0 引言

    在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)情景中，空間電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜，使得無(wú)人機(jī)的探測(cè)及其雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section，RCS)的計(jì)算變得更加困難。由于無(wú)人機(jī)具有“小(低RCS)、慢(速度慢)、低(低飛)”等特點(diǎn)，因此在雷達(dá)探測(cè)技術(shù)中無(wú)人機(jī)具有較低的探測(cè)概率^[1]。同時(shí)，無(wú)人機(jī)的探測(cè)概率受復(fù)雜地理環(huán)境(陸地、城市、海洋等)、氣象環(huán)境(降雨及云霧等)以及非合作輻射源干擾的影響顯著，再加上無(wú)人機(jī)涂敷吸波材料等造成的隱身性能增強(qiáng)，這樣就造成了返回信號(hào)的強(qiáng)度極其微弱，返回波形的特征變得復(fù)雜。對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，直接的影響就是影響了其對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的檢測(cè)和探測(cè)，使得現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景受到極大程度的限制^[2]。復(fù)雜電磁環(huán)境下無(wú)人機(jī)探測(cè)技術(shù)成為影響雷達(dá)性能的關(guān)鍵制約因素,也是世界性難題。因此在復(fù)雜電磁環(huán)境下尋求無(wú)人機(jī)的高效電磁算法，計(jì)算目標(biāo)的RCS，提高雷達(dá)的探測(cè)性能已成為目前雷達(dá)技術(shù)發(fā)展所面臨的一項(xiàng)亟待解決的問(wèn)題^[3]。

    目前國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下目標(biāo)的RCS分析可以分為如下幾個(gè)部分：

    (1)對(duì)目標(biāo)物的模型進(jìn)行建立

    在復(fù)雜電磁環(huán)境中，使用建模軟件對(duì)目標(biāo)(飛機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)等)的基本外形和目標(biāo)本身的復(fù)合材料進(jìn)行建模。再通過(guò)軟件對(duì)上述模型進(jìn)行計(jì)算和分析，主要的興趣點(diǎn)為目標(biāo)的電磁吸收和散射等參數(shù)。但是通過(guò)軟件對(duì)目標(biāo)進(jìn)行建模具有極大的局限性，而目標(biāo)的形狀尺寸等具體參數(shù)不盡相同，不同形狀的目標(biāo)其電磁參數(shù)也發(fā)生了巨大的變化。特別是在電子對(duì)抗中，由于被探測(cè)的目標(biāo)具有很高的隨機(jī)性，因此該方法在電子對(duì)抗中的應(yīng)用較低。

    (2)建立傳播模型

    針對(duì)于在復(fù)雜環(huán)境中的電磁波，分析與之對(duì)應(yīng)的電磁波傳播衰減模型。諸如文獻(xiàn)[4-7]等，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有大量的學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。綜合上述文章，可以看出，在實(shí)際應(yīng)用中，地理場(chǎng)景、氣象場(chǎng)景、非合作輻射場(chǎng)景等是目前的熱點(diǎn)，建立在上述情形下的傳播模型被當(dāng)作研究重點(diǎn)。由于建模需要進(jìn)行運(yùn)算，因此該方法對(duì)計(jì)算效率有著很高的要求。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境的定義

    復(fù)雜電磁環(huán)境特指由于地理因素、氣象因素和非合作雷達(dá)輻射源等造成的復(fù)雜電磁環(huán)境。在復(fù)雜電磁環(huán)境中，雷達(dá)回波主要受地理因素、氣象因素和非合作輻射源的影響而改變。

    地面、海面等地理因素造成的半空間技術(shù)會(huì)引起電磁波的強(qiáng)烈反射，這種反射不僅改變了目標(biāo)的RCS，也將寬帶噪聲引入到了回波信號(hào)中，造成回波信噪比增大，提高了探測(cè)難度。

    降雨及云霧等氣象因素會(huì)對(duì)電場(chǎng)波的傳播造成不同程度的衰減，大氣中水汽凝結(jié)物顆粒的大小、幾何形狀、介電常數(shù)和電導(dǎo)率、下降速度、分布特性等都對(duì)電磁波的散射和吸收造成不同的影響。

