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.     

简单形体目标电磁遮挡算法研究

为了自动地解决复杂目标高频电磁散射场计算时各部件之间的相互电磁遮挡问题，本文利用极大极小检验、Roberts算法、包含性检验等计算机消影算法，经过合理的工程处理，快速而准确地寻找简单形体目标各板块之间的相互遮挡关系，然后根据分析结果计算目标的RCS。文中以并排放置的锥柱组合体为例，在进行了电磁遮挡关系处理后，计算了其RCS，经与单一锥、柱RCS计算结果的比较，证明本文的电磁遮挡算法计算机时短，对简单形体目标的电磁遮挡处理行之有效。     

金属螺旋的旋波特性研究

采用细线近似对金属螺旋线的电磁散射作距量法数值研究，对于具有镜象对称特性的右旋和左旋金属螺旋，计算了不同尺寸，不同电磁波投射方向下的感应电流和散射场幅值，计算结果表明，由它们产生的感应散射场同样具有镜象对称性，计算得到的前向和背向散射场显示不同旋向的螺旋对散射场的极化产生相反的旋转。     

ADI-FDTD在激励源和完纯导体边界处的精确格式

证明了当采用交替方向隐式时域有限差分法(AD I-FDTD)计算时,完纯导体和激励源处的算法格式与无源空间的算法格式不同,并推导了AD I-FDTD算法在源和完纯导体所在网格处的精确格式。利用常规的FDTD、无源空间的AD I-FDTD以及在源和导体处采用精确格式的AD I-FDTD,分别计算了点源激励的在自由空间传播的二维TE波、TM波垂直入射于金属条带FSS的散射场。计算结果表明,如果计算域中包含导体或激励源,直接采用通常的AD I-FDTD格式会带来很大的计算误差,而采用该精确格式后,计算结果与FDTD的计算结果吻合,从而证明了本文导出的AD I-FDTD在导体和激励源处的精确格式的正确性和使用的必要性。     

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.     

一种目标散射中心特征快速提取算法

首先用基于几何绕射理论的GTD(Geometrical theory of diffraction)模型来精确描述雷达目标的高频电 磁散射特性;同时,提出一种可应用于目标识别的散射中心特征提取快速算法:基于传播算子(Propagator)的 多重信号特征算法(PM-MUSIC).其核心思想是利用传播算子法快速计算出噪声子空间,取代了原MUSIC方法中利用特征值分解获取噪声子空间的矩阵分解步骤.通过计算量的比较,说明PM-MUSIC算法较原MUSIC方法有效提高了运算效率.最后.仿真实验表明,PM-MUSIC算法在快速估计的基础上,仍具有良好的精度和较高的分辨率,可有效地提取以边缘绕射等为主要散射形式的隐身目标的散射中心.     

再入飞行器目标特性建模研究

再入目标的光辐射和电磁散射特性有重要应用,例如目标的探测、识别和指示技术.飞行器高超声速再入过程中,由于与周围大气强烈相互作用,不仅形成复杂结构再入流场,飞行器表面和流场中还伴随发生复杂化学物理过程,对目标特性产生严重影响.在对再入流场及伴随发生的化学物理过程研究分析的基础上, 建立再入目标特性理论模型框架,建立再入飞行器目标特性的基本计算方法,编制了相应计算程序,对典型再入飞行器的红外辐射和电磁散射特性进行了数值模拟.与相应实验结果的比较表明,流场电子数密度、高温气体辐射、等离子体尾迹的RCS等与实验结果一致.     

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。     

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。     

基于飞机性能影响的路径优化算法

针对在最少油耗、最快时间和最低成本等目标下的巡航阶段路径优化中,出现的边权重与前续路径的选择密切相关、估值函数计算开销过大等问题,首先构建了GRIB2格式网格气象数据插值、飞机性能参数快速计算流程,然后通过对A*算法估值函数系数和性能计算步长进行改进,提高每步优化时的计算效率;之后针对典型飞行任务,对不同优化目标下的结果进行对比,分析了成本指数、飞机起始质量和飞行高度层等因素的影响。将飞行性能计算融入边权重的A*算法相对于传统最短路算法会增加计算时间,但同样以飞行性能最优为目标的情况下,相较于Dijkstra算法它可以更迅速地找到优化路线。     

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.     

超宽带射频仿真系统中的低RCS三轴转台设计

提出了在超宽带射频仿真系统中三轴转台的低RCS设计方法.该方法采用转台机械结构设计、低RCS外形优化分析与测试测量相结合的方式.首先基于低RCS要求及三轴转台的结构特性,对其进行外形优化.通过计算三轴转台的表面感应电流分布,分析三轴转台的强散射区域,并选取相应吸波材料及涂敷方法对三轴转台进行处理.实际测量表明,涂敷吸波材料后三轴转台散射回波幅度显著减小,分布均匀,达到了预设的效果.     

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。     

某飞翼外形雷达散射截面特性的分析

用物理光学理论和物理绕射理论计算了某飞翼外形雷达散射截面（ＲＣＳ）特性，并在微波暗室里对该飞翼模型的ＲＣＳ进行了测量，计算结果和测量结果基本吻合，在此基础上，分析了飞翼外形ＲＣＳ随方位角分布的特点以及其外形隐身设计的特点。     

三维复杂腔体的时域有限差分法分析

在计算三维复杂腔体雷达截面的时域有限差分法中，提出了一种简单的计算域设置方法。它由腔壁和腔口面外侧的吸收边界围成，与包围目标的常用计算域设置方法相比，忽略了腔边缘的绕射作用，但具有节省计算机存储空间，无需额外抽取外腔壁对电磁波的散射。数值结果表明该设置方法是合理可行的。     

Ultrasonic Computed Tomography Imaging Method of Concrete Materials Based on Simulated Annealing Genetic Algorithm

Stability and accuracy of the imaging results are still unmet practical demands for ultrasonic computed tomography(CT)of concrete material.To address these issues,a CT technique based on simulated annealing genetic algorithm(SAGA)is presented in this work.Firstly,a natural weight matrix with clear physical meaning is introduced in the inverse algorithm and then a quadric broadening objective function is formed according to the propagation characteristics of ultrasound in concrete.After that,the simulated annealing(SA)searching is added to speed up the inverse process and to improve the convergence and stability of the algorithm.Finally,the optimal inverse imaging results have been achieved by variable ectopic adaptive genetic algorithm.The numerical simulation experiments have shown that the usage of the correct priori information and the excellent characteristic of SAGA in searching the global minimum value of the function have produced accurate and effective results with stable numerical values.The imaging resolution is improved and the imagining results reflecting the inner defections of the tested objects are more reliable and accurate.     

低雷达散射截面机身的气动特性研究

本文通过对三个具有低雷达散射截面(RCS)隐身特性的“板块”多边形截面机身模型及通常的圆截面机身模型进行的低速气动特性的研究,包括迎角直到50°的低速风洞测力试验、水洞流谱试验及初步的工程估算结果与实验结果的比较,发现多边形截面机身不但具有良好的隐身特性,而且其气动特性也并不比圆截面机身差,其升力特性及最大升阻比大大优于圆截面机身;同时,在大迎角零侧滑条件下,能产生稳定的侧力,其值大于圆截面机身的侧力,发生迎角小于圆截面机身的发生迎角。多边形截面机身的气动力计算方法目前尚不成熟。本文建议在小展弦比机翼的计算方法基础上,按相应截面的外形特征给出修正方法,其计算结果接近实验结果。