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随着科技的发展,现代战争已由机械化战争发展为信息化战争。随着战争模式的转变,作战平台的战场生存能力受到了严重挑战,因此,隐身能力已成为衡量作战平台性能的重要指标。基于这样的背景,本文针对电大平台雷达隐身性的分析及设计两方面进行了深入研究。
针对雷达频段下作战平台电尺寸巨大的特点,采用物理光学(Physical Optics,简称PO)方法作为电大平台雷达散射截面(Radar Cross Section,简称RCS)的分析方法。PO方法的关键是PO积分式的求解,而模型采用不同的方法建模,其PO积分式的求解方法也有所不同。非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline,简称NURBS)技术由于只采用较少的面片就可以精确描述任意复杂模型表面,因此已成为目前目标建模的主要方法。对隐身电大平台进行分析时,目标采用NURBS技术进行建模,并采用驻相法(Stationary Phase Method,简称SPM)作为NURBS模型PO积分式的求解方法。针对SPM的奇异性问题,提出了SPM-Ludwig混合算法加以解决。同时发现,目前广泛使用的求解柱面RCS的解析式是错误的,因此又推导了正确的结果,并用算例证明本文的推导结果是正确的。
作为经典的高频近似方法,PO方法的出发点也是Stratton-Chu散射场积分方程。但矩量法求解表面感应电流时计入了各部分感应电流相互之间的影响,而PO方法则根据高频场的局部性原理,完全忽略了这种相互影响,而仅根据入射场独立地确定目标表面感应电流。因此,如果复杂目标具有二面角结构,PO方法的计算误差较大。针对NURBS曲面片构成的曲面二面角,推导了曲面二面角两个面片间二次散射场的PO积分式,并提出Ludwig四重积分方法与SPM-Ludwig四重混合积分方法,用于计算曲面二面角二次散射场的四重PO积分公式。通过具体算例证明,Ludwig四重积分方法具有较高的精度,而SPM-Ludwig四重混合积分方法的计算效率较高。
对于坦克、舰船等半空间目标,半空间表面对目标RCS的影响是不可忽略的。研究了半空间电大目标RCS的分析方法,采用four-path model方法分析半空间表面对目标RCS的影响,采用PO近似方法近似目标表面感应电磁流。针对半空间NURBS模型,提出了SPM-Ludwig混合积分方法求解模型的PO积分式。同时,提出了半空间理想导体目标缩比关系的求解方法,推导了某些简单目标缩比系数求解公式,并用算例证明公式的有效性。
上述研究方法针对的都是良导体目标,然而现代隐身作战平台为了达到理想的隐身效果,往往会在部分区域涂覆吸波材料,因此,涂敷吸波材料目标的RCS分析具有重要的工程价值。针对自由空间涂覆多层吸波材料的电大目标,本文采用PO近似方法近似涂覆目标的表面电磁流,提出采用SPM-Ludwig混合积分方法对PO积分式进行求解。另外,提出了半空间涂覆多层吸波材料电大目标RCS的分析方法,采用four-path model方法和PO近似方法推导了半空间涂覆多层吸波材料电大目标RCS的积分公式,同时提出了此积分公式的求解方法。
目标的隐身性设计是RCS分析的逆过程,又称为RCS减缩技术。目前RCS减缩方法主要有两种:外形隐身技术和雷达吸波材料(Radar Absorbing Material,简称RAM))隐身技术,而两种隐身性设计方法都会用到优化算法。因此,对仿生优化算法(Bionic Optimization Algorithm,简称BOA)进行了研究,并提出了基于小生境淘汰机制的克隆选择算法(Niching Elimination Clone Selection Algorithm,简称NECSA)。与传统的小生境算法(Niching Genetic Algorithm,简称NGA)或者克隆选择算法(Clone Selection Algorithm,简称CSA)相比,提出的算法具有精度和速度的优势。基于优化算法的研究,针对复杂电大目标上涂覆多层吸收体RAM的优化设计方法进行了研究,并提出一种混合编码方法,作为多层吸收体的优化设计方法。由文中算例可以看出,涂覆本文设计的RAM可以在一定带宽内减缩复杂目标的RCS。