RCS 概念與計算

一﹑ 介紹

Radar cross-section ( RCS ) 是一種表示物體被雷達偵測的量，越大的 RCS 表示該物體越容易被雷達所偵測。

如果物體均一地全向性散射能量,則其 cross section 面積將相等於入射波的能量面積。也就是說球體若具有等向散射能力，則 cross section 非常容易地解釋成球體的投影面積。

目標的 cross section 是觀察角度、入射波、頻率、極化方向等組成的複雜函數。經常也與物體實際大小、所在環境相關。還有物體的表面粗糙度也在計算 cross section 扮演重要角色。如 圖 1.1

圖 1.1 Concept of Radar Cross Section

 二 、 RCS 參數

物體能反射的雷達能量有限，與六種參數相關。

1、RCS 參數

RCS至少與以下六種參數相關. 如 圖 2.1

1	物體材質
2	物體絕對大小
3	物體相對於雷達波長的大小
4	入射角
5	反射角
6	發射與接收場型 ( 極化 ) 與物體的相對方位

圖 2.1 RCS 參數

2. 無關參數

發射功率強度 與 距離 此二種變數並不是 RCS  的參數，因為 RCS 僅表示物體有關反射程度的特質。

 
三、 RCS 單位

物體的 RCS 是在特定的雷達波長以及極化方向下所計算的大小。
以 square meter ( m² ) 表示，也常用decibels relative to a square meter ( dBsm )。

1. dBsm 單位換算

如 圖 3.1

圖 3.1 RCS expressed in dBsm

2. 典型值

RCS 可用於偵測飛機，且在相當寬廣距離量度下。所以隱形戰機會在設計上相對於一般客機有相對低的 RCS 。現今軍用飛機而言，對 RCS 是有非常嚴苛的分類。

一般在公分波雷達的典型物體 RCS 為 : 飛彈 0.5 m²; 戰術噴射機 5 ~ 100 m²; 轟炸機 10 to 1000 m²; 船隻 3,000 to 1,000,000 m²; 典型比較如 圖 3.2

Unit	Insects	Birds	Humans	Aircraft	Ships
m2	0.001	0.01	0.1	100	10,000
dBsm	-30	-20	-10	20	40

 

圖 3.2 典型 RCS 比較

 四、 計算實例

RCS是抽象的概念，因為物體的 radar cross-sectional area 並非正相關於其physical cross-sectional area.
粗糙地說，RCS 是阻斷發射功率且消散返回雷達接收同向能量的一個 effective area 更精確些，如果所有被阻斷的功率會被同向再輻射，則 RCS 是目標阻斷發射功率密度 ( 假想 ) 的 hypothetical area

物體的 RCS 為完美反射球體的多少 cross-sectional area ( 面積 ) 能反射的相同強度。

在一些情形下，大多數物體若觀測其地表上的面積則可使用一個相對量做為表示稱作為 differential scattering coefficient (also called the normalized radar cross-section or backscatter coefficient ) 並定義為一個單位的物體集合平均的 RCS。如 圖 4.1

圖 4.1 Backscatter From Shapes