毫米波大氣衰減系數(shù)測量方法研究

陳驕陽

（中國人民解放軍91404部隊92分隊，秦皇島 066001）

毫米波大氣衰減系數(shù)測量方法研究

陳驕陽

（中國人民解放軍91404部隊92分隊，秦皇島 066001）

毫米波在海上傳播時存在著比較大的大氣衰減系數(shù)，該系數(shù)會造成RCS測量出現(xiàn)誤差。為準(zhǔn)確測量毫米波RCS，必須設(shè)置準(zhǔn)確的大氣衰減修正系數(shù)。以毫米波RCS測量實際出發(fā)，給出了幾種測量當(dāng)時當(dāng)?shù)睾撩撞ù髿馑p系數(shù)的方法，得出了計算衰減系數(shù)的公式。經(jīng)仿真驗證，方法過程是有效的。

毫米波；RCS；大氣衰減

引言

毫米波在海面上傳播時存在著較大的大氣衰減系數(shù)。大氣衰減系數(shù)與不同的海區(qū)、季節(jié)、氣候、具體時間的氣象等諸多因素有關(guān)。當(dāng)毫米波雷達(dá)測量目標(biāo)的雷達(dá)截面積（簡稱RCS）時，若大氣衰減修正系數(shù)值設(shè)置不準(zhǔn)確，會使RCS測量值存在誤差。修正系數(shù)設(shè)置過大，會使實測RCS值偏大，反之偏小。若想使實測目標(biāo)的RCS值準(zhǔn)確，必須設(shè)置合適的大氣衰減修正系數(shù)，測出當(dāng)時當(dāng)?shù)販?zhǔn)確的大氣衰減系數(shù)。因此有必要研究測量當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿馑p系數(shù)的方法。

1 大氣衰減引起的毫米波RCS測量誤差

根據(jù)毫米波RCS測量原理，通過誤差分析可以得出大氣衰減引起的毫米波RCS測量的均方根相對誤差為：

毫米波大氣衰減系數(shù)α隨環(huán)境條件的不同而發(fā)生變化。在實際測量時，如果用晴朗大氣標(biāo)準(zhǔn)條件下的大氣衰減系數(shù)來進(jìn)行修正，它與實際值之間存在誤差。一個月內(nèi)晴朗大氣條件下，每天的6-20時的毫米波大氣衰減變化不大，但一個月內(nèi)每天間的起伏變化范圍很大。

晴朗大氣條件下，海平面水平方向的毫米波大氣衰減系數(shù)的均方根誤差可以達(dá)到0.08dB/km，假如目標(biāo)距離為10km、標(biāo)校距離為1km時，大氣衰減的不確定性引起的RCS測量誤差為：

如果測量距離為20km、標(biāo)校距離為1km時，大氣衰減的不確定性引起的RCS測量誤差為：

如果不是在晴朗大氣條件下進(jìn)行毫米波RCS測量，則大氣衰減的變化更大，其不確定性對測量結(jié)果的影響更嚴(yán)重。從上面的分析可以明顯看出，影響毫米波RCS測量精度的關(guān)鍵性因素是毫米波大氣衰減系數(shù)的不確定性，即因為不能準(zhǔn)確獲得測量時的毫米波大氣衰減系數(shù)，無法對大氣衰減進(jìn)行精確的修正，給測量結(jié)果帶來很大的測量誤差。

2 幾種毫米波大氣衰減系數(shù)測量方法

以下分別論述標(biāo)準(zhǔn)球變距法、木船轉(zhuǎn)圈變距法、實射箔條彈變距法、木船直航變距法等方法如何測量當(dāng)時當(dāng)?shù)氐暮撩撞ù髿馑p系數(shù)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)球變距測量方法

目前標(biāo)準(zhǔn)球的RCS太小，RCS測量雷達(dá)只能在1500m以內(nèi)的距離上測量，在這樣短的距離內(nèi)無法測出大氣衰減系數(shù)隨距離變化的關(guān)系。可以將若干個標(biāo)準(zhǔn)球組合串聯(lián)起來，比如將5-10個球組合串起來，間隔2米，用直升機(jī)吊起來（如圖1所示），或在船上用一個或多個氣球?qū)⑵渖饋恚ㄈ鐖D2所示）。若能做成直徑為1.13米的大標(biāo)準(zhǔn)球，則用一個大標(biāo)準(zhǔn)球代替標(biāo)準(zhǔn)球組合，測量效果更好。

