微小卫星隐身构型设计及优化分析

为研究天巡一号微小卫星的电磁散射特性, 建立了具有隐身外形设计的微小卫星电磁计算模型。采用物理光学法(PO)对不同状态下的雷达散射截面(RCS)进行数值计算, 并与微波暗室的试验结果对比, 验证了PO的准确性。在此基础上, 着重分析了卫星RCS入射角、极化、频率、电尺寸响应特性和全姿态角空间RCS响应特性。参考天巡一号的隐身构型设计, 将天巡一号优化为对称的尖锥构型, 通过不断增加尖锥棱边数来优化构型, 得到具有更低RCS构型的橄榄体卫星。结果表明:天巡一号的隐身姿态可有效应对单站雷达威胁, 最佳隐身姿态下的空间RCS均值低于非隐身姿态4.89 dBsm;在S波段(3 GHz)下, 橄榄体卫星RCS算术均值和RCS幅值分别低于天巡一号4.77 dBsm和31.66 dBsm;在X波段(10 GHz)下, 橄榄体卫星RCS算术均值和RCS幅值分别低于天巡一号3.65 dBsm和43.97 dBsm。      

翼形几何参数对机翼散射特性的影响

系统地揭示了翼形几何参数对机翼的空间散射特性、极化散射特性的影响规律.研究发现,在垂直极化状态下用理论尖劈公式计算机翼后缘绕射的计算结果与实验结果相差甚远.提出在垂直极化状态下机翼后缘绕射的计算必须将后缘厚度考虑在内的见解.对于水平极化,前缘散射波峰只与前缘半径有关;而对于垂直极化,前缘散射波峰与翼形最大厚度以及最大厚度位置有关.给出前后缘散射波峰的工程估算公式,为低雷达散射截面( RCS )机翼设计提供依据.     

基于MLFMA的飞行器锯齿边板散射特性分析

为精确求解散射问题,采用混合场积分方程、多层快速多极子算法(MLFMA, Multilevel Fast Multipole Algorithm)和共轭梯度算法的迭代技术,并改进了多极子模式数.金属球双站雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的算例表明,该方法在保证精度的前提下,降低了内存和计算时间;分析了锯齿边板的电磁散射特性,总结了锯齿边板相对于直边板在不同角域内的RCS减缩特性以及RCS减缩与入射频率变化之间的关系:随着入射频率的增高,RCS减缩效果迅速提高,且垂直极化减缩效果较水平极化减缩效果好.该结论可以用来提高飞行器的隐身性能.      

二维分形海面电磁后向散射系数的分析与计算

根据改进的二维分形海面模型推导了一种在不同极化方式下(HH水平极化,VV垂直极化)新的电磁后向散射系数计算方法,对多个海浪波长区域内所有分辨单元后向散射系数进行平均统计.在时域内研究了海水介电常数、电磁波入射角、入射频率以及风速风向对后向散射系数的影响,运用盒维数方法计算了该散射系数的分形维数.最后通过数值分析方法证明了该散射系数实部与虚部曲线是分形的,并且与二维分形海面的分形维数相等,从而表明该海面的雷达回波信号也具有分形特性,为运用分形理论研究海面微弱目标检测提供了一个重要方法.     

一种GTD模型参数估计的改进2D-TLS-ESPRIT算法

针对经典二维总体最小二乘法旋转不变子空间（2D-TLS-ESPRIT）算法估计二维几何绕射理论（GTD）模型参数精度不高、抗噪性能较差这一问题,提出了一种改进2D-TLS-ESPRIT算法。首先,改进算法通过将目标的极化散射矩阵加入到二维GTD散射中心模型,使得模型对目标极化散射特征的描述更加精准;其次,构建置换矩阵得到原始回波矩阵的共轭矩阵,并将两者结合起来,从而延长了目标电磁散射数据的长度;最后,仿真结果验证了改进算法的参数估计性能与噪声鲁棒性均要优于同类已有算法,雷达散射截面积（RCS）外推结果进一步验证了改进算法参数估计性能的先进性。      

有等离子体层的导体圆柱空间散射特性的分析

分别给出平行极化和垂直极化平面波入射到圆柱体时产生的散射场通用公式及其散射参数定义式,对金属圆柱体带有不同厚度的欠密状态等离子体层,过密状态等离子层,有损耗介质层等条件下的RCS计算进行了全面的数值分析,分析了影响双站RCS的各种因素并给出了数值结果,获得一些有用的结论,为进一步研究再入体的散射机理提供有用的参考.     