    非合作雷達(dá)輻射源照射目標(biāo)時(shí)，通過(guò)雷達(dá)天線的主波束進(jìn)入到接收機(jī)的雙站散射信號(hào)和直接通過(guò)雷達(dá)天線主瓣或副瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的信號(hào)對(duì)目標(biāo)回波有著極其復(fù)雜的影響。所以，在非合作雷達(dá)輻射源干擾背景下檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)是一個(gè)非常困難的問(wèn)題。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境下無(wú)人機(jī)等目標(biāo)的RCS的研究進(jìn)展

    從1930年以來(lái)，采用米氏理論和索末菲積分求解麥克斯韋方程組的解析解被研究人員廣泛地使用。但是這種方法有著很大的局限性，它只可以對(duì)在規(guī)則幾何形狀中的波傳播問(wèn)題和具有規(guī)則結(jié)構(gòu)器件內(nèi)的平面波傳輸問(wèn)題進(jìn)行求解。從1930年到1960年的初期，許多研究人員通過(guò)使用數(shù)學(xué)上的近似、轉(zhuǎn)化、變換和簡(jiǎn)化等處理方法來(lái)得到麥克斯韋方程組的近似解。采用上述方法，分析電磁學(xué)問(wèn)題的手段和處理應(yīng)用領(lǐng)域中問(wèn)題的能力都隨之顯著提高，但是數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用范圍仍舊有著很大的制約性。雖然基于數(shù)學(xué)的方法可以極大程度地提高問(wèn)題的應(yīng)用場(chǎng)景，得到電磁場(chǎng)問(wèn)題的精確解，但是仍舊存在著一些問(wèn)題，如只能求解具有規(guī)則邊界的簡(jiǎn)單向題，對(duì)任意形狀的邊界則無(wú)能為力或需要很高的數(shù)學(xué)技巧。由電磁散射理論為基礎(chǔ)的麥克斯韋方程可知，可以把電磁散射計(jì)算作為邊界問(wèn)題來(lái)解。但是精確求解的方法對(duì)現(xiàn)實(shí)中各種復(fù)雜物體的電磁散射問(wèn)題是無(wú)能為力的。

    自1960年，伴隨著硬件性能和制作工藝的不斷提高和軟件編程環(huán)境與邏輯的不斷優(yōu)化，同時(shí)電磁環(huán)境不斷變得極其復(fù)雜，所以人們需要一種求解方法簡(jiǎn)潔、計(jì)算效率高、有著廣泛的應(yīng)用范圍的方法來(lái)對(duì)目標(biāo)方程進(jìn)行直接求解。這就使得一門(mén)新興學(xué)科孕育而生——計(jì)算電磁學(xué)。目前電磁散射計(jì)算方法的研究是計(jì)算電磁學(xué)中最活躍的課題之一，在國(guó)內(nèi)外一直都是研究的熱點(diǎn)。各種計(jì)算方法包括：高頻近似方法、低頻數(shù)值方法以及關(guān)于計(jì)算各種媒質(zhì)散射特性的方法等，都在被廣泛研究。在最近的幾十年內(nèi)，隨著計(jì)算電磁學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)衍生出多種分析散射問(wèn)題的方法。

    電磁散射問(wèn)題的分析方法主要有兩種，即高頻近似方法、低頻數(shù)值方法，二者均有其特點(diǎn)和局限。計(jì)算RCS的低頻方法都是數(shù)值方法，按照原理可分為兩類(lèi)：(1)微分方程法，如有限元法和時(shí)域有限差分法；(2)積分方程法，如矩量法。有限元法主要可以求解微分方程問(wèn)題，該方法適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)各種形狀的邊界，但有著計(jì)算量大、不適合無(wú)界區(qū)域、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)^[8-9]。時(shí)域有限差分法對(duì)于時(shí)域的分析是有效的，但由于計(jì)算量大的原因，目前也只能用于電中尺寸物體^[10-13]。作為計(jì)算方法中最具代表性的矩量法，它在理論上可以適用于求解任意目標(biāo)在任意入射場(chǎng)下的散射問(wèn)題。然而在實(shí)際求解過(guò)程中，該算法的可行性受到實(shí)際情況的限制^[14-15]：一方面，在計(jì)算大型目標(biāo)時(shí)，矩量法的矩陣求解復(fù)雜度太大，可能會(huì)碰到矩陣求逆不收斂的問(wèn)題；另一方面，在高頻區(qū)，高頻局部散射特性使得目標(biāo)各部分之間的相互影響較小，從而降低了應(yīng)用此類(lèi)過(guò)于復(fù)雜算法的必要性。

