。

n + 1=n 1 ( 1) ( 2 )(b n a n ) 目标RCS 精确解法· 球的后向散射雷达散射截面⎛ = 2n 2ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ矩量法· 控制方程– Stratton-Chu 积分方程E s = +s [i ⎤∝ (n ⋅ H )⎭ +(n ⋅E ) ⋅ (n ⊕ E ) ⎭ ]ds H s = +s[i ⎤∝ (n ⋅ E )⎭ +(n ⋅ H ) ⋅ (n ⊕ H ) ⎭ ]ds矩量法·求解思路–将积分方程写成带有积分算符的符号方程;–将待求函数表示为某一组选用的基函数的线性组合并代入符号方程;–用一组选定的权函数对所得的方程取矩量,得到一个矩阵方程或代数方程组;–求解代数方程组。

·特点––––精度较高在目标外部轮廓取样时,间隙不得超过波长的1/5左右。

当目标尺寸与波长相比很大时,取样数量十分庞大主要用于低频区与谐振区的散射问题。

高频区目标RCS近似计算方法·依据–大多数探测雷达的波长都远远小于飞行器的特征尺寸。

–在高频区复杂目标的散射场可瞧作各个散射源产生的散射场的综合。

·方法––––几何光学法物理光学法几何绕射理论物理绕射理论几何光学法·概念–当电磁波波长与目标尺寸相比很小时,可以近似地用几何光学的观点来研究物体上电磁波的散射现象。

