运动特征对飞机动态RCS分布特性的影响分析

为了研究不同航路捷径和高度对飞机动态RCS的影响,并能找到描述其分布特性的通用起伏模型,对飞机动态RCS进行了统计分析。首先采用准静态法仿真计算了飞机在不同航路捷径和不同高度时的动态RCS,分析了运动特征对飞机动态RCS的影响;其次用3种经典起伏模型对动态RCS拟合建模,并通过Kolmogorov-Smirnov检验比较了统计建模结果的差异,得出对数正态分布在描述动态RCS起伏特性方面具有通用性的结论。研究成果对于非合作目标的预警探测有重要意义,为雷达总体性能的提升提供理论依据。     

基于高斯混合密度模型的隐身目标RCS统计分析

为克服传统RCS起伏统计模型描述隐身目标起伏特性的不足,提出了一种将高斯混合密度模型(GMDM)应用于RCS统计分析的建模方法。根据典型隐身目标的仿真数据,分别建立了该目标在不同方位角范围内的2阶GMDM和χ2分布模型。拟合结果表明2阶GMDM在前侧向、正侧向和后侧向拟合误差分别为4.74%、12.34%和1.01%,而χ2模型的拟合误差分别为44.5%、18.65%和13.21%。同时,当拟合阶数超过4阶时,GMDM的拟合误差将稳定在5%以下,能够满足雷达目标仿真的精度需求。     

飞机运动特征对雷达检测性能的影响分析

仿真分析了超音速隐身飞机的飞行速度对其动态RCS序列及雷达检测性能的影响。首先依据空气动力学原理设定飞行航迹,并考虑实际中随机抖动的影响,获取时变雷达视线姿态角;然后应用物理光学并结合等效电磁流的方法,仿真分析了飞行速度对动态RCS序列的影响;最后基于隐身飞机RCS起伏数据,推导出起伏目标检测概率计算公式,进一步研究了速度对雷达检测性能的影响,得出飞行速度越高,发现概率越低且起伏越剧烈的结论。研究成果可为超音速隐身目标的探测提供依据。     

座舱隐身对常规战斗机电磁散射特性的影响

座舱是常规战斗机前向的重要散射源,为研究其散射特性,提出座舱隐身措施的电磁散射影响分析方法。基于某型常规战斗机,建立常规、隐身座舱的战斗机电磁模型,采用物理光学法计算多种状态的雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析RCS曲线分布特点、电磁散射的俯仰角和频率响应特性。结果表明:座舱隐身措施明显降低了前向腔体散射,使散射曲线前向波峰消失而向内收敛;俯仰角在一定范围内时,采用隐身座舱后,RCS前向均值约为-20 dBsm(入射频率6 GHz),相对减缩值随俯仰角呈“W”形分布,俯仰角为0°时达到最大值19.788 7 dB;频率增加时,前向RCS均值逐渐降低,而相对减缩值震荡变化,最大可达24.667 4 dB;其余角域上,俯仰角和多频响应特性相对较弱;座舱隐身措施可同时改善常规战斗机前向角域上的不同俯仰角、多频隐身性能。     

隐身战斗机红外辐射特征计算及红外隐身效果分析

针对飞机红外隐身和反隐身技术发展的需要,建立了隐身飞机红外图像的仿真模型,并对飞机的红外隐身效果进行了评估.首先在飞机红外辐射计算模型的基础上,对二元喷管、低发射率蒙皮、发动机舱隔热、喷管冷气注入等进行红外隐身建模,经过渲染生成隐身飞机的红外图像;然后对低发射率蒙皮、发动机舱隔热与喷管冷气注入3种红外隐身措施的隐身效果进行分析.仿真结果表明,不同的隐身措施下,隐身战斗机辐射差异较大.      