全极化综合孔径辐射计的极化模式

全极化综合孔径辐射计（Full Polarization Interferometric Radiometer,FPIR）是一套高分辨率、轻量化、低功耗的X波段一维综合孔径微波辐射计.分析了FPIR的极化理论,推导出FPIR的极化可视度函数.为了获取全极化信息,FPIR系统采用两种不同的天线阵列设计方案.对于每种稀疏天线阵列,设计了最优极化切换序列.设计的最优极化序列不仅使灵敏度的损失达到最小,还使得水平极化、垂直极化和交叉极化亮温的灵敏度达到相同水平.      

局部涂敷RAM复杂目标的电磁散射特性计算

给出了平行和垂直极化平面波投射到物体时散射场的通用表达式,阐述了确定目标主要回波源位置的方法,提出选取吸波材料涂敷区域的有效方法,同时分析了局部涂敷吸波材料(RAM)的复杂目标电磁散射特性的计算,最后给出计算结果,并经验证.这种方法提高了复杂目标雷达散射截面计算的精度,适用于工程应用.     

微波波段黑体定标源电磁特性优化设计的研究

对风云系列气象卫星微波成像仪、微波温度计热真空实验黑体定标源的电磁特性进行了仿真优化设计研究,优化目标为后向RCS最小以实现黑体法向发射率接近1。基于可跨越介质边界的亚网格时域有限差分法分别对方锥和圆锥金属基体在非涂覆和涂覆吸波材料为0.5~3.0 mm厚度,频率为10.65 GHz的情况进行了对比分析,圆锥的最佳涂覆厚度为1.5 mm,其后向RCS值明显优于方锥的最佳涂覆厚度2.5 mm达7.5 dBsm.在10.65 GHz频段内采用圆锥结构设计的黑体定标源可实现更高的发射率,同时由于最佳涂覆厚度比较薄,可以有效降低劈尖结构产生的温度梯度,实现定标源的温度均匀性。     

基于矢量对消的缺陷类目标散射试验改进方法

缺陷类目标散射在高隐身飞行器总体散射中占有重要地位。目前常用的缺陷类目标散射评估方法是基于低散射载体,将有无缺陷类目标的载体测试结果进行对比,获得缺陷类目标散射的增幅,以分析目标的散射特性。这种方法存在载体影响大、可测量目标尺寸小、成本高等不足。本文提出一种基于矢量对消的改进试验方法,将载体视为目标背景的一部分,通过矢量对消分离出载体散射,从而提取出完全独立于载体之外的全角域范围的缺陷类目标散射特性,结果更为完整、精确。通过文献对比和验证分析,本文方法可以得到缺陷类目标的全角域散射特性,且测试结果、目标尺寸均不受载体限制,具有精确度高、成本低的优点。     

时域有限差分法连接边界电磁泄漏

用时域有限差分法计算目标的雷达散射截面时,一般用连接边界来引入平面入射波.理想情况下,当总场区没有散射目标时,该区域仅有入射波,散射场区电磁波为0.但在实际计算过程中,散射场区的电磁波一般不会严格等于0,这是因为在连接边界引入入射波时产生了电磁泄漏.一维情形下,用散射场区电场的平方和来衡量电磁泄漏程度.二维情形下,用等效原理将散射场区的电磁场进行远场外推,得到雷达散射截面,以此衡量电磁泄漏的大小.研究表明:时间步长、入射角度都能影响电磁泄漏大小.为使电磁泄漏较小,时间步长应接近于稳定性要求的最小步长,入射方向应避免垂直于计算区域边界.     

基于IGES文件输入的图形电磁计算方法研究

在不同波段不同极化下,应用图形电磁计算(GRECO)法计算了某模型的高频雷达散射截面(RCS).采用计算机硬件完成遮挡计算,通过五光源分两次照射获取模型表面法矢信息.在计算镜面散射时,利用两个Sinc函数的乘积消除物理光学计算中的奇异点,棱边边缘绕射用等效电磁流法计算.最终计算结果和试验结果吻合较好,表明这种方法估算目标RCS快捷有效,可以应用于工程分析.在目标造型端添加了识别读入IGES文件的端口后,解除了对模型造型格式的严格限制,扩大了其应用范围.