基于Agent理论的飞机敏感性评估方法

在以信息战为核心的现代战争中,各机种、多平台之间的信息交互成为影响战争结果的关键因素。因此进行飞机敏感性设计时,应当置于信息对抗的环境中并考虑信息交互过程。本文阐述了网络中心战的理论,建立了基于Agent理论的战场模型以及飞机对抗模型,通过对Agent对抗过程中的3个阶段（探测阶段、信息交互阶段、作战阶段）进行建模仿真,研究了预警机探测能力、飞机雷达散射截面（RCS）、信息传输时延和红外电子对抗能力等因素对飞机敏感性的影响,得到了雷达特征参数、飞机RCS与探测概率之间的关系,传输时延与先敌发射概率之间的关系,以及红外干扰弹的最优发射区间,为飞机的敏感性设计提供了一定的依据。     

基于动态RCS的隐身飞机探测概率研究

动态RCS是影响战斗机突防概率的重要因素。围绕动态RCS这一关键要素,建立了空空动态RCS求解模型,得到了典型机动下战斗机的动态RCS变化规律,并分析了基于动态RCS的典型机动下的雷达探测概率。基于仿真的静态RCS数据库,耦合飞机抖动模型,研究了拉升机动、空间机动以及空空对抗下某型隐身飞机的动态RCS。通过仿真发现:战斗机的机腹、垂尾及尾喷管部位RCS较大,从而导致了较高的探测概率;对于拉升机动,保持较大的航路捷径更有利于隐蔽突防。     

Probability of Detecting Aircraft Targets

The statistics of aircraft radar cross section (RCS) are estimated by fitting members of the chi-square family of distributions to empirical distributions obtained from blocks of RCS data, each block of data corresponding to a particular aircraft azimuth aspect. The parameters of the fitted distributions vary with azimuth aspect angle, type of aircraft, and radar frequency. Detection probabilities based on the estimated statistics are calculated and compared with detection probabilities based on Rayleigh statistics. This comparison indicates that the average value of radar cross section has much more effect on probability of detection than the normalized variance of RCS, and in the usual situation tends to mask the effect of the normalized variance on probability of detection.     

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.     

关于低RCS目标外形优化中目标函数的确定

在分析了低RCS目标外形优化中现有的两种目标函数的局限性的基础上,根据雷达检测概率与目标RCS分布之间的关系,提出了一种新的目标函数,即目标在威胁区域内其RCS大于规定的临界RCS的概率。算例表明本文所提出的目标函数比现有的目标函数更为有效,适用范围更广。为低RCS目标外形优化设计以及气动与隐身一体化设计提供了一个合理而有效的目标函数。     

航迹规划中雷达探测空间的生成

从飞机突防习行任务规划出发，综合考虑地球曲率、陆地（或海洋）的反射和杂波干扰、大气折射和吸收损耗等因素的影响，采用临界散射截面法生成了对空警戒雷达在不同地貌、发现概率下，对不同雷达散射截面的目标的探测空间。计算并分析了飞行高度、目标雷达散射截面、发现概率和地貌等因素对雷达探测空间的影响，以便选择低探测概率的飞行走廓，这对制定和实施安全突防飞行策略有实际意义。     

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。     

隐身飞机在大仰角时的生存力评估

介绍了生存力基本概念;给出了飞机发现概率的计算;在缺少某些雷达参数时,所提出的发现概率计算方法仍然适用。讨论了几种减缩RCS的实际可行的方法,并就隐身设计给出了指导性的意见。     

有限姿控能力的低RCS微小卫星姿态实时规划

 为提高在轨微小卫星使用效能及生存能力,提出一种受姿控能源消耗及驱动能力约束的低雷达散射截面（RCS）微小卫星姿态实时规划算法。算法应用曲面像素法、时域有限差分法及假设检验,在三维空间内对微小卫星的RCS及雷达探测水平进行建模,并结合雷达分布模型构建了相应的威胁评估函数及规划代价评估函数。同时,为提高算法的实时性能,采用了粒子群优化(PSO)算法以降低计算复杂度。仿真结果表明,在有限计算量的基础上,算法能够以较小规划代价有效降低卫星威胁方向的RCS及雷达探测概率,满足对微小卫星飞行姿态实时规划的需要。     

内埋武器投放分离相容性的风洞投放试验预测与评估

采用基于运动动力学相似的风洞投放试验对先进战斗机内埋武器投放分离相容性进行预测与评估，给出载机在不同飞行马赫数、攻角、弹舱长深比及舱内武器剩余数量、不同弹射力、折叠翼是否展开下，内埋导弹从载机弹舱投放分离后的运动轨迹和俯仰姿态角变化规律，研究这些因素对内埋导弹投放分离相容性的影响。结果表明：处于超声速飞行状态下（马赫数为1.5）的载机，攻角处于0°、2°、3°时投放内埋导弹后弹体俯仰角处于低头状态，利于攻击载机前下方敌方目标；在给定的初始分离条件下，对于两种不同的弹舱长深比，内埋导弹均能安全分离，但对内埋导弹俯仰方向运动影响较为显著；弹舱内武器剩余数量对内埋导弹分离特性影响较小，导弹能快速地远离载机干扰流场，投放分离后弹体俯仰角一直处于低头状态；随着内埋导弹初始分离速度增大，可使弹体快速地穿过载机的下洗流场，有利于内埋导弹与载机的安全分离；导弹的不同气动布局对内埋导弹分离相容性有一定的影响。     