双隐身飞机自卫相干干扰对单脉冲雷达影响

针对单脉冲雷达检测跟踪协同自卫干扰状态的双隐身飞机编队时,角度跟踪与检测性能难以合理性评价问题,提出了一种基于侧双机编队盘旋航迹的隐身飞机协同自卫相干干扰模型.经过编队即时姿态分析,求解编队视线姿态角.结合静态全空域双机的雷达散射截面（RCS）数据库获取编队动态RCS序列,利用目标回波信号与相干干扰共同作用下单脉冲雷达角跟踪与检测机理,结合相应联合信干比分析模型,比较研究了隐身编队在常态飞行与协同自卫相干干扰状态下雷达角度的即时误差与瞬时检测概率的动态变化.仿真结果表明:编队自卫相干干扰能够有效使单脉冲雷达角度诱骗0.26°并使雷达检测性能下降34.97%,有效降低编队航程下失损率.      

典型隐身飞机动态RCS时间序列研究

定义和推导了目标机体坐标系与地面雷达坐标系之间的坐标转换关系式,得到了雷达视线在目标坐标系中的方位角和高低角.通过软件FEKO对典型隐身飞机目标F-22进行建模,计算得到了目标全空域的静态RCS值,并利用Matlab仿真分析了动态目标的RCS特性变化.仿真结果表明:不同飞行高度以及不同的航路捷径均可以影响机动目标的RCS序列,且当目标作适当的俯仰机动后,可以减小目标RCS值,给隐身飞机设计飞行航线模拟主动进攻提供仿真依据.     

外形隐身改进对坦克目标电磁散射特性的影响

外形隐身是提高武器装备生存力的重要手段,为研究其对坦克的散射影响特性,提出分析外形隐身对坦克电磁散射影响的研究方法.基于某型隐身坦克,建立了隐身、常规坦克电磁模型,计算了多频、多俯仰角的雷达散射截面(radar cross section,RCS)及其减缩值,并进行了分析.结果 说明,外形隐身技术可使散射曲线向内收敛,并大幅降低坦克模型的散射强度(尤其在前后向角域);频率增加时,隐身模型的前向60°角域RCS均值逐渐减小,而减缩值增大,最高可达26.771 3 dB;俯仰角增加时,采用外形隐身后,前向RCS均值在-22.060 3～-18.608 3 dBsm振荡,在0°俯仰角外形隐身效果最好,减缩值可达24.473 4 dB,在其他俯仰角有降低趋势;外形隐身可明显改善坦克前向和后向隐身性能,并具有较强的多频、多俯仰角隐身改进作用.     

波纹表面金属目标散射特性分析

雷达散射截面的分析与预估是隐身/反隐身领域的一个重要课题.改变目标的几何外形是减小雷达散射截面有效途径之一.从真空中的麦克斯韦方程出发,采用交替隐式的时域有限差分方法以及时域卷积完全匹配层技术.研究了表面波纹对金属目标雷达散射截面的影响,给出了一表面加波纹金属圆柱雷达散射截面.结果表明当波长和波纹宽度相近时,金属圆柱表面加波纹可以在很大的空域角度内使其RCS明显减小.该方法及结果对隐身与反隐身技术的研究具有借鉴价值.     

双隐身飞机相干干扰对单脉冲雷达影响及影响有效性研究

针对当前关于双隐身飞机编队相干干扰对单脉冲雷达具体影响分析不足及误差有效性缺乏合理评价的问题,考虑双机回波相位差的随机性特点,建立了双隐身飞机相干干扰模型和角度误差评价模型. 设定双机突防运动场景,提取双机动态RCS,推导回波作用下的双机相干干扰引起的随机性角度误差计算式,求解随机性角度误差的一阶数字特征,并根据脱靶距离建立了角度误差有效性影响评价准则,解算角度误差的有效影响概率. 仿真表明:双隐身飞机相干干扰产生的角度误差均值较大,随机起伏性较弱,干扰效果较好,且误差对雷达影响有效概率较大,保证了编队突防安全性.      

