毫米波輻射計反空中涂層隱身飛機的分析
摘要利用毫米被輻射計匣空中津層隱身龜機的基豐機理和美國標準尢氣模型(1975)及IAebe 毫米波傳輸模型(1985)，模擬{十算了大氣和地面等背囂引^ 的天線(xiàn)噪聲溫度和輻射計天逝溫度 的信雜比．

引言 無(wú)線(xiàn)溫度信雜比 隱身技術(shù)是現代戰爭和未來(lái)戰爭的重要技術(shù)之一，在軍用飛行器上已得到廣泛的應用． 現代隱身技術(shù)主要著(zhù)力于研究減小雷達的后向散射面積～雷達截面積(RCS)．采用的有效 途徑主要有三種 ]：(1)外形技術(shù)，采用后向散射小的外形結構f(2)表 涂層技術(shù)，將吸收 材料涂在飛行器的表面上；(3)加復數負載技術(shù)．針對隱身技術(shù)，現有的反隱身技術(shù)主要分成 兩大類(lèi) ：(1)抑制隱身技術(shù)，如采用雷達網(wǎng)和低載頻等技術(shù)，提高隱身目標的雷達截面秘； (2)提高雷達的探測能力，如加大雷達發(fā)射功率增大隱身目標的回波信號．電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計| 平衡儀| 本文分析r利用 毫米渡輻射計反空中涂層隱身飛機這一新技術(shù)．

1 基本機理 毫米波(微波)吸收材料(非透明體)與它周?chē)�環(huán)境的相互作用是：
(1)本身輻射電磁波；
(2)吸收部分外界電磁渡；
(3)反射其余的電磁波．它的吸收系數a和反射系數P的關(guān)系式 為 ：。+P一1，當雷達照射到涂層吸收材料時(shí)，雷達信號。部分被吸收轉換為熱能， ·部分 被反射．涂層隱身的目的就是增大吸收系數a，減小反射系數P．根據黑體輻射理 侖，涂層吸 收材料在吸收的同時(shí)．它本身也在向外輻射噪聲電磁波信號．它的輻射系數l-等于吸收系數 。(即：s一。)．在天空冷背景r．對輻射計來(lái)說(shuō)涂層E機成為明顯的熱目標．涂層吸收材料的 回波損耗越大．反射信號就越小，而它本身的輻射信號就越大． 涂層E機的輻射信號透過(guò)大氣被輻射計天線(xiàn)接收，輻射計的天線(xiàn)溫度 為 日標的立體角．了1 和丁 分別是背景和日標引入的天線(xiàn)錦度，表達式為 了1 一Ⅱ 一 了1 (口． P( 一 dn／ P( 一 dn 了一m一』T 了一 c ， P c ， an，』T P c ， an一 由式(2)和(3)．得到輻射汁天線(xiàn)溫度的信雜比：SCR=T ／了

