箔條云散射特性測量與分析

曾勇虎，張 偉，秦衛東，蒙 潔

(中國人民解放軍63880部隊，河南 洛陽 471003)

0 引言

箔條是最常用的無源干擾材料，箔條干擾技術是對付雷達的有效手段。箔條干擾最基本的電性能指標，是箔條彈被投出后箔條在空間散開形成箔條云團的雷達散射截面(RCS)。研究箔條云電磁散射問題可分為兩種方法，即確定方法和統計方法。由于要確定箔條的運動十分困難，并且可處理的箔條數目也受到限制，用確定方法非常復雜。箔條云是大量隨機運動的偶極子集合體，用統計方法研究箔條云散射特性無疑是合理的［1－2］。

箔條在空中的運動使得每根箔條散射信號的振幅和相位都是隨機變量。通常幅度變化很小可以忽略，認為所有箔條散射幅度相等。相位變化影響很大，箔條之間相對相位的變化使得散射信號出現起伏［3］。文獻［1－7］對箔條云散射特性的測量技術及測量精度進行了分析，并對箔條云RCS的概率分布進行研究。本文比較分析了箔條云散射特性測量技術，進而開展了箔條云外場動態測量實驗，并對實測箔條云RCS的概率分布進行了擬合與檢驗，對箔條云散射特性與時間、頻率等之間的關系進行了分析。

1 箔條散射特性測量方法

箔條散射特性的測量與散射體的測量是一致的。對于箔條，測試具有下列意義［1］:1)被掩護目標的RCS要通過測試來得到;2)檢驗設備實際使用效果要通過測試來進行;3)干擾基礎理論研究的需要;4)干擾基礎材料研究的需要;5)無源干擾物特性參數測量的需要。

箔條散射特性測量方法根據測量場合可分為暗室測量和外場測量。在暗室一般是利用箔條云模型進行測量，其優點是方便快捷，但是對于運動目標的閃爍、起伏等特性不可能得到。箔條的外場測量又可再分為靜態測量和動態測量:所謂靜態測量，就是應用高架塔等設施，將箔條彈固定在某一高度和位置后起爆，然后對箔條彈形成的箔條云進行測量，其優點是遠場條件容易滿足且測量相對易于實施，但是固定目標的支架以及地物等背景干擾不容忽視;而動態測量，是對目標在實際工作環境中(如飛機拋撒箔條云或箔條彈發射后引爆)進行測量，可以獲得目標的各種動態特性，而且遠場條件容易滿足，也避免了背景干擾。

對于箔條干擾，靜態測量一般用于干擾材料的基礎研究中，如對新的化學干擾材料或吸收材料電特性的測量。若要檢驗箔條干擾的實際效果，應該采用動態測量方法。這是因為箔條在空中形成有效RCS的時間、RCS的擴散曲線以及箔條下降速度等特性與所處環境、氣象條件等因素密切相關，必須在實際使用中進行測量。本文對箔條云散射特性的研究正是基于外場動態測量進行的，圖1為箔條云電磁散射特性動態測量示意圖。

圖1 外場動態測量示意圖Fig.1 Dynamic measurement schematic

2 測量數據分析

本文采用外場動態測量方法，對箔條云在S波段和X波段的散射特性進行了測量。圖2a、2b分別為箔條云在S波段和X波段RCS的測量值曲線。

圖2 箔條云RCS測量值曲線Fig.2 Measured curves of chaff’s RCS

下面采用χ2分布來擬合箔條云動態RCS的統計分布規律，其定義為［8－9］

χ2分布模型是具有通用性的RCS起伏統計模型，包含了傳統的Swerling模型。譬如，當k=1時，式(1)變為指數分布，對應SwerlingⅠ模型。

圖3a、3b分別為箔條云在S波段和X波段RCS概率密度的測量曲線和擬合結果。

圖3 箔條云RCS概率密度擬合結果Fig.3 Measured and fitted probability density of chaff’s RCS

箔條云在S波段和X波段的RCS概率密度χ2分布擬合k值分別為2.26和3.47。

為了檢驗擬合優度，采用χ2檢驗方法來計算擬合優度，計算結果:S 波段和 X 波段的 χ2檢驗統計量分別為10.20和17.37。需要說明的是，在計算門限值·(m －k－1)時，由于所擬合的 χ2分布中未知參數的個數為2，因此取k=2。另外，根據測量值的樣本數以及統計直方圖，在檢驗時取m=10。取檢驗顯著性水平 α=0.01，則有( m－k －1)=18.48。可以看出，此時檢驗結果為服從“起伏模型為χ2分布”的原假設，即所測箔條云的RCS在S波段和X波段均服從χ2分布。

根據上述測量曲線及擬合與檢驗結果，被測箔條云RCS特性可總結如下:

1)箔條云RCS的概率密度基本上服從χ2分布，但箔條云RCS的起伏與飛機目標相比更為平緩，這一點從擬合k值也可看出，本文實驗中箔條云的擬合k值大于2，而在以往的飛機測量實驗中，擬合k值一般在1～2之間;

2)箔條云RCS的起伏隨著頻率的升高而減小，表現在其擬合k值隨著頻率的升高而增大(在本文中S波段為2.26，X波段為3.47)，究其原因，是因為頻率升高則波長減小，箔條間互耦效應的最小間隔(通常認為是2λ)更容易得到滿足，也就是說頻率較高時箔條之間互耦效應較小，箔條之間更接近非相干模型;

3)箔條云形成之后，隨著時間的推移，箔條云的RCS將逐漸減小，這在測量時間相對較長的圖2b中比較明顯，究其原因，是因為隨著時間的推移，箔條將進一步擴散，箔條密度下降，因此其RCS將減小。

3 結束語

箔條是雷達無源干擾技術中應用最早且效果最好的干擾器材。而箔條干擾的實際效果，應該采用外場動態測量來檢驗。本文對箔條云在S波段和X波段的散射特性進行了外場動態測量實驗，并對實測箔條云RCS的概率分布進行了擬合與檢驗，對箔條云散射特性與時間、頻率等之間的關系進行了分析。本文結果可為箔條彈的性能檢驗提供依據，其方法也可為動態目標散射特性測量與分析提供參考。

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