毫米波辐射计反空中涂层隐身飞机的分析
摘要利用毫米被辐射计匣空中津层隐身龟机的基丰机理和美国标准尢气模型(1975)及IAebe 毫米波传输模型(1985)，模拟{十算了大气和地面等背嚣引^ 的天线噪声温度和辐射计天逝温度 的信杂比．
引言 无线温度信杂比 隐身技术是现代战争和未来战争的重要技术之一，在军用飞行器上已得到广泛的应用． 现代隐身技术主要着力于研究减小雷达的后向散射面积～雷达截面积(RCS)．采用的有效 途径主要有三种 ]：(1)外形技术，采用后向散射小的外形结构f(2)表 涂层技术，将吸收 材料涂在飞行器的表面上；(3)加复数负载技术．针对隐身技术，现有的反隐身技术主要分成 两大类 ：(1)抑制隐身技术，如采用雷达网和低载频等技术，提高隐身目标的雷达截面秘； (2)提高雷达的探测能力，如加大雷达发射功率增大隐身目标的回波信号．电子称| 热像仪| 频闪仪| 测高仪| 测距仪| 金属探测器| 试验机| 扭力计| 流速仪| 粗糙度仪| 流量计| 平衡仪| 本文分析r利用 毫米渡辐射计反空中涂层隐身飞机这一新技术．
1 基本机理 毫米波(微波)吸收材料(非透明体)与它周围环境的相互作用是：
(1)本身辐射电磁波；
(2)吸收部分外界电磁渡；
(3)反射其余的电磁波．它的吸收系数a和反射系数P的关系式 为 ：。+P一1，当雷达照射到涂层吸收材料时，雷达信号。部分被吸收转换为热能， ·部分 被反射．涂层隐身的目的就是增大吸收系数a，减小反射系数P．根据黑体辐射理 仑，涂层吸 收材料在吸收的同时．它本身也在向外辐射噪声电磁波信号．它的辐射系数l-等于吸收系数 。(即：s一。)．在天空冷背景r．对辐射计来说涂层E机成为明显的热目标．涂层吸收材料的 回波损耗越大．反射信号就越小，而它本身的辐射信号就越大． 涂层E机的辐射信号透过大气被辐射计天线接收，辐射计的天线温度 为 日标的立体角．了1 和丁 分别是背景和日标引入的天线锦度，表达式为 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)．得到辐射汁天线温度的信杂比：SCR=T ／了
2 背景天线温度 ．
(2) (3) 背景的辐射噪声 要来自夫气的辆射千¨地面的辐时，图]给出r背景辐射噪声温度对 天线温度贡献的示意图·辐射计犬线放置在高度为H 的地方，以天线的位置为球坐标原点， 灭顶方向为z轴方向，则背景的辐射噪声温度为： l ( ． )．0<口< ； 了1础( ， )一 【[ +(1一 )了1 ( 一 ． ) +Tv(O— )一号< < (4) 式(4)中了1一(口． )是大气向r辐射的噪卢温度^ 干u T 分别是地 的辐射率和物理温度，Z’D 为从反射点D剑天线点0之 HJ的大气光学厚度，丁 ( ． )是从D到0的大气辐射温度． 2．1 大气辐射噪声 大气向r的辐射包含：大气 各种成分的辐射和字宙背景的辐射，其表达式为： 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)是在距离 处的夫 物 温度．n(f)是人 t的吸收系数，了1 是字市背景辐射噪声 温度(一2．7K)．7 ， 是人气的’ 均温度，z是乖直高度， 是火气在0 h-向的总光学厚度 是人气存天顶方向的总光学厚度． 在厘米波和毫米波波段，大气巾主要吸收成分是与气象参数有密切关系ff{J氧分子、水蒸 汽分子和液态水(如：雾和雨)等．本文采用l 976年版的美国标准大气模型 气象参数，氧分 子、水蒸汽和液态水吸收系数的计算采用Liebe模型 ]．大气向下辐射温度的计算结果如图 2所示．
2．2 背景噪声 在毫米波波段，可以把地面看成是随机极化的噪声源，本文中地面辐射系数e取0．9． 物理温度取288．15K(美目标准大气模型的海平面温度)．这样地面辐射温度约为259K．图 3给出了当辐射汁天线放置在距地面lore高处时的背景噪声温度
2．3 背景天线温度 模拟汁算中天线方向图采用一阶余弦幂函数分 布激励的辐射场．且方向 与方位角 无关： ．天线 方向图的表达式为： P(O， 一(1+ cos0) {cosu／[1一(2u／rr) ]} ／4， (8) je巾．“一arrsinO／．~．a／a足以波长为单位的相对天线 E1．径．if。箅巾分别取50，100，200．图4给出r天线的 电轴对着不同方向利用式(3)得到的背景天线温度． 0／(。) (a】 270 瞎{3 背景噪声温度 (实线一95GHz，虚线35GHz) Fig r 3 Noise tempe rature of background (solid line：95GHz，dashed line：35GHz) 0／(。) (b) 4 背景天线温度 (a)_厂一35GHz (b)F一95GHz Fig·4 Antenna temperature introduced by background
3 目标天线温度及信杂比计算 由目标引入的天线温度包括两部分：目标辐射的噪声温度致目标反射地面和环境辐射 的噪声温度．涂层吸收材料是高损耗的，而且地面和环境辐射和噪声温度也不高(~300K)． 在此忽略目标反射的噪声部分，这样，涂层飞机的辐射噪声温度为： 式(9)中 为涂层回波损耗． ( ． 为目标物理温度，r 为从日标到天线的光学厚度． 假设日标在天线 波束的最大处(即天线对准目标)．则目标引入的天线温度为： T^^一n^ ∞( ． ／ll P( ， d口． (10) JJ 4f 取隐身 机的辐射面积为lOOm ]，由式(1o)可计算出 种天线在三种距离R(1km、5km、 10km)时得到的天线温度．图5给出目标在不同天顶角度位置时的天线温度信杂比(网波损 耗取20dB，且目标的物理温度为所处位置大气的温度)，其中图5(a)、(b)、(c)对应35GHz 频率，对应的距离分别是lkm、5kin、10km：图5(d)、(e)、(f)对应95GHz频率．对应的距离 分别是lkm、5km、10km．图5(a)和(d)巾实线和虚线重叠．
5 结语 (采用毫米波辐射计反宅巾涂层隐身飞机是一种新的方法．从图5可得到以下几点结论： (1)采用大口径天线可得到大的信杂比SCR；(2)在相对口径(n“)相同时．采用35GHz频率 SCR比采用95GHz时高，这是由于大气对35GHz的衰减小；(3)在前面假定的参数情况下， 隐身飞机在lkm距离(各个方向)时，三种天线使用两种频率都可得到较好的信杂比，在 5km距离，只有大L『往天线信杂比较好，在lOkm距离．i种天线得到的信杂比都较小；(4) 信杂比随天顶角的增大析减小．从上面分析可见，天线口径越大探测距离越远．采用合适口 径的天线可探测到几公里之内的空中隐身飞机．如果采用大El径的天线和超低副瓣的激励 ’ 源，或采用合成孔径天线，使天线的主波束更窄和旁瓣更低，会得到更好的天线温度信杂比．
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