2.1 無(wú)人機(jī)等目標(biāo)電磁特征

    目前，探測(cè)無(wú)人機(jī)等目標(biāo)最主要的手段是使用雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)。雷達(dá)系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)等目標(biāo)的探測(cè)、監(jiān)視和預(yù)警等安全領(lǐng)域有著廣泛的適用范圍^[2]。但是，因?yàn)槠渲饕軓?fù)雜背景環(huán)境因素的制約，例如：地理因素、氣象環(huán)境（降雨及云霧等）及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)特性等。而且，由于在目標(biāo)的設(shè)計(jì)中采用涂敷吸波材料等方法，使得其隱身性能得到了提高。在復(fù)雜背景環(huán)境下接受到的雷達(dá)回波信號(hào)極其微弱、信號(hào)的特征極其復(fù)雜，使得回波信號(hào)的觀測(cè)性降低，這樣直接導(dǎo)致了現(xiàn)有的雷達(dá)系統(tǒng)難以滿足觀測(cè)的需求，這也就成為了一個(gè)急需解決的問(wèn)題^[3]。

    目標(biāo)的雷達(dá)回波不僅包括本身，還受復(fù)雜探測(cè)環(huán)境的影響，其中氣象因素、地理因素和非合作輻射源對(duì)雷達(dá)回波造成的干擾較為顯著。通過(guò)這些背景產(chǎn)生的回波對(duì)目標(biāo)檢測(cè)產(chǎn)生了不利的影響，這類(lèi)波被稱(chēng)為背景雜波。本節(jié)以海雜波為例進(jìn)行闡述，進(jìn)行海雜波中的雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究首先要掌握海雜波的特性，但由于受氣象、地理等諸多環(huán)境因素的影響，海面非線性隨機(jī)變化，雜波形成機(jī)理非常復(fù)雜，并且海雜波還與雷達(dá)平臺(tái)、波段、極化、擦地角、高度、分辨率等參數(shù)有關(guān)。在高海況或低入射角時(shí)，還會(huì)表現(xiàn)出明顯的時(shí)變、非高斯、非線性和非平穩(wěn)特性，使得海雜波特性認(rèn)知極其困難^[16]。由于目標(biāo)具有低可觀測(cè)特性，使得回波信噪比低，增大了雷達(dá)檢測(cè)的難度。

    低可觀測(cè)特性的目標(biāo)可以分為多個(gè)種類(lèi)^[1]：(1)由于目標(biāo)的規(guī)模較小（例如小木船等），在探測(cè)的過(guò)程中導(dǎo)致返回的雷達(dá)回波強(qiáng)度很微弱；(2)由于現(xiàn)代國(guó)防的需要，目標(biāo)的隱身技術(shù)尤為重要，由于采用了隱身技術(shù)，這就使得目標(biāo)的RCS足夠小，為雷達(dá)的探測(cè)帶來(lái)了極大的困難；(3)由于目標(biāo)的尺度足夠大，在距離足夠遠(yuǎn)的情形下，基于現(xiàn)有技術(shù)的雷達(dá)分辨率有限，導(dǎo)致了單元的信噪比降低，制約了雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展；(4)由于目標(biāo)的高速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了現(xiàn)距離、多普勒走動(dòng)等現(xiàn)象。以上現(xiàn)象的出現(xiàn)直接導(dǎo)致了導(dǎo)致能量分散^[17-18]。目前，目標(biāo)等低空飛行器具有“低、慢、小、快、隱”等低可觀測(cè)性的特性。而且，一些簡(jiǎn)易航空器容易偏離預(yù)定航線和空域，嚴(yán)重威脅民事和軍事安全。創(chuàng)新目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，創(chuàng)建高效電磁計(jì)算方法，提高雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的目標(biāo)探測(cè)能力是一個(gè)迫切需要發(fā)展的領(lǐng)域。

