吸收散射型伪装遮障遮蔽性能仿真分析

　　摘要 针对伪装网的遮蔽性能，通过对比网眼间隔、宽高比等尺寸参数，研究了吸收型伪装网对反射率、透射率的响应关系。以周期型起伏网面和多种起伏屋面为仿真对象，通过计算远场RCS及遮障信噪比，综合分析了散射型伪装网对改善遮障后向回波的影响规律。最后对电大尺寸坦克模型在同等遮障面积下的遮蔽效果进行了验证。结果表明，吸收散射型伪装网有效规避了强散射的形成，可为防雷达伪装遮障的理论研究和设计方案制定提供参考。

　　关键词 伪装遮障;结构形态;起伏形态;吸收散射

　　Abstract Targeting at the shielding performance of camouflage net, the response of absorptive camouflage net to reflectivity and transmittance is studied by comparing the mesh spacing, aspect ratio and other parameters. Peri-odic undulating net surface and various undulating roofs are taken as simulation objects. By calculating the farfield RCS and the S/N ratio of obstruction, the effect of scattering camouflage net on the improvement of the backecho shielding is analyzed. Finally, the shielding effect under condition of same barrier size is verified on an electric large size tank model. The results show that the absorption-scattering camouflage net can effectively avoid the ormation of strong scattering, which can provide a reference for theoretical research and design of anti-adar camouflage barriers.

　　Keywords camouflage barrier; structural configuration; undulation; absorption-scattering

　　信息化战争条件下，采用伪装网对目标遮障仍是目前主流的伪装技术措施之一。特别是在合成孔径雷达( SAR) 分辨率不断提高的情况下，对防雷达伪装提出了更高的要求[1-2]。传统伪装网以散射为主，通过设计网眼结构和编织金属纤维实现对电磁波的强散射以形成遮挡。美国 ULCANS 公司伪装网采用六边形和菱形图案，用绳环互相连接，通过不锈钢纤维并和织造而成; 瑞典巴拉居达多波段轻型伪装网由双层面料制成单元，装饰物层切成三维 U 型结构，将附有金属镀层的聚氨酯纤维编织在环状网纹中; 匈牙利采用切割成片状的 PVC 金属箔，形成三维结构，使入射雷达波无向性散射[3-4]。上述散射型伪装网在掩盖目标的同时，自身也成为了新的目标，无法实现真正的雷达隐身。正是在这样的背景下，开展微波吸收散射型遮障研究成为当前的热点。笔者在涂覆吸波材料的基础上，从结构形态、起伏形态、遮蔽信噪比等方面探讨微波传输参数对遮蔽性能的影响关系，为目标防雷达伪装遮障设计和应用提供合理建议。

　　1 结构形态影响遮蔽性能分析

　　伪装网的遮蔽性能与结构形态有很大关系，包括网眼的间隔和大小，如图 1。相邻网眼的间隔影

　　响遮障的抗拉强度，也决定着伪装网的使用寿命。此外在不同使用工况下，由于拉伸作用，网眼发生变形，相应尺寸大小也随之改变，对电磁波反射和透射能量的多少产生直接影响，网眼或大或小同样会影响到伪装网的光学性能。

　　因此，首先对遮障面的结构形态开展研究，用宽高比来表征遮障形态的变化，通过设置 5 ∶ 1、3 ∶ 1、 1 ∶ 1等 3 种网眼宽高比模拟不同拉伸状态，研究其遮蔽性能。

　　为研究吸收型遮障对目标伪装的影响，首先选用理想吸波材料，利用 CST 电磁仿真软件[5]，在 1 ～ 20 GHz 频率范围，通过频域求解器对金属平板进行测试，其吸收率曲线如图 3( a) 所示，将其赋予图 2中伪装网遮障面模型，对伪装网周期单元进行仿真，得到其透射率曲线，如图 3( b) 所示。

