军用直升机雷达隐身性能仿真与评估

采用高频方法计算了某型通用直升机及其隐身改型的RCS数据,基于现有雷达隐身性能计算方法和直升机低空飞行特点,对直升机在单部雷达和雷达组网两种情况下的雷达隐身性能进行仿真分析,给出了单部雷达和雷达组网发现目标的判定准则,分析了直升机可探测范围曲线、平均综合检测概率和暴露时间等隐身指标。通过仿真分析,评估了不同飞行高度下RCS减缩与直升机隐身性能的定量关系,为直升机的隐身设计提供了参考依据。     

基于矩量法的机身截面电磁散射特性分析

机身截面隐身设计是飞行器外形隐身设计的一个重要的方面。设计＂凹曲面＂、＂凸曲面＂和＂平板曲面＂三种典型的隐身飞机机身截面轮廓,采用矩量法（MoM）计算三种轮廓的雷达散射截面（RCS）,并对表面电流密度分布进行研究。分析RCS随方位角的变化特性,比较各截面的隐身性能。分析结果表明：凹曲面和凸曲面机身可以有效降低侧向RCS,其中凸曲面的隐身效能更佳;平板曲面机身除正下方一个很窄的波峰外,侧向和下方RCS都很小,在对抗仰视雷达时具有很好的隐身性能。     

基于CAD二次开发的飞行器隐身性能计算方法

在飞行器同雷达对抗时的不同威胁情况下,分析了在雷达仰视照射下飞行器的隐身性能。通过绘制雷达仰角图,得到了目标飞行器在某典型雷达照射下的暴露与隐身区域,从而量化了目标飞行器的隐身性能。通过CATIA二次开发技术实现了CAD模型的便捷修改,为优化外形隐身特性提供支持。最后通过一个具体算例验证种方法的效果,并说明方法具有实用意义。     

箔条云对飞机隐身特性的影响分析与计算

建立了箔条云对飞机隐身特性的影响分析与计算方法。考虑的对抗情况是突防方用一架飞机播撒箔条偶极子云,作战飞机以该箔条云带为掩护进行突防或调动。通过算例计算了箔条干扰及目标 RCS对飞行器隐身性能的影响。结论是:在每千米突防路径上抛撒6000根数量的箔条就可以极大地提高飞行器的隐身能力,使得 RCS小于100m2 的目标难于被一般雷达探测到。即使雷达对于箔条杂波中可见度有30d B的改善,在箔条干扰下对目标的检测性能仍然不如在杂波和噪声条件下。应当指出,虽然计算结果表明箔条具有很好的干扰效果,但其应用应考虑到战场战术环境、天气条件等外界因素的限制和影响。     

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。     

基于左手材料的翼面隐身结构设计及优化

翼面隐身结构能同时满足飞行器机翼气动、结构和隐身的要求,但在空间有限的机翼中应用时,由于结构特点使其隐身效果受到限制。为了解决该问题,在传统隐身结构中加入左手材料(LHM)进行改进。首先选取一种典型的LHM,从隐身设计角度出发,利用其雷达散射截面(RCS)计算不同入射角度下的后向吸收率,对其电磁特性进行研究。然后根据LHM的电磁特性,将其应用于翼面隐身结构,在相同的RCS减缩效果下,应用LHM可有效降低隐身结构体积。最后,为了进一步提高隐身效果,提出一种夹芯型LHM翼面隐身结构,并对该隐身结构中的结构参数利用代理模型进行优化。研究结果表明,相较金属翼面段RCS降低了15dB以上,较相同结构的翼面隐身结构RCS降低了10dB以上。     

一种计算隐身飞行器外形RCS的高精度快速算法

针对目前隐身飞行器外形雷达散射截面(RCS)难以准确计算的问题,提出了一种基于目标外形几何特征和矩量法的飞行器RCS算法.通过对矩量法阻抗矩阵元的理论分析,研究了物面感应电流随散射体表面曲率的变化规律,指出感应电流之间的耦合已成为影响隐身飞行器物面电流分布的重要因素,并且指出根据飞行器物面曲率分布可以预知强的感应电流耦合区域,利用这些强的电流耦合能够组成稀疏化的阻抗矩阵,从而实现飞行器RCS的快速求解.以金属双弧柱和典型隐身飞机外形为例,分析验证了物面曲率几何信息对计算结果精度的影响以及在提高计算效率方面的作用.数值结果表明该方法保持了与传统矩量法基本一致的计算精度,但计算时间仅为矩量法的7.2%.     

