濃海霧空中隱身目標無源毫米波探測

摘 要：研究了空中隱身目標的毫米波輻射特性，分析了濃海霧對毫米波輻射信號的衰減，并對無源毫米波輻射計陣列探測熱輻射源的性能進行了分析。在理論建模的基礎上針對一維32通道8 mm輻射計陣列探測空中隱身目標進行了仿真實驗，結果表明毫米波輻射計陣列在濃海霧氣候條件下探測空中隱身目標是一種非常有效的手段。

關鍵詞：毫米波輻射計；海霧；無源探測；隱身目標

中圖分類號：TN958 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0500503

Air Stealthy Target Detection by Passive Millimeter Wave Radiometry in Sea Fog Condition

HU Fei，CHEN Aibin，NI Wei

(Huazhong University of Science and Technology，Wuhan，430074，China)

Abstract：In this paper，the stealthy target′s millimeter wave radiation character is studied.The millimeter wave attenuation induced by sea fog is analyzed.And the detecting capability of the ground-based passive millimeter wave radiometry arrays is discussed.According to one dimension 32 channel 8 mm radiometry arrays detecting stealth target，we have a simulation.The results of the simulation show that it is an efficient way in the thick sea fog condition.

Keywords：millimeter wave radiometry;sea fog;passive detection;stealthy target

濃海霧是我國東南沿海地區常見的一種自然現象，部分地區一年中約有1/4的時間被海霧籠罩^[1]。濃海霧不僅嚴重干擾衛星遙感、無線通信，且在軍事上可能會導致可見光武器、紅外武器完全失靈。在我國東南沿海地區布防能夠在濃海霧氣候條件下探測隱身目標且不易被敵方發現的預警武器，來應付隨時可能發生的局部戰爭顯得非常重要。用微波(含毫米波)輻射計探測隱身目標國內外已有相關文獻報道^[2-5]，但大多是對微波輻射計探測隱身目標的原理進行分析。其中文獻[4]對探測性能進行了分析，文獻[5]研究了對隱身飛行物的定位方法。但在濃海霧氣候條件下用微波輻射計探測隱身目標我國未見報道。濃海霧對微波的衰減已經有學者進行了相關研究^[6，7]，文獻[6]給出了一種計算霧對毫米波衰減的經驗模式，這對于研究濃海霧對微波的衰減提供了理論依據。文章就地基微波輻射計陣列透過濃海霧探測空中隱身目標的可行性進行了研究，在理論建模的基礎上以一維32通道8 mm波輻射計陣列在濃海霧條件下探測隱身目標進行了仿真實驗，結果表明微波輻射

計陣列作為一種被動預警武器在濃海霧氣候條件下探測空中隱身目標是一種非常有效的手段。

1 隱身目標的輻射特性

現代隱身技術中大量使用吸波材料是隱身設計的重要方法之一，根據能量守恒定律，空中隱身目標在吸收不同頻率的微波的同時，就會向外輻射高于所在處空氣熱量的電磁輻射能量，可以通過對這種電磁輻射能量的探測實現對隱身目標的探測，并且目標的輻射能力越強，越容易被探測到。

2 濃海霧對毫米波的衰減分析

濃海霧是指在海面上形成的能見度低于200 m的平流冷卻霧。由于海霧的產生、發展和消散的物理過程十分復雜，海霧的能見度與含水量之間的關系至今未能在理論上完全確定。然而該領域的研究者們經過多年的研究，提出了有用的經驗模型^[6]：

圖2是可見度為200 m，高度為300 m的濃海霧分別在0 ℃，10 ℃，20 ℃時對8 mm波的衰減隨探測角度變化關系圖。結果表明，溫度越低衰減越大，探測角度越大衰減越大，但在一定角度范圍內濃海霧對8 mm波的衰減小于1 dB。

3 綜合孔徑微波輻射計陣列探測

實孔徑微波輻射計受天線口徑限制，通常分辨率較低。干涉式綜合孔徑微波輻射計陣列是通過采用兩個以上的天線單元組成多條干涉基線進行測量，并通過對干涉測量數據的處理合成得到一個大口徑的觀測效果。綜合孔徑微波輻射計的空間分辨率，由綜合孔徑陣列因子的波束寬度決定：

圖3為毫米波輻射計陣列透過濃海霧探測空中隱身目標模型，由于大氣對信號的衰減率和折射指數隨高度近似按負指數分布遞減，因此可將大氣按厚度指數遞增來分層，從地面以上300 m處開始分層。每一層的厚度可擬合為：

4.2 一維32單元8 mm波輻射計陣列仿真實驗

圖4為一維32單元8 mm波輻射計陣列采用十度天頂角探測濃海霧條件下隱身目標的仿真實驗。仿真實驗計算服務器采用IBM X3650，軟件采用Visual Studio 2005的編程環境，仿真系統見文獻[10]。

由于復雜度原因，目前可仿真的積分時間有限，由公式(9)可知積分時間與探測距離成線性關性，則可以根據較短積分時間的仿真來預測較長積分時間的探測能力，對于運動目標預測的探測距離為：

目標參數：目標為10 m×10 m隱身材料平面目標，吸波材料厚度1 mm，介電常數20-6-j3-07，磁導率1-24-j0-93，溫度為300 K；海霧參數：霧高300 m，能見度100 m，海面溫度為25 ℃，海水含鹽量36%，介電常數為22-8-j31-2;系統參數:射頻中心頻率為36-4 GHz，系統帶寬為100 MHz，積分時間為10 ms，天線陣列類型為MRLA，天線個數為32，天線最小間距為0-5λ。

仿真耗時418 min，成像結果如圖4所示。

圖中橫坐標為視場角，縱坐標為場景亮溫相對值。仿真實驗表明一維32單元8 mm波輻射計陣列采用十度天頂角探測，10 ms積分時間可以探測4 km外的目標。由此可以預測對于時速為1 000 km/h的動目標，極限探測距離為9.4 km。

通過仿真實驗，可以看出在濃海霧條件下，一維32單元8 mm波輻射計陣列可以探測大約在10 km處的空中隱身目標，這充分表明利用無源毫米波輻射計陣列在濃海霧氣候條件下探測空中隱身目標是可行的。

5 結 語

針對我國東南沿海地區多霧的氣候條件，研究了隱身目標的輻射特性，對地基無源微波陣列透過濃海霧探測空中隱身目標的性能進行了分析。通過對一維32通道輻射計陣列透過濃海霧探測空中隱身目標的仿真實驗，論證了無源微波輻射計陣列探測空中隱身目標是一種行之有效的手段，為利用無源微波輻射計陣列預警空中隱身目標提供了依據，對發展我國國防武器技術具有重要意義。

參考文獻

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［10］熊祖彪.綜合孔徑微波輻射探測系統仿真平臺設計[J].系統仿真學報，2007，19(24):45-48.

作者簡介

胡 飛 男，1973年出生，湖北武漢人，博士，副教授。研究方向為微波技術與信號處理。

陳愛彬 男，1979年出生，甘肅蘭州人，碩士生。研究方向為微波輻射探測系統仿真。

倪 煒 男，1981年出生，湖南長沙人，博士研究生。研究方向為微波信號處理。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”