余慧娟，刘相新，孙颖力，韦学中

（北京航天发射技术研究所，北京100076）

基于角反射器的车辆雷达特征变换系统研究

余慧娟，刘相新，孙颖力，韦学中

（北京航天发射技术研究所，北京100076）

地面军事车辆主体为金属钢材结构，雷达散射截面大，易被雷达成像侦察设备和末制导武器识别和跟踪。提出通过车辆雷达特征变换技术破坏和削弱车辆真实雷达回波信号，从而规避雷达成像探测；并从角反射器实现雷达特征变换的原理出发，系统研究了角反射器样式、材料、尺寸等特征参数、微动效应和布阵策略等对雷达特征变换的影响；在此基础上，对雷达特征变换系统的选择、组成和安装方法进行了分析，经仿真验证，其应用效果明显。以上设计思想和系统方案可广泛应用于其它地面目标的反雷达成像探测中。

角反射器；车辆；雷达特征变换；微动效应

0 引言

地面军事车辆（导弹发射车、装甲车和坦克等，简称车辆）外形结构复杂，且表面结构多为金属蒙皮，雷达波散射源分布特性明显且反射较强。而当前雷达成像侦察系统分辨率高、探测视场广、能全天时全天候工作，对地面静止和行驶中的车辆反侦察构成严重威胁［1-2］；雷达末制导武器具有制导范围广、命中精度高和抗干扰能力强等特点，能够在复杂地物背景中准确捕获车辆［3-4］。车辆雷达特征是雷达成像侦察系统和制导武器进行目标发现、识别、锁定和跟踪的主要信息源和依据［5］，有效控制和改变车辆雷达特征是规避雷达成像探测的关键。本文以车辆为研究对象，系统研究车辆雷达特征变换的需求，提出利用角反射器改变车辆雷达散射特性的原理和方法、技术途径和系统方案，以解决车辆难隐蔽和易损性等问题。

1 车辆雷达特征变换的需求

雷达成像侦察和末制导的作用过程大致分为3个阶段：目标的探测和发现、识别和认清、跟踪和定位。雷达产生的无线电辐射信号，经目标和地物背景散射形成雷达回波，并被雷达接收机所接收，识别系统从目标和背景回波中提取有直观物理意义的特征或目标图像作为模版，通过与已有的模板库进行比较，识别出要攻击的目标并抑制噪声信号；导弹雷达末制导过程中，弹上的微波雷达导引头接收目标散射能量，自动形成导引指令信息，控制导弹的飞行姿态，使导弹飞向选定的目标。由此可见，最大限度地消除、减弱、歪曲或模拟目标雷达特征，使雷达不能有效地从散射回波中获得正确的目标信息，是反雷达侦察和末制导的核心，主要分为3类技术途径：

1）雷达特征隐身，即通过消除和降低目标与背景散射特性差异，使其低于雷达检测阈值，从而实现目标图像融合于背景杂波之中难以被雷达检测。

2）雷达特征示假，即通过总体特征模拟和局部特征控制，使得目标散射特性与其它目标相似，从而干扰雷达对被保护目标正确选择和执行任务。

3）雷达特征变换，即通过主动控制目标自身雷达特征，使得目标雷达特征和图像瞬时发生较大的变化，从而导致识别和跟踪系统发生较大的偏差；或在目标周围快速形成更强的雷达特征，使目标雷达图像瞬时淹没在大面积杂波中，从而破坏雷达精确识别和跟踪定位。

通过在车辆表面涂覆吸波材料或改变车辆外形来实现目标雷达特征隐身，以及通过模拟车辆电磁信号来实现车辆雷达特征示假等传统设计手段，存在着雷达特征缩减幅度有限、雷达性能与目标结构和使用性兼容性差、不能根据车辆机动作战环境的变化来变换雷达特征等局限性。因此在车辆雷达隐身和示假基础上，延伸和发展车辆雷达特征变换技术意义重大。通过车辆变形结构设计、外挂器件应用和有源干扰装备等对抗手段引起车辆雷达特征图像隐藏、散焦或模糊于干扰信号，破坏和削弱车辆真实雷达回波信号，可导致雷达无法识别和跟踪。

2 角反射器实现车辆雷达特征变换的原理

通过在车辆上装载具有强雷达散射强度的发射器或在车辆周围部署发射器，当雷达电磁波扫描到发射器后，在雷达的屏幕上出现很强的回波，从而实现车辆自身雷达信号隐藏于发射器形成的强回波信号中。通常情况下，发射器既可采用有源发射器，也可采用无源发射器，其基本原理完全相同，就是使发射器信号与车辆散射回波信号在相位上反相。但相比于有源发射器，无源发射器不需要电子侦察手段的辅助，也无需知道目标和平台之间的精确相对运动信息，而且干扰效果对雷达波段、极化以及其他信号参数依赖度较低，便于大规模布置，具有较为明显的应用优势。

