隱身技術(shù)中的雷達(dá)截面預(yù)估與控制.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，飛行器和艦船的隱身性能直接決定了它們?cè)趹?zhàn)場(chǎng)上的突防能力和戰(zhàn)斗性能。以發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道為代表的電大尺寸開口腔體結(jié)構(gòu)可在飛行器鼻錐方向構(gòu)成很強(qiáng)的后向散射，對(duì)該類結(jié)構(gòu)雷達(dá)截面(RCS)的單獨(dú)計(jì)算分析在隱身飛行器設(shè)計(jì)當(dāng)中具有重要意義。相控陣天線已成為機(jī)載和艦載先進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)的必要組成部分，對(duì)于相控陣天線輻射和散射的分析計(jì)算對(duì)于隱身艦艇的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。本論文密切結(jié)合“十一五”國(guó)防科技預(yù)研重點(diǎn)項(xiàng)目研究了腔體結(jié)構(gòu)和陣列天線的散射分析方

2、法和RCS控制技術(shù)。所取得的成果可概括為：
　　 1、RCS計(jì)算預(yù)處理技術(shù)研究。論文基于商業(yè)軟件Rhinoceros的建模和網(wǎng)格剖分功能結(jié)合編寫數(shù)據(jù)提取程序，完成了RCS計(jì)算中腔體和艦船的混合多邊形面片建模和數(shù)據(jù)預(yù)處理，并研究了基于該模型的射線追蹤、遮擋判斷算法。
　　 2、腔體的RCS計(jì)算方法研究。論文分析了理想導(dǎo)體以及涂敷吸波材料理想導(dǎo)體腔體結(jié)構(gòu)的IPO迭代公式。對(duì)IPO迭代算法進(jìn)行了改進(jìn)：首先改進(jìn)了迭代計(jì)算中腔體終

3、端的反射計(jì)算，然后將初值繼承方法引入迭代過(guò)程，并利用前后向迭代、松弛因子大大加快了迭代的計(jì)算速度和收斂速度。論文采用IPO算法編程計(jì)算了進(jìn)氣道模型的RCS，與測(cè)試結(jié)果吻合良好。在對(duì)電大尺寸開口腔體RCS的各種算法的計(jì)算精度和計(jì)算速度分析的基礎(chǔ)上，為保持計(jì)算精度的同時(shí)提高計(jì)算速度，論文基于消息傳遞協(xié)議MPI開發(fā)了腔體RCS的SBR、CRE、IPO并行計(jì)算程序，采用大粒度任務(wù)分配策略達(dá)到了較高的并行計(jì)算效率。
　　 3、腔體RCS控

4、制技術(shù)研究。論文對(duì)涂敷吸波材料和采用S彎對(duì)腔體RCS的影響采用IPO計(jì)算程序進(jìn)行了分析計(jì)算，并分析了將兩種技術(shù)結(jié)合的腔體RCS控制技術(shù)。
　　 4、提出了電大尺寸載體上天線輻射場(chǎng)的FEM/CRE-UTD混合算法。該混合方法首先采用有限元法計(jì)算天線在自由空間的輻射場(chǎng)。在研究了利用富勒結(jié)構(gòu)的天線輻射場(chǎng)復(fù)射線擬合的基礎(chǔ)上，采用復(fù)射線展開、復(fù)射線軸線追蹤、近軸近似計(jì)算技術(shù)計(jì)算載體對(duì)天線輻射場(chǎng)的反射，并通過(guò)UTD方法計(jì)入了棱邊的繞射效應(yīng)，

5、得到電大尺寸載體上天線的輻射場(chǎng)。
　　 5、基于互易定理的天線模式項(xiàng)散射場(chǎng)快速計(jì)算。論文以天線的互易定理為基礎(chǔ)，利用天線的輻射場(chǎng)來(lái)計(jì)算平面波照射下的天線模式項(xiàng)散射場(chǎng)。該方法可快速完成平面波在不同入射角度照射下天線模式項(xiàng)RCS的計(jì)算，還可以與天線輻射場(chǎng)的FEM/CRE-UTD混合算法相結(jié)合，分析艦載天線的天線模式項(xiàng)散射。
　　 6、陣列天線輻射和散射機(jī)理研究。利用陣列天線系統(tǒng)模型的S參數(shù)，分析了陣列天線單元的互耦。將場(chǎng)的矢

6、量球面波函數(shù)展開和散射矩陣推廣到陣列天線的輻射和散射分析當(dāng)中，推導(dǎo)出陣列天線輻射和散射的基礎(chǔ)理論公式。該公式以疊加定理的形式綜合考慮了天線單元之間的互耦、饋電網(wǎng)絡(luò)影響等因素，同時(shí)還反映了陣列天線模式散射場(chǎng)和天線單元輻射場(chǎng)的關(guān)系，公式近似后可簡(jiǎn)化為乘積定理的形式。在此基礎(chǔ)上論文研究了大型陣列天線輻射場(chǎng)的近似計(jì)算方法，并采用陣列實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。論文還采用陣列天線散射場(chǎng)基礎(chǔ)理論公式的近似計(jì)算分析了陣列天線散射場(chǎng)的特點(diǎn)和峰值方向，并以一維陣列為

7、例分離和分析了陣列天線的結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)和天線模式項(xiàng)散射，驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。
　　 7、有源相控陣天線系統(tǒng)的輻射和散射分析。利用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析了有源相控陣天線單元的饋電系統(tǒng)模型，得到陣列單元的接收機(jī)負(fù)載反射系數(shù)表達(dá)式。結(jié)合陣列天線散射的基礎(chǔ)理論公式和接收機(jī)負(fù)載反射系數(shù)表達(dá)式得到了相控陣天線的天線模式項(xiàng)散射近似計(jì)算公式。公式計(jì)入了單元饋電系統(tǒng)當(dāng)中的接收機(jī)負(fù)載反射系數(shù)和移相器工作參數(shù)的影響?；谠摴?，論文將天線模式項(xiàng)散射按照是否受配相狀

8、態(tài)影響分為兩部分進(jìn)行研究，最后對(duì)這樣兩部分散射場(chǎng)的特點(diǎn)和峰值方向進(jìn)行了分析并采用微帶陣列進(jìn)行了驗(yàn)證，為相控陣天線的RCS分析計(jì)算和RCS控制提供了理論上的指導(dǎo)。
　　 8、艦載相控陣天線RCS控制方法研究。針對(duì)陣列天線各個(gè)散射模式，逐一分析了對(duì)應(yīng)的RCS控制技術(shù)。重點(diǎn)分析了陣列的傾斜安裝對(duì)天線輻射和散射特性的影響，對(duì)副瓣電平在天線隱身中的重要性進(jìn)行了理論分析。在綜合考慮輻射和散射特性的基礎(chǔ)上利用泰勒綜合和密度錐削稀疏技術(shù)設(shè)計(jì)了低