    目標(biāo)RCS的“小”是由于其外形尺寸和材料造成的。當(dāng)目標(biāo)外形設(shè)計(jì)由于空氣動(dòng)力學(xué)、任務(wù)需求和隱身(低RCS)等約束已達(dá)瓶頸時(shí)，涂覆隱身材料是有效降低RCS的最有效的措施之一。所以，涂覆目標(biāo)RCS是目標(biāo)回波計(jì)算中需要關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。由于涂覆涂層厚度一般只有幾十分之一波長(zhǎng)，如果目標(biāo)尺寸在幾十個(gè)電波長(zhǎng)甚至更長(zhǎng)的量級(jí)上，那么涂覆目標(biāo)的電磁散射計(jì)算就屬于多尺度工程問(wèn)題。忽略涂層厚度的幾何模型會(huì)給數(shù)值計(jì)算的離散化剖分帶來(lái)很大的困難，同時(shí)，在全波算法中會(huì)產(chǎn)生奇異的系數(shù)矩陣使得算法無(wú)法求解。因此，在數(shù)值建模時(shí)不能因?yàn)橥繉雍穸群鼙《雎浴?/p>

    文獻(xiàn)[19-20]通過(guò)引入阻抗邊界條件，計(jì)算涂覆目標(biāo)表面的等效反射系數(shù)，將等效反射系數(shù)帶入頻域物理光學(xué)法的表達(dá)式，推導(dǎo)出適用于涂覆目標(biāo)的時(shí)域物理光學(xué)法積分表達(dá)式并計(jì)算涂覆目標(biāo)的瞬態(tài)散射特性，從其等效阻抗邊界條件分析可以看出，該方法不適用于極薄層涂覆目標(biāo)的散射計(jì)算。為了解決極薄層涂覆目標(biāo)的散射計(jì)算這一多尺度難題，劉瑩等將極薄層邊界條件等效阻抗原理應(yīng)用于多層天線罩的設(shè)計(jì)研究，解決了多項(xiàng)國(guó)防亟需^[21]。此外，在多尺度工程領(lǐng)域，MAO Y R等采用等效阻抗方法解決多尺度電大尺寸問(wèn)題的計(jì)算仿真，并將這一方法用在網(wǎng)狀天下無(wú)源互調(diào)計(jì)算中^[22]。

    當(dāng)目標(biāo)在“低”飛情況下，地面/海面半空間的強(qiáng)烈反射是造成探測(cè)困難的重要原因，這種反射不僅改變了目標(biāo)的RCS，也將寬帶噪聲引到回波信號(hào)中。雷達(dá)接收機(jī)工作頻段內(nèi)的非合作輻射源輻射的信號(hào)都可以混入到目標(biāo)的回波信號(hào)中，這就與傳統(tǒng)單輻射源RCS的分析產(chǎn)生了較大的差別。同時(shí)，由于降雨和云霧等氣象因素對(duì)電磁波的散射和吸收所引起的衰減也不可忽視，而且，不同時(shí)頻域特性的雷達(dá)信號(hào)和非合作輻射源信號(hào)在回波中的疊加以及氣象因素造成的衰減對(duì)于信噪比的影響是不同的，這就需要結(jié)合三者的時(shí)頻域特征進(jìn)行分析。

    無(wú)論是地理影響、氣象影響，還是非合作輻射源影響，由于目標(biāo)后向散射信號(hào)之間的疊加相位和幅度的互相耦合，產(chǎn)生隨機(jī)性的特點(diǎn)。為了解決此類(lèi)問(wèn)題，需要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)電磁學(xué)方法，分析回波信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。

    可以看到，復(fù)雜電磁環(huán)境下目標(biāo)的RCS是包含有涂覆目標(biāo)多尺度計(jì)算、氣象衰減、多輻射源回波分析方法和統(tǒng)計(jì)電磁學(xué)等方法，現(xiàn)有商業(yè)軟件和公開(kāi)發(fā)表文獻(xiàn)均無(wú)相應(yīng)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證計(jì)算分析的正確性。

    確定性問(wèn)題的計(jì)算電磁學(xué)分析技術(shù)只能對(duì)確定參數(shù)下的物理問(wèn)題進(jìn)行分析評(píng)估，不能模擬和分析該物理問(wèn)題由于輸入?yún)?shù)的隨機(jī)性而導(dǎo)致的輸出量的隨機(jī)分布問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)電磁學(xué)是從數(shù)學(xué)上解空間中的統(tǒng)計(jì)概率分布，包括輸出解的最大值、最小值和范圍，以及輸出解的概率密度分布函數(shù)，與計(jì)算電磁學(xué)方法相對(duì)應(yīng)，稱(chēng)之為統(tǒng)計(jì)電磁學(xué)^[23]。統(tǒng)計(jì)電磁學(xué)的數(shù)值分析方法實(shí)際上是計(jì)算電磁學(xué)與統(tǒng)計(jì)方法相結(jié)合的方式，工程中可以采用蒙特卡洛數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法結(jié)合計(jì)算電磁學(xué)來(lái)分析^[24]。