翼面隐身结构电磁散射特性的数值模拟

隐身结构是指由蒙皮和多种内部材料组成的、能满足承载要求、并能明显降低雷达散射截面的结构。针对某无人侦察机隐身性能的要求,设计出两种低成本的翼面隐身结构方案。但由于隐身结构由多种媒质构成,其雷达散射截面(RCS)的计算和分析是个难题。应用时域有限差分法(FD-TD法)建立隐身结构电磁散射的数值模型,对两种低成本的翼面隐身结构方案的RCS进行了计算和比较分析。数值模拟结果表明,两种翼面隐身结构方案能有效降低翼面的RCS,并且翼面前、后缘和梁腹板之间填充的含有石墨的发泡聚苯乙烯对RCS值有很大影响。这一结论对隐身结构的优化设计具有指导意义。     

飞行器目标频率响应散射特性

为研究飞行器目标散射频率响应特性和隐身、反隐身原理,对两种飞行器平板缩比模型进行了系列测试和计算研究,推导和验证了简单目标（金属球）的频率响应特性在飞行器目标上的适用性,并推广到如飞行器复杂散射体的分析。提出了划分瑞利区、谐振区、高频区的新方法,指出飞行器具有隐身能力极限的概念;研究了目标多频散射的极化特性,发现频率降低时,水平极化下全向雷达散射截面（RCS)均值逐渐增大,垂直极化时减小。得到了两种飞行器目标处于瑞利区、谐振区时依靠外形隐身所能达到的RCS极限值。结果分析表明,在瑞利区和谐振区,目前的外形隐身措施存在不能超越的极限,在这两个区域的雷达隐身需结合外形和材料隐身技术。     

高超声速滑翔飞行器锐边化气动隐身一体化设计

隐身性能是影响高超声速武器作战效能的关键指标之一，为提高高超声速滑翔飞行器的生存及突防能力，以HTV-2飞行器为初始外形，引入锐边化设计思想，提出一种兼具良好隐身性能的气动外形。首先采用CFD数值模拟和高频近似算法，对初始外形气动特性及隐身特性进行评估。接着通过截取重要截面轮廓线，在轮廓线上均匀选取控制点。最终将离散点重构成三维外形，设计了一种锐边化飞行器外形。在此基础上计算评估了锐边化外形的升阻特性及雷达散射截面（RCS）。与原外形对比可知锐边化外形气动性能变化较小，气动力系数变化量不超过7%；同时在主要威胁区域（即俯仰角±30°、偏航角±60°角域）内飞行器的RCS均值显著降低，平均降幅超20%。此外为消除边缘绕射的影响，通过倒圆角的方式对锐边化外形的棱边进行了圆润化处理，实现了主要威胁区域内RCS均值的进一步减缩，平均降幅超过60%。此外进一步研究了在不同位置倒圆角及圆角半径对飞行器隐身特性的影响。结果表明在尾部截面倒圆角能较大程度改善飞行器的隐身特性，圆角半径与飞行器特征长度之比为1.35%时较佳。     

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。     

从探测概率的角度评价飞机的隐身性能

采用雷达散射截面(RCS)均值来衡量飞机的隐身性能并不能给出足够充分的信息,从信号检测概率的角度来衡量飞机的可探测性可以提供更完整的信息。本文从探测概率的角度详细分析了4种典型隐身飞机RCS起伏数据与虚警概率、探测概率、探测距离、信噪比(SNR)等参数间的关系,并给出了完整的推导过程,采用此方法可以对任意飞机目标在给定雷达参数下的可探测性进行准确计算。一般在雷达性能评估中需要用到RCS起伏模型,本文对飞机目标回波信号进行检测分析时采用数值计算方法,信号的概率密度函数(PDF)直接来源于原始回波起伏信号,避免了模型拟合带来的回波特性失真,且不会产生大的计算误差。通过对比分析计算结果发现:单脉冲检测下回波信号均值中值比越大,回波取值范围越小,则信号的检测概率越小,其中均值中值比一般相差3倍以上时可以得到明显不同的检测概率;在快起伏假设下,非相参积累检测的积累脉冲数Nin即便较小,也能得到较大的信噪比增益,此增益可能大于Nin。     

基于计算电磁学方法的旋翼雷达散射截面特性

以Maxwell方程组为主控方程,时间离散采用4步Runge-Kutta法,空间离散使用MUSCL(monotonic upstream-centered scheme for conversation laws)格式与Steger-Warming通量分裂结合的方法,建立了一套基于时域有限体积法的旋翼RCS(雷达散射截面)特性数值计算方法.采用代数方法生成围绕旋翼的O型贴体、正交网格.在验证方法有效性基础上,着重分析了旋翼平面和翼型RCS极化、入射角、电尺寸等影响特性,并给出了翼型几何特点对RCS的影响规律;然后运用线性加权和法进行了旋翼翼型隐身性能的综合筛选.研究表明:旋翼RCS动态包络线是一个强散射水平的连续振荡区域;选取3片桨叶旋翼的最大雷达探测距离为2片桨叶的82.2%,且有利于控制旋翼的散射最大峰值.同时,HH02旋翼翼型在4个重要的散射角域,最大探测距离分别为NACA0012翼型的105.1%,99.4%,86.6%和83.5%,表明综合雷达隐身性能最好.     

A New Method for Analyzing Integrated Stealth Ability of Penetration Aircraft

Taking into account the limitations of existing stealth performance analysis methods, a method termed as the integrated stealth performance analysis method is proposed for evaluating the stealth ability of the penetration aircraft. Based on various target radar cross section (RCS) scattering characters, this article integrates the relevant parameters needed for building up target circumferential RCS scattering model and proposes the RCS scattering controlling parameters to control the changing trends of the relevant model RCS scattering characters. According to the radar dynamic detecting characters during the whole penetration course, a dynamic stealth performance evaluating model is proposed accompanied by a series of stealth ability estimation rules. This new analysis method can enhance the integrality and dependability of the stealth analysis conclusions and summarize the relationship between the target RCS scattering characters and their effects on stealth performance. The rules indicated by this relationship can be used as the reference for designing new type of stealth aircraft and setting up specific penetration tactics.     

