反射面的轴向电磁散射及外形优化

本文联合运用几何光学和等效电磁流法,导出了金属反射面轴向散射场和雷达截面(RCS)的简洁表达式,研究了从旋转二次曲面(凹面或凸面)中寻找具有最低RCS值的曲面形状优化方法,给出了一个典型实例的单站RCS立体分布图,以及最低RCS值所对应的波谷曲线和最佳表面参数。     

曲线拟合参数估计法的目标散射中心提取

提出了一种基于几何绕射理论(GTD)模型的曲线拟合参数估计法,用于目标散射中心的提取.根据二维散射中心GTD模型,分角度分离目标的距离向散射中心,对不同角度的散射中心距离和幅相进行曲线拟合,提取目标二维散射中心参数,可估算散射体的曲率半径,较精确地计算转台中心至天线的距离.算例表明:对大角度成像、遮挡、平板散射等用该法重构的雷达散射截面(RCS)与原始数据较吻合.     

等离子体涂覆复杂目标电磁散射的间接Z变换时域有限差分法

对等离子体涂覆复杂目标电磁散射的间接Z变换时域有限差分法进行了研究。根据非磁化等离子体的J,E间的本构关系,结合Maxwell方程组,引入间接Z变换算子,得到了改进的非磁化等离子体的差分迭代方程,实现了时域迭代计算。用该法计算的非磁化等离子体球和导弹雷达散射截面(RCS)值与文献结果吻合较好。用该法计算等离体涂覆飞机的电磁散射,分析了等离子体参数对飞机雷达散射截面的影响。     

一种等离子体卡塞格仑抛物面隐身天线的设计

研究等离子体卡塞格仑抛物面隐身天线一体化设计的关键性问题。根据双反射面天线的经典理论设计公式得出卡塞格仑抛物面天线的设计参数,仿真计算传统卡塞格仑抛物面天线及等离子体卡塞格仑抛物面天线的辐射特性和散射特性。研究结果表明,等离子体卡塞格仑抛物面天线具有和传统金属反射体卡塞格仑抛物面天线一样的辐射性能,同时由于等离子体产生和消失的可控性,不工作时就只有介质外壳,具有极低的RCS,从而大大提高了反射面天线的隐身性能。     

引战系统仿真中的目标电磁散射数学模型

综合讨论国内外引信目标电磁散射数学模型的研究成果及其在引战系统仿真中的应用.介绍了建立引信目标近区电磁散射模型的方法.着重叙述用于研究目标电磁散射特性的几何光学法和几何绕射理论,提出了随着隐身目标的出现所面临的这一新的研究课题.     

基于参数化CAD模型的飞行器气动／隐身一体化设计

提出一种将CAD软件与气动／隐身多学科设计优化相结合的方法。该方法的流程为：(1) 建立外形参数化数学模型;(2) 应用CATIA二次开发技术,自动生成三维CAD模型;(3) 从该模型上提取气动和隐身计算所需的外形数据;(4) 应用多目标优化算法进行气动／隐身一体化设计。以一个翼身融合体飞行器气动／隐身一体化设计为例,详细阐述流程的具体实现过程。结果表明这种方法具有如下优点：(1) 充分利用了CAD软件精确的参数化建模功能;(2) 为气动分析和雷达散射截面（RCS）计算提供了一个统一的外形模型;(3) 能从CAD模型中获取容积、表面面积等几何特征信息;(4) 优化结果直接反映为三维CAD模型。这些优点使得该方法具有实用意义。
     

超视距雷达探测高超声速飞行器可行性分析

在前期开展再入飞行器RCS（雷达散射截面）特性试验和理论研究的基础上,对典型临近空间高超声速飞行器RCS特性开展了研究,分析了绕流和尾迹对飞行器本体RCS特性的影响。研究表明等离子体流场在头身部绕流、近尾尾迹和部分远尾尾迹的最大电子密度将远高于电离层最高电子密度,更高于典型天波超视距雷达工作频段对应的临界电子密度。因而等离子体尾迹将会对3~30 MHz频段电磁波产生较强的散射,使得等离子体尾迹的RCS远远大于飞行器本体的RCS。利用临近空间高超声速飞行器尾迹RCS的这一特点,有可能实现对临近空间高超声速飞行器的超视距探测。     

