基于面元边缘法的直升机RCS计算与分析

针对直升机的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)的计算特点,将物理光学法和等效电磁流法相结合,建立了一套基于"面元-边缘"的分析方法.在该方法中,首先对复杂目标(如直升机)进行几何建模和网格划分,然后通过转换程序,获取目标的拓扑结构数据文件;其次在考虑遮挡影响下,分别进行目标表面散射场和边缘绕射场的计算;最后叠加获得总的散射场.在通过球板组合和某外形结构复杂的导弹算例验证本文分析方法有效性的基础上,对某直升机分别沿方位角、俯仰角和滚转角三个方向的RCS进行了计算和分析,并研究了挂架、导弹对直升机整体RCS的影响,获得了一些减缩直升机RCS的外形设计方案.     

一种快速计算电磁各向异性介质目标RCS的新方法

从电磁理论中的体等效原理出发,推导了任意电磁各向异性介质目标电磁散射的体积分方程。在此基础上,由SWG基函数和伽略金法建立其矩阵方程。在迭代求解过程中,应用了快速计算阻抗元素的等效偶极子法和加速矩阵向量积的快速偶极子法两种快速算法,有效地降低了传统矩量法计算电磁各向异性介质目标RCS的时间。同时,在快速偶极子法中,远场组间互阻抗元素无需显式计算,并且形式简单的聚集、转移和发散函数可现用现算,从而大量节省了计算机内存。数值仿真结果表明:本文使用的方法在分析电磁各向异性介质目标的电磁散射特性中是非常有效的,不仅有高的计算效率和低的内存需求,而且有良好的数值精度。     

含腔复杂军事目标RCS综合计算方法

根据飞行器等含腔复杂军事目标 RCS计算的需要,改进了射线跟踪法,并针对不同高频算法的特点,将像素法、射线跟踪法和边缘等效电磁流法结合运用,不同类别散射中心采用不同的方法计算,然后将复数量叠加得出目标的RCS,并充分考虑算法的协调.结合算例对方法进行验证,并将结果与矩量法等精确算法计算得到的结果进行了对比验证;运用本文方法对美国暗星无人机RCS进行了计算和分析.     

基于IPO的进气道扩压器电磁散射计算方法

进气道RCS目标特性在整个飞机中占有较大比例,但作为电大尺寸腔体,其RCS特性评估与外机身相比有其固有困难。本文研究了适合于任意腔体RCS评估的迭代物理光学算法,该方法基于磁场积分方程属于高频算法范畴,可以较精确地计算出进气道金属表面电流矢量分布并给出令人满意的RCS结果。通过软件开发实现了任意腔体RCS特性评估,并用标准算例考核了程序准确性。应用该软件对某型心线一定的金属进气道S弯扩压器开展计算研究,获得了不同宽高比扩压器在入射波长为0.03 m下的电磁散射特性变化规律。     

高超声速锥模型及其尾迹电磁散射实验研究

介绍了利用X、Ka波段雷达系统在中国空气动力研究与发展中心超高速所弹道靶上开展了金属锥模型和开槽锥模型及其尾迹的电磁散射截面积(RCS)实验研究,模型底部直径φ12mm、半锥角和头部半径分别为12.5°和1.0mm.金属锥模型速度大于6km/s,飞行环境压力为6.8kPa;开槽锥模型速度5.4km/s,飞行环境压力7 5kPa,雷达测量方式为X波段单站,Ka波段单站.实验结果表明:在等离子体绕流场包覆模型时,获得的锥模型单站X波段RCS、单站Ka波段RCS的实验结果与数值计算结果较为吻合;锥模型的单站后向电磁散射主要集中在模型头身部区域,尾迹散射相对较小.     

计算整机雷达散射截面的部件组合方法

本文应用部件组合方法结合相对相位综合技术计算丁某型战斗机的雷达散射截面(RCS)。部件组合方法是估算复杂形体目标RCS的一种有效方法,但同时也存在精度较差的不足。为解决这一问题,在分析计算中本文将真实目标等效为较多个部分典型几何体(如部分椭球,部分椭圆平板等)的组合,并首次应用准三维凹曲面作为典型散射体来替代战斗机的翼身融合过渡部分,从而使简单散射体的组合体较好地保持了原目标的散射特性。计算及其与测试结果的比较表明,本文采取的措施使部件组合法的计算精度有了很大改善,使之成为一种简便、省时、具有较高精度的估算整机RCS的有效方法。在全方位角范围内,计算与测试值的均方误差小于3dB,最大误差小于6dB。在IBM—4341机上用本文程序计算某型机在某一姿态角下的RCS(垂直和水平两种极化)分布曲线,只需约4分钟CPU时间。     

三维复杂目标求解的多层快速多极子方法

采用多层快速多极子方法(Multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)求解混合场积分方程(Combined field integral equation,CFIE),并选择RWG型基函数,对金属带缝锥球体、三面角反射器以及钻石体的单站RCS(Radar cross section)进行了计算,计算结果与试验吻合良好.在此基础上计算了F-22缩比模型的单站RCS,其计算量、存储量分别达到O(NlogN)量级和O(N)量级,此方法适用于带有尖点和特别细长曲面的三维复杂目标,如战斗机外形的RCS计算分析.     