Influence of stealth aircraft dynamic RCS peak on radar detection probability

For modern stealth aircraft, it is important to analyze the influence of Radar Cross Section (RCS) peak exposure on penetration for guiding stealth design and penetration trajectory planning, which needs to reflect the RCS statistical uncertainty and the RCS difference with the change of incident angle. Based on the RCS characteristics of typical stealth aircraft, this paper established a simplified RCS dynamic fluctuation statistical model with the parameters log mean and log standard deviation. According to the detection probability algorithm in radar signal processing field, this paper built the algorithm of radar detection probability based on the RCS dynamic fluctuation statistical model. The analysis of examples concluded that the key to successful penetration is to shorten the RCS peak exposure time, which can be reduced by decreasing the RCS peak width or increasing velocity. Based on the conclusion, this paper proposed the method of turning maneuvering to reduce RCS peak exposure time dramatically.     

基于鸟类目标散射特性分析的雷达探鸟实验

 鸟类目标散射特性研究是雷达探鸟系统探测性能分析的理论基础。基于此,首先进行了鸟类目标散射特性分析,采用实验数据构造的理论统计模型,估计出单只鸟和鸟群的雷达散射截面（RCS）量级范围。然后,详细介绍了雷达探鸟实验系统的系统结构、探测性能和飞鸟目标识别算法。最后,基于外场实验获取的雷达探鸟图像序列提取出飞鸟目标轨迹与相关信息,验证了雷达探鸟的可行性,并通过对不同实验结果的分析提出了抑制虚警和漏警的算法改进方向。     

不同出口形状S形喷管的RSC特性

采用超椭圆方法、面积变化规律及中心线变化规律设计了三种出口形状的S形喷管,结合等效边缘电磁流（EEC）法和迭代物理光学（IPO）法开发了计算程序;EEC法分析喷管出口边缘产生的绕射场对S形喷管的雷达散射截面（RCS）的贡献;IPO法分析S形喷管腔体产生的散射场对S形喷管RCS的贡献;通过对两种电磁场所产生的电磁波的矢量叠加计算S形喷管的总RCS;在此基础上,研究了3种不同出口形状的S形喷管的RCS特性.结果表明:出口形状对RCS影响较大;圆形出口是3种S形喷管中RCS最小的;相互错位的锯齿修型可有效减小喷管的RCS;喷管的S形结构设计使得全局探测角内总散射场的RCS不关于0°探测角对称,并使得最大RCS移向正探测角.      

基于低可探测性的参考航迹规划

根据分层规划思想,确定参考航迹是进行航迹规划时首先要解决的问题。在充分考虑雷达探测的各种环境因素及飞行器RCS方位分布特性的基础上,将雷达对目标发现概率作为参考航迹的一个重要评价指标,基于自适应进化算法,采用新的遗传算子,最终生成综合考虑雷达威胁和飞行距离的参考航迹。结果表明,该航迹规划模型能根据对低可探测性和航程的不...     

Comparison of Two Target Classification Techniques

It has been shown that radar returns in the resonance region carry information regarding the overall dimensions and shape of targets. Two radar target classification techniques developed to utilize such returns are discussed. Both of these techniques utilize resonance region backscatter measurements of the radar cross section (RCS) and the intrinsic target backscattered phase. A target catalog used for testing the techniques was generated from measurements of the RCS of scale models of modern aircraft and naval ships using a radar range at The Ohio State University. To test the classification technique, targets had their RCS and phase taken from the data base and corrupted by errors to simulate full-scale propagation path and processing distortion. Several classification methods were then used to determine how well the corrupted measurements fit the measurement target signatures in the catalog. The first technique uses nearest neighbor (NN) algorithms on the RCS magnitude and (range corrected) phase at a number (e.g., 2, 4, or 8) of operating frequencies. The second technique uses an inverse Fourier transformation of the complex multifrequency radar returns to the time domain followed by cross correlation. Comparisons are made of the performance of the two techniques as a function of signal-to-error noise power ratio for various processing options.     

Multipath and ground clutter analysis for a UWB noise radar

An ultrawideband (UWB) random-noise radar operating in the 1-2 GHz frequency band has been developed and field-tested up to a 200 m range at the Environmental Remote Sensing Laboratory (ERSL) of the University of Nebraska. A unique heterodyne correlation technique based on a delayed transmitted waveform using a photonic delay line has been used to inject coherence within this system. The performance of this radar in the presence of ground reflections is investigated analytically and experimentally, and the mitigating effects of UWB waveform on multipath-induced interference are analyzed. In addition, the ground clutter statistics, in a look-down mode, are theoretically established and experimentally verified. The performance of this radar in detecting clutter embedded targets with small radar cross section (RCS) is also experimentally examined.