一种可实现雷达隐身的微小卫星外形设计（英文）

实现对雷达的隐身是卫星隐身技术的重要研究内容。有效的隐身外形对卫星雷达隐身性能的贡献可达70%,是实现卫星雷达隐身最直接、有效的手段。对可实现雷达隐身的微小卫星外形设计进行探索性研究。首先在假定的卫星外形设计约束条件下,提出一种隐身结构外形设计。然后根据电磁场散射理论,以高频散射计算方法为基础,对具有该外形的卫星RCS进行理论预估。进一步制作全金属外形、全尺寸卫星模型,在微波暗室利用频域测量方法,对理论预估结果进行了验证,说明了该卫星隐身外形设计的有效性。     

宽带收发分置雷达实验设施

收发分置相关测量系统（BICOMS）将很快在美国Holloman空军基地雷达散射外场测试设施启用。这是世界上最大的宽带收发分置成像和雷达截面积（RCS）测量试验设施。该系统由乔治亚技术研究所（GTRI）设计，美空军第46测试大队操作。对雷达隐身来说，改变平台外形可减少平台的RCS，但其前提是绝大多数雷达为单站配置，发射雷达信号和接收目标（平台）的回波使用同一部天线。平台外形的改变可使射来的雷达信号在平台表面反射后，回波偏离发射机方向。使用收发分置雷达后，改变平台外形就不灵了。接收反射信号的天线可随意设置，而且平台…     

高超声速飞行器气动/隐身优化设计方法

针对高超声速飞行器气动布局设计中气动设计与隐身设计矛盾的问题,采用高精度气动和隐身计算方法,建立了基于直接全局优化算法、二次曲线参数化方法和Kriging代理模型的多学科优化设计平台,并对典型高超声速布局升力体外形开展气动/隐身一体化优化设计研究。结果表明：升力体布局典型状态下升阻比由3.13提高到3.69,考虑垂直极化和水平极化状态,俯仰±30°的雷达散热截面（RCS）均值下降60%以上,表明该平台具有良好的寻优能力,风洞试验结果验证了优化算法的可行性;高超声速飞行器的机身和翼/舵等部件具有显著的绕射特性,物理光学法等高频算法不能准确捕捉前后缘绕射,应当采用矩量法计算其RCS特性;高超声速飞行器的垂直极化和水平极化的RCS特性差异巨大,在设计中应当予以考虑。     

电磁涡旋波斜平面旋转目标运动参数估计方法

相较于传统平面电磁波,电磁涡旋波具有螺旋分布的波前相位、特殊的环形天线方向图、独特的涡旋方位维信息等特点。近几年来,得益于其特殊的物理特性,电磁涡旋波在目标运动参数估计领域受到了广泛的关注,其目标多普勒效应具有线性多普勒与旋转多普勒两维多普勒信息。现有参数估计方法实现了运动平面与涡旋天线口面平行时的目标旋转参数测量。然而,目标斜平面旋转下,现有方法将不再适用。基于电磁涡旋波所提供的目标旋转多普勒信息,提出一种斜平面旋转目标运动参数估计方法。该方法推导了一般形式下旋转目标的多普勒信号模型,通过分析斜平面下的多普勒信息特征,建立了目标运动参数表征式,给出了斜平面目标旋转参数的计算方法。最后通过仿真分析,验证了模型及参数计算方法的正确性及有效性。     

卫星总体参数多学科优化与建模探讨

卫星总体参数优化是一个典型的多学科优化问题。文章针对卫星总体参数优化建模及其他相关问题进行了探讨,阐述了卫星总体参数优化的过程;以对地观察卫星为对象,给出了多学科优化模型,包括优化目标、约束条件和设计变量。     

吸气式高超声速飞行器助推-巡航轨迹优化

针对吸气式高超声速巡航飞行器建立了纵向平面内的二维轨迹优化模型(包括火箭助推段和吸气式飞行段),其中大气模型、气动力模型和发动机模型均建立了比较详细的模型,能够比较全面、准确地描述吸气式高超声速巡航飞行器的特征;基于配点法建立了适用于高超声速巡航飞行器助推-巡航轨迹优化的方法,在求解非线性规划时引入了规范化处理、稀疏分析和偏导数计算方法等,以提高优化效率;对吸气式高超声速飞行器助推-巡航轨迹进行了优化研究,分析了典型设计参数变化对最优轨迹的影响。仿真结果表明:所建立的方法能够快速、高精度求解吸气式高超声速巡航飞行器轨迹优化问题,并且能够方便地分析设计参数变化对最优轨迹的影响,可用于吸气式高超声速飞行器飞行剖面设计与优化。     

基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法

针对目前结构优化设计方法未考虑参数随机性的问题,提出基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法.将结构产品的质量特性作为优化目标,性能函数的可靠度指标作为约束条件,建立稳健性优化设计模型.利用序列二次规划法计算其性能函数的可靠度指标,在此基础上,利用遗传算法进行迭代计算,得出最优设计结果.最后,将某型导引头导...     