RCS 计算平板或圆球的手算公式

RADAR CROSS SECTION (RCS)Radar cross section is the measure of a target's ability to reflect radar signals in the direction of the radar receiver, i.e. it is a measure of the ratio of backscatter power per steradian (unit solid angle) in the direction of the radar (from the target)to the power density that is intercepted by the target.The RCS of a target can be viewed as a comparison of the strength of the reflected signal from a target to the reflected signal from a perfectly smooth sphere of cross sectional area of 1 m as shown in Figure 1 .2The conceptual definition of RCS includes the fact that not all of the radiated energy falls on the target. A target’s RCS (F ) is most easily visualized as the product of three factors:F = Projected cross section x Reflectivity x Directivity .RCS(F ) is used in Section 4-4 for an equation representing power reradiated from the target.Reflectivity: The percent of intercepted power reradiated (scattered) by the target.Directivity: The ratio of the power scattered back in the radar's direction to the power that would have been backscattered had the scattering been uniform in all directions (i.e. isotropically).Figures 2 and 3 show that RCS does not equal geometric area. For a sphere, the RCS, F = B r ,2where r is the radius of the sphere.The RCS of a sphere is independent of frequency if operating at sufficiently high frequencies where 8<<Range, and 8<< radius (r). Experimentally,radar return reflected from a target is compared to the radar return reflected from a sphere which has a frontal or projected area of one square meter (i.e.diameter of about 44 in). Using the spherical shape aids in field or laboratory measurements since orientation or positioning of the sphere will not affect radar reflection intensity measurements as a flat plate would. If calibrated, other sources (cylinder, flat plate, or corner reflector, etc.) could be used for comparative measurements.To reduce drag during tests, towed spheres of 6", 14" or 22" diameter may be used instead of the larger 44" sphere, and thereference size is 0.018, 0.099 or 0.245 m respectively instead of 1 m. When smaller sized spheres are used for tests you 2 2may be operating at or near where 8-radius. If the results are then scaled to a 1 m reference, there may be some 2perturbations due to creeping waves. See the discussion at the end of this section for further details.In Figure 4, RCS patterns are shown asobjects are rotated about their vertical axes(the arrows indicate the direction of theradar reflections).The sphere is essentially the same in alldirections.The flat plate has almost no RCS exceptwhen aligned directly toward the radar.The corner reflector has an RCS almost ashigh as the flat plate but over a wider angle,i.e., over ±60E, the return from a cornerreflector is analogous to that of a flat platealways being perpendicular to yourcollocated transmitter and receiver.Targets such as ships and aircraft oftenhave many effective corners. Corners are sometimes used as calibration targets or as decoys, i.e. corner reflectors.An aircraft target is very complex. It has a great many reflecting elements and shapes. The RCS of real aircraft must be measured. It varies significantly depending upon the direction of the illuminating radar.P r 'PtGtGr82F(4B)3R4R2 BT 'PtGtFPjGj4BP r 'PtGtGr82F(4B)3R4'PjGjGr82(4B R)288S J. Typical Aircraft RCSFigure 5 shows a typical RCS plot of a jet aircraft. The plot is anazimuth cut made at zero degrees elevation (on the aircrafthorizon). Within the normal radar range of 3-18 GHz, the radarreturn of an aircraft in a given direction will vary by a few dB asfrequency and polarization vary (the RCS may change by a factorof 2-5). It does not vary as much as the flat plate.As shown in Figure 5, the RCS is highest at the aircraft beam dueto the large physical area observed by the radar and perpendicularaspect (increasing reflectivity). The next highest RCS area is thenose/tail area, largely because of reflections off the engines orpropellers. Most self-protection jammers cover a field of view of+/- 60 degrees about the aircraft nose and tail, thus the high RCSon the beam does not have coverage. Beam coverage isfrequently not provided due to inadequate power available tocover all aircraft quadrants, and the side of an aircraft istheoretically exposed to a threat 30% of the time over the averageof all scenarios.Typical radar cross sections are as follows: Missile 0.5 sq m; Tactical Jet 5 to 100 sq m; Bomber 10 to 1000 sq m; and ships 3,000 to 1,000,000 sq m. RCS can also be expressed in decibels referenced to a square meter (dBsm) which equals 10 log (RCS in m).2Again, Figure 5 shows that these values can vary dramatically. The strongest return depicted in the example is 100 m in2 the beam, and the weakest is slightly more than 1 m in the 135E/225E positions. These RCS values can be very misleading2because other factors may affect the results. For example, phase differences, polarization, surface imperfections, and material type all greatly affect the results. In the above typical bomber example, the measured RCS may be much greater than 1000 square meters in certain circumstances (90E, 270E).SIGNIFICANCE OF THE REDUCTION OF RCSIf each of the range or power equations that have an RCS (F) term is evaluated for the significance of decreasing RCS, Figure 6 results. Therefore, an RCS reduction can increase aircraft survivability. The equations used in Figure 6 are as follows:Range (radar detection): From the 2-way range equation in Section 4-4: Therefore, R%F or F% R41/4Range (radar burn-through): The crossover equation in Section 4-8 has:Therefore, R%F or F% RBT BT21/2Power (jammer): Equating the received signal return (P) in the two way range equation to the received jammer signal (P)r r in the one way range equation, the following relationship results:Therefore, P%F or F% P Note: jammer transmission line loss is combined with the jammer antenna gain to obtain G.j j t-.46-.97-1.55-2.2-3.0-4.0-5.2-7.0-10.0-400.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0dB REDUCTION OF RANGEdB REDUCTION OF RANGE10 Log ( P 'j / P j )(DETECTION )(BURN-THROUGH)(JAMMER)j / P jFigure 6. Reduction of RCS Affects Radar Detection, Burn-through, and Jammer PowerExample of Effects of RCS Reduction - As shown in Figure 6, if the RCS of an aircraft is reduced to 0.75 (75%) of its original value, then (1) the jammer power required to achieve the same effectiveness would be 0.75 (75%) of the original value (or -1.25 dB). Likewise, (2) If Jammer power is held constant, then burn-through range is 0.87 (87%) of its original value (-1.25 dB), and (3) the detection range of the radar for the smaller RCS target (jamming not considered) is 0.93 (93%)of its original value (-1.25 dB).OPTICAL / MIE / RAYLEIGH REGIONSFigure 7 shows the different regions applicable for computing the RCS of a sphere. The optical region (“far field”counterpart) rules apply when 2B r/8 > 10. In this region, the RCS of a sphere is independent of frequency. Here, the RCS of a sphere, F = B r . The RCS equation breaks down primarily due to creeping waves in the area where 8-2B r. This area 2is known as the Mie or resonance region. If we were using a 6" diameter sphere, this frequency would be 0.6 GHz. (Any frequency ten times higher, or above 6 GHz, would give expected results). The largest positive perturbation (point A)occurs at exactly 0.6 GHz where the RCS would be 4 times higher than the RCS computed using the optical region formula.Just slightly above 0.6 GHz a minimum occurs (point B) and the actual RCS would be 0.26 times the value calculated by using the optical region formula. If we used a one meter diameter sphere, the perturbations would occur at 95 MHz, so any frequency above 950 MHz (-1 GHz) would give predicted results.CREEPING WAVESThe initial RCS assumptions presume that we are operating in the optical region (8<<Range and 8<<radius). There is a region where specular reflected (mirrored) waves combine with back scattered creeping waves both constructively and destructively as shown in Figure 8. Creeping waves are tangential to a smooth surface and follow the "shadow" region of the body. They occur when the circumference of the sphere - 8 and typically add about 1 m to the RCS at certain 2frequencies.。

