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。     

直升机的RCS计算

RCS（Radar Cross Section）是反映目标雷达散射特性的一个重要参数。一般把雷达目标除质心平动之外的转动,小幅振动和其它高阶运动统称为微动。主要研究旋翼转动情况下的直升机RCS计算。通过对直升机模型进行可视化计算即一种将目标建模与散射特性计算合为一体的交互式计算,使用图形算法（GRECO）和三维造型软件UG相结合的方法,这种方法与传统的RCS计算方法相比具有实时性好,效率高的优点,计算出直升机主体的RCS,再通过其加入调制的方法,计算得到直升机在旋翼转动条件下的RCS。最后给出了微动直升机的在具体入射情况下的单站RCS值。     

武装直升机机身与旋翼的RCS计算与分析

基于物理光学法的电磁散射计算方法对武装直升机机身和旋翼的雷达散射截面进行计算,并对武装直升机外形隐身设计进行分析。该方法多用于计算复杂目标的雷达散射截面的估算。本文对两种武装直升机机身建模并进行了雷达散射截面的仿真计算。计算结果表明II型武装直升机机身的隐身设计在头向和尾向大大降低了RCS,使得雷达对隐身目标的总体可探测距离减小。本文还利用物理光学法和准静止法计算和分析了直升机旋翼的时域和频域雷达散射。     

直升机雷达散射截面计算与试验验证

采用高频预估法,建立了一套基于“面元边缘”的直升机RCS计算方法,然后对某型直升机进行了RCS计算分析以及RCS测试.最后,对比分析直升机机身雷达散射试验和理论计算结果,得出了一些减缩直升机RCS的外形设计特征.结果表明:在设计要求许可的情况下,改变武器挂架长度比改变后掠角缩减RCS效果要明显;直升机头部鼻锥部位使用锥形结构,可以减小头向方位RCS;直升机主桨榖采用圆台形代替圆柱形,可以减缩头向和侧向方位的RCS.     

考虑旋翼调制影响的直升机RCS特性分析及评估

考虑旋翼调制的影响,建立了适合于直升机全机雷达散射截面(RCS)特性计算的“面元-边缘法”.兼顾计算效率和精度,在外形变化剧烈地区域,网格进行加密处理,并保证电磁网格密度和尺度满足雷达波波长大小的比例关系.以桨盘倾倒方式计入桨叶的挥舞和变距运动,采用准静态法模拟旋翼对全机RCS特性的影响.分析了某直升机RCS极化、姿态、频率响应特性,并根据直升机RCS和雷达探测距离关系,提出了4级预警机制和角域范围.研究表明:旋翼转动时全机RCS动态响应具有连续性和对称性,振荡区散射水平强,RCS幅值为-5~12dB ·m2;奇数片桨叶比偶数片桨叶的RCS减缩2~5dB ·m2,且有利于控制直升机RCS包络线和散射峰值的时域响应,增强雷达隐身性能.      

雷达散射截面计算方法综述

对目标雷达散射截面（RCS）计算方法进行了总结，指出了各种方法的适用范围。以具有复杂外形特征的军用战斗机为例，用物理光学法进行了全机的RCS计算，验证了该方法在飞机设计中的实用性。     

海上舰船目标的宽带雷达散射特征信号仿真

提出一种将目标高频电磁（EM）散射计算多径回波模型与不同海况条件下粗糙海面前向复反射系数模型相结合的方法,对海上舰船目标宽带雷达回波进行仿真和分析。简要分析了目标-海面相互作用的多径回波模型,给出了目标体的电磁散射计算方法,研究了不同海况条件下海面前向复反射系数随频率和擦地角的变化特性,并通过仿真分析了海面对舰船目标雷达回波的影响。对比分析舰船目标体直接散射及在不同海况条件下考虑多径效应时的雷达散射截面（RCS）变化特性,并在不同海况条件下对目标进行二维逆合成孔径雷达（ISAR）成像仿真,验证了本文方法的有效性。     

两型武装直升机雷达散射特性计算

基于物理光学法和等效电磁流法,建立了一套适合于武装直升机的雷达散射特性分析方法,并编制了相应程序。首先采用尖锥—圆柱体算例对该方法进行有效性验证,然后着重对某两型武装直升机进行了雷达散射特性仿真,分别给出了沿方位角、俯仰角和滚转角三个方向的RCS计算结果,并通过图表对比分析了RCS变化规律,获得了一些有指导意义的结论。     

基于部件分解法的运载火箭RCS仿真计算方法

为估算运载火箭的RCS（Radar Cross Section,雷达散射截面积）,采用部件分解法对运载火箭进行电磁散射几何建模,根据飞行过程中运载火箭和雷达的几何关系建立雷达照射目标视线角的计算模型,并运用高频散射理论提出运载火箭RCS的仿真计算方法;最后,对运载火箭的静态RCS和动态RCS进行仿真计算与分析.结果表明：对运载火箭电磁散射几何建模合理可行,提出的火箭RCS计算方法可以满足工程应用需要.采用该方法仅修改几何建模中的模型结构和部分尺寸参数即可方便计算不同型号运载火箭的RCS特性,可以为航天测控雷达系统设计和布站优化提供依据.     

