高超声速半球绕流流场电磁散射特性分析

分析再入流场对飞行器再入通信及空间散射特性的影响,研究电磁波与再入等离子体作用机理.采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法计算导电金属半球高超声速绕流流场电磁散射特性,分析半球等离子体包覆绕流流场雷达散射截面(RCS)随入射电磁波频率、双站角、飞行马赫数和高度变化特性.计算表明,前向是全方位散射中RCS取得最大值的方向.马赫数Ma≤10时,马赫数及高度变化对半球高超声速绕流流场L,S波段后向RCS和双站RCS影响很小;在L,S波段,绕流流场及半球本体的后向和前向RCS差距较小.马赫数Ma=14,16时,过密等离子体鞘套的形成增大了本体投影面积,在L,S波段,绕流流场前向RCS比本体前向RCS大;绕流流场存在对半球本体双站散射特性影响很大.      

出口宽高比对S形二元收敛喷管雷达散射截面的影响

在S形二元收敛喷管进出口面积、偏心距、面积变化规律及中心线变化规律不变的条件下,采用自适应超椭圆方法设计不同出口宽高比的S形二元收敛喷管.基于迭代物理光学法与等效边缘电磁流法自主开发计算腔体部件雷达散射截面（RCS）的程序;然后通过文献中的实验数据验证了计算程序的准确性和可靠性.通过计算程序分别分析了水平、垂直两种极化方式下不同S形二元收敛喷管的边缘绕射场与总散射场的电磁散射特性.结果表明:在水平、垂直两种极化方式下,喷管出口宽高比的变化对S形二元收敛喷管边缘绕射场的RCS影响较小,不同出口宽高比的S形二元收敛喷管边缘绕射场的RCS相差不超过4dB.喷管出口宽高比的变化对总散射场的RCS影响较大;正探测角时,宽高比为1.5时,在大部分探测角范围内总散射场有较低的RCS;负探测角时,宽高比为3.5时有较低的RCS.      

不同宽高比的二元喷管电磁散射特性数值研究

为研究宽高比对二元喷管雷达散射截面(RCS)的影响,结合迭代物理光学法和等效边缘电磁流法开发了腔体电磁散射特性计算程序,用来分析二元喷管的雷达散射特性;并采用OpenMP和MPI两种并行技术提高计算效率。对比分析了不同宽高比(AR)的二元喷管在水平极化及垂直极化方式下的电磁散射特性,并给出了二元喷管在不同探测角下总散射场与边缘绕射场的RCS曲线。研究结果表明,在两种极化方式下,宽高比对边缘绕射场的RCS值影响不大而对总散射场影响较大;宽高比为2.0的模型在两种极化方式下,都具有较低的RCS值,相比宽高比为1.5的模型在水平极化方式和垂直极化方式下分别减少4.98%和6.72%。     

有限导体锥RCS的计算机仿真算法

利用基于等效电磁流法的一致性高频近似方法计算有限导体锥的后向雷达截面。采用物理光学法计算锥体表面散射，并且利用等效电磁流法(ECM)计算锥体底面边缘对远区场的贡献，从而得出有限导体锥的后向雷达截面。对于垂直极化入射，在接近轴向入射时，计算结果与矩量法结果有较好的近似；对于水平极化入射，则在任何角度入射都有较好的结果。．     

基于迭代物理光学和等效边缘电流方法的S形进气道雷达散射截面研究

为了研究进口形状对S形进气道唇口边缘绕射场与其腔体内部散射场电磁特性的影响,在S形进气道偏心距、面积变化规律、中心线变化规律不变的条件下,采用迭代物理光学法(IPO)与等效边缘电流法(EEC)方法,对圆形、椭圆形、矩形、菱形、W形等5种不同进口形状的S形进气道进行了雷达散射截面(RCS)的数值分析.结果表明,进口形状对进气道的RCS特性影响较大;在较大的探测角范围内,W形进口S形进气道的RCS值明显低于其它进口形状的S进气道;菱形进口进气道的RCS在唇口未做修型S形进气道中最低.W形唇口修型可有效降低唇口边缘绕射场的RCS;而在负探测角时,斜切唇口修型可大大降低S形进气道总散射场的RCS.     

