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.     

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。     

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。     

飞行器目标频率响应散射特性

为研究飞行器目标散射频率响应特性和隐身、反隐身原理,对两种飞行器平板缩比模型进行了系列测试和计算研究,推导和验证了简单目标（金属球）的频率响应特性在飞行器目标上的适用性,并推广到如飞行器复杂散射体的分析。提出了划分瑞利区、谐振区、高频区的新方法,指出飞行器具有隐身能力极限的概念;研究了目标多频散射的极化特性,发现频率降低时,水平极化下全向雷达散射截面（RCS)均值逐渐增大,垂直极化时减小。得到了两种飞行器目标处于瑞利区、谐振区时依靠外形隐身所能达到的RCS极限值。结果分析表明,在瑞利区和谐振区,目前的外形隐身措施存在不能超越的极限,在这两个区域的雷达隐身需结合外形和材料隐身技术。     

箔条云对飞机隐身特性的影响分析与计算

建立了箔条云对飞机隐身特性的影响分析与计算方法。考虑的对抗情况是突防方用一架飞机播撒箔条偶极子云,作战飞机以该箔条云带为掩护进行突防或调动。通过算例计算了箔条干扰及目标 RCS对飞行器隐身性能的影响。结论是:在每千米突防路径上抛撒6000根数量的箔条就可以极大地提高飞行器的隐身能力,使得 RCS小于100m2 的目标难于被一般雷达探测到。即使雷达对于箔条杂波中可见度有30d B的改善,在箔条干扰下对目标的检测性能仍然不如在杂波和噪声条件下。应当指出,虽然计算结果表明箔条具有很好的干扰效果,但其应用应考虑到战场战术环境、天气条件等外界因素的限制和影响。     

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.     

Multi-frequency RCS Reduction Characteristics of Shape Stealth with MLFMA with Improved MMN

Three new control factors are presented for calculating the multipole mode number (MMN) efficiently and precisely. The effects of these control factors on the number of integral samples and the precision of multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) are investigated. A new approach based on control factors which is proven to be able to improve the computational efficiency and reduce the needed memory significantly as well as ensuring the proper precision. For three aircraft models, the improved MLFMA is employed to analyze their multi-frequency scattering characteristics. It is found that aircraft shape can influence radar cross section (RCS) in different frequency zones. Both the multi-frequency RCS reduction characteristics of shape stealth aircraft and the conventional aircraft with stealth design taken into account are investigated, and the results show that shape stealth exhibits significant RCS reduction in the resonance and high-frequency zones, and with a weaker influence in the Rayleigh zone. Compared with radar absorbing material (RAM), shape stealth yields a wider multi-frequency RCS reduction. The above-mentioned results can be applied to stealth design for multiple frequencies or even for all frequencies.     

等离子体涡电磁散射特性及隐身性能

 针对非均匀等离子体在飞行器隐身中的应用,采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）方法计算等离子体涡及涡串电磁散射特性,分析等离子体涡对飞行器隐身性能影响。计算表明,等离子体涡在很大频率区间对电磁波吸收效果显著,RCS降低很大,具有明显的隐身效果。等离子体涡表现出一定规律性的极化特性,对L,S和C波段电磁波具有不同的吸收、反射特性。     

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。     

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。     

21世纪初军用飞行器战术技术要求的新内容——隐身能力

本文从战争的启示、系统工程分析的结论及反隐身技术的威胁等三方面,论证了“隐身能力”对未来军用飞行器的重要性。文中着重分析了21世纪初军用飞行器战术技术要求的新内容——“隐身能力”所包括的三个内容:（1）飞行器的散射特性及辐射特性;（2）飞行器的电子干扰能力;（3）飞行器所用的战术隐身技术。     

