毫米波大气衰减系数测量方法研究

陈骄阳

（中国人民解放军91404部队92分队，秦皇岛 066001）

毫米波大气衰减系数测量方法研究

陈骄阳

（中国人民解放军91404部队92分队，秦皇岛 066001）

毫米波在海上传播时存在着比较大的大气衰减系数，该系数会造成RCS测量出现误差。为准确测量毫米波RCS，必须设置准确的大气衰减修正系数。以毫米波RCS测量实际出发，给出了几种测量当时当地毫米波大气衰减系数的方法，得出了计算衰减系数的公式。经仿真验证，方法过程是有效的。

毫米波；RCS；大气衰减

引言

毫米波在海面上传播时存在着较大的大气衰减系数。大气衰减系数与不同的海区、季节、气候、具体时间的气象等诸多因素有关。当毫米波雷达测量目标的雷达截面积（简称RCS）时，若大气衰减修正系数值设置不准确，会使RCS测量值存在误差。修正系数设置过大，会使实测RCS值偏大，反之偏小。若想使实测目标的RCS值准确，必须设置合适的大气衰减修正系数，测出当时当地准确的大气衰减系数。因此有必要研究测量当时当地的大气衰减系数的方法。

1 大气衰减引起的毫米波RCS测量误差

根据毫米波RCS测量原理，通过误差分析可以得出大气衰减引起的毫米波RCS测量的均方根相对误差为：

毫米波大气衰减系数α随环境条件的不同而发生变化。在实际测量时，如果用晴朗大气标准条件下的大气衰减系数来进行修正，它与实际值之间存在误差。一个月内晴朗大气条件下，每天的6-20时的毫米波大气衰减变化不大，但一个月内每天间的起伏变化范围很大。

晴朗大气条件下，海平面水平方向的毫米波大气衰减系数的均方根误差可以达到0.08dB/km，假如目标距离为10km、标校距离为1km时，大气衰减的不确定性引起的RCS测量误差为：

如果测量距离为20km、标校距离为1km时，大气衰减的不确定性引起的RCS测量误差为：

如果不是在晴朗大气条件下进行毫米波RCS测量，则大气衰减的变化更大，其不确定性对测量结果的影响更严重。从上面的分析可以明显看出，影响毫米波RCS测量精度的关键性因素是毫米波大气衰减系数的不确定性，即因为不能准确获得测量时的毫米波大气衰减系数，无法对大气衰减进行精确的修正，给测量结果带来很大的测量误差。

2 几种毫米波大气衰减系数测量方法

以下分别论述标准球变距法、木船转圈变距法、实射箔条弹变距法、木船直航变距法等方法如何测量当时当地的毫米波大气衰减系数。

2.1 标准球变距测量方法

目前标准球的RCS太小，RCS测量雷达只能在1500m以内的距离上测量，在这样短的距离内无法测出大气衰减系数随距离变化的关系。可以将若干个标准球组合串联起来，比如将5-10个球组合串起来，间隔2米，用直升机吊起来（如图1所示），或在船上用一个或多个气球将其升起来（如图2所示）。若能做成直径为1.13米的大标准球，则用一个大标准球代替标准球组合，测量效果更好。

直升机或木船带动标准球组合由远及近（如从10km～5km）或由近及远地移动，移动一次作为一个航次，进行多个航次（如n次）。雷达不设大气衰减修正系数，实时测量每航次标准球组合在各个距离上的RCSR(n)。即：

依次用近距离上的RCS值除以相邻远距离上的RCS值，计算其倍数：

最后得出衰减系数总平均值：

图1 直升机吊标准球测量法

图2 单个大气球（或多气球）吊标准球测量法

2.2 木船转圈变距测量方法

木船驶向B点，距雷达为（R-1）km，以B点为圆心，以r为半径顺时针转圈，仍转n圈（航速与在A点时的航速相同）。最后得出n圈的总平均值。

2.3 实射箔条弹变距测量方法

木船与RCS测量雷达距离为R，首先在距离R处实时测量毫米波箔条弹的RCS值，测量m次，得出各个时刻的平均值（不设衰减修正系数）。

再在距离R-1处实时测量毫米波箔条弹的RCS值，测量m次，得出各个时刻的平均值（不设衰减修正系数）。

图3 木船转圈变距测量法

图4 木船直航变距测量法

2.4 木船直航变距测量方法

目前舰船直航时的航向精度可保证在0°±3°范围内，甚至还要高些。在该范围内，其RCS变化很小。因此可采用木船或舰艇从某一点由远及近地向测量雷达直航的方法测量大气衰减系数，如图4所示。由远及近移动完一次作为一个航次，共进行n个航次。雷达不设大气衰减修正系数，实时测量每航次在各距离点上船艏向的RCS值。最后采用比对的方法求出用倍数表示的大气衰减系数的总平均值，其方法同第1项。

3 结束语

毫米波RCS测量是一项新技术，本文以毫米波RCS测量实际出发，介绍了4种测量毫米波大气衰减系数的方法，给出了计算大气衰减系数的表达式。经数字仿真计算，这四种测量方法有效可靠，能减小毫米波RCS测量的误差。随着将来测量设备的不断改进及研究的不断深入，还需对本方法不断地补充、修改和完善。

[1]朱三文,等．舰艇雷达隐身技术研究[J]．国外舰船工程, 2004, 3.

[2]杨超.雷达对抗工程基础[M].成都：电子科技大学出版社, 2006.

陈骄阳，男，工程师，1983年8月出生，主要研究方向：雷达对抗。

Research on the Measurement Method in Millimeter Wave Atmospheric Attenuation Coeff cient

CHEN Jiao-yang
(Unit 92 PLA 91404, Qinhuangdao 066001)

The millimeter wave propagation in the sea presents large coefficient of atmospheric attenuation, the coefficient will cause some errors in the RCS measurement. In order to measure millimeter wave RCS accurately, we must set the accurate atmospheric attenuation coefficient. Based on the measurement of millimeter wave RCS, this paper presents several measurement methods in millimeter wave atmospheric attenuation coefficient there and then; and gets the calculation of the attenuation coefficient formula. Through the simulation and verification, the process of the method is proved to be effective.

millimeter wave; RCS; atmospheric attenuation

TN95

A

1004-7204（2015）02-0059-03