一種靶標用菱形RCS角反射器設計

陳冬波 王聿彪

摘 要：對一種靶標用菱形RCS角反射器進行分析設計，通過綜合考慮不同雷達波段情況下被打擊目標的雷達波反射特性，計算出相應雷達波段范圍內滿足一定輻射面積的角反射器尺寸，為部隊靶標訓練用角反射器的工程化、批量化生產提供一定參考。

關鍵詞：RCS;靶標;角反射器

0 ? ?引言

目前，在各大部隊實彈演習訓練中，靶標設備已得到廣泛使用，常規的靶標多提供實體打擊目標，該類功能靶標目前已發展得較為成熟，但是具有雷達訓練功能的靶標還很少用于部隊演習訓練。隨著未來戰場各類先進武器的配置越來越多，電磁環境更加復雜化，雷達等先進裝備的應用也更廣泛，加上新訓練大綱對演訓活動實戰化的要求，為營造更加貼近實戰的演訓環境，有必要在演習過程中增加一種用于雷達等先進裝備的訓練裝置。目前具有雷達散射截面積（RCS）特性的設備主要有龍伯球和角反射器，其中龍伯球制造成本高且安裝不便，主要用于飛機等高端裝備，而RCS可設計成規則形狀，可采用金屬板加工，有利于低成本、大批量生產，可在演習過程中大量使用?；诖?，本文提出了一種設計計算方法，用于角反射器的低成本、批量化生產。

1 ? ?需求分析

為給部隊訓練構設實戰化戰場目標環境，在常規靶板上安裝雷達回波增強裝置，以模擬被打擊目標RCS特征截面積，提高雷達目標偵察效果。

地面戰場偵察雷達通常工作在X波段（8～12.5 GHz）和Ku波段（12.5～18 GHz），根據統計數據，單兵人員目標RCS反射截面積約0.5～1 m2，裝甲車輛目標RCS反射截面積約2～5 m2。

由于雷達波段分散范圍較大，且不同訓練打擊目標的反射特性截面積范圍不同，在大批量使用條件下，針對某一特定頻段計算特定目標反射截面積將會使得角反射器尺寸種類過多，故目前考慮將雷達頻率分成若干范圍，在某一范圍內計算某種特定目標的RCS反射截面積范圍。這種做法不一定能得到非常精確的RCS反射截面積，但有利于產品系列化、批量化、低成本生產，有利于實現產品的大范圍應用。

2 ? ?計算分析

雷達波照射在物體上，一部分轉化為熱能被吸收，另一部分則被散射或反射，散射體起到天線的作用。反射回雷達接收器的電磁波被稱為回波。物體將入射波向發射源反射量的量度被稱為雷達散射截面積（RCS），它描述的是雷達所能探測的目標面積，如果一個目標的雷達散射截面積值太小或為零，則不管它面積有多大，雷達都探測不到[1]。故在靶標上增加角反射器就增強了靶標的雷達反射特性。

角反射器有多重形狀，主要有菱形、四面體形、圓形及方形等，本設計考慮到靶板多為平面形狀，為方便安裝及加工，選擇菱形角反射器。

如圖1所示，菱形角反射器由幾個邊長為a的等腰直角三角形組合組成，其結構上下左右對稱，可由金屬片拼接或焊接而成，加工方便，成本低。

在實際安裝到靶板時，由于靶板只有一面對準射擊目標，故可將角反射器加工成半立體形狀，將安裝靶板的那一面做成平面，迎彈面做成立體，其安裝示意圖如圖2所示。

菱形角反射器反射截面積與菱形角反射器邊長a及雷達波長λ有關，其計算公式為S=4πa4/（3λ2）[2]。

本設計按拆分法計算，即先以X波段和Ku波段中間分界頻率12.5 GHz計算?，F實訓練中，雷達主要對裝備進行探測，故此處先對車輛目標RCS角反射器進行設計計算。

初始計算面積：裝甲車輛目標RCS反射截面積平均值3.5 m2，考慮到角反射器的機械加工中會存在一定的誤差，為了確保角反射器實際反射截面積在給定范圍內（裝甲車輛目標2～5 m2），計算時，將裝甲車輛目標角反射器反射截面積范圍限定在2.2～4.5 m2（上下限分別放10%余量）內。根據以上條件先計算出X波段和Ku波段中間分界頻率處角反射器邊長，再根據該邊長計算8～18 GHz內該角反射器反射截面積范圍。若計算出的截面積在給定范圍內（裝甲車輛目標2.2～4.5 m2），則該數據符合要求;若計算出的數據不在給定范圍內，則繼續拆分，直到計算出符合要求的數據。由計算公式S=4πa4/（3λ2）計算，計算結果如表1—表4所示。

以上計算的角反射器在全波段反射截面積超出裝甲車輛RCS反射截面積范圍，需進行進一步拆分計算，將頻段按X、Ku分界點拆分。

頻段第一次拆分后角反射器在各相應頻段反射截面積仍超出裝甲車輛RCS反射截面積范圍，需再次進行拆分計算，將以上各頻段按中間點繼續拆分。

同樣的計算方法，可計算出單兵類目標角反射器尺寸，如表5所示。

由表4、表5可以看出，經過頻段拆分后，將雷達工作波段分成4個頻段，在這4個頻段內計算出的角反射器RCS反射截面積均能滿足要求。根據以上計算將該角反射器分為4個系列，使用時可根據實際使用波段進行選擇。

現今雷達地面戰場偵察技術近程及中程已相繼發展成熟，近程戰場偵察雷達工作頻率一般在9～9.5 GHz，中程戰場偵察雷達工作頻率一般在9.5～9.7 GHz，以上頻段為現今最常用頻段[3]。

經過計算，頻段8～10 GHz的裝甲車輛目標角反射器在近、中程雷達工作頻率下反射截面積范圍分別為3.5～3.9 m2、3.9～4.1 m2，該頻段裝甲車輛目標角反射器在近、中程雷達工作頻率下反射截面積在理論計算截面積范圍2.2～4.5 m2內，可以滿足常用雷達偵察使用要求。

同理，頻段8～10 GHz的單兵目標角反射器在近、中程雷達工作頻率下反射截面積范圍分別為0.7～0.79 m2、0.79～0.82 m2，該頻段單兵目標角反射器在近、中程雷達工作頻率下反射截面積在理論計算截面積范圍0.5～1 m2內，可以滿足常用雷達偵察使用要求。

3 ? ?結語

本文根據靶標RCS反射截面積特性，結合雷達工作頻段對RCS反射截面積的影響，通過拆分法，將雷達頻率拆分為若干頻段，計算出該頻段范圍內角反射器尺寸大小，使其可滿足靶標的RCS回波面積要求，采用4種尺寸角反射器實現了靶標RCS特性雷達全工作頻段范圍的覆蓋使用。該數據可用于靶標用角反射器系列化設計，可以減小產品尺寸，降低生產成本，有利于大面積推廣使用。

[參考文獻]

[1] 饒聃，王學田.厘米波段三面角反射器陣列電磁靶船設計[J].微波學報，2018，34（Z1）：41-44.

[2] 張明友，汪學剛.雷達系統[M].5版.北京：電子工業出版社，2018.

[3] 周建軍，崔麥會，陳超.海戰場偵察技術概論[M].北京：國防工業出版社，2013.

收稿日期：2020-12-07

作者簡介：陳冬波（1984—），男，江蘇贛榆人，工程師，研究方向：靶標設備結構設計。