    在1970年左右，學(xué)者們便在實(shí)際的電磁工程問(wèn)題中使用上述方法進(jìn)行分析和計(jì)算，其主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：陣列天線的設(shè)計(jì)、電磁耦合、復(fù)雜結(jié)構(gòu)運(yùn)算等。這些問(wèn)題的共同點(diǎn)是它們都是關(guān)于多參數(shù)是隨機(jī)取值情形下電磁響應(yīng)的隨機(jī)分布。

2.2 地理因素影響下無(wú)人機(jī)等目標(biāo)的RCS研究進(jìn)展

    目前多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)為了提高識(shí)別目標(biāo)的能力都工作在厘米波、毫米波波段，對(duì)于目標(biāo)來(lái)說(shuō)，其散射性質(zhì)處于高頻區(qū)，滿足高頻近似的要求。同時(shí)，由于低頻方法受到存儲(chǔ)量和運(yùn)算時(shí)間的限制，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中，大都將高頻近似方法作為復(fù)雜目標(biāo)RCS評(píng)估軟件所采用的主要方法。西安電子科技大學(xué)李曉峰等在半空間環(huán)境下的目標(biāo)特性進(jìn)行過(guò)深入研究，做了大量的原創(chuàng)性工作^[25-28]。文獻(xiàn)[25-28]將半空間并矢格林函數(shù)引入傳統(tǒng)的物理光學(xué)方法，在等效電磁流方法中，對(duì)半空間復(fù)雜目標(biāo)面元和棱邊的電磁模型進(jìn)行計(jì)算處理。同時(shí)結(jié)合圖形電磁學(xué)，對(duì)半空間目標(biāo)進(jìn)行消隱處理，提取單位象素面元法矢量和深度值等有效信息，與地面反射波對(duì)目標(biāo)的二次照射貢獻(xiàn)相疊加，得到半空間電大目標(biāo)的雷達(dá)散射截面。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開(kāi)對(duì)半空間介質(zhì)、涂覆目標(biāo)的電磁散射特性進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，目標(biāo)在半空間環(huán)境下對(duì)入射電磁波的調(diào)制效應(yīng)與獨(dú)立目標(biāo)存在時(shí)的調(diào)制效應(yīng)大大不同。

    如圖1所示，與高空目標(biāo)所處的自由空間相比，海面/地面半空間的反射會(huì)造成低飛飛彈、地面車(chē)輛或海面艦船等目標(biāo)的回波相互作用。這種相互作用，在頻率域中來(lái)看，造成其單個(gè)頻點(diǎn)上的RCS值的顯著變化。其中，E^inc和H^inc是入射的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，E_S和H_S是散射的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，E_Swedge和H_Swedge是棱邊散射的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，E_Sface和H_Sface是散射體面上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，E_Sref和H_Sref是半空間多重散射場(chǎng)。

    目標(biāo)-半空間之間的多次相互作用很難用射線方法進(jìn)行分析，一般采用半空間格林函數(shù)方法進(jìn)行分析，將土壤(或海水)的電磁參數(shù)和目標(biāo)距離半空間的高度等信息等效進(jìn)半空間格林函數(shù)，高效地評(píng)估半空間地理信息對(duì)于目標(biāo)回波的影響。

    實(shí)際上，地面和海面是起伏的粗糙表面，這種粗糙表面的強(qiáng)烈反射會(huì)從雷達(dá)天線的主瓣和副瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)。如果雷達(dá)探測(cè)平臺(tái)具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)性，則產(chǎn)生的回波中的噪聲是一個(gè)具有很寬頻譜帶寬、很強(qiáng)幅度的噪聲信號(hào)。相對(duì)而言，信號(hào)回波頻譜的幅度很低，如圖2所示，如果沒(méi)有相對(duì)的多普勒頻率差異，很容易陷入噪聲中無(wú)法檢測(cè)，而當(dāng)具有足夠的多普勒頻差時(shí)，目標(biāo)的觀測(cè)則相對(duì)容易很多。

