隱身技術中的雷達截面預估與控制.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，飛行器和艦船的隱身性能直接決定了它們在戰(zhàn)場上的突防能力和戰(zhàn)斗性能。以發(fā)動機進氣道為代表的電大尺寸開口腔體結構可在飛行器鼻錐方向構成很強的后向散射，對該類結構雷達截面(RCS)的單獨計算分析在隱身飛行器設計當中具有重要意義。相控陣天線已成為機載和艦載先進雷達系統(tǒng)的必要組成部分，對于相控陣天線輻射和散射的分析計算對于隱身艦艇的設計具有重要的指導作用。本論文密切結合“十一五”國防科技預研重點項目研究了腔體結構和陣列天線的散射分析方

2、法和RCS控制技術。所取得的成果可概括為：
　　 1、RCS計算預處理技術研究。論文基于商業(yè)軟件Rhinoceros的建模和網格剖分功能結合編寫數(shù)據(jù)提取程序，完成了RCS計算中腔體和艦船的混合多邊形面片建模和數(shù)據(jù)預處理，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計算方法研究。論文分析了理想導體以及涂敷吸波材料理想導體腔體結構的IPO迭代公式。對IPO迭代算法進行了改進：首先改進了迭代計算中腔體終

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

4、制技術研究。論文對涂敷吸波材料和采用S彎對腔體RCS的影響采用IPO計算程序進行了分析計算，并分析了將兩種技術結合的腔體RCS控制技術。
　　 4、提出了電大尺寸載體上天線輻射場的FEM/CRE-UTD混合算法。該混合方法首先采用有限元法計算天線在自由空間的輻射場。在研究了利用富勒結構的天線輻射場復射線擬合的基礎上，采用復射線展開、復射線軸線追蹤、近軸近似計算技術計算載體對天線輻射場的反射，并通過UTD方法計入了棱邊的繞射效應，

5、得到電大尺寸載體上天線的輻射場。
　　 5、基于互易定理的天線模式項散射場快速計算。論文以天線的互易定理為基礎，利用天線的輻射場來計算平面波照射下的天線模式項散射場。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RCS的計算，還可以與天線輻射場的FEM/CRE-UTD混合算法相結合，分析艦載天線的天線模式項散射。
　　 6、陣列天線輻射和散射機理研究。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中，推導出陣列天線輻射和散射的基礎理論公式。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、饋電網絡影響等因素，同時還反映了陣列天線模式散射場和天線單元輻射場的關系，公式近似后可簡化為乘積定理的形式。在此基礎上論文研究了大型陣列天線輻射場的近似計算方法，并采用陣列實例進行了驗證。論文還采用陣列天線散射場基礎理論公式的近似計算分析了陣列天線散射場的特點和峰值方向，并以一維陣列為

7、例分離和分析了陣列天線的結構模式項和天線模式項散射，驗證了理論分析結果。
　　 7、有源相控陣天線系統(tǒng)的輻射和散射分析。利用網絡參數(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負載反射系數(shù)表達式。結合陣列天線散射的基礎理論公式和接收機負載反射系數(shù)表達式得到了相控陣天線的天線模式項散射近似計算公式。公式計入了單元饋電系統(tǒng)當中的接收機負載反射系數(shù)和移相器工作參數(shù)的影響?；谠摴剑撐膶⑻炀€模式項散射按照是否受配相狀

8、態(tài)影響分為兩部分進行研究，最后對這樣兩部分散射場的特點和峰值方向進行了分析并采用微帶陣列進行了驗證，為相控陣天線的RCS分析計算和RCS控制提供了理論上的指導。
　　 8、艦載相控陣天線RCS控制方法研究。針對陣列天線各個散射模式，逐一分析了對應的RCS控制技術。重點分析了陣列的傾斜安裝對天線輻射和散射特性的影響，對副瓣電平在天線隱身中的重要性進行了理論分析。在綜合考慮輻射和散射特性的基礎上利用泰勒綜合和密度錐削稀疏技術設計了低