雷达威力系数公式

雷达威力系数公式雷达威力系数（RCS）是一个用于描述物体对雷达波反射的能力的物理量。

它是雷达目标的一个重要特征参数，可以反映出目标的大小、形状和表面特征等信息。

雷达威力系数的大小与目标的散射截面积（SCA）和目标的散射特性有关。

本文将介绍雷达威力系数的基本概念和公式，并对其进行详细解析。

一、雷达威力系数的基本概念RCS = P_sca / P_in其中，RCS为雷达威力系数，P_sca为目标对入射波的散射功率，P_in为入射波的功率。

二、雷达威力系数的计算方法1.目标散射截面积（SCA）的计算目标散射截面积是指在一些方向上，目标对入射波的散射功率与入射波功率之比，通常表示为σ。

目标散射截面积的计算需要知道目标的形状、大小和入射波的频率。

常见的计算方法有几何光学法、远场散射法和辐射计算法等。

2.威力系数的计算目标散射截面积（SCA）用来计算目标对入射波的散射功率，然后将散射功率除以入射波功率，即可得到雷达威力系数。

三、雷达威力系数的影响因素1.目标的形状和大小：目标的形状和大小会直接影响目标的散射特性。

一般来说，对于具有光滑表面的目标，其雷达威力系数会比较小，而对于具有粗糙表面的目标，其雷达威力系数会比较大。

2.目标的材料特性：目标的材料特性也会对雷达威力系数产生影响。

具有大电导率和小介电常数的材料会使目标的雷达威力系数变小，而具有小电导率和大介电常数的材料会使目标的雷达威力系数变大。

3.入射波的频率：入射波的频率与目标的散射特性有关，不同频率的入射波会对目标产生不同的散射效应。

一般来说，入射波的频率越高，目标的散射效应就越强，雷达威力系数会变大。

四、雷达威力系数的应用在军事领域，雷达威力系数可用于判断目标的类型和性能。

不同类型的目标具有不同的雷达威力系数，通过分析目标的雷达威力系数，可以判断目标是敌方还是友方，并揭示目标的性能特点。

在民航领域，雷达威力系数可用于航空器的防撞系统。

在低能见度条件下，雷达威力系数可用于判断飞机与地面、其他航空器或障碍物之间的距离和相对位置，从而确保航空器的安全飞行。

金属球的rcs公式

金属球的rcs公式
（实用版）
目录
1.金属球的 RCS 公式的概念
2.RCS 公式的推导过程
3.RCS 公式的应用
4.RCS 公式的优缺点
正文
1.金属球的 RCS 公式的概念
金属球的 RCS 公式，全称为雷达散射截面积公式，是用来计算金属球在雷达探测下散射截面积的公式。

雷达散射截面积是指雷达接收到的反射信号的强度与入射信号强度之比，它可以用来衡量目标在雷达探测下的可见度。

2.RCS 公式的推导过程
RCS 公式的推导过程相对复杂，它涉及到电磁波在金属球表面的反射和散射。

一般情况下，RCS 公式的计算需要考虑金属球的形状、尺寸、电磁波的波长和入射角度等因素。

在推导过程中，通常会采用一些近似方法，如物理光学法、小角近似法等，以简化计算过程。

3.RCS 公式的应用
RCS 公式在军事、航空航天、通信等领域有广泛的应用。

例如，在军事领域，通过计算目标的 RCS，可以评估目标在雷达探测下的隐身性能；在航空航天领域，RCS 公式可以用来设计和优化飞行器的隐身外形，以降低其被雷达探测的概率；在通信领域，RCS 公式可以用来研究和改进无线通信系统的性能。

4.RCS 公式的优缺点
RCS 公式的优点在于，它可以用来定量描述目标在雷达探测下的散射特性，为隐身设计和雷达探测提供理论依据。

然而，RCS 公式也存在一些缺点，如计算过程复杂，需要考虑的因素多，容易出现误差等。

(完整版)雷达截面积(RCS)

雷达有效探测距离和RCS的四次方根呈正比关系。

例如，探测距离缩短一半，RCS就需要减少为原来的1/16比如某型雷达对3平米RCS战斗机目标的探测距离是200公里那么对0。

065平米RCS探测距离为76。

7公里四次方率是个理想公式，是仅有很低白噪声干扰情况下使用功率门限过滤时的探测距离。

实际上在战场ECM环境下四次方率用于描述对RCS〈0.1M^2的目标不是很合适，探测距离随目标RCS减小而缩短的速度比理论上要快。

四次方关系是由基本雷达距离公式得出的，是雷达制定距离性能的重要参照之一。

局限性是仅考虑了雷达机内平均噪声电平,实际使用中要加入具体的修正,以及虚警率等必须注意的问题。

专用的连续波发射器可以用到占空比100%，因为发射器不考虑接收,不需要作1/2时间收,1/2时间发.机载雷达用的准连续波实际是高脉冲重复频率波型，占空比只能接近50％，如狂风ADV用的AI24，其远距探测即使用高占空比的准连续波。

E=[P＊G*RCS*L*T］/(4*pi^3＊R^4)]E:接收能量P：发射机功率G:雷达天线增益RCS：目标雷达截面积L:信号波长T：目标被照射时间R:到目标的距离相控阵指的是雷达的天线形式，以相位或频率扫描的电扫描天线代替传统的机械扫描天线。

连续波、单脉冲等则代表雷达的工作体制，代表雷达以何种方式工作，和天线形式无直接联系。

占空比一般由雷达类型决定，收发共用同一天线的脉冲雷达占空比在50%以下，收、发天线分置的连续波雷达占空比就是100％。

战斗机雷达和大部分搜索雷达为收发共用的脉冲工作方式,不论采用机械扫描天线还是无、有源天线，占空比均小于50%,大的接近50%，小的只有千分之几.美国F—22隐身战斗机进驻日本冲绳，隐身轰炸机B—2也可驻扎关岛.对隐身飞机作战问题的热烈讨论，带热了一个词——飞机雷达截面积。

雷达截面积是一个人为的参数,牵涉因素很多，而且因为它关系到飞机作战效能，因此所有国家都不会公开自己飞机的精确数值，或发表一些模糊的误导宣传值，所以人们从报刊或正式文献上看到的数据差别很大。