雷达截面积RCS原理浅析

Radar Cross Section

雷达截面积（Radar Cross Section）是雷达扫描到物体的等效可见面积。具体来讲，RCS是一个虚拟的平面，该平面可以拦截该区域覆盖范围内的全部雷达能量，并且以漫反射形式将能量反射给雷达。雷达接受到物体反射的实际能量和该平面反射的能量是一样的。在数学上，RCS用公式表达为：
$$\sigma =\underset{R\to \infty }{\lim }4\pi R^2\frac{S_s}{S_i}$$
其中，R是雷达和目标之间的距离，$S_s$是距离目标点R处的散射能量密度，$S_i$目标接受到的雷达入射能量密度。

RCS of Simple Objects

理论上来说，物体的RCS可以通过解带有一定边界条件的麦克斯韦方程组得到，然而，只有具有简单几何形状的物体才可以通过这个方法获得RCS。例如，球形导体的RCS（为了显示方便纵轴为$RCS/\pi a^2$）关于归一化周长的函数如下图所示：（注：归一化周长为$2\pi a/\lambda$，其中a是求的半径，$\lambda$是波长）

图中，RCS可以被区分为Rayleigh region，Mie or Resonance region以及Optical region。

• Rayleigh Region：物体的半径小于波长，RCS随${\lambda }^4$变化。
• Mie or Resonance Region：物体相比于波长的比值介于Rayleigh和Optical之间，RCS不断随归一化周长上下波动。
• Optical Region：物体的尺寸远大于波长，RCS接近于恒定的$\pi a^2$。

Factors determines RCS

目标物体的RCS依赖于它的尺寸、反射率、方向等等。

• 尺寸：一般来说，越大物体的RCS越高。同时，一个波段的雷达没有办法连续探测一定尺寸的物体，比如10cm波长的雷达可以探测雨水，但是无法探测云雾，因为云雾的颗粒尺寸要小很多。
• 材料：金属具有很强的反射性，即使是很薄的一层金属也会带有强烈的雷达回波。相比而言，木头、衣服、塑料以及玻璃纤维的反射性很低，对于雷达来说，这些东西甚至是透明的，因此常被用来制作雷达的保护罩。
• 形状、角度：以F-117A战斗机为例，战斗机的机身被设计为扁平且棱角很多的外形。这使得雷达的入射角度很大，使得雷达信号更有可能会被弹开。相比于而言，圆润的物体更有可能在表面将雷达信号沿法向反射会雷达，使得物体容易被探测到。