基于混合 MOM-PO的复合电磁散射问题分析

海面(或地面)环境中目标电磁散射特性,对实际战场环境下军用目标的雷达探测、雷达特性形成以及雷达目标识别等技术具有基础支撑作用。因此,快速准确地分析目标和粗糙面复合电磁散射特性具有重要理论意义和应用价值。文章采用基于矩量法(MOM)和物理光学法(PO)的混合方法MOM-PO分析了目标和粗糙面复合电磁散射问题。与传统的矩量法相比,该方法在保证精确度的前提下大大加快了计算速度。     

单端开口复杂终端腔体RCS算法研究

在对比分析常用腔体散射的研究方法优缺点基础上,分析了腔体散射具有散射强度高、散射角度宽、高频散射等特征,亟待解决对电大尺寸复杂终端腔体的精确数学模型处理及计算精度问题。基于以矩量法(MOM)为基础的三维电磁分析软件FEKO,分别采用低频数值算法、高频近似算法开展了对文献单端开口复杂终端模型的雷达截面积(RCS)对比计算研究,得出在综合考虑计算精度、效率时,由矩量法改进而来的多层快速多极子法(MLFMM)在电大尺寸复杂终端腔体电磁散射特性研究中具有较大优势。     

民用客机电磁散射特性的研究

利用数值方法对民用客机的电磁散射问题进行了研究,相比各种高频方法,应用矩量法(MOM:Moment Method)可以获得精确的数值结果。本文建立了一种幂级数形式的混合域基函数矩量法的通用公式,该混合基函数基于四边形剖分模型,对三维矢量有效地实现了降维处理,并可用来模拟民用客机的探测的散射特性。     

MoM法分析目标面-线-面结构的散射特性研究

在准确分析目标隐身性能的基础上,对于目标面-线-面结构中导线与导体的连接问题,采用矩量法(MoM)进行分析.通过将结构中的导体与导线离散化,结合Costa基函数,很好地解决了目标面-线-面结构连接域中电流不连续的关键问题,获得了目标结构的矩量解和散射场.最后,通过Matlab编程与HFSS仿真进行比对,计算结果基本吻合,证明了结构中导线的引入使得隐身目标的电磁散射特性发生明显变化,并且验证了MoM法及Costa基函数在面-线-面结构散射场计算中的有效性和准确性,为隐身目标复杂结构散射特性研究提供了一种新的计算方法.     

阻抗条缩减边缘散射优化模型研究

首先推导出二维阻抗条带的散射积分方程,然后用矩量法求解其表面电流密度,进而求其散射分布。通过电磁建模,分析了条带不同阻抗分布下的电磁散射特性,从而得到对边缘散射缩减很大的阻抗分布函数,实现对阻抗渐变材料分布的优化,对雷达吸波材料的设计有重要的指导意义。     

飞行器翼面RCS研究

由Ｓｔｒａｔｔｏｎ－Ｃｈｕ公式及阻抗边界条件得到的目标二维电磁散射积分方程，导出了用矩量法计算飞行器翼面雷达散射截面积（ＲＣＳ）的完整公式，对某飞行器翼面进行了曲线拟合。通过计算飞行器翼面的ＲＣＳ，对翼面的散射特性及涂敷雷达吸波材料（ＲＡＭ）抑制ＲＣＳ的效果进行分析。     

两个正交矩形波导斜缝耦合特性的研究

本文用矩量法讨论两个正交矩形波导宽边上中心窄斜缝的耦合特性问题。考虑到波导壁的厚度,求解缝隙上、下表面的切向电场,计算了缝隙口径上切向电场分布、散射场和散射参量,以及等效串联阻抗等重要参数。理论计算和实验结果吻合良好。     

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。．     

混合场积分方程在开放结构散射分析中的应用

针对复合开放闭合结构电磁散射问题的矩量法求解,通过修改混合场积分方程的建立方式,将混合场积分方程扩展应用到这类开放结构,大大提高了求解效率,数值算例证明了该方法的精度和效率。     

电大尺寸目标电磁散射的并行FVTD计算

实际目标的高频电磁散射模拟属于电大尺寸目标电磁计算问题,其高精度数值计算通常伴随着大存储量和大计算量的沉重负担。为保证高精度数值计算,构建了直接求解电磁学麦克斯韦方程组,采用贴体多块结构网格的时域有限体积法(FVTD)解算器。为解决大规模网格带来的大计算量问题,则采用MPI并行编程,进行网格多进程分割、负载平衡以及进程通信设置和程序并行化处理,成功地对电大尺寸飞翼外形进行了L波段双站电磁散射场和雷达截面(RCS)计算。结果表明pmbRCS3d这一并行高精度电磁散射模拟软件具有稳定和鲁棒特性,适合进一步应用于目标更高频段电磁散射计算。     