角反射器作为典型的无源发射器，具有结构尺寸小、组合类型多、雷达散射截面（RCS）大、方向图宽、加工和安装简易等优异特性［6-7］，被长期而广泛地应用于雷达对抗中。角反射器的样式、材料、尺寸、微动效应和布阵方式等是决定雷达图像大小和亮度的重要标准。通过适当设计角反射器的结构，可以使雷达信号沿原方向返回；控制角反射器的尺寸和材料，使得目标散射强度可灵活变化；运用角反射器的微动模式，控制目标雷达回波图像产生独特的非线性相位调制效应；通过合理部署角反射器方位，能够改变电磁波空间传播特性。基于角反射器的车辆雷达特征变换技术，其本质就是根据任务要求，通过配置角反射器的各类特性来实现车辆雷达特征变换。

3 系统组成与设计

3.1 系统设计

3.1.1 角反射器特征参数设计

选择恰当RCS的角反射器是决定雷达反射能量是否能够掩盖被保护目标（车辆）的关键因素；而合理组合配置不同角反射器特征参数是实现目标雷达特征变换的重要途径。根据各个反射面形状的不同，角反射器可以分为三角形、圆形和方形角反射器等；从材料上分，角反射器可以为金属型和涂层型；按照角反射器的结构不同，可以分为固定式、装配式、折叠式及混合式角反射器；另外，角反射器的棱边长度可自由配置。角反射器以上特征参数直接决定了其RCS的大小。

表1是以二面角夹角平分线为观察角零点，测试了不同材料的角反射器模型的RCS（测试为X波段，中心波长3cm，相关数值均为不同测试角度下RCS统计平均值，下同）；表2测试了金属角反射器RCS随二面角夹角的变化关系；表3测试了不同外形的金属角反射器模型RCS；表4测试了三角形金属角反射器RCS随棱边长度的变化关系。由表1数据可知，非理想导体对电磁波的散射强度明显低于金属，角反射器效应明显减弱，具体表现为金属角反射器RCS大于由吸波材料或水泥板构成的角反射器RCS；表2显示了当二面角角反射器夹角为90°时RCS最大，随着夹角偏离90°，观察角0°对应的RCS值明显减小；表3说明了在同等尺寸条件下方形角反射器和圆形角反射器的RCS相当，比三角形角反射器大5～6d Bm2，比二面角角反射器大11～12dBm2；由表4数据可知，随着三角形角反射器尺寸的增大，其RCS增幅明显，当尺寸为0.2m时，其散射强度与小型军用卡车散射强度（约为14d Bm2）相当，而当尺寸为0.3m时，其散射强度已经可以与装甲车或坦克散射强度（约为20dBm2）相当。综上所示，采用改变角反射器材料、夹角、样式和尺寸等方式均能够有效改善角反射器的RCS特性，需要根据目标雷达特征变换需求有针对性地自由配置角反射器特性参数。

表l 夹角为90°二面角角反射器平均RCS（尺寸=0.3m）

表2 不同夹角二面角金属角反射器平均RCS（尺寸=0.3m）

表3 不同外形金属角反射器平均RCS（尺寸=0.3m）

表4 不同尺寸金属三角形角反射器平均RCS

3.1.2 角反射器微动效应设计

当角反射器做旋转或振动等微运动时，会对雷达回波产生独特的非线性相位调制效应，进而导致雷达图像在方位向出现散焦、模糊、“鬼影”等现象［8］，使得雷达成像质量变化或下降，因此可通过驱动角反射器以特定或不定速度做旋转运动有效实现被保护目标雷达特征变换。

微动效应是对雷达信号脉间的调制，通过对不同脉冲附加额外的相位，改变雷达回波的多普勒历程，从而在方位向形成众多虚假信号。假设角反射器进行匀速运动，雷达信号对消后图像能量为：

式中，“∝”表示“正比于”，ω为角反射器微动转速，v为载机平台的运动速度，Da为雷达阵列天线接收子孔径等间隔距离，m为第一类贝塞尔函数阶数。

式（1）表明角反射器转速直接影响雷达信号对消后图像能量的大小，具体转速需要根据被保护目标雷达图像强弱来进行设计。

另外，由于角反射器的回波较强，敌方可能会通过回波相关方法估计出角反射器的旋转速度，然后通过数字处理方法将干扰信号从频域中剔除。这时可以在一个距离单元中放置多个转速不同的角反射器，并且使角反射器作变速运动（如匀加速运动等）以增加干扰抑制的难度。

3.1.3 角反射器布阵设计

为了实现车辆雷达特征变换效果，不仅需要选择合适的角反射器特征参数和微动效应，同时还要对角反射器布阵进行设计，目的就是通过合理配置有效地改变目标雷达特征，包括在车辆距离向和方位向上的合理布阵。角反射器的空间布置间隔可表达为：

式中，ρa为雷达横向分辨率，Ts为雷达合成孔径时间。

因此需要根据被保护目标在雷达图像方位向展布长度要求，依据式（2）分析角反射器在方位向放置的位置和个数，最佳是通过最少的角反射器达到最大的覆盖范围。

另外，由于角反射器微动效应只能在方位向形成扩展目标，无法在距离向形成有效干扰，因此需要通过角反射器合理布阵来弥补这一缺陷。主要根据被保护目标图像面积，沿距离向布置多个角反射器，即间隔一定的距离单元放置一个角反射器，使得干扰能量分布在整个雷达图像距离向。