Numerical simulation of RCS for carrier electronic warfare airplanes

This paper studies the radar cross section(RCS) of carrier electronic warfare airplanes.Under the typical naval operations section, the mathematical model of the radar wave’s pitch angle incidence range analysis is established. Based on the CATIA software, considering dynamic deflections of duck wing leading edge flaps, flaperons, horizontal tail, and rudder, as well as aircraft with air-to-air missile, anti-radiation missile, electronic jamming pod, and other weapons, the 3D models of carrier electronic warfare airplanes Model A and Model B with weapons were established. Based on the physical optics method and the equivalent electromagnetic flow method, by the use of the RCSAnsys software, the characteristics of carrier electronic warfare airplanes’ RCS under steady and dynamic flights were simulated under the UHF, X, and S radar bands. This paper researches the detection probability of aircraft by radars under the condition of electronic warfare, and completes the mathematical statistical analysis of the simulation results. The results show that: The Model A of carrier electronic warfare airplane is better than Model B on stealth performance and on discover probability by radar detection effectively.     

基于CAD二次开发的飞行器隐身性能计算方法

在飞行器同雷达对抗时的不同威胁情况下,分析了在雷达仰视照射下飞行器的隐身性能。通过绘制雷达仰角图,得到了目标飞行器在某典型雷达照射下的暴露与隐身区域,从而量化了目标飞行器的隐身性能。通过CATIA二次开发技术实现了CAD模型的便捷修改,为优化外形隐身特性提供支持。最后通过一个具体算例验证种方法的效果,并说明方法具有实用意义。     

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%.     

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。     

新一代战斗机座舱盖关键技术与设计方案

座舱是战斗机三大电磁散射源之一，座舱盖雷达散射截面（RCS）的减缩技术是实现新一代战斗机全机雷达隐身性能的关键技术。基于新一代战斗机隐身外形平台，座舱盖在隐身技术、透明件结构、抗鸟撞、弹射救生、光学性能、结构变形控制等领域均面临新的挑战。本文以新一代战斗机为背景，研究了座舱盖性能提升的4项关键技术：座舱盖隐身性能提升技术、大型整体座舱盖透明件结构设计技术、复杂曲面座舱盖光学性能仿真优化技术、大尺寸活动部件变形及状态控制技术。经过上述关键技术研究，完成了新一代战斗机座舱盖设计技术体系的升级，促进了新一代战斗机座舱盖技术和性能的跨代提升。     

典型布局飞机电磁散射特性数值计算研究

电磁隐身对飞行器战场生存力具有重要影响,作战任务不同,对应的飞行器布局形式也不同,而飞行器布局形式会影响其电磁散射特性。建立四种典型布局形式和电磁模型,基于物理光学法,数值模拟不同布局飞行器的RCS曲线,并分析RCS分布特点;对常规和特殊布局模型,研究其电磁散射的频率响应特性。结果表明:飞机布局决定RCS分布形式,在前向角域内,布局A-1、A-2、B、C、D的电磁隐身性能呈震荡提高趋势,RCS均值从7.770 0dBsm震荡降低至-30.067 3dBsm,布局B的RCS均值为-10.434 7dBsm;而不同布局的后向和周向角域电磁隐身性能依次提高,后向RCS均值由常规布局的22.702 5dBsm缩减为-25.093 8dBsm,周向由7.039 1dBsm缩减为-15.137 3dBsm;在高频区域,频率增加对RCS曲线分布特点影响较小,但曲线震荡性更加明显,RCS算术均值降低。     

台阶目标电磁散射特性研究

 通过系列雷达散射截面（RCS）测试,研究了单台阶板随台阶高度变化的规律,分析了多台阶板电磁散射与其高度、间距、极化方式之间的变化关系,并将台阶板散射结果与金属平板结果进行比较,定量总结了各参数对台阶板散射的影响。试验结果表明,台阶高度增加导致散射增强;多台阶间距增大引起曲线振荡增强,说明台阶间耦合作用加强,但RCS均值相对于平板均值增幅不变;多台阶散射表现为各台阶在不同相位上相互叠加的结果。     

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。     

隐身飞行器电磁散射特性分析

为对隐身飞行器的探测手段进行研究和指导隐身飞行器的研制,研究其电磁散射特性。采用外形逆向建模、理论预估和散射测量、强散射源减缩相结合的手段,对隐身飞行器的隐身性能进行预估。该方法具有精度高、速度快的优点,适合在隐身飞行器研制方案设计阶段使用。