典型卫星目标在不同姿态条件下的宽带散射特性

无姿态改变时后向RCS

由于球体不具有任何方向上的特殊性，所以用球体的姿态角无论作何改变，其散射特性理论上不应发生变化。这里计算了翻滚角在90度变化范围内的后向雷达散射截面变化，如图4所示，在波长为1.0m、 0.75m、0.5m情况下起伏不超过1dB，这在分析雷达散射截面中是可以容忍的误差。而波长0.33m情况下起伏较大。

图4 金属球雷达后向RCS随翻滚角变化曲线

4 典型卫星目标姿态算例分析

本文针对风云二号这种典型的自旋稳定卫星进行了计算，对其在"翻滚"、"俯仰"姿态变化下进行了仿真。自旋稳性卫星具有旋转对称的外形，它是利用卫星绕自旋轴所获得的陀螺定轴性在惯性参考空间定向，属于被动稳定系统。自旋稳定卫星的优点是：简单并具有一定精度；抗干扰能力强，但其姿态指向精度低，因此是早期空间飞行器多采用的稳定方式。典型的如我国的"风云二号"气象卫星，这是地球同步轨道气象卫星，卫星主体为直径2.1米，高1.6米的圆柱体。

具体计算时采用高斯脉冲入射，空间离散精度，脉冲宽度。针对每组确定地翻滚角和俯仰角，进行一次时域计算，就可获得任意远区场点的时域波形，在利用傅立叶变换便可得到后向RCS的频率响应。绕翻滚轴或俯仰轴不断改变入射波方向就可以模拟卫星的翻滚俯仰姿态变化，得到宽频带范围内的卫星目标后向RCS随姿态角变化的规律。图5给出了"风云2号"气象卫星模型在姿态角为零时的后向频率响应。

图5 "风云二号"卫星模型姿态不变时的后向频率响应

图6和图7分别给出了风云二号气象卫星翻滚和俯仰姿态宽频带分布，对比分析图6和图7可以看出：风云二号卫星后向RCS随翻滚角变化要比随俯仰角变化剧烈，这说明自旋稳定卫星的翻滚姿态变化更容易引起目标散射特性的变化。

图6 "风云二号"卫星模型后向RCS随翻滚角
和频率分布（俯仰角为零）

图7 "风云二号"卫星模型后向RCS随俯仰角
和频率分布（翻滚角为零）

由于通常情况下在轨卫星的姿态角变化幅度不会很大，需要了解卫星散射特性随姿态角在小范围的变化规律。图8图9分别给出了三种入射波频率条件下的小角度（±10度范围）姿态起伏，为了对比不同入射波频率条件下的情况，图中纵坐标用姿态角为零时的后向RCS归一化表示。对比观察可以看出在小角度变化中，"风云二号"卫星散射特性随翻滚角变化较俯仰角大，在图中三个频率点和空间±10度的变化范围内翻滚姿态变化使卫星后向RCS最大变化了大约45%，而俯仰姿态变化时后向RCS最大约有20%的变化。说明翻滚姿态改变更能引起雷达回波的变化。这一点与前面大姿态角变化分析得出的结论是相同的。

图8 "风云二号"卫星模型后向RCS随翻滚角小范围
变化的规律曲线

图9 "风云二号"卫星模型后向RCS随俯仰角
小范围变化的规律曲线

5 结论

卫星姿态变化会引起观测雷达回波的变化，本文结合卫星空间姿态坐标并使用FDTD方法计算了典型自旋稳定卫星目标翻滚、俯仰姿态变化下的宽带散射特性。从结果可以看出对于自旋稳定卫星而言，翻滚姿态的改变较俯仰姿态的改变更能引起电磁散射特性的变化。