射线追踪法在球面收敛调节片喷管RCS计算中的应用

结合射线追踪法的原理,利用自主开发的电磁散射特性计算程序,对具有不同尾缘修型的球面收敛调节片喷管进行了数值模拟计算,分别得到了不同喷管内部腔体散射场和喷管出口边缘绕射场的雷达散射截面积(RCS),并且通过计算获得了不同入射方位角上喷管腔体内壁面上的感应电流,通过对感应电流的分析,从本质上解释了RCS的变化规律.研究结果表明:对喷管出口尾缘所采用的修型措施在降低喷管出口边缘绕射场的RCS和改善喷管电磁隐身性能方面效果显著;相对于普通的遮挡算法,射线追踪法将计算周期缩短了21%以上,明显地提高了计算效率;利用感应电流的分析方法能够清晰直观地从本质上解释RCS的变化规律,并且具有较高的可靠性.      

GRECO中棱边绕射场计算的改进

图形电磁计算 (GRECO)方法是计算复杂目标高频区雷达散射截面 (RCS)的有效方法之一。分析了原始GRECO方法在判定目标图象棱边象素的不足之处 ,给出了相应的改进措施。改进后的软件能够更准确、充分地判定目标的棱边象素及获得棱边参数。在边缘绕射场的计算方面 ,指出了相关文献中存在的错误 ,给出了基于等效电磁流法 (MEC)和物理绕射理论 (PTD)的边缘绕射场计算式 ,及与物理光学 (PO)场叠加求取RCS的完整表达式。计算实例表明 ,新的方法具有更高的准确度 ,与实验测量值吻合     

Improvements of Edges Diffraction Computing in GRECO

图形电磁计算(GRECO)方法是计算复杂目标高频区雷达散射截面(RCS)的有效方法之一。分析了原始GRECO方法在判定目标图象棱边象素的不足之处，给出了相应的改进措施。改进后的软件能够更准确、充分地判定目标的棱边象素及获得棱边参数。在边缘绕射场的计算方面，指出了相关文献中存在的错误，给出了基于等效电磁流法(MEC)和物理绕射理论(PTD)的边缘绕射场计算式，及与物理光学(PO)场叠加求取RCS的完整表达式。计算实例表明，新的方法具有更高的准确度，与实验测量值吻合。     

电大尺寸散射体的RCS计算方法研究

为了更加有效的求解电大目标散射计算问题,在避免谐振区效应情况下获得复杂目标的隐身雷达散射截面(RCS)特性,引用混合场积分方程(CFIE),在快速算法的求解迭代过程中采用共轭梯度算法(CG)的收敛技术,能够稳定的求解电大尺寸的RCS。计算和分析了金属球双站RCS和金属立方体双站RCS,并和精确计算、相关参考文献进行了比较,证明了方法的正确性,计算结果稳定,在工程实际上有较大的应用价值。     

球面收敛二元喷管电磁散射特性

采用迭代物理光学法和等效边缘电磁流法,对球面收敛二元喷管电磁散射特性进行研究.计算分析了该喷管电磁散射的构成及散射机理、散射场的空间分布特性、散射的频率特性,分别计算和对比分析了电磁波在俯仰平面和偏航平面入射时喷管在中间和最大两种状态下的电磁散射情况.研究表明该喷管在垂直极化下边缘绕射场对散射总场的贡献在大角度下体现.电磁波入射频率越高,该喷管后向散射越强烈,雷达散射截面分布对姿态角度越敏感.      

针对雷达LPI波形验证的目标RCS估算

根据某型雷达低截获概率波形设计的需要,分析了雷达探测目标的高频散射机理,并运用物理光学法、等效电磁流法计算了约定目标在不同姿态下和不同电磁波频率照射下的RCS值,从而为验证雷达波形在能探测到目标情况下的LPI性能提供了支撑。实验结果表明,基于电磁场理论的目标RCS估算方法是研究雷达LPI波形的一种有效工具,方法也适合于其他领域RCS估算的需要。     

Geometric Optimization Design System Incorporating Hybrid GRECO-WM Scheme and Genetic Algorithm

This article seeks to outline an integrated and practical geometric optimization design system (GODS) incorporating hybrid graphical electromagnetic computing-wedge modeling (GRECO-WM) scheme and the genetic algorithm (GA) for calculating the radar cross section (RCS) and optimizing the geometric parameters of a large and complex target respectively. A new wedge modeling (WM) scheme is presented for calculating the high-frequency RCS of wedge with only one visible facet based on the method of equivalent currents (MEC). The applications of GODS to 2D cross-section and 3D surface are respectively implemented by choosing an average of monostatic RCS values corresponding to a series of incident angles over a frequency band as the optimum objective function. And the results demonstrate that the RCS can be effectively and conveniently reduced by the GODS presented in this article.     

