飛機動靜態RCS 狀態一致性研究

李 皓 齊玉濤 苗 毅

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安710089）

動靜態測試過程中目標狀態的差異是影響RCS 結果一致性的重要因素。靜態測試過程中，目標姿態及各活動舵面等相對靜止不變；動態測試時，飛機按預定航線飛行，其姿態相對于測量雷達隨時改變，各活動部件也隨著不同的飛行狀態有所變化。因此，靜態測試時的飛機狀態只是動態測試時飛機狀態中的一種特例。由于飛機很難保持一種狀態飛行，因此測試目標姿態等狀態的不同，最終導致了動、靜態RCS 數據的不一致。

全面考慮目標動態特性，是準確反映目標動態電磁散射特性的關鍵。本文主要針對運動目標相對于測量雷達的位置實時變化特征中的目標運動中姿態角的變化對電磁散射特性影響進行分析，最終應用于動態建模中。

1 飛機姿態變化對RCS 影響分析

動態和靜態目標的對比分析必須建立在姿態一致性基礎上，否則是不具備可比性的[1]。飛機目標在實際飛行過程中姿態變化是一個復雜的過程，由于上升氣流或側風會對飛行姿態有一個擾動效應，因此傳統上將測量目標航跡設定為等平面飛行是不符合實際情況的，而且為保持一定的飛行姿態，飛機一般會有一定的攻角，因此目標運動過程中視向角變化是由于飛行動作與環境綜合作用的結果，所以簡單的航跡設定會對視向角計算產生誤差，也會對動態建模造成一定的計算誤差。圖1（a）為等平面飛行視向角變化，圖1（b）為相同條件下目標實際視向角變化情況，可以看出，二者差異較大。

圖1 傳統建模與實際測量視向角變化對比

在實際測試的數據處理中，我們發現視向角度對目標動態特性的影響還體現在目標姿態動態變化趨勢上，雖然計算出的目標視向角都位于較小相同區間內，但對其動態測量結果進行統計，其結果具有明顯差異，這也證明了動態目標電磁散射的姿態敏感性，以及對動態目標電磁散射數據處理過程中姿態變化趨勢的影響。以某型飛機為例，截取同一飛行架次中兩段數據，在某一雷達觀測視向范圍內，目標方位、俯仰、橫滾角變化趨勢完全相反，其測量數據及統計結果如圖2 所示，data1 和data2 是選自同一飛行架次的兩段數，由結果可看出，在H、V 兩種極化及正交極化下，由于飛行動作變化趨勢差異，統計結果有較大差異。

圖2 某型飛機全極化RCS 測量結果對比

2 單一擾動因素對RCS 影響分析

飛機在真實環境中飛行時，會受到上升氣流、側向風或湍流等不可預知氣流的干擾，會對飛行姿態產生擾動，也會影響雷達測量視向角度，由于目標電磁散射特性的姿態敏感性，其RCS 也會發生改變[2]，因此對動態目標電磁散射特性仿真也要考慮這些影響因素。

本文利用文獻[3]中的模型對擾動因素進行了分析，截取了某段實際飛行航線，采用上述抖動模型進行建模，并與實際飛行視向角進行對比，圖3為視向角對比結果（Δt=0.01s，T=3s，σφ=0.4°，σθ=0.1°）。

圖3 視向角變化對比

分別選取兩組不同的參數，按照抖動模型的姿態角和與實際測試的姿態角，基于物理光學方法[4]（Physical Optics，PO）進行對應姿態角的電磁散射計算，計算結果如圖4 所示，計算頻率9.5GHz。可以看出結果有較大差異，說明傳統建模使用的抖動模型存在局限之處，不能完全表征姿態變化的動態特性。

圖4 抖動模型與實際測試RCS 結果對比

分析認為，首先，抖動模型參數的選取具有隨機性，擾動方差和周期在真實情況下難以確定，但對擾動計算結果卻有較大影響；其次，由于真實情況下環境擾動的隨機性（如側風、湍流的隨機變化），因此將引起飛機抖動的各種隨機因素當作高斯白噪聲，并認為所有噪聲的影響體現在視向角上是不符合實際情況的；再次，飛機姿態擾動應當也與飛機本身姿態有關，這在擾動模型中沒有體現；最后，飛機姿態的抖動還應包含飛機活動部件隨運動姿態的活動情況，這在抖動模型中也沒有予以體現。

3 結論

可以看出，運動目標位置時變引起的姿態角變化是造成動態數據起伏的主要原因，對目標飛行過程中視向角計算是進行動態目標電磁散射建模的關鍵，而且對于實際飛行情況來說，影響視向角的因素眾多，簡單的視向角變化模型不能夠準確描述視向角在實際飛行過程中的變化過程，因此用實際測量的雷達數據和機載數據進行視向角計算，然后將計算結果應用于仿真過程是一種可行的計算方法，可對目標視向角變化進行準確描述，為后續動態目標電磁散射建模提供重要的數據支撐。