开槽钝锥体及等离子体鞘套的RCS特性研究

采用时域有限差分(FDTD)方法研究了等离子体鞘套包覆目标的电磁散射特性,发展了超高速飞行器及其等离子体鞘套RCS特性并行计算软件.采用发展的软件完成了超高速开槽钝锥后向远区时域特性和0°入射角附近的电磁散射截面积(RCS)的计算分析,并在中国空气动力研究与发展中心的气动物理靶上进行了超高速开槽钝锥体的RCS验证试验.研究表明:在钝锥体表面开环槽并填充透波性能良好的介质材料相当于在钝锥体表面人为地增加了一个散射中心;在低频区和谐振区,开槽后钝锥体的RCS在原值周围变化,而在高频区,钝锥体的RCS在0°入射角附近很宽的范围内均显著增大.     

射线跟踪法的改进及其应用

研究复杂组合体目标后向散射场问题，并对射线跟踪法的典型算法进行改进，以提高计算精度和运算速度。推导精确的积分公式，用典型体目标对改进的算法进行验证，进而计算复杂组合体目标的后向散射场。矩形截面直进气道的计算结果不仅比学者Hao Ling的计算结果更为精确，而且计算速度提高了两倍。三面角反射器的计算结果与实验结果基本吻合。最后，计算了某型航母甲板上复杂目标组合体目标的RCS，并与近似法和像素法的计算结果进行了比较分析。     

武装直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

为提高直升机雷达散射特性预估的准确性,建立了目标雷达散射特性分析的计算电磁学(Computational electromagnetics method,CEM)方法,并开展了吸波涂层对直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。首先,对复杂目标(例如直升机)进行几何建模和网格划分,获得空间网格单元上的电磁场信息,作为整个电磁场仿真分析的计算基础。然后,通过介质球和涂覆电磁介质导体球的算例对比,分析结合共形技术的时域有限差分法(Finite difference time domain,FDTD)在处理介质物体及涂覆涂层介质物体的有效性,结果表明FDTD方法计算结果与级数解吻合。在此基础上,计算和对比了金属旋翼以及涂覆吸波涂层旋翼的RCS特性,分析了典型方位角入射下全机涂覆前后对RCS特性的影响。研究表明:旋翼表面全涂覆雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)后对直升机旋翼的RCS抑制效果明显,在全机强散射部位涂覆RAM可以显著地降低RCS特性,涂层的使用在直升机的隐身设计中起到关键的作用。     

一种翼身融合体飞行器外形的RCS计算与实验

飞行器隐身技术是当代军事技术中的一项重大突破,低雷达散射截面（RCS）的飞行器外形是专业人员努力追寻的研究目标。本文采用Toplitz变换和混合迭代的算法,对新设计的一种鸭式布局翼身融合体飞行器外形进行了RCS计算,并在微波暗室内对模型进行了测试。实验结果与理论值基本吻合,误差在1dB之内,证明此算法行之有效,优化设计的翼身融合体飞行器具有良好的隐身性能。     

终端短路涂层金属圆波导的电磁散射特性分析

本文用光学法与广义散射矩阵技术相结合的方法,根据波导在入射平面电磁波照射下所激励的波导模式,分析了终端短路金属圆波导的电磁散射特性。在此基础上,假设金属波导内壁涂层厚度τ远小于波导半径a,且波导入口段的涂层厚度从零线性增加至τ,运用微扰法求出终端短路涂层金属圆波导内各波导模的传播常数,从而获得涂层圆波导的电磁散射特性。通过计算机仿真,计算了终端短路涂层金属圆波导的雷达截面(RCS),并与相同条件下内壁无涂层金属圆波导的雷达截面进行比较,结果令人满意。     

二维EBG结构及覆盖目标散射特性研究

利用时域有限差分方法模拟电磁波在二维电磁带隙结构中的传播,计算了不同模式的电磁波入射下的S参数,研究目标覆盖周期性介质层结构的散射特性。计算结果表明,电磁带隙结构的周期性层数能够影响衰减深度,但不会影响阻带范围,而且对TM波和TE波有不同的阻带特性,由于电磁带隙的作用,周期性介质层能够降低目标的雷达散射截面,为目标隐身提供了一种新方向。     

微小卫星雷达隐身性能的在轨逆合成孔径雷达成像验证

成像雷达是空间目标监视系统中的重要组成部分.为深入评估某微小卫星的隐身性能,对卫星的逆合成孔径雷达(ISAR)成像效果进行预测,从雷达成像角度评估卫星的隐身效果.首先简述用于空间目标成像的ISAR成像的基本原理.然后构造卫星的散射点模型,散射系数采用微波暗室的实际测量值.依据仿真雷达系统参数和卫星实际在轨运行参数,计算卫星ISAR成像所需成像时间.对卫星3种飞行姿态,即卫星顶部指向地球表面的隐身姿态、卫星顶部与飞行方向一致和卫星底部指向地球表面两种非隐身姿态,以及不同信噪比情况,进行ISAR仿真,详细分析每种情况下的运动补偿效果和最终ISAR成像效果,说明了卫星隐身设计的有效性.     

CFRP二面角电磁散射特性分析

用时域有限差分(Finite difference-time domain,FD-TD)法分析计算了由碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)单向板组成的二面角的电磁反射特性.计算结果表明,碳纤维二面角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)对纤维方向和极化方向敏感.当两块板的纤维方向垂直时,对极化方向敏感度降低.     

雷达散射截面值的多机并行计算

为了提高计算效率,本文讨论了飞行器的RCS值的并行计算方法。基于自带存储器的多处理机系统,对多任务模式和农场主-雇员模式都作了探讨。发现这两种模式都适用于RCS值的并行计算,因此开发了计算RCS值的并行处理程序PARCS。实例表明其并行效率是很高的。