(完整版)第7讲雷达对目标的发现

3.1.2 目标特性
假设入射电磁波在目标处功率密度为S，则按照上述假设，RCS为σ 的目标所能够散射的总功率为
P= S· σ
实际上， σ的大小与雷达电磁波入射角有关，此处的RCS定义主要 考虑电磁波按原入射方向反射回去。在雷达处(目标距离雷达的位置设 为R)，目标二次辐射功率密度为：
Sr
P
4R2
•S 4R2
其中，τ是雷达发射脉冲宽度，c是光速，R为雷达至目标的距离。
3.1.1 目标类型
3.1.1 目标类型
根据雷达的分辨单元面积和体积，目标类型可以分为点目标和分 布式目标。
如果一个目标空间体积明显小于雷达的分辨单元体积（空间分辨 单元），则该目标相对于雷达而言算作点目标。像飞机、卫星、导弹、 船只等。当用普通低分辨力雷达观测时就可以是点目标。
如果一个目标空间体积大于雷达的分辨单元体积（空间分辨单 元），则该目标算作分布式目标。典型的面分布式目标包括地面、水 面等，典型的体分布式目标包括箔条、云等。
3.1.2 目标特性
1.雷达截面积
雷达截面积（RCS）一般记为σ，它描述了目标在一定入射功率条件下， 向雷达接收天线方向散射功率的能力。如果将雷达截面积等效为σ的物体 放在与电磁波传播方向相垂直的平面上，它将无损耗地将入射功率全部 地、均匀地向各个方向传播出去，并且，在雷达处由雷达所接收到的散 射功率密度与实际目标的二次辐射所产生的功率密度相等。
3.1.2 目标特性
那么，可以得到RCS的定义为：
4R2 Sr
S
实际上， σ与目标形状、材料、视角、雷达波长、极化等因素有关，唯 独与目标距离无关，在雷达处，目标二次辐射功率密度Sr是变化的，且 Sr∝（1/R2）,因此σ与距离R无关。
3.1.2 目标特性
设雷达接收点处单位立体角内的散射功率PΔ ，且PΔ =P/4π，那么：
3.1.1 目标类型
（2）雷达分辨单元体积Vs 雷达分辨单元体积Vs是指天线波束照射到空间所产生的
回波信号能够在同一距离单元内叠加后所对应的照射空间的
面积。它的俯仰分辨单元Δβ=θβ0.5R、方位分辨单元Δα=θα0.5R、
距离分辨单元ΔR=0.5 c τ组成。如下图所示，即： Vs=ΔR·Δβ·Δα=1/2 c τθα0.5θβ0.5R2
3.1.1 目标类型
（1）雷达分辨单元面积As 雷达分辨单元面积As是指天线波束照射到地面所产生的
回波信号能够在同一距离单元内叠加后所对应的照射地面的 面积。雷达分辨单元面积As与雷达天线波束、擦地角、雷达 发射脉冲宽度等因素有关。如下图所示。其中，τ是雷达发 射脉冲宽度，c是光速。
3.1.1 目标类型
3.1.2 目标特性
目标的尺寸相对于波长很小时呈现瑞利区散射特性, 即σ∝λ-4。 绝大多数雷达目标都不处在这个区域中, 但气象微粒对常用的雷达 波长来说是处在这一区域的(它们的尺寸远小于波长)。处于瑞利区 的目标, 决定它们截面积的主要参数是体积而不是形状, 形状不同的 影响只作较小的修改即可。通常，雷达目标的尺寸较云雨微粒要大 得多, 因此降低雷达工作频率可减小云雨回波的影响而又不会明显 减小正常雷达目标的截面积。
是各部分散射的矢量合成, 因而不同的照射方向有不同的雷达截面积σ值。
除了后向散射特性外, 有时需要测量和计算目标在其它方向的散射功率, 例如 双基地雷达工作时的情况。可以按照同样的概念和方法来定义目标的双基地 雷达截面积σb。对复杂目标来讲, σb不仅与发射时的照射方向有关, 而且还取 决于接收时的散射方向。
3.1.2 目标特性
2.点目标特性与波长的关系
目标的后向散射特性除与目标本身的性能有关外, 还与视角、 极化和 入射波的波长有关。其中与波长的关系最大, 常以相对于波长的目标尺寸 来对目标进行分类。为了讨论目标后向散射特性与波长的关系, 比较方便 的办法是考察一个各向同性的球体。 因为球有最简单的外形, 而且理论上 已经获得其截面积的严格解答, 其截面积与视角无关, 因此常用金属球来作 为截面积的标准, 用于校正数据和实验测定。
第3章 目标的 发现
3.1 雷达目标特性
3.2 雷达方程
3.3 雷达对目标的发现 3.4 系统损耗及传播过程对雷达作
用距离的影响
3.1 雷达目标特性
3.1.1目标类型 根据目标自身的体形结构和雷达分辨单元的大小，可以将雷
达目标分为点目标和分布式目标两种类型。脉冲雷达的特点是有 一个“空间分辨单元”，分辨单元在角度上的大小取决于天线波 束宽度，在距离上的尺寸取决于脉冲宽度，该分辨单元表现为某 个面积或体积。
4R 2
1 S
•
S
r
Sr
P
4R 2
4

•
P S
P 4 • P
3.1.2 目标特性
那么，RCS又可定义为
返回雷达处每单位立体 角内回波功率
4 •
入射功率密度
RCS定义：在远场条件（平面波照射的条件），目标处每单位入射功率密 度在雷达处单位立体角内产生的反射功率乘以4π。
3.1.2 目标特性
3.1.2 目标特性
球 r 2
10
1.0
瑞利区 0.1
振荡区
光学区
0.01
0.001 0.1
0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 2 3
2r
5 8 10 20
球体截面积与波长的关系如 图所示。当球体周长2πr<<λ时, 称为瑞利区, 这时的截面积正比 于λ-4; 当波长减小到2πr=λ时， 就进入振荡区, 截面积在极限值 之间振荡; 2πr>>λ的区域称为光 学区, 截面积振荡地趋于某一固 定值, 它就是几何光学的投影面 积πr2。
3.1.2 目标特性
实际上大多数雷达目标都处在光学区。光学区名称的来源是因为目标尺 寸比波长大得多时, 如果目标表面比较光滑, 那么几何光学的原理可以用来确 定目标雷达截面积。按照几何光学的原理, 表面最强的反射区域是对电磁波 波前最突出点附近的小的区域, 这个区域的大小与该点的曲率半径ρ成正比。 曲率半径越大，反射区域越大, 这一反射区域在光学中称为“亮斑”。可以 证明, 当物体在“亮斑”附近为旋转对称时, 其截面积为πρ2, 故处于光学区球 体的截面积为πr2, 其截面积不随波长λ变化。
R
P
S1
目标的散射特性
3.1.2 目标特性
任何一个反射体的截面积都可以想像成一个具有各向同性的等效球体的 截面积。 “等效” 是指该球体在接收机方向每单位立体角所产生的功率与实 际目标散射体所产生的相同, 从而将雷达截面积理解为一个等效的无耗各向均 匀反射体的截获面积(投影面积)。因为实际目标外形复杂, 它的后向散射特性