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。     

直升机旋翼电磁特性模拟新技术

针对直升机电磁散射特性无源模拟的技术瓶颈，基于直升机桨叶的结构特点和雷达回波特性，提出一种基于小散射源阵列的新型旋翼散射特性增强技术，通过阵列合成公式和数值仿真分析了散射源阵列的雷达散射截面（RCS）的峰值大小、波峰数目、波峰位置、主瓣宽度等特性。同时，将该技术应用于国内某型无人直升机旋翼，设计了原理样机，并在微波暗室里对其电磁特性进行测试。测试结果与理论仿真结果吻合较好，验证了本方案的有效性和可行性，为试验模拟技术提供有力支持。     

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%.     

中心线形状对S形二元收敛喷管雷达隐身设计的影响

为了探求中心线形状对S形二元收敛喷管电磁散射特性的影响规律,在S形二元收敛喷管进出口面积、偏心距、面积变 化规律不变的条件下,结合超椭圆方法设计了5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管,采用多层快速多极子方法对上 述5种喷管进行了雷达散射截面(RCS)仿真计算和分析。结果表明：5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管在不同频率 和不同极化条件下表现出不同变化规律的雷达隐身特性;综合分析中心线形状C（缓急相当）的喷管整体雷达隐身性能较好,RCS 平均值最高为0.953 dBm 2 、最低为-1.3 dBm 2 ;中心线形状E（前急后缓）的喷管,RCS平均值为1.6 dBm 2 ～2.209 dBm 2 ;中心线形状B 的喷管雷达隐身性能最差,RCS平均值最高为2.71 dBm 2 、最低为0.081 dBm 2 。     

毫米波无人直升机避障雷达系统研究

由电力线所引起的无人直升机事故频频发生,因而确保无人机飞行安全一个很重要的方面就是对电力线的检测。文章采用毫米波宽带线性调频技术实现了对高压线小目标的探测分辨,研制了毫米波无人直升机避障雷达系统,解决了无人机低空巡线飞行的安全问题。通过实际挂飞试验说明,该系统可靠有效,满足装备要求。     

基于CFD高精度算法的雷电电磁场研究

雷电空间电磁场一直是电磁领域研究的热门，成熟的算法例如有限时域差分法（FDTD），传输线矩阵法（TLM）以及频域的矩量法（MoM）在计算雷电问题方面都有广泛的应用。由于计算流体力学（CFD）中的Euler方程与电磁学中的Maxwell方程有着相同的守恒形式，而且采用间断伽辽金方法（DG）已经在流场问题上得到广泛的尝试，因此引入了基于计算流体力学的DG方法来离散时域Maxwell方程，并采用网格分区并行技术加速计算，使用基于DG的圆球雷达散射截面积（RCS）算例进行测试，数值结果一致表明DG算法在求解电磁场问题上的可行性，之后通过计算一段近场雷电通道的电场分布并与解析解、某算法仿真解对比，数据基本吻合，说明该方法适合于雷电电磁场的计算。     

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。     

二维机翼雷达散射截面特性分析

以时域有限差分法（FDTD）计算了不同后掠角的后掠翼和三角翼的雷达散射截面（RCS）,并对其分布情况进行了分析;计算了不同后掠角的后掠翼和三角翼在多个频段的RCS,并按照不同的威胁判断求出平均值,得出RCS随频率的变化情况。通过分析RCS随方位和频率的变化情况,研究了外形隐身技术运用的一般原则,并探讨了吸波材料所需的最佳吸收频率和涂覆位置。通过对简化情况的分析,对雷达隐身技术运用的一般原则进行了讨论,对于实际的复杂工程实践有重要的参考价值。     

复杂目标高频区 RCS 的实时计算

提出一种在安装图形加速卡的高性能微机上实时计算复杂目标高频区雷达散射截面（RCS）的方法。该方法利用了“图形电磁计算（GRECO）”的新技术。目标用G2Catmul-om（C-R）几何样条模拟,由图形加速卡硬件完成遮挡、消隐运算,运用Phong光照模型着色渲染目标可见表面,应用物理光学（PO）、等效电流法（MEC）、物理绕射理论（PTD）及阻抗边界条件（IBC）等方法计算目标高频区雷达散射截面（RCS）.     

平面埋入式进气道的电磁散射特性

 对一种平面埋入式进气道在Ku波段选择入射频率15 GHz情况下进行了电磁散射特性的实验和仿真研究,取得了平面埋入式进气道雷达散射截面（RCS）随方位角、迎角和终端的变化规律。研究结果表明: (1)平面埋入式进气道布局的导弹模型在水平极化终端为风扇时±60°RCS均值为-27.42 dBsm,垂直极化为-28.50 dBsm是一种隐身方案;(2)迎角变化对埋入式进气道RCS的影响不大,在-5°~10°的迎角范围内RCS均值的变化不大于4 dB;(3)运用时域有限差分法(FDTD)计算所得的RCS随方位角变化曲线与实验曲线趋势基本一致,±60°均值误差在1 dB左右。     

新型通用进气道类复杂腔体结构电磁散射计算方法

 利用Unigraphics（UG）内部基于非均匀有理B样条（NURBS）的建模技术,采用UG二次开发,实现了在任意腔体中射线路径准确追踪,寻迹效率较高。提出一种射线追踪的新方法,解决了传统弹跳射线法（SBR）确定射线路径困难、精度不高和效率较低的问题。在此新方法基础之上开发了可以计算任意形状进气道类复杂电大腔体及角形结构雷达散射截面（RCS）的计算软件,实现了腔体建模与RCS计算的无缝集成,不用对腔体进行网格剖分,计算精度和效率都较高,使用方便,通用性好,具有较高的工程应用价值。使用该软件计算了圆形直腔、二面角和S形进气道的RCS,结果与其他方法吻合良好,具有比较好的计算精度。