3.2 系统组成和安装方法

为了更好地满足车辆机动行驶过程中目标雷达特征的变换，采用将角反射器装载于车辆上的安装方式，即将角反射器固定于车辆顶面。车辆雷达特征变换系统主要由车辆外挂件接口、角反射器、驱动电机和电源、控制器等部件组成。其中外挂件接口用于实现对角反射器支撑，角反射器在各支撑点的方位指向可调；驱动电机和电源用于驱动角反射器进行匀速或变速旋转运动，旋转速度可自由调节；控制器用于显示、检测、手动及自动控制角反射器旋转运动速度和方位，集成安装于车辆主控计算机面板中。

根据具体战术需求计算车辆雷达特征变换系统RCS绝对值和变化值，从而确定角反射器的选择和运用方式。车辆雷达特征变换系统总体采用模块化设计思想，通过在车辆上设计外加器材安装接口，根据任务配备不同的角反射器，且角反射器本身具有开放式、可自行控制其旋转运动变化，从而主动或被动地实现雷达特征的变化。各模块可单独配置，也可自行组合，且不影响相互之间的使用，实现雷达特征变化的最大化。

4 仿真结果与分析

假设敌方雷达工作于X波段，距离分辨率为0.5m，信号形式为线性调频脉冲信号，频率为10GHz；车辆RCS峰值约为30dBm2，RCS均值为18dBm2；采用棱长为0.2m的金属三角形角反射器，平均RCS为20.5dBm2，角反射器旋转速度约2周/s和0.3周/s。应用角反射器后的车辆雷达图像仿真结果如图1所示。由仿真结果可知，在车辆上架设角发射器后，目标雷达图像掩盖与角反射器形成的沿方位向分布的雷达图像亮带中，且随着角反射器应用数量的增多，目标雷达图像强度增加明显；另外，角反射器运动参数的不同形成的目标雷达图像部分也不同。以上仿真结果表明：利用角反射器实现目标雷达特征的变化是可行的。

图1 在车辆上架设角反射器的雷达仿真图像

5 结束语

角反射器由于雷达散射效应强且易于设计，被广泛应用于雷达标定、装备模拟和示假、军事遮蔽和对抗、民用地质和航海安全等领域。本文将角反射器应用于地面军事车辆的雷达特征变换，从而破坏或削弱了车辆真实雷达回波信号，结果表明此项研究能够有效解决车辆易被雷达探测的问题，是一种防御雷达侦察和攻击的新技术手段。■

［1］ 郑志宽，何强，韩壮志.战场侦察雷达的研究与发展［J］.飞航导弹，2013（10）：75-77.

［2］ 李高峰，宋博.国外雷达成像侦察卫星发展研究［J］.国际太空，2012（9）：44-47.

［3］ 高烽.雷达导引头概论［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［4］ 李潮，周金泉.防空导弹武器系统制导雷达抗干扰效能评估［J］.现代防御技术，2008，36（5）：10-11.

［5］ Novak LM，Halversen SD，Jowirka G，et al．Effects of polarization and resolution on radar ATR［J］.IEEE Trans.Aerospace and Electronic Systems，1997，33（1）：105-107.

［6］ 李有才，郑春弟，黄强.旋转式RCS可变角反射器的结构设计与可行性研究［J］.舰船电子对抗，2011，34（3）：106 -107.

［7］ 白雪茹，孙光才，周峰，等.基于旋转角反射器的雷达干扰新方法［J］.电波科学学报，2008，23（5）：867-869.

［8］ 韩国强，马孝尊，邢世其.对雷达微动调制干扰效果仿真分析［J］.现代防御技术，2013，41（1）：177-178 .

Research on the radar feature transform system of vehicle based on corner reflector

Yu Huijuan，Liu Xiangxin，Sun Yingli，Wei Xuezhong
（Beijing Space Launch Technology Institute，Beijing 100076，China）

The strong radar cross section of military ground vehicle which is made of steel structure could be easily recognized and tracked by radar imaging reconnaissance equipment and terminal guidance weapon. The radar feature transform technology is proposed to disrupt and weaken the real vehicle radar echo signal，avoiding radar imaging detection.Based on the radar feature transform principle，the influence of the corner reflector style，material，size and other parameters，corner reflector oligodynamic effect and deployment strategy on radar feature transform is investigated.On this basis，the radar feature transform system selection，composition and installation schemes are analyzed，simultaneously verified that the application effect is very obvious by simulation.The design idea and scheme can be applied to anti-radar imaging detection of other ground target.

corner reflector；vehicle；radar feature transform；oligodynamic effect

TN974

A

2015-03-30；2015-06-15修回。

余慧娟（1985-），女，工程师，硕士，主要研究方向为目标特性。