飞行目标的抖动及雷达散射截面计算

利用C-R样条对目标体进行几何建模,应用物理光学法与等效电磁流法计算目标面元及棱边的电磁散射。目标在空中的姿态及轨迹由动力学和运动学方程确定。提出将抖动模型应用于飞行目标雷达散射截面(RCS)计算,随机抖动的影响归结为在飞行坐标系中目标的俯仰角和方位角的变化,计算出不同时刻不同姿态下目标的RCS,并给出计算结果。该方法对运动目标RCS、隐身与反隐身技术及仿真技术的研究,具有重要的实用价值。     

长驻留信号抗RCS起伏特性分析

为了减小运动目标在飞行过程中由于自身雷达截面积(RCS)起伏带来的影响,在分析目标RCS起伏特征的基础上,给出了几种常用的目标RCS起伏模型,考虑实际中具体目标的运动情况,建立了一种更符合实际目标运动的起伏模型,具体分析了长驻留信号对抗起伏目标的效果。通过分析不同起伏频率时长驻留采样的结果可以知道,与常规雷达信号相比,长驻留信号能够很好地平滑一定起伏频率范围内的快起伏目标RCS,减小因目标起伏带来的一系列影响。最后从稳跟距离的角度分析得出长驻留信号能够有效实现对快起伏目标的稳定跟踪。仿真证明:长驻留信号具有良好的抗目标起伏特性。     

基于RCS的风电机对高频雷达信号干扰特性分析

基于高频雷达工作机理,确定风电机对高频雷达的干扰水平采用风电机雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)为参量进行评估。以实际高频雷达工作频段(3~30 MHz)进行研究,根据Hallen方法建立了风电机RCS计算用线模型,并采用矩量法对风电机线模型远场散射场进行求解。对不同偏航角及旋转角下的风电机姿态进行建模,分别计算风电机各姿态下的RCS值,从而获取风电机对高频雷达信号的干扰特征。研究结果表明,风电机RCS可以作为风电机对高频雷达干扰的评价参量,风电机在不同偏航角及不同旋转角下干扰水平会发生较大变化,在高频雷达频率为30 MHz时,其干扰最大值为51.01dBm2.     

自由电子密度对等离子体隐身的影响

本文研究了不均匀非磁化等离子体片的自由电子密度与目标隐身的关系,给出不同等离子体自由电子密度分布时,对不同频段的雷达电磁波的衰减.研究发现,等离子体的自由电子密度应与雷达频率相关.雷达在高频、甚高频等低频段工作时,等离子体隐身的效果不理想;雷达工作在L、S、C、X等高频频段时,等离子体隐身效果显著.此外,我们发现对不同的雷达频率,等离子体存在一个最佳碰撞频率使入射电磁波衰减最大,该频率接近入射电磁波的频率.     

复杂目标散射近区RCS特性预估的研究

本文运用物理光学法（PO）和等效电磁流法（EMC）分析和计算了平板、多面体及某船体等复杂目标的近区单站RCS。作为例子，文中给出了一些目标的“近区”和“远区”单站RCS的比较。数值结果表明：目标“近区”和“远区”的单站RCS特性存在差异，而且这种差异随着目标形体复杂程度的增加而增加，其近区单站RCS特性亦变得复杂起来。该结果可为军用目标近区RCS的预估、雷达截面的减缩、隐身与反隐身、对抗与反对抗、目标别识、目标散射特性的缩比研究和远近场变换等相关的电磁工程技术实验和理论研究提供一定的理论依据。     

基于动态RCS的无人飞行器隐身突防航迹规划

针对传统航迹规划方法通常不考虑无人飞行器(UAV)的飞行姿态对其被雷达发现的概率的影响问题,提出一种基于动态雷达散射截面(RCS)的无人飞行器隐身突防航迹规划方法．首先,结合UAV的运动学模型和动态RCS特性,建立雷达制导防御系统下的突防模型;进一步,采用稀疏A~*算法对UAV的空间位置及飞行姿态进行搜索,将满足突防准则的扩展点加入搜索空间,并引入通视性分析方法计算扩展点的预估代价．仿真结果表明：该方法在多种假定条件下均能快速规划出低发现概率的隐身航迹;UAV通过位姿调整,能有效躲避预警机等动态威胁的探测,提高突防能力．     

