1.1 目标概念及分类
1.1.1 目标界定
所谓目标是个非常宽泛的概念。在日常语境中,目标是对活动预期结果的主观设想,是在头脑中形成的一种主观意识形态,也是活动的预期目的,为活动指明方向。而在军事背景下我们也经常提到作战目标、打击目标、关键目标等概念,因此必须先明确本书所涉及目标的概念和具体范畴。
根据国军标(GJB 4238—2001)的定义,军用目标指用光电声探测器等可以探测其信息的军用装备及设施。由此定义,我们可以得到目标的两个边界条件:
(1)有军事价值或者人们感兴趣的。
(2)能够为技术手段所探测到的。
根据这两个边界条件,可以勾画出目标所包含的内容及其分类。如战场上存在的各种武器装备、运动载具、作战和保障人员甚至地形地貌等,都可以作为目标。
1.1.2 目标分类
具体来说,按照多种不同的分类标准,又可将目标细分为多种不同维度的种类。
1.1.2.1 按照目标的价值分类
按照其军事价值,目标大致可以分为战略目标、战役目标和战术目标。
战略目标一般指军事价值非常巨大,可以直接或者间接影响某方战略决策部署的对象,对其进行打击或破坏时产生的影响可能改变敌对双方的军事力量抗衡形势,甚至决定战争的走向和结果,例如导弹发射基地,核心的油田、机场,卫星系统,甚至是某国的领袖等。
战役目标相对战略目标的军事价值略小,主要影响战役级的军事对抗,对其进行打击或破坏可推进或扭转某次战役的进程,例如具有一定规模的坦克集群、航母编队、无人机编队、火炮阵地,以及某些属于交通要道的桥梁、公路、铁路等。
战术目标的军事价值相对最小,不足以影响大范围的战争局势,但却是局部冲突或小规模战争中双方主要关注和打击的对象,例如单个或少量的作战飞机、运输或作战的装甲载具、配备相关武装的作战单兵或作战小队等。
1.1.2.2 按照对目标的探测手段分类
根据国军标中对目标的定义,目标的另一个重要边界条件是可以被目前已有的某种技术手段探测得到。那么,按照不同的探测手段,目标也可以被划分为许多不同的种类,主要有以下几种类型。
(1)雷达目标,即利用雷达探测手段可以进行发现、定位、跟踪、识别等操作的对象。由于雷达的主要工作原理是利用其发射的电磁波对空间中的目标进行照射,再通过接收目标的散射回波,并进行分析处理,因此雷达目标必须能够散射电磁波。所以,雷达目标一般为金属对象或主要由金属组成,如各种飞机、导弹、坦克、装甲车、舰船等。而随着雷达技术的发展,特别是可以利用的频率带宽的拓展,许多对象虽不是金属对象,也可以成为雷达(如成像雷达)的目标,例如大片的建筑、植被,甚至山川河流等。
(2)光学目标,即利用光学手段可以进行观测的对象。由于光谱根据波长一般可分为紫外区、可见光区和红外区,因此光学目标也包括紫外目标、可见光目标和红外目标。众所周知,人们对于光学目标的观测和研究起始于可见光目标,只要满足一定的光照条件,我们就可以非常方便地获得大部分可见光目标的形状、颜色,甚至质地和运动特性;而对于紫外目标和红外目标则需要相对应的专业传感器材,其研究的物理基础为光辐射度学。
(3)辐射信号目标,特指一类能够主动辐射电磁信号的人造目标。随着无线电技术的发展,各种不同功能用途的电磁设备层出不穷,主要包括通信设备、导航设备、雷达设备、测控设备、干扰设备等,这些设备的一个共同特点就是可以主动地辐射电磁信号,对这些设备进行传感探测的主要手段就是通过对其辐射信号的接收和分析来实现的。由于此类目标采用的信号体制、波形参数、工作模式等具有很大差异,因此接收和分析的过程也不尽相同。
(4)声探测目标,主要是利用声呐进行探测的目标,包括水下的各种鱼雷、潜艇等。
另外,还包括磁探测目标、地震动探测目标、核爆探测目标等。
1.1.2.3 按照目标所处的空间位置分类
本书所讨论的大部分为军事目标,按照其分布在空间中不同的位置,可以分为以下几种类型。
(1)空间目标,一般指分布在海拔500km以上的目标,如各种卫星、空间站、航天飞机、空间碎片以及自由段飞行的弹道导弹等。
(2)空中目标,一般指分布在海拔500km以下,海平面以上的目标,如各种飞机、飞艇、巡航导弹以及主动段和再入段飞行的弹道导弹等。
(3)地面目标,一般指分布在地面上的目标,如各种地面载具、人员、重要设施等。
另外,还有水面目标和水下目标等,分别对应分布在水面上和水面下的目标。
1.1.2.4 按照目标的形体特征分类
按照形体特征分类,目标可分为点目标、面目标、体目标。
点目标指辐射波、散射波是球面波的目标。这个定义是严格遵从物理学意义的定义,但在实际中这样的点目标却非常少,因此,人们从实际应用出发,提出了近似点目标的概念,此时的点目标主要有以下两种。