2 背景天線(xiàn)溫度 ．
(2) (3) 背景的輻射噪聲 要來(lái)自夫氣的輛射千¨地面的輻時(shí)，圖]給出r背景輻射噪聲溫度對 天線(xiàn)溫度貢獻的示意圖·輻射計犬線(xiàn)放置在高度為H 的地方，以天線(xiàn)的位置為球坐標原點(diǎn)， 滅頂方向為z軸方向，則背景的輻射噪聲溫度為： l ( ． )．0<口< ； 了1礎( ， )一 【[ +(1一 )了1 ( 一 ． ) +Tv(O— )一號< < (4) 式(4)中了1一(口． )是大氣向r輻射的噪盧溫度^ 干u T 分別是地 的輻射率和物理溫度，Z’D 為從反射點(diǎn)D劍天線(xiàn)點(diǎn)0之 HJ的大氣光學(xué)厚度，丁 ( ． )是從D到0的大氣輻射溫度． 2．1 大氣輻射噪聲 大氣向r的輻射包含：大氣 各種成分的輻射和字宙背景的輻射，其表達式為： 丁 ( ． )一』 丁( ) ( )exp(一 n( )d ) +T,~exp(一j a(1)d1)． 了1 I a(z)seeOdz—rDsecO (5) (6) (7) 式L}『了1(f)是在距離 處的夫 物 溫度．n(f)是人 t的吸收系數，了1 是字市背景輻射噪聲 溫度(一2．7K)．7 ， 是人氣的’ 均溫度，z是乖直高度， 是火氣在0 h-向的總光學(xué)厚度 是人氣存天頂方向的總光學(xué)厚度． 在厘米波和毫米波波段，大氣巾主要吸收成分是與氣象參數有密切關(guān)系ff{J氧分子、水蒸 汽分子和液態(tài)水(如：霧和雨)等．本文采用l 976年版的美國標準大氣模型 氣象參數，氧分 子、水蒸汽和液態(tài)水吸收系數的計算采用Liebe模型 ]．大氣向下輻射溫度的計算結果如圖 2所示．
2．2 背景噪聲 在毫米波波段，可以把地面看成是隨機極化的噪聲源，本文中地面輻射系數e取0．9． 物理溫度取288．15K(美目標準大氣模型的海平面溫度)．這樣地面輻射溫度約為259K．圖 3給出了當輻射汁天線(xiàn)放置在距地面lore高處時(shí)的背景噪聲溫度
2．3 背景天線(xiàn)溫度 模擬汁算中天線(xiàn)方向圖采用一階余弦冪函數分 布激勵的輻射場(chǎng)．且方向 與方位角 無(wú)關(guān)： ．天線(xiàn) 方向圖的表達式為： P(O， 一(1+ cos0) {cosu／[1一(2u／rr) ]} ／4， (8) je巾．“一arrsinO／．~．a(chǎn)／a足以波長(cháng)為單位的相對天線(xiàn) E1．徑．if。箅巾分別取50，100，200．圖4給出r天線(xiàn)的 電軸對著(zhù)不同方向利用式(3)得到的背景天線(xiàn)溫度． 0／(。) (a】 270 瞎{3 背景噪聲溫度 (實(shí)線(xiàn)一95GHz，虛線(xiàn)35GHz) Fig r 3 Noise tempe rature of background (solid line：95GHz，dashed line：35GHz) 0／(。) (b) 4 背景天線(xiàn)溫度 (a)_廠(chǎng)一35GHz (b)F一95GHz Fig·4 Antenna temperature introduced by background

3 目標天線(xiàn)溫度及信雜比計算 由目標引入的天線(xiàn)溫度包括兩部分：目標輻射的噪聲溫度致目標反射地面和環(huán)境輻射 的噪聲溫度．涂層吸收材料是高損耗的，而且地面和環(huán)境輻射和噪聲溫度也不高(~300K)． 在此忽略目標反射的噪聲部分，這樣，涂層飛機的輻射噪聲溫度為： 式(9)中 為涂層回波損耗． ( ． 為目標物理溫度，r 為從日標到天線(xiàn)的光學(xué)厚度． 假設日標在天線(xiàn) 波束的最大處(即天線(xiàn)對準目標)．則目標引入的天線(xiàn)溫度為： T^^一n^ ∞( ． ／ll P( ， d口． (10) JJ 4f 取隱身 機的輻射面積為lOOm ]，由式(1o)可計算出 種天線(xiàn)在三種距離R(1km、5km、 10km)時(shí)得到的天線(xiàn)溫度．圖5給出目標在不同天頂角度位置時(shí)的天線(xiàn)溫度信雜比(網(wǎng)波損 耗取20dB，且目標的物理溫度為所處位置大氣的溫度)，其中圖5(a)、(b)、(c)對應35GHz 頻率，對應的距離分別是lkm、5kin、10km：圖5(d)、(e)、(f)對應95GHz頻率．對應的距離 分別是lkm、5km、10km．圖5(a)和(d)巾實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)重疊．

5 結語(yǔ) (采用毫米波輻射計反宅巾涂層隱身飛機是一種新的方法．從圖5可得到以下幾點(diǎn)結論： (1)采用大口徑天線(xiàn)可得到大的信雜比SCR；(2)在相對口徑(n“)相同時(shí)．采用35GHz頻率 SCR比采用95GHz時(shí)高，這是由于大氣對35GHz的衰減��；(3)在前面假定的參數情況下， 隱身飛機在lkm距離(各個(gè)方向)時(shí)，三種天線(xiàn)使用兩種頻率都可得到較好的信雜比，在 5km距離，只有大L『往天線(xiàn)信雜比較好，在lOkm距離．i種天線(xiàn)得到的信雜比都較��；(4) 信雜比隨天頂角的增大析減�。畯纳厦娣治隹梢�(jiàn)，天線(xiàn)口徑越大探測距離越遠．采用合適口 徑的天線(xiàn)可探測到幾公里之內的空中隱身飛機．如果采用大El徑的天線(xiàn)和超低副瓣的激勵 ’ 源，或采用合成孔徑天線(xiàn)，使天線(xiàn)的主波束更窄和旁瓣更低，會(huì )得到更好的天線(xiàn)溫度信雜比．