CN102353949A - 基于水蒸气吸收损耗的目标rcs预估修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法，针对探测距离、探测雷达确定，探测频率已知的前提下，根据水蒸气吸收损耗与雷达方程间的关联性，提出K波段和毫米波段目标RCS预估修正方法，为目标在水蒸气吸收环境下的遥感、探测提供参考依据。

Description

基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法

技术领域

本发明涉及一种基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法。

背景技术

大气作为一种介质，对于电磁波的传播是存在吸收现象，因此其中传播的电磁波就存在一定的吸收损耗。目前，对于各类目标的RCS(Radar Cross-Section，雷达散射截面)预估技术基本都是针对自由空间环境条件下，没有考虑大气吸收的损耗影响。随着探测距离的延伸，大气吸收损耗的影响逐渐增大，不考虑这一因素将会影响目标RCS的预估精度。一般，大气层对电磁波吸收的主要因素之一是水蒸气吸收引起的，而水蒸气对电磁波的吸收主要在22.235GHz附近和100GHz以上(即K波段和毫米波段)。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法。

本发明未解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、根据电磁学理论，给出水蒸气在吸收频率为22.235GHz±0.1GHz的吸收系数ξ₂₂(h)和100GHz以上的吸收系数ξ_res(h)公式，从而得到探测过程中的水蒸气吸收损耗：

$\mathrm{Lw}={\∫}_0^h({\mathrm{\ξ}}_{22}\left(h\right)+{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{res}}\left(h\right))\mathrm{dh},$ 其中h为探测距离；

步骤2、依据L_w对探测雷达接收天线处的目标回波功率进行修正，给出水蒸气吸收环境下探测雷达能接收到的回波功率，即探测雷达接收天线处的目标回波功率；

步骤3、依据雷达方程，结合水蒸气吸收环境下探测雷达能接收到的回波功率，对目标的RCS进行修正。

所述的探测雷达接收天线处的目标回波功率与水蒸气吸收损耗的关系式为：

101gP_r＝101gP₀-2L_w，

其中，P_r为探测雷达接收天线处的目标回波功率，P₀为自由空间条件下探测雷达接收天线处的目标回波功率。

所述的雷达方程为：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{P}_{r}h}{P_t{G}^2{\mathrm{\λ}}^2},$

σ为目标RCS，λ为探测波长，G为雷达天线增益，P_t为雷达的发射功率。所述的水蒸气在吸收频率为22.235GHz±0.1GHz的吸收系数ξ₂₂(h)为：

${\mathrm{\ξ}}_{22}\left(h\right)=0.002535\left\{{\mathrm{fP}}_w{\left(\frac{300}{T}\right)}^{3.5}\exp \right[20144(1-\frac{300}{T})\left]F\right\};$

水蒸气在吸收频率为100GHz以上的吸收系数ξ_res(h)公式为：

ξ_res(h)＝0.007347ρPT^-2.5f²；

其中P为大气压，T为水蒸气温度，f为探测频率，ρ为大气密度，P_w为功率因子，F为频率比因子、Δf为频率差因子；

$P_w=\frac{\mathrm{\ρT}}{288.75},$ $F=\frac{f}{f_r}(\frac{\mathrm{\Δf}}{{(f_r-f)}^2+{\left(\mathrm{\Δf}\right)}^2}+\frac{\mathrm{\Δf}}{{(f_r+f)}^2+{\left(\mathrm{\Δf}\right)}^2}),$

$\mathrm{\Δf}=0.01799(P_w\frac{300}{T}+0.20846(0.75P-P_w){\left(\frac{300}{T}\right)}^{0.63}).$

本发明的有益效果为：

1、随着探测距离的延伸，大气吸收损耗的影响逐渐增大，本发明考虑大气层对电磁波吸收的主要因素之一——水蒸气吸收损耗，以提高目标RCS的预估精度。

2、针对探测距离、探测雷达确定，探测频率已知的前提下，根据水蒸气吸收损耗与雷达方程间的关联性，提出K波段和毫米波段目标RCS预估修正方法，为目标在水蒸气吸收环境下的遥感、探测提供参考依据。

具体实施方式

假定某一目标与探测雷达的距离h＝200km，探测频率f为22.235GHz，P为1个大气压，T为300k。自由空间环境条件该探测状态下得到的目标RCS通过现有的目标RCS预估技术计算得到，为8.7dB。

1)根据电磁学理论，给出水蒸气在吸收频率为22.235GHz±0.1GHz的吸收系数ξ₂₂(h)为：

${\mathrm{\ξ}}_{22}\left(h\right)=0.002535\left\{{\mathrm{fP}}_w{\left(\frac{300}{T}\right)}^{3.5}\exp \right[20144(1-\frac{300}{T})\left]F\right\}(\mathrm{dB}/\mathrm{km})---\left(1\right);$