直升機(jī)或木船帶動標(biāo)準(zhǔn)球組合由遠(yuǎn)及近（如從10km～5km）或由近及遠(yuǎn)地移動，移動一次作為一個航次，進(jìn)行多個航次（如n次）。雷達(dá)不設(shè)大氣衰減修正系數(shù)，實時測量每航次標(biāo)準(zhǔn)球組合在各個距離上的RCSR(n)。即：

依次用近距離上的RCS值除以相鄰遠(yuǎn)距離上的RCS值，計算其倍數(shù)：

最后得出衰減系數(shù)總平均值：

圖1 直升機(jī)吊標(biāo)準(zhǔn)球測量法

圖2 單個大氣球（或多氣球）吊標(biāo)準(zhǔn)球測量法

2.2 木船轉(zhuǎn)圈變距測量方法

木船駛向B點，距雷達(dá)為（R-1）km，以B點為圓心，以r為半徑順時針轉(zhuǎn)圈，仍轉(zhuǎn)n圈（航速與在A點時的航速相同）。最后得出n圈的總平均值。

2.3 實射箔條彈變距測量方法

木船與RCS測量雷達(dá)距離為R，首先在距離R處實時測量毫米波箔條彈的RCS值，測量m次，得出各個時刻的平均值（不設(shè)衰減修正系數(shù)）。

再在距離R-1處實時測量毫米波箔條彈的RCS值，測量m次，得出各個時刻的平均值（不設(shè)衰減修正系數(shù)）。

圖3 木船轉(zhuǎn)圈變距測量法

圖4 木船直航變距測量法

2.4 木船直航變距測量方法

目前艦船直航時的航向精度可保證在0°±3°范圍內(nèi)，甚至還要高些。在該范圍內(nèi)，其RCS變化很小。因此可采用木船或艦艇從某一點由遠(yuǎn)及近地向測量雷達(dá)直航的方法測量大氣衰減系數(shù)，如圖4所示。由遠(yuǎn)及近移動完一次作為一個航次，共進(jìn)行n個航次。雷達(dá)不設(shè)大氣衰減修正系數(shù)，實時測量每航次在各距離點上船艏向的RCS值。最后采用比對的方法求出用倍數(shù)表示的大氣衰減系數(shù)的總平均值，其方法同第1項。

3 結(jié)束語

毫米波RCS測量是一項新技術(shù)，本文以毫米波RCS測量實際出發(fā)，介紹了4種測量毫米波大氣衰減系數(shù)的方法，給出了計算大氣衰減系數(shù)的表達(dá)式。經(jīng)數(shù)字仿真計算，這四種測量方法有效可靠，能減小毫米波RCS測量的誤差。隨著將來測量設(shè)備的不斷改進(jìn)及研究的不斷深入，還需對本方法不斷地補(bǔ)充、修改和完善。

[1]朱三文,等．艦艇雷達(dá)隱身技術(shù)研究[J]．國外艦船工程, 2004, 3.

[2]楊超.雷達(dá)對抗工程基礎(chǔ)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社, 2006.

陳驕陽，男，工程師，1983年8月出生，主要研究方向：雷達(dá)對抗。

Research on the Measurement Method in Millimeter Wave Atmospheric Attenuation Coeff cient

CHEN Jiao-yang
(Unit 92 PLA 91404, Qinhuangdao 066001)

The millimeter wave propagation in the sea presents large coefficient of atmospheric attenuation, the coefficient will cause some errors in the RCS measurement. In order to measure millimeter wave RCS accurately, we must set the accurate atmospheric attenuation coefficient. Based on the measurement of millimeter wave RCS, this paper presents several measurement methods in millimeter wave atmospheric attenuation coefficient there and then; and gets the calculation of the attenuation coefficient formula. Through the simulation and verification, the process of the method is proved to be effective.

millimeter wave; RCS; atmospheric attenuation

TN95

A

1004-7204（2015）02-0059-03