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隐身目标低频宽带电磁散射特性研究

莫锦军  
【摘要】:隐身与反隐身的对抗是现代电子战中的一个重要方面,研究目标的电磁散射特性是隐身装备研制与反隐身系统开发的基础。本文针对低频、宽带雷达在反隐身中的可能应用,从理论预估和实验测量两个方面研究隐身目标的低频、宽带电磁散射特性。 在众多的雷达目标散射特性预估方法中,本文选用时域有限差分法(FDTD)作为主要的理论预估方法。在开发完成结构化FDTD宽带散射计算程序的基础上,针对隐身目标的电大尺寸、复杂外形和低散射回波等特点,重点研究了节省FDTD计算内存和时间的新方法、复杂目标的自动网格剖分技术、以及共形FDTD等问题,主要成果有: ● 首次实现了理论上可节省33%内存的R-FDTD在散射计算中的应用,计算精度与标准FDTD相同,提高了PC机对电大尺寸目标的仿真能力; ● 探索了R-FDTD与ADI-FDTD相结合实现内存开销和计算时间同时减缩的途径,提出了可行的二维计算式,三维结合思路也已基本形成; ● 用八叉树分区法对被广为应用的Auto CAD平台上的实体模型FDTD网格自动剖分方法进行了优化加速,较大地提高了剖分效率; ● 针对基于实体模型的剖分方法不利于与计算程序集成的缺点,提出一种适用范围更广、更易于集成的面元模型FDTD网格自动剖分方法,包括阶梯近似与共形剖分,利用这种方法可以对多种文件格式、来源途径的复杂目标模型实现剖分。 在测量研究方面,总结了各种复杂材料目标缩比测量的电磁相似律和测量方法,为进一步考虑吸波材料对隐身目标电磁散射特性的影响奠定了基础。同时,在时域瞬态散射测量系统构建中,提出用标准球定标测定目标的传输函数再通过数学方法求出目标在不同脉冲入射下瞬态响应的方法,避开了测量实际入射脉冲波形的繁琐与艰难,有较高的工程应有价值。 运用以上方法,结合高频近似,分别对F-117A等典型隐身目标的宽带频域稳态散射特性和时域瞬态散射特性进行了研究,预估数据与测量数据吻合较好,这一成果对反隐身系统的开发具有重要意义: ● 宽带频域稳态散射数据定量地说明了隐身目标低频时的强回波特性,解决了隐身目标的可探测性问题; ● 宽带时域瞬态散射数据为低频超宽带雷达对隐身目标的识别算法研究提供了基本条件。 最后,对两种新型隐身技术的宽带隐身效果进行了分析,其一是锯齿截断对非镜面 国防科学技术大学研究生院学位论文 散射的抑制,其二是等离子体履盖的RCS减缩。对不连续边缘的锯齿截断,以典型目标 导体平板为例,重点分析锯齿截断对行波散射的抑制效果,提出了一种宽带抑制量的表 示方法;对近年受到较大关注的等离子体隐身技术:首先用解析方法分析其折射和吸收 等隐身机理,然后利用色散媒质中的FD1’D方法计算了等离子体履盖目标的宽带RCS减 缩效果,这方面工作在国内属于先行者之一。 关键词:隐身目标,电磁散射,时域有限差分法(FDTD),内存减缩,自动剖分,缩比测 量,行波散射,等离子体隐身 第!l页


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