水蒸气在吸收频率为100GHz以上的吸收系数ξ_res(h)公式为：

ξ_res(h)＝0.007347ρPT^-2.5f²(dB/km)                        (2)；

其中P为大气压，T为水蒸气温度，f为探测频率，ρ为大气密度，P_w为功率因子，F为频率比因子、Δf为频率差因子；

$P_w=\frac{\mathrm{\ρT}}{288.75}---\left(3\right),$

$F=\frac{f}{f_r}(\frac{\mathrm{\Δf}}{{(f_r-f)}^2+{\left(\mathrm{\Δf}\right)}^2}+\frac{\mathrm{\Δf}}{{(f_r+f)}^2+{\left(\mathrm{\Δf}\right)}^2})---\left(4\right),$

$\mathrm{\Δf}=0.01799(P_w\frac{300}{T}+0.20846(0.75P-P_w){\left(\frac{300}{T}\right)}^{0.63})---\left(5\right).$

将公式(3)、(4)、(5)代入公式(1)和(2)，再代入下述公式(6)并赋予已知参数，得到探测过程中的水蒸气吸收损耗：

$\mathrm{Lw}={\∫}_0^h({\mathrm{\ξ}}_{22}\left(h\right)+{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{res}}\left(h\right))\mathrm{dh}=0.18\mathrm{dB}---\left(6\right),$

2)依据L_w对探测雷达接收天线处的目标回波功率进行修正，给出水蒸气吸收环境下探测雷达能接收到的回波功率，即探测雷达接收天线处的目标回波功率，二者关系式为：

101gP_r＝101gP₀-2L_w                                           (7)，

其中，P_r为探测雷达接收天线处的目标回波功率；P₀为自由空间条件下探测雷达接收天线处的目标回波功率。

3)依据雷达方程，结合水蒸气吸收环境下探测雷达能接收到的回波功率，对目标的RCS进行修正。雷达方程为：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{P}_{r}h}{P_t{G}^2{\mathrm{\λ}}^2}---\left(8\right),$

σ为目标RCS，λ为探测波长，G为雷达天线增益，P_t为雷达的发射功率。由于探测雷达已知，则λ、G和P_t均为已知参数。

将公式(6)代入公式(7)后代入公式(8)，得到目标RCS值被修正为8.34dB。

因此，考虑水蒸气吸收损耗的情况下得到的目标RCS与自由空间环境条件下的目标RCS相差0.36dB。对目标RCS的修正对后续判断此环境下的电磁兼容性等有很大的意义。

Claims (4)

1.基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、根据电磁学理论，给出水蒸气在吸收频率为22.235GHz±0.1GHz的吸收系数ξ₂₂(h)和100GHz以上的吸收系数ξ_res(h)公式，从而得到探测过程中的水蒸气吸收损耗：

$\mathrm{Lw}={\∫}_0^h({\mathrm{\ξ}}_{22}\left(h\right)+{\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{res}}\left(h\right))\mathrm{dh},$ 其中h为探测距离；

步骤2、依据L_w对探测雷达接收天线处的目标回波功率进行修正，给出水蒸气吸收环境下探测雷达能接收到的回波功率，即探测雷达接收天线处的目标回波功率；

步骤3、依据雷达方程，结合水蒸气吸收环境下探测雷达能接收到的回波功率，对目标的RCS进行修正。

2.根据权利要求1所述的基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法，其特征在于：所述的探测雷达接收天线处的目标回波功率与水蒸气吸收损耗的关系式为：

101gP_r＝101gP₀-2L_w，

其中，P_r为探测雷达接收天线处的目标回波功率，P₀为自由空间条件下探测雷达接收天线处的目标回波功率。

3.根据权利要求2所述的基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法，其特征在于：所述的雷达方程为：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{P}_{r}h}{P_t{G}^2{\mathrm{\λ}}^2},$

σ为目标RCS，λ为探测波长，G为雷达天线增益，P_t为雷达的发射功率。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于水蒸气吸收损耗的目标RCS预估修正方法，其特征在于：所述的水蒸气在吸收频率为22.235GHz±0.1GHz的吸收系数ξ₂₂(h)为：

水蒸气在吸收频率为100GHz以上的吸收系数ξ_res(h)公式为：

ξ_res(h)＝0.007347ρPT^-2.5f²；

其中P为大气压，T为水蒸气温度，f为探测频率，ρ为大气密度，P_w为功率因子，F为频率比因子、Δf为频率差因子；

$P_w=\frac{\mathrm{\ρT}}{288.75},$ $F=\frac{f}{f_r}(\frac{\mathrm{\Δf}}{{(f_r-f)}^2+{\left(\mathrm{\Δf}\right)}^2}+\frac{\mathrm{\Δf}}{{(f_r+f)}^2+{\left(\mathrm{\Δf}\right)}^2}),$

$\mathrm{\Δf}=0.01799(P_w\frac{300}{T}+0.20846(0.75P-P_w){\left(\frac{300}{T}\right)}^{0.63}).$