2.3 氣象因素影響下目標(biāo)RCS的研究進(jìn)展

    氣象因素對(duì)電磁波的傳輸、散射、衰減特性與應(yīng)用的影響的研究一直都受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。VAN VLECK J H在20世紀(jì)40年代就對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)了研究，并用量子理論推導(dǎo)出電波被氧氣吸收最通用的表達(dá)式，研究結(jié)果表明在吸收線附近頻率電波衰減的計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果一致，但是，頻率較遠(yuǎn)時(shí)其電波衰減卻差別較大^[29]；20世紀(jì)50年代，GROSS B在VAN VLECK J H研究的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步研究，得到了離吸收線較遠(yuǎn)頻率處與測(cè)量更吻合的結(jié)果^[30]。1975年ROSENKRANZ H S在VAN VLECK J H和GROSS B公式的基礎(chǔ)上提出了修正后的計(jì)算公式，使電波衰減的計(jì)算值與測(cè)量值更吻合^[31]。直到1985年，用溫度、壓強(qiáng)和水汽壓三要素表示大氣吸收的公式才被LIEBE H J提出，用該公式得到的計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果能較好吻合，并且該公式已被CCIR所采用^[32]。近年來(lái)，我國(guó)也結(jié)合歷年探空數(shù)據(jù)得開(kāi)展了適合各地區(qū)的大氣吸收模型的相關(guān)研究，分析了吸收率的高度剖面分布和地域分布特點(diǎn)^[33]。1990年SALONEN E等提出了適用于干空氣中，頻率低于60 GHz電磁波在傾斜路徑的電波衰減預(yù)報(bào)模型^[34]，1993年形成了MPM計(jì)算模型。1998年ITU-R提出了計(jì)算晴空大氣對(duì)電波衰減的預(yù)報(bào)模型^[35]。

    在降雨對(duì)電波傳播的影響的研究中，一般將雨滴外形視作球形來(lái)研究，采用Mie理論計(jì)算雨滴的散射截面和吸收截面，并應(yīng)用于對(duì)電波的衰減的研究中^{[33，36-37]}。有時(shí)為了更真實(shí)地描述雨滴的外部形狀，將雨滴視為扁橢球狀或者底部有一凹槽的扁橢球狀的Pruppacher-Pitter型雨滴^[38]，并伴隨產(chǎn)生了計(jì)算其散射特性的各種方法，如點(diǎn)匹配法、Fredholm積分法等^{[36，39-40]}，并在此基礎(chǔ)上對(duì)不同極化和不同頻率電波的降雨衰減和雨致去極化進(jìn)行了廣泛的研究，得到了不同頻率雨致特征衰減與降雨率的指數(shù)關(guān)系^[41-43]，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得到了較多的雨衰模型和去極化模型。

    云層對(duì)電波衰減的影響研究主要體現(xiàn)在毫米波波段。LHERMITTE R M做了毫米波多譜勒雷達(dá)對(duì)云和降水的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)后證明94 GHz的毫米波多普勒雷達(dá)能用于氣象觀測(cè)，而且具有優(yōu)良的多普勒特性^[44]，并能有效觀測(cè)云邊界及初始階段的云。ALTSHULER E E和MARR R A采用工作在15 GHz和35 GHz的雷達(dá)，測(cè)量了Boston地區(qū)有云覆蓋條件下的整個(gè)大氣衰減^[45]。DINTELMANN F和ORTGIES G提出了一種云衰減全年累積統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并由輻射?jì)測(cè)量得到了模型參數(shù)^[46]。ORTGIES G等報(bào)告了衛(wèi)星鏈路在20 GHz和30 GHz時(shí)晴空大氣的衰減特性^[47]。DAVIES O T等把無(wú)線電探空得到的云衰減模型和一年的93 GHz無(wú)線電探測(cè)儀測(cè)量的云衰減結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者衰減一致^[48]。DISSANAYKE A等提出了在SHF(3～30 GHz)和EHF(30～300 GHz)頻段的全球可用的云衰減模型^[49]。

    以上雖然給出了一些降雨和云層對(duì)電波衰減的模型，但都很難得到具體地域（位置）的氣象數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果，因此需要研究不同地域的降雨和云層的分布情況，由于降雨和云層受季節(jié)和氣候影響較大，因此已有衰減模型還需在不同地區(qū)及不同氣候條件下進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究。