(1)探测器无法分辨形状的目标。
(2)探测距离满足远场条件的目标。如激光目标的探测距离R和目标的线尺寸D必须满足:R≥5D;雷达目标的探测距离:R≥5πD2/λ,其中λ为雷达信号波长。在实际研究中,上述的测量距离也是很难满足的,因此在模拟测试中采用了更宽的近似远场距离准则,如R≥2πD2/λ,甚至R≥πD2/λ。
当波照射到两个无限均匀或近似均匀介质的分界面上时,其散射和辐射现象发生在分界面上,分界面以下介质组成的半无限目标称为面目标。需要注意的是,这里定义的名称只是根据经典的术语资料和研究人员的习惯称呼,强调物理现象发生的位置。如果考虑物理参数,面目标是指均匀介质或介电常数比较大的目标表面。由于介电常数与波段有关,同一目标对不同波段可能是面目标,也可能是体目标,如海水,对微波波段其介电常数大,认为是面目标,但对光学波段其介电常数小,又认为是体目标了。这样问题就变得复杂了,幸好类似情况比较少,因此采用经典定义并不失通用性。
当波照射到两个介质的分界面上时,入射能量的一部分被散射,一部分能量透射到下层介质。当下层介质不均匀时,则透射波中的一部分能量被不均匀介质再次散射,这种介质组成的目标称为体目标。
1.1.2.5 按照目标特性的研究规律分类
(1)简单目标,指几何形体简单的目标。早期对简单目标的定义,有一定的局限性,如目标只有一个辐射或散射面;目标辐射和散射特性必须各向同性,不随姿态变化。实际上,能够满足上述条件的仅有球体,但研究人员往往将椭球体、圆柱体、角反射器、龙伯球、固定热源等目标统称为简单目标。这些目标既不是一个辐射或散射面,其辐射和散射特性也并非各向同性。按照有关专家的建议,在定义简单目标时,采纳了研究人员从形体出发的习惯用法。
(2)复杂目标,即由多个简单目标组成的目标。
(3)扩展目标,指其辐射波、散射波具有多辐射源或多散射中心特征的目标。
(4)分布目标,指由多个离散目标组成的目标。
1.1.3 目标/环境的现象定义
1.1.3.1 环境
在任何时间、任何地点存在或遇到除目标以外的自然和诱发的条件或对象。
1.1.3.2 背景
相对目标信号而言,那些被探测到的物理设备及其周围环境产生的信号。
1.1.3.3 杂波
由地面、海面、天空、降水、箔条、飞鸟、昆虫、极光及其他沉降物等辐射或散射的无用回波。
1.1.3.4 辐射
波由发射体出发,在空间或介质中向多方向传播的过程。宏观上讲,任何高于绝对零度的物体都会产生热辐射;任何大小、方向随时间变化的电场或磁场都会产生电磁辐射;任何处于工作状态的物体,其运转、振动和流动都会产生噪声辐射。三种辐射均包括目标主动辐射和对空间其他辐射的再辐射。
具体说,这些辐射主要包括:
(1)源于天线发射的辐射。
(2)源于原子结构的辐射。物质由原子组成,原子由在轨道上运动的带负电的电子和原子核组成,在这种特定运动状态下,不产生辐射,但由于某种原因,如受热、碰撞等,电子轨道运动会改变,从高能级向低能级的改变,使电子损失能量,从而产生辐射。其典型波段为红外、可见光、紫外线等。
(3)源于分子运动的辐射。分子由两个原子或两个以上的原子组成,它们由轨道电子或其他类型的键结合而成。分子的辐射主要来自三方面:分子内部相互运动;原子的振动;原子的转动。原子、分子的振动产生近、中红外辐射,原子的转动产生长波红外和微波辐射。
(4)源于固体、液体静止或运转、振动和流动的辐射。
1.1.3.5 散射
波在不均匀介质中或介质不连续处,几何间断微分不连续处产生的再辐射现象。
宏观上说,一旦空间媒质中出现了目标,由于它的物理参数与空间媒质的差异,立刻破坏了媒质的均匀性,成为散射体,当电磁波照射其表面时,散射体受激感应或电子振动,不断向四处辐射,这便是所谓散射现象。
1.1.3.6 衍射(绕射)
波在通过障碍物和介质不连续体的传播时,该波的传播路线不同于按几何光学所显示的路线而产生传播方向偏离的现象。
1.1.3.7 反射
波到达两种不同介质的界面处改变方向返回原介质的现象。反射波传播方向遵守反射定律。
1.1.3.8 表面波
沿两种介质分界面或周期结构伴生的假想面传播的波。
1.1.3.9 爬行波(蠕动波)
在目标阴影边界处产生、沿着目标表面不断传播、能量不断衰减、不断辐射的波。
1.1.3.10 行波
当电磁波接近轴向入射到细长目标时,其与轴平行的入射波分量所产生与轴平行的散射波称为行波。
行波发生在沿细长体表面,表面波发生在两种介质结合面。爬行波出现在目标阴影区,行波出现在目标照明区。