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缝隙目标电磁散射特性的研究

徐博  
【摘要】: 现代战争,首先是电子高科技的对抗,而雷达探测和隐身技术,又是电子对抗最主要的领域之一。隐身技术是控制目标的可观测性和控制目标特征信号的结合,作为现代武器增强自身突击能力和保护自身的重要手段,其最根本的目的就是降低目标的雷达散射截面(RCS),其中被广泛使用的两种技术途径为外形隐身设计和雷达吸波材料。 当前,随着雷达散射截面减缩技术的不断发展,目标表面上各主要强散射源的影响已经得到了有效的控制。目标表面的不连续特征,即缝隙和台阶等弱散射源在目标总体散射中占的比重越来越大。因此弱散射源的电磁散射特性已经成为隐身技术研究的重要方向,研究其宽带电磁散射特性对于目标整体的雷达散射截面预估和减缩具有十分重要的意义。 矩量法作为一种数值精确解,其高效性和精确性已经得到了充分的验证。但是在处理高频问题和具有精密结构的缝隙时,对目标剖分过密会导致稠密的阻抗矩阵,未知量增加,影响计算的效率。本文引入渐近波形估计(AWE)技术,通过应用矩量法求得的给定频率点的表面电流密度推得频带内任意频率点的电流分布,进而计算出宽带雷达散射截面。本文算例证明,采用矩量法结合渐近波形估计技术可以较为精确地预测一个频带内目标的电磁散射特性,大大提高了计算效率。 本文首先介绍了目标雷达散射截面的基本概念和意义,概括介绍了主要的电磁场数值算法和求解缝隙电磁散射问题的数值方法。其次介绍了矩量法的基本概念及常用的基函数和权函数,分析了二维导体目标在横磁场和横电场情况下的雷达散射截面,并给出了具体的算例。再次介绍了矩量法求解三维目标表面电流分布与雷达散射截面的基本过程,分析了矩阵元素的快速计算和处理奇异点的方法,计算了在三维理想导电腔体上开不同缝隙时的宽带雷达散射截面,得到了其变化规律。最后介绍了渐近波形估计技术的基本原理,计算了理想导电平板上开不同缝隙时的宽带雷达散射截面,并与矩量法结果进行了比较,吻合良好。 本文系统研究了缝隙的宽带电磁散射特性,对特殊的模型进行了简化,实现了精确高效的计算,为今后进一步研究缝隙对目标整体散射的影响以及对缝隙目标的雷达散射截面进行预估和减缩设计提供了重要的参考价值。


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