　　从图 3 中看出，吸波材料自身性能虽好，但将其赋予有网眼的伪装网，即使在未拉伸情况下，在整个波段内透射率为 1，电磁波将全部透射，未能达到吸波的目的。对于防雷达伪装网，目前常用的作法是在基布中编入金属丝，以形成金属特性。为此仿真中将伪装网的材料属性设置为损耗金属更符合实际。同时，在不同网眼宽高比的基础上，设置 10、15 和 20 mm 3 种间隔，研究遮障的传输特性。

　　由图4中各曲线可以看出，在网眼间隔相对较小的情况下，网眼大小对反射、透射率起主要作用，网眼越大，反射率越低，透射越强：受波长影响，网眼尺寸对L.S.C波段遮蔽性能影响较大，尤其在L波段，表现出强反射，随着波长减小，网眼尺寸对反射和透射率影响也逐渐变小：另外，网眼间隔增大后，遮障基布占比对吸收率起主要作用，相同遮障面积下，基布比例越高，吸收越强，反射和透射率同步减小。

　　透过遮障的电磁波照射到目标后形成回波，决定了目标的伪装效果。考虑在不利情况下，即目标的透射率为0，将来自遮障透过的电磁波全部反射回去，为此，选取金属平板作为遮障内目标，并在相同条件下进行仿真，结果见图5，随着网眼间隔的增加，反射率逐渐降低，吸收变强，有利于目标的伪装;而随着网眼尺寸的增加，反射率也逐步升高，对伪装产生不利影响。

　　因此，通过控制遮障形态，适当加大网眼间隔距离，减小拉伸状态下网眼的尺寸可以增加对电磁波的吸收，更好地伪装目标。

　　2 起伏形态影响遮蔽性能分析

　　伪装网本身具有起伏特征，对电磁波散射影响较大，是决定伪装遮蔽效果的重要因素[6-7]。利用

　　3Dmax 软件，采用随机方式，建立 2 种粗糙度的伪装网模型，起伏高度分别为 h1 = 10 mm，h2 = 40 mm，并导入 CST 中，赋予与前文相同的吸波材料，在不同入射角和方位角下，通过观察遮障的远场单站 RCS 值，分析散射规律。

　　图 7 中曲线表明，特定方位角下起伏 h1在 0 ～ 60°不 同 入 射 角 内，对 同 一 目 标 的 RCS 值 相 差8 dBsm，而起伏 h2只相差 4 dBsm; 特定入射角下，起 伏 h1在 0 ～ 90°不同方位角内，对同一目标的 RCS 相 差12 dBsm，而起伏 h2 几乎不变。但由于伪装网真实的起伏情况更加复杂，因此对于仿真结果只能定性反应散射趋势。从中可以看出，随着粗糙程度的增加，遮障本身在各方向的散射能量也更加均匀。

　　限于计算能力，在 CST 中很难实现对大面积起伏遮障散射的仿真，必须对模型进行简化，因此，利用软件自带功能，改为对吸波材料的表面粗糙度进行设置，遮障采用平面模型，不再设置起伏。同时，在相同遮障投影面积下，对屋面设置不同程度的起伏并铺设伪装网，以模拟大面积遮障场景，如图 8 所示。

　　对屋面进行远程 RCS 仿真，从图 9 中结果同样可以看出，随着起伏程度的增加，各方向回波更加均匀，说明粗糙度对于实现遮障的均匀回波效果明显，有利于多角度侦察下实施对目标的遮障伪装。

　　3 遮蔽信噪比综合分析

　　雷达探测器接收的信号包括遮障自身的回波功率 Es 和来自目标的回波功率 Ets ，可用遮蔽信噪比δs 表征目标信号隐蔽于遮障信号的能力，定义为目标与遮障混合信号与遮障信号的比率[8-9]，公式为:

　　式中，Es 由后向散射系数 R、雷达波束照射面积 S、雷达波入射能量密度Ei 决定:

　　式中，r 表示与雷达之间的距离。而目标的回波功率与其雷达散射截面和遮障的透射率相关:

　　将等式两边同时取对数后再乘以 10，以 dB( 分 贝) 为单位表示雷达目标特性，变成:

　　σ'为目标雷达散射截面与雷达波束面积之比， 而 A、T 分别是吸收系数和透射系数，考虑到能量守恒，必然有:

　　用朗伯散射模型来描述遮障总散射系数 Rt 与其后向散射系数 R 的关系为:

　　而由于遮障的随机起伏，电磁波在经过遮障后，因其改变了目标回波的传播方式而使目标的后向散射信号得到衰减，因此需对计算过程进行修正: 用 α描述入射信号的下降[10]，最终遮蔽信噪比公式写成:

　　选用间隔 15 mm，宽高比分别为 3 ∶ 1、1 ∶ 1 拉伸状态的伪装网模型，在起伏 h1、h2条件下进行仿真，得到 10 GHz 频点处的传输参数，再根据式( 7) 计算出不同雷达分辨率下的遮蔽信噪比，同时给出遮障

　　率，即网面与整网面积的比值。目 标 RCS 取 为20 m2 ( 13 dBsm) ，α 取 0. 4，计算结果列于表 1。

　　般认为，当信噪比低于5 dB时，能够遮蔽目标。从表1中可以看出，随着吸收能力的增强，遮障的遮蔽性能也迅速增强，但由式(7)可知，反射率同样对信噪比产生影响，随着起伏粗糙度的增强，反射回波在各网眼之间形成多次散射，起到了衰减的作用，降低了信噪比。同时随着拉伸网眼扩大，透射率增强，电磁波更多地照射到目标上，使得回波增强，也提高了信噪比。同时，雷达的分辨率对遮蔽性能也有很强的影响，应对高分辨率雷达时，需要伪装网具有更强的微波吸收能力。

　　4伪装网遮蔽目标仿真验证

　　架设和直铺是伪装遮障经常采用的2种使用方式，结合上述研究结论，采用宽高比3：1起伏h2遮障形式验证遮障对坦克模型的遮蔽效果[112。首先在无遮障条件下，利用某坦克1：1模型(见图10)，作为对比目标进行仿真，设定900方位角，在10 GH频点处，分别得到入射角09、300.600情况下目标的回波热图(强回波区域)。

　　如图 11 所示，在无遮障条件下，坦克模型在多入射角情况下均存在强回波区域，轮廓清晰，识别特征明显，不具备伪装效果。

　　在架设条件下，采用轻钢骨架铺设伪装网，对坦克目标形成遮挡，如图 12 所示，电磁波垂直入射时，坦克轮廓同样可见，但显著性明显降低，同时金属材质的支撑骨架也清晰可见。随着入射角度的增加，强散射区域逐渐变小，暴露特征明显减弱，到 60°入射角时，目标已不可见，达到遮蔽伪装效果，如图 13 所示。

　　采用直铺伪装网后，由于增加了起伏，使用环境更接近模型设置，如图 14 所示。电磁波垂直入射时，由一系列强散射点构成坦克轮廓，但对比架设方案，暴露特征已明显减弱，且在增大入射角的过程中回波减弱更快，能在更宽的范围实现伪装目的，同时也弥补了金属支撑骨架的不足( 见图 15) 。

　　5结论

　　为降低伪装遮障信噪比，提高遮蔽性能，可采取2方面措施：

　　(1)通过改善网眼间距，适当增加基布占比，以发挥吸波材料作用，减小回波强度，对于金属等强回波目标遮障作用明显。

　　(2)通过调节起伏程度，适当增加网面粗糙度，以形成均匀回波，降低目标后向散射强度，有利于多角度侦察下实施对目标的遮蔽。

　　在不同拉伸状态下，由于网眼宽高比的变化，对反射率和透射率产生较大影响，需同步考虑粗糙度及网眼间距对伪装效果的综合影响，这也是今后针对特定背景进行伪装网定制化设计的研究重点。

　　参考文献

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文章名称： 吸收散射型伪装遮障遮蔽性能仿真分析

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