陈冬波 王聿彪

摘 要：对一种靶标用菱形RCS角反射器进行分析设计，通过综合考虑不同雷达波段情况下被打击目标的雷达波反射特性，计算出相应雷达波段范围内满足一定辐射面积的角反射器尺寸，为部队靶标训练用角反射器的工程化、批量化生产提供一定参考。

关键词：RCS;靶标;角反射器

0    引言

目前，在各大部队实弹演习训练中，靶标设备已得到广泛使用，常规的靶标多提供实体打击目标，该类功能靶标目前已发展得较为成熟，但是具有雷达训练功能的靶标还很少用于部队演习训练。随着未来战场各类先进武器的配置越来越多，电磁环境更加复杂化，雷达等先进装备的应用也更广泛，加上新训练大纲对演训活动实战化的要求，为营造更加贴近实战的演训环境，有必要在演习过程中增加一种用于雷达等先进装备的训练装置。目前具有雷达散射截面积（RCS）特性的设备主要有龙伯球和角反射器，其中龙伯球制造成本高且安装不便，主要用于飞机等高端装备，而RCS可设计成规则形状，可采用金属板加工，有利于低成本、大批量生产，可在演习过程中大量使用。基于此，本文提出了一种设计计算方法，用于角反射器的低成本、批量化生产。

1    需求分析

为给部队训练构设实战化战场目标环境，在常规靶板上安装雷达回波增强装置，以模拟被打击目标RCS特征截面积，提高雷达目标侦察效果。

地面战场侦察雷达通常工作在X波段（8～12.5 GHz）和Ku波段（12.5～18 GHz），根据统计数据，单兵人员目标RCS反射截面积约0.5～1 m2，装甲车辆目标RCS反射截面积约2～5 m2。

由于雷达波段分散范围较大，且不同训练打击目标的反射特性截面积范围不同，在大批量使用条件下，针对某一特定频段计算特定目标反射截面积将会使得角反射器尺寸种类过多，故目前考虑将雷达频率分成若干范围，在某一范围内计算某种特定目标的RCS反射截面积范围。这种做法不一定能得到非常精确的RCS反射截面积，但有利于产品系列化、批量化、低成本生产，有利于实现产品的大范围应用。

2    计算分析

雷达波照射在物体上，一部分转化为热能被吸收，另一部分则被散射或反射，散射体起到天线的作用。反射回雷达接收器的电磁波被称为回波。物体将入射波向发射源反射量的量度被称为雷达散射截面积（RCS），它描述的是雷达所能探测的目标面积，如果一个目标的雷达散射截面积值太小或为零，则不管它面积有多大，雷达都探测不到[1]。故在靶标上增加角反射器就增强了靶标的雷达反射特性。

角反射器有多重形状，主要有菱形、四面体形、圆形及方形等，本设计考虑到靶板多为平面形状，为方便安装及加工，选择菱形角反射器。

如图1所示，菱形角反射器由几个边长为a的等腰直角三角形组合组成，其结构上下左右对称，可由金属片拼接或焊接而成，加工方便，成本低。

在实际安装到靶板时，由于靶板只有一面对准射击目标，故可将角反射器加工成半立体形状，将安装靶板的那一面做成平面，迎弹面做成立体，其安装示意图如图2所示。

菱形角反射器反射截面积与菱形角反射器边长a及雷达波长λ有关，其计算公式为S=4πa4/（3λ2）[2]。

本设计按拆分法计算，即先以X波段和Ku波段中间分界频率12.5 GHz计算。现实训练中，雷达主要对装备进行探测，故此处先对车辆目标RCS角反射器进行设计计算。

初始计算面积：装甲车辆目标RCS反射截面积平均值3.5 m2，考虑到角反射器的机械加工中会存在一定的误差，为了确保角反射器实际反射截面积在给定范围内（装甲车辆目标2～5 m2），计算时，将装甲车辆目标角反射器反射截面积范围限定在2.2～4.5 m2（上下限分别放10%余量）内。根据以上条件先计算出X波段和Ku波段中间分界频率处角反射器边长，再根据该边长计算8～18 GHz内该角反射器反射截面积范围。若计算出的截面积在给定范围内（装甲车辆目标2.2～4.5 m2），则该数据符合要求;若计算出的数据不在给定范围内，则继续拆分，直到计算出符合要求的数据。由计算公式S=4πa4/（3λ2）计算，计算结果如表1—表4所示。

以上计算的角反射器在全波段反射截面积超出装甲车辆RCS反射截面积范围，需进行进一步拆分计算，将频段按X、Ku分界点拆分。

频段第一次拆分后角反射器在各相应频段反射截面积仍超出装甲车辆RCS反射截面积范围，需再次进行拆分计算，将以上各频段按中间点继续拆分。

同样的计算方法，可计算出单兵类目标角反射器尺寸，如表5所示。

由表4、表5可以看出，经过频段拆分后，将雷达工作波段分成4个频段，在这4个频段内计算出的角反射器RCS反射截面积均能满足要求。根据以上计算将该角反射器分为4个系列，使用时可根据实际使用波段进行选择。

现今雷达地面战场侦察技术近程及中程已相继发展成熟，近程战场侦察雷达工作频率一般在9～9.5 GHz，中程战场侦察雷达工作频率一般在9.5～9.7 GHz，以上频段为现今最常用频段[3]。

经过计算，频段8～10 GHz的装甲车辆目标角反射器在近、中程雷达工作频率下反射截面积范围分别为3.5～3.9 m2、3.9～4.1 m2，该频段装甲车辆目标角反射器在近、中程雷达工作频率下反射截面积在理论计算截面积范围2.2～4.5 m2内，可以满足常用雷达侦察使用要求。

同理，频段8～10 GHz的单兵目标角反射器在近、中程雷达工作频率下反射截面积范围分别为0.7～0.79 m2、0.79～0.82 m2，该频段单兵目标角反射器在近、中程雷达工作频率下反射截面积在理论计算截面积范围0.5～1 m2内，可以满足常用雷达侦察使用要求。

3    结语

本文根据靶标RCS反射截面积特性，结合雷达工作频段对RCS反射截面积的影响，通过拆分法，将雷達频率拆分为若干频段，计算出该频段范围内角反射器尺寸大小，使其可满足靶标的RCS回波面积要求，采用4种尺寸角反射器实现了靶标RCS特性雷达全工作频段范围的覆盖使用。该数据可用于靶标用角反射器系列化设计，可以减小产品尺寸，降低生产成本，有利于大面积推广使用。

[参考文献]

[1] 饶聃，王学田.厘米波段三面角反射器阵列电磁靶船设计[J].微波学报，2018，34（Z1）：41-44.

[2] 张明友，汪学刚.雷达系统[M].5版.北京：电子工业出版社，2018.

[3] 周建军，崔麦会，陈超.海战场侦察技术概论[M].北京：国防工业出版社，2013.

收稿日期：2020-12-07

作者简介：陈冬波（1984—），男，江苏赣榆人，工程师，研究方向：靶标设备结构设计。