空间机器人抓捕目标后动力学参数辨识研究

针对自由漂浮空间机器人抓捕目标后的动力学参数辨识问题,提出一种参数辨识的持续激励轨迹设计方法。首先,基于动量守恒原理建立了自由漂浮空间机器人的动力学参数辨识模型;然后,采用有限傅里叶级数对空间机器人的机械臂关节运动轨迹进行参数化表示,并以参数辨识回归矩阵条件数最小化为指标,通过求解一个包含多约束的非线性优化问题得到傅里叶级数的待定系数;最后,采用基于QR分解的递推最小二乘估计方法实现对采样数据的序贯处理,并求解出待辨识参数。仿真结果表明,提出的激励轨迹设计方法可以显著提高空间机器人参数辨识的收敛速度和准确性。     

大型挠性卫星的工程建模方法

以跟踪与数据中继卫星 (TDRS)为背景 ,探讨了大型挠性卫星的工程建模方法。首先建立了基于混合坐标法的TDRS动力学模型 ,然后应用本文提出的基于结构参数优化的动力分析方法得到整星的动力特性参数。     

临近空间地面模拟装置等离子体源仿真研究

为了指导临近空间地面模拟装置中等离子体源结构设计及等离子体环境参数优化，围绕相关指标体系要求，采用数值模拟方法，分析临近空间等离子体环境地面模拟装置中的射流等离子体与下游目标模拟体相互作用。通过研究射流入口处等离子体状态与下游等离子体对钝体包覆效果的依赖关系，明确了影响包覆特性的关键等离子体参数、重要外控参量，及其对下游目标模拟体包覆特性的影响规律。仿真结果表明：相对于其他因素，射流入口的半径、气体流速、速度偏角、气体温度、钝体直径、环境背压等工况对有效实验区长度及厚度参数的影响较大。相关结果对于临近空间等离子体环境地面模拟装置中等离子体源优化设计及等离子体环境参数定向调控具有指导和借鉴意义。     

有限推力下时间最优轨道转移

研究了一种有限推力作用下的时间最优轨道转移计算方法。以非奇异根素形式的高斯行星摄动方程为基础,由庞德里亚金极小值原理导出正则方程组,通过将最优控制问题转化为协状态初值为待优化参数的参数优化问题,并通过非线性规划求解得到的参数优化问题,从而避开求解两点边值问题的困难。文章最后给出2个算例,分别计算了零倾角零偏心率最优轨道转移和大倾角改变最优轨道转移。计算过程及结果表明本文所用方法对协状态初值猜测敏感性小,收敛迅速;零倾角零偏心率情况下无奇异;所得控制轨线光滑。     

航天大型薄壁结构装配制造尺寸精度预测与控制方法

大型薄壁结构的弱刚性导致其在制造过程中变形是影响尺寸精度的主要因素,如何对加工和装配过程零组件的偏差场进行精确预测与控制是提升制造质量、改进工艺参数的关键。本文针对大型薄壁结构制造与装配过程偏差场特性进行研究,提出适用于航天大型薄壁产品装配过程偏差场预测与控制方法。以基本变形模式的线性组合构建大型薄壁结构空间偏差场,考虑大型薄壁结构装配过程内应力的协调变形,以零件与装配体之间基本变形模式的映射关系建立大型薄壁结构装配过程偏差场预测模型。基于零件基本变形模式对装配体偏差的贡献量化值进行薄壁结构装配过程偏差溯源,提出两步寻优方法求解零件特定基本变形模式的最优控制点集,以最优控制点集的偏差调整实现大型薄壁结构装配过程的偏差控制,为航天大型薄壁结构装配过程的尺寸精度预测与控制提供理论基础与技术指导。     

海面舰船复合场景电磁散射模型与应用研究

开展海上舰船目标复合场景电磁散射机理和模型研究对于海洋环境中的船只监测以及分类识别有着重要的指导意义。面向高分辨雷达对海探测需求,介绍了研究团队近年来针对海洋环境提出的一系列电磁散射模型,具体包括：1）针对海面电磁散射提出的毛细波修正面元散射模型,面元化的简化小斜率近似模型以及针对高海情海面提出的考虑破碎波影响的面元化散射模型;2）针对电大尺寸目标提出的几何光学/物理光学混合算法及其硬件加速实现方案;3）针对船海复合场景提出的面元散射模型与几何光学/物理光学混合方法。最后给出了电磁散射模型在海杂波特性仿真分析、电大尺寸目标雷达特性分析、目标及船海复合场景高分辨合成孔径雷达图像仿真与目标探测等中的应用。