A Real-Time Statistical Radar Target Model

Radar glint arises from the spatial phase perturbations of the radar signal echoed from a complex target. The glint phenomenon is closely related to the target radar cross section (RCS). This relationship plays a significant part in modern missile seeker signal processing. We present a statistical glint/RCS target model for realtime simulation of target signatures. Particular emphasis is placed upon the modeling and simulation of the appropriate glint/RCS statistical dependency. The fundamental approximation of locating uniformly distributed scatterers around the instantaneous radar centroid employed in the Delano-Gubonin [1, 2, 3] model is removed. A key result which follows from this representation is that the mean glint estimator is unbiased. This enables the estimation of model parameters from the first-order glint and RCS statistics which can easily be computed from measured data. A method of estimating model parameters is presented, and the results are applied to data from a typical combat aircraft target. It is shown that the Delano-Gubonin results are a special case of the results presented here. The 14.6 percent probability of glint falling beyond the target extent as derived by Delano [1] is not true in general. It is further shown that glint and RCS are uncorrelated but are statistically dependent. A Monte-Carlo simulation is performed to verify the assumptions made and to demonstrate the feasibility of the working models.     

不同机载电子干扰条件下的飞机敏感性模型

对典型作战场景中雷达制导导弹威胁下的飞机敏感性进行了研究,分别从导弹发射和命中2个方面,建立了远距离支援干扰(SOJ)和自卫干扰(SPJ)条件下的飞机敏感性模型。首先分析了在典型电子对抗措施(ECM)和电子抗干扰措施(ECCM)条件下的雷达探测距离;其次提出了用于评价欺骗干扰的有效时间模型,结合典型制导律,建立了不同干扰条件下导弹命中分析的仿真模型;最后对不同干扰条件下的飞机敏感性进行了仿真实验。结果表明:电子干扰一定程度上能够降低非隐身战机的敏感性,但是对于低雷达散射截面(RCS)或者采用先进抗干扰措施的武器系统而言,电子干扰对飞机敏感性降低的作用有限甚至有害。研究结果对现役飞机通过电子干扰降低敏感性以及对在研飞机的敏感性设计具有一定的参考意义。     

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。     

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.     

等离子体隐身结构机翼的RCS分析

等离子体隐身是利用等离子体回避雷达探测系统的一种技术.本文介绍了飞机等离子体隐身的原理,提出了一种在飞机机翼封闭前缘内产生离子体的隐身结构设计方案,进而采用CST NWS高频电磁分析软件,对等离子体隐身结构机翼与金属机翼的RCS进行了分析、对比.研究表明,在前缘设置等离子体隐身结构可以改善机翼的总体雷达散射特性.     

靶机挂载可变 RCS龙勃透镜时的 RCS起伏特性

训练用靶机尺寸远小于实战中的飞机,其 RCS数值大小和起伏特性与飞机存在较大的差别。为了以低廉的价格为部队训练提供高逼真度的模拟靶机,在靶机机头、翼下等位置放置一定样式的可变 RCS龙勃透镜,可以得到类似实战中飞机的 RCS特性。通过控制龙勃透镜的反射面位置可以改变其 RCS数值,实现模拟靶机 RCS的数值变化。采用靶机挂载可变 RCS龙勃透镜对 MQ-1无人机前向 RCS起伏特性进行了模拟,取得了较好的效果,可为采用靶机挂载可变 RCS龙勃透镜模拟作战飞机的全向 RCS特性提供借鉴。     

飞机在有源干扰保护下的探测概率研究

研究了飞机与雷达探测系统遭遇时，雷达对飞机的探测概率随距离的变化问题，采用X^2类目标波动模型，针对飞机在有源干扰保护的情况对探测概率随距离的变化进行了研究，对不同RCS对探测概率的影响问题进行了分析，研究结果可为飞机的雷达探测敏感性评估，飞机生存力的定量化分析与权衡，以及雷达探测系统的效能评估提供量化依据。     

飞行器雷达隐身性能评估研究

考虑飞行器与雷达的对抗环境和相对位置关系,通过建立雷达的探测模型以及飞行器的雷达散射特性模型,初步构建了飞行器雷达隐身性能评估系统。该系统可以有效地计算RCS的不同而引起的发现概率及暴露距离的变化,从而可以定量地比较隐身性能的变化;还可以根据暴露距离或预警时间的要求,制定出满足该要求的RCS指标的取值,从而指导隐身飞机RCS指标的确定。对算例的计算分析表明,该系统的计算结果可信,具有一定的实用价值。     

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。     

基于改进A-Star算法的隐身无人机快速突防航路规划

针对现代战争中隐身无人机（UAV）在高严密的组网雷达防御体系下的生存及突防问题,提出了基于改进A-Star算法的隐身无人机战区突防航路规划技术。首先对隐身无人机突防过程进行了分析建模,分别建立了隐身无人机的运动学模型、动态雷达散射截面特性和组网雷达探测概率的计算模型。然后针对传统算法在解决隐身突防问题时的不足,充分考虑所规划航路时的快速性和安全性要求,设计了改进A-Star算法。在算法中引入了多层变步长搜索策略和无人机的姿态角信息,结合秩K融合准则,通过每段航迹上隐身无人机被组网雷达系统的发现概率来判断新航迹点的可行性。仿真结果表明,改进A-Star算法能够在复杂的组网雷达系统下快速生成更优的战区突防航路,具有一定的应用价值。