表面不连续特征双站散射特性的试验研究

 采用一种新颖的不连续特征双站雷达散射截面（RCS）测试方法,通过系列化测试,研究了单直缝隙板、单直台阶板的双站散射特性,提出了不连续特征双站散射具有相似性、对称性和平移性的特点,分析了不同不连续特征具有的异同点。试验结果表明：对不连续特征,不同双站下的RCS散射曲线均具有和对应入射频率下的单站散射曲线分布形式相似的特点,同时不同的不连续特征对幅值的影响不同;如果测试方式和试验件对称,则双站和单站散射曲线均具有关于峰值所在方位角对称的特点,单直缝隙板由于试验件本身的对称性表现为较好的曲线对称性,而单直台阶板则表现为稍弱的对称性;散射曲线随双站角的增大,具有明显的平移特性,平移的幅度为双站角的1/2,平移方向为从发射天线指向接收天线,平移后的曲线峰值处于发射天线和接收天线夹角平分线上。     

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。     

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.     

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%.     

基于几何特征的飞行器RCS高效计算方法(英文)

Taking into account the influences of scatterer geometrical shapes on induced currents, an algorithm, termed the sparse-matrix method （SMM）, is proposed to calculate radar cross section （RCS） of aircraft configuration. Based on the geometrical characteristics and the method of moment （MOM）, the SMM points out that the strong current coupling zone could be predefined according to the shape of scatterers. Two geometrical parameters, the surface curvature and the electrical space between the field position and source position, are deducted to distinguish the dominant current coupling. Then the strong current coupling is computed to construct an impedance matrix having sparse nature, which is solved to compute RCS. The efficiency and feasibility of the SMM are demonstrated by computing electromagnetic scattering of some kinds of shapes such as a cone-sphere with a gap, a bi-arc column and a stealth aircraft configuration. The numerical results show that： （1） the accuracy of SMM is satisfied, as compared with MOM, and the computational time it spends is only about 8% of the MOM; （2） with the electrical space considered, making another allowance for the surface curvature can reduce the computation time by 9.5%.     

直升机旋翼涂敷吸波材料减缩RCS试验研究

翼面类部件的RCS减缩始终是飞行器隐身研究的重要课题,在微波暗室对某直升机旋翼金属模型和涂敷吸波材料模型进行测试研究。在金属旋翼模型表面涂敷1 mm厚吸波材料,可以在8~18 GHz、HH极化下,将其RCS的峰值减缩5~8 dB,360°周向算术均值减缩约5 dB,充分利用了所用吸波材料平板试件法向减缩量8~11 dB...     

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。     

基于离散伴随方程的三维雷达散射截面几何敏感度计算

针对有限差分法计算雷达散射截面（RCS）梯度效率低，采用高精度雷达散射截面评估时计算代价高的问题，提出了一种基于麦克斯韦积分方程离散伴随方程的RCS梯度高效计算方法。基于伴随方程的梯度计算可以通过一次雷达散射截面求解、一次伴随方程求解获得RCS关于所有设计变量的梯度。其中麦克斯韦积分方程离散伴随方程的形式与原方程基本一致，可以采用矩量法（MOM）及多层快速多极子算法（MLFMA）求解。伴随方程求解计算量与直接雷达散射截面评估基本一致，存储量在直接雷达散射截面评估的基础上增加不明显。通过双椎体模型、导弹模型对基于矩量法、多层快速多极子算法的伴随梯度进行验证，证明了基于伴随方法的RCS梯度计算可以实现复杂外形中RCS梯度的高效、高精度求解，为基于梯度的高精度气动/隐身一体化优化提供了基础。     

轻质铝箔V-型皱褶构型板雷达散射性能研究

 设计并制作了14个不同几何特征参数的V-型铝箔皱褶构型板。运用电磁数值仿真软件对它们的雷达散射截面(RCS)进行了计算,分析了V-型皱褶板几何特征参数对雷达散射性能的影响。同时,用LFY铝箔制作了14个不同几何特征参数的皱褶构型板,并对它们进行了RCS实验测试。通过对比分析发现,数值计算结果和实验测试结果基本吻合。结果显示,在一定的结构参数下,轻质铝箔皱褶板的RCS比同样平面几何尺寸的平板小,有的甚至降低20 dBsm。铝箔皱褶板成型工艺简单,结构重量轻,价格低廉,可用于包敷飞行器内部有较大RCS的大尺寸构件,从而降低整个飞行器的RCS。     

非合作目标动态RCS仿真方法

针对非合作目标难以开展动态测量的问题,根据空气动力学原理提出了一种非合作目标动态雷达散射截面（RCS）仿真方法。该方法首先建立测量背景下典型飞行航路模型,然后计算雷达视线在机体坐标系上的时变姿态角。根据姿态角开展电磁计算,获得F-117A隐身攻击机在侧站平飞、背站拉起、对站俯冲、侧站盘旋4种航路下的动态RCS数据。着重分析了动、静态RCS特性在起伏目标检测性能评估上的差异。结果表明：静态RCS特性难以反映目标运动时真实的雷达特性,利用静态数据描述目标特性可能导致错误结论,而文中方法获取的动态RCS数据可以提高结论的完整性和可信度。