用矩量法计算任意形状目标雷达散射截面

 1.引言 在电磁散射计算问题中,过去研究较多的是高频情况,所用方法通常是几何绕射法、光学法等。用矩量法计基电磁散射问题,60年代提出了网格法。这种方法多用于尺寸较小的物体,如线天线、小平板等。l984年美国人用矩量法计算了飞机、导弹等的雷达截     

Polynomial Representation of NURBS and Its Application to High Frequency Scattering Prediction

This article presents a method that uses physical optics (PO) techniques to compute the monostatic radar cross section (RCS) of electrically large conducting objects modeled by non-uniform rational B-spline (NURBS) surfaces. At the beginning, a new algorithm to convert recursive B-spline basis function into piecewise polynomials in power form is presented. Then, algorithm computes the polynomial representation of B-spline basis functions and NURBS surface geometric parameters are obtained. The PO integral over NURBS surfaces of an electrically large conducting object is used to predict the object's RCS. The NURBS surface is divided into small piecewise polynomial parametric patches by isoparametric curves, and the PO integral expression over the parametric domain of each polynomial parametric patch is reduced to an analytical expression which permits an accurate and effective computation of the PO integral by using a modified Ludwig's algorithm. The RCS of the object can be obtained by adding up the PO integral contribution of each polynomial parametric patch. The effectiveness of this method is verified by numerical examples.     

飞行器RCS近场测试技术研究进展与工程应用

雷达散射截面(RCS)测试是隐身技术和目标特性研究的基础。无论是研究物体的电磁散射特性还是研制具有突防能力的隐身武器系统,RCS测试都具有非常重要的意义。通过RCS测试可以验证电磁散射计算的理论和方法,更重要的是,对部分飞行器目标进行电磁散射理论计算非常困难,而通过测试可以直观地获得目标的电磁散射特性数据,从而避开复杂的电磁仿真计算。与外场、紧缩场RCS测试方法相比,近年来得到广泛应用与发展的RCS近场测试方法在飞行器目标的散射特性测试方面具有效率高、成本低的优势。介绍了飞行器RCS测试评估方法,综述了国内外RCS近场测试技术研究的最新进展与工程应用实例,分析展望了飞行器RCS近场测试技术面临的机遇与挑战。     

Hermite插值结合FDTD法快速计算三维目标宽角度RCS

 Hermite插值结合时域有限差分(FDTD)法快速计算了三维目标的宽角度雷达散射截面(RCS)。一般用FDTD法计算散射体的宽角度RCS时,每改变一个入射角度,就需要重新用FDTD法计算一次。引入Hermite插值逼近方法可以节省计算时间。在整个入射角度范围内选定若干个入射角,对不同的入射角,分别用FDTD法计算得到外推面上各点的切向电磁场值及其对入射角的导数值,进而得到这些场值随入射角度变化的Hermite插值函数,然后用插值函数计算出全入射角度范围内外推面上各点的切向电磁场值,最后通过近远场变换得到宽角度RCS。计算结果表明在只有少数几个插值节点的情况下本文方法就能很好地逼近FDTD法的精确计算结果,节省了计算时间。     

极化滤波反射面隐身天线研究

介绍了一种极化滤波反射面天线,将天线工程中的周期结构反射面技术应用于解决飞行器天线的RCS问题,采用由金属丝栅网构成的周期结构作为天线主反射面,使其对正交极化的来波具有良好的透射性,从而降低了天线的RCS。给出了此天线辐射方向图和雷达散射截面(RCS)的实测结果,并与普通金属反射面天线的结果进行了比较。     

再入飞行器尾迹流场及其雷达散射效应研究

对再入飞行器等离子体尾迹及其雷达散射特性进行了分析、研究和大量的计算。讨论了物形、流场各因素对尾迹雷达散射截面的影响。流场计算使用准一维粘性尾迹方程，以修正基尔方法（多值法）求解，用一阶Ｂｏｒｎ近似完成亚密雷达散射截面（ＲＣＳ）计算。计算中使用８组元混合空气、１４个非平衡化学反应模型，考虑５种不同尺度的小钝头锥形物体，沿再入轨道取６５至３４公里，共１３个高程的飞行条件。通过计算得到了再入体尾迹各流场参数、电子密度分布及湍流亚密尾迹的ＲＣＳ。结果说明再入钝锥细长体粘性尾迹的转捩特性对于等离子体的散射性质具有决定性的作用；再入弹头尾迹等离子体对地面单站雷达发射波的回波主要来源于尾迹湍流亚密的非相干散射；对确定的波长，当环境雷诺数达到临界值之后，可能出现ＲＣＳ的突增现象；不同物形及来流条件造成尾迹转捩位置的改变，从而影响ＲＣＳ的数值及其沿轨道的分布；改变尾迹颈部初值会引起ＲＣＳ值的明显变化。