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飛行器座艙RCS可視化計算方法研究

作者： 時間：2010-12-25 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏

根據(jù)分層媒質(zhì)理論［1］和圖形電磁學(xué)理論［2］，得到并驗證了一種新的分析和計算座艙RCS的方法.低RCS座艙罩表面的散射場利用圖形電磁學(xué)計算方法(GRECO)求解，其中邊緣效應(yīng)利用增量長度ILDC方法估算；艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射分析，應(yīng)用分層媒質(zhì)理論得到介質(zhì)艙罩反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，同時采用能量分布調(diào)制和隨機(jī)相位加權(quán)的方法計算艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射；在本文的最后給出了數(shù)據(jù)分析結(jié)果.
　　關(guān)鍵詞:分層媒質(zhì)理論；圖形電磁計算(GRECO)；C-R幾何樣條；隨機(jī)相位加權(quán)；能量分布調(diào)制

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/156848.htm

The Radar Cross Section of Aircraft Cabin Visualization Calculative Method

JIANG Xin,NIU Bao-qiang,WANG Bao-fa
(Department of Electronic Engineerng,Beijing University of Aeronautics Astronautics,Beijing 100083,China)

　　Abstract:Based on the layered-media wave theory and Graphical Electromagnetics Theory,a method of analyzing and calculating the Radar Cross Section (RCS) of aircraft cockpit targets is presented and verified.The cabinsur face scattering fields are obtained by using Graphical Electromagnetic Computation (GRECO),including cabin wedge scattering fields computed by ILDC method.The reflectance coefficient and the transmittance coefficient are obtained by using the layered-media wave theory.Then amplitude and phase weighing method,called Energy Modulation and Random Phase Weighting method,are used for calculating the structural scattering fields caused by the objects in the cabin.Numerical results for aircraft cabins are provided at the end of this paper.
　　Key words:layered-media system;graphical electromagnetic computing (GRECO);C-R geometrical spline;phase-weighting method;energy modulation method

一、引　　言
　　眾所周知，常規(guī)飛行器座艙為飛機(jī)正前方較強(qiáng)的散射源之一.為減小這部分對總RCS的貢獻(xiàn)，常采用帶導(dǎo)電鍍層復(fù)合艙罩及外形隱身措施.本文利用C-R樣條函數(shù)建立對座艙幾何外形描述，進(jìn)而得到可視化電磁散射模型，利用圖形電磁計算方法(GRECO)計算帶有隱形金屬鍍膜座艙罩表面的散射特性.座艙內(nèi)電磁散射分析十分復(fù)雜，本文應(yīng)用分層媒質(zhì)理論得到反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，采用幅度和相位調(diào)制的方法，即能量調(diào)制和隨機(jī)相位加權(quán)的方法，計算艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射；其散射總場通過各場依相位迭加得到，在工程上有實際應(yīng)用價值.

二、目標(biāo)圖像生成和可視化計算
　　低RCS座艙罩外形必須兼具氣動及電磁散射特性兩方面的要求.先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)多采用流線形剖面的水滴狀結(jié)構(gòu).通常沒有一個解析形式的數(shù)學(xué)模型能描述其幾何外形構(gòu)型.為此，從座艙截面型值點數(shù)據(jù)，以Catmull-Rom［3］曲面進(jìn)行擬合，本文采用近年來發(fā)展起來的C-R幾何連續(xù)樣條函數(shù)對目標(biāo)進(jìn)行幾何建模.
　　圖1(a)、(b)是利用C-R樣條對某外軍先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)座艙網(wǎng)柵圖插值擬合前后對比，前者有184個頂點，354個面；后者2764個頂點，5514個面.

t12-1.gif (1443 bytes)

圖1　(a)座艙插值擬合前網(wǎng)柵圖　(b)座艙插值擬合后網(wǎng)柵圖

　　通過C-R樣條曲面對目標(biāo)模型的擬合，實現(xiàn)了復(fù)雜目標(biāo)由型值點構(gòu)成的多邊形粗糙模型到光滑真實模型的過濾，在對目標(biāo)進(jìn)行幾何描述以后，即可應(yīng)用圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)接口(OpenGL)［4］和圖形加速卡硬件對目標(biāo)進(jìn)行顯示和消隱，從而在微機(jī)上實現(xiàn)GRECO的電磁計算.以下是用圖像生成程序顯示的座艙模型圖2(a)，(b)前者是沒插值前的圖形，后者是用C-R樣條擬合后的圖形.

t12-2.gif (1212 bytes)

    圖2　(a)擬合前座艙模型　　(b)擬合后座艙模型

    其詳細(xì)計算實現(xiàn)方法請看參考文獻(xiàn)［5］.

    三、艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射分析
    　　當(dāng)雷達(dá)信號進(jìn)入座艙，經(jīng)多次反射后又傳出座艙，其傳播方向無法預(yù)料，其強(qiáng)度也很難估計.這里，將用以下方法解決該問題.首先應(yīng)用分層媒質(zhì)理論［1］求解艙罩的反射系數(shù)和透射系數(shù).
    　　1.分層媒質(zhì)的反射和透射系數(shù)［1］
    　　令垂直于Z軸的多層媒質(zhì)的層數(shù)為L，加之其外部邊界，共有L+2種媒質(zhì).分層媒質(zhì)界面垂直于Z軸，則在入射媒質(zhì)與分層媒質(zhì)中的電磁場可表示為：

    g13-1.gif (1582 bytes)　(1)

    式中ts17-1.gif (108 bytes)為沿軸的單位矢量，［Mm］的具體表示式為

    g13-2.gif (1120 bytes)　(2)

    式中

    g13-3.gif (867 bytes)
    δm=(2πNm/λ)dmcosθm
    Nm=εmμm-j(4πσmμm/ω)　(3)

    其中λ為入射平面波波長，ω為角頻率，ε、μ和σ分別為媒質(zhì)的介電常數(shù)、導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率，為簡便起見，定義分層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)納Y為

    g13-4.gif (508 bytes)　(4)

    故方程(1)可表示為

    g13-5.gif (971 bytes)　(5)
    g13-6.gif (1848 bytes)　(6)

    式中［B　C］T定義為分層結(jié)構(gòu)的特征矩陣，且

    Y=C/B　(7)


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