外形修形对球面收敛矢量喷管RCS的影响

航空发动机是飞行器后向电磁散射的主要贡献源,对其采用雷达散射截面积缩减措施能够有效地提升飞行器后向隐身性能。球面收敛矢量喷管能够满足新一代战斗机对于机动性和隐身性的综合需求。基于迭代物理光学法,研究了对喷管扩张段进行不同角度斜切、修齿后球面收敛矢量喷管的后向雷达散射截面积分布。研究结果表明：斜切在俯仰平面上的RCS缩减能力较强,斜切角度为30°具有最佳的RCS缩减效果;修齿修形能够在两个探测面均体现较好的RCS缩减能力,发动机出口齿角为100°时具有最佳的RCS缩减效果;对航空发动机进行外形修形需要在飞机设计阶段进行综合考虑。     

星载SAR分布杂波的计算机模拟

星载雷达是适应各种军用和民用的目的而提出来的 ,美国和加拿大都在研究包含 SAR(合成孔径雷达 ) - GMTI(地面运动目标指示 )模式的星载雷达 ,由于星载雷达在地面轨迹较大 ,卫星速度快 ,运动目标信号淹没在强大的地杂波中。为了完成 GMTI功能 ,只有首先对 SAR- GMTI系统中地杂波精确建模 ,分析和掌握其在 SAR机制下空间分布情况和功率谱特性 ,才能有效去除杂波。地杂波建模困难 ,具有很多随机性的环境因素 ,没有现成的算法 ,跟具体雷达设备、系统参数也有关系。因此杂波仿真是很复杂的 ,大量仿真和实验数据表明 K分布较能精确描述杂波 ,而且引入了空间的相关性。本文用 K分布来描述雷达截面积的空间起伏。K分布的混合模型包含了杂波起伏的两个分量。一、快变化分量也称为斑点分量 ,其幅度服从负指数分布的方根即瑞利分布 ,源于雷达从随机相位散射点反射回波的相干求和 ;二、慢变化分量也称为纹理分量 ,它服从平方根伽马分布 ,纹理变量表征观测面特性 ,受成像场景物理特性的影响 ,决定了场景空间变化的雷达横截面。因此 K分布杂波模型等同于用伽马分布去调制平方律检测 (负指数分布 )的功率调制过程。本文通过无记忆非线性变换产生相关高斯序列 ,多个独立的相关高斯序列分别组成相应纹理分量和斑点分量 ,     

舰船封闭式桅杆雷达隐身优化分析

桅杆作为重要的雷达反射源,直接影响到舰船的整体隐身性能,对其进行外形雷达隐身优化非常有意义.在特定的雷达探测条件下,以某封闭式八边形桅杆为例,利用自适应遗传算法,分别以威胁区域内的雷达散射截面(RCS)最大值、平均值,被监测平均概率以及大于RCS临界值的概率4种评价指标为目标函数进行桅杆形状的特征参数优化,并对不同指标的优化结果进行对比分析.优化后桅杆的隐身性能均有明显提升,4种优化结果所对应的RCS面积分布具有一定的相似性,同时结果也表明针对特征角度的RCS优化是无效的.     

外形参数对矩形截面弹体气动和隐身特性的影响

用流体动力学(CFD)数值模拟方法和图形算法(GRECO),对机载布撒器绕流场进行了数值模拟和雷达散射截面(RCS)的计算,得到气动特性数值计算结果与风洞试验结果,RCS计算结果与外场测量结果均十分吻合.在此基础上研究了矩形截面宽高比和圆角半径比对弹体气动特性和隐身特性的影响.计算结果表明,建立外形参数与气动和隐身特性关系数据库、发展基于数据库的气动特性和隐身特性的工程计算方法,是进行布撒器等非常规外形和特种部件气动设计和RCS设计的有效途径.