2.4 非合作雷達(dá)輻射源對(duì)無(wú)人機(jī)等目標(biāo)RCS影響的分析方法

    非合作雷達(dá)輻射源對(duì)目標(biāo)雷達(dá)回波的影響主要體現(xiàn)在輻射源照射無(wú)人機(jī)的情形，其雙站散射信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)主波束，或非合作輻射源的輻射信號(hào)直接通過(guò)雷達(dá)天線方向圖主瓣或副瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，對(duì)雷達(dá)自身發(fā)射的電磁波對(duì)目標(biāo)照射產(chǎn)生的回波造成的影響。

    在非合作雷達(dá)輻射源識(shí)別動(dòng)目標(biāo)指示功能方面，SCHOENENBERGER J G和FORREST J R在1982年開(kāi)發(fā)出了使用獨(dú)立接收機(jī)的民用機(jī)場(chǎng)交通管制雙多基地雷達(dá)系統(tǒng)^[50]。而不用直接接收雷達(dá)發(fā)射信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)目標(biāo)指示功能的方案在1984年被GRIFFITHS H D和CARTER S M提出^[51]。YAMANO L C等人在1984年申請(qǐng)了具有在接收雷達(dá)信號(hào)中補(bǔ)償遇到的相位變化的相干雷達(dá)接收機(jī)的專(zhuān)利^[52]。美國(guó)Technology Service公司的THOMPSON E C在1989年發(fā)表的論文中提出了利用預(yù)警機(jī)作為非合作輻射源來(lái)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)飛行目標(biāo)，利用聯(lián)合監(jiān)視目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)作為非協(xié)同照射源來(lái)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)地面目標(biāo)的方案^[53]。

    在非合作輻射源對(duì)目標(biāo)的威脅性方面，美空軍實(shí)驗(yàn)室在2001年的一項(xiàng)研究報(bào)告中意識(shí)到了無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)非合作雷達(dá)輻射源的威脅性，并增加了敵方探測(cè)的難度，從而削弱了無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)的能力^[54-55]。在美國(guó)2005年與2007年召開(kāi)的雷達(dá)會(huì)議上，OLSEN K E等人利用L波段民用空中交通管制雷達(dá)作為非合作輻射源, 接收機(jī)采用單個(gè)全向天線接收非合作雷達(dá)輻射源的直達(dá)波和目標(biāo)散射回波繪制了目標(biāo)航跡^[56-57]。

    總之，目前對(duì)非合作雷達(dá)輻射源在無(wú)人機(jī)等目標(biāo)無(wú)源相干檢測(cè)及定位等核心技術(shù)上取得了一定進(jìn)展，但對(duì)于非合作輻射源對(duì)目標(biāo)有源雷達(dá)回波干擾的影響未曾有報(bào)道，仍處于探索研究階段。

    非合作輻射源對(duì)雷達(dá)回波造成的影響應(yīng)從非相干干擾和相干干擾方面分別分析。如果非合作雷達(dá)輻射源產(chǎn)生的目標(biāo)回波到達(dá)雷達(dá)接收天線的信號(hào)與雷達(dá)主動(dòng)輻射信號(hào)的回波信號(hào)呈現(xiàn)穩(wěn)定的相位關(guān)系，則非合作雷輻射源對(duì)雷達(dá)回波產(chǎn)生相干干擾，如果不能保持穩(wěn)定的相位關(guān)系，則產(chǎn)生非相干干擾。

3 結(jié)論

    本文針對(duì)于無(wú)人機(jī)等目標(biāo)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的 “小、慢、低”特性，給出了地理因素、氣象因素、非合作雷達(dá)輻射源等復(fù)雜電磁環(huán)境的特征以及對(duì)無(wú)人機(jī)目標(biāo)回波特性的影響。通過(guò)對(duì)半空間雷達(dá)散射截面、氣象因素對(duì)電波衰減的影響及非合作雷達(dá)輻射源對(duì)雷達(dá)回波造成的影響，介紹了復(fù)雜電磁環(huán)境下無(wú)人機(jī)雷達(dá)散射截面的研究進(jìn)展。

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文獻(xiàn)[19]-[57]略

作者信息:

向  敏1，牛立強(qiáng)2，武沛羽2，謝擁軍2，石宋華1，嚴(yán)  杰1

(1.航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都610000；2.北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京100083)