金属/介质涂覆的S形扩压器电磁散射特性

进气道作为飞机强散射源之一,准确评估其雷达散射截面(RCS)特性一直是当今计算电磁学的研究热点.研究了一种加入阻抗边界条件、前后向迭代的迭代物理光学法,提出一种盒体分割法用于处理几何消隐工作.通过软件开发实现任意金属/介质腔体RCS特性评估,并用相关算例校验软件准确性.在此基础上应用该软件对金属/涂敷介质矩形S弯扩压5器进行数值模拟,获得了扩压器在入射波长0.03 m下的RCS变化规律.改进后的迭代物理光学法适用于任意腔体改型和涂敷吸波材料研究,缩短设计周期.     

MLFMA用于三维电大复杂腔体电磁散射特性的快速计算

基于迭代物理光学法的多层快速多极子算法可高效、快速求解电大腔体的散射特性,给出混合算法的迭代公式.对工程上常见的弯曲较缓慢的S弯腔体,通过合适的分段结构化分组,避免两组之间存在的部分面元遮挡的情况,应用广义互易积分处理带有复杂终端的腔体.数值计算结果表明,所用方法准确并能极大地提高计算速度.     

三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究

基于电流密度拉普拉斯变换方法改进的时域有限差分(LTJEC-FDTD)算法, 研究时变等离子体目标的电磁散射特性.由Maxwell方程和等离子体本构方程出发, 利用拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换, 推导出计算三维时变问题的时域有限差分(FDTD)算法的迭代式. 采用模式匹配方法验证了FDTD迭代式的正确性, 并通过计算等离子体球的雷达散射截面(RCS)验证了算法相关边界的正确性. 最后用LTJEC-FDTD算法分析了涂覆时变等离子体的战斧式巡航导弹的RCS. 关键词： 时变等离子体 雷达散射截面 模式匹配方法 时域有限差分方法     

高超声速类HTV2模型全目标电磁散射特性实验研究

针对临近空间高超声速飞行器目标探测与识别研究的需求,开展了高超声速飞行器非均匀等离子体电磁散射特性模拟测量研究.利用弹道靶设备发射高超声速类HTV2模型形成模拟的超高速复杂外形目标,弹道靶高精度阴影成像系统和雷达测量系统分别测量高超声速类HTV2模型姿态、全目标C波段/X波段电磁散射特性,获得了不同实验条件下模型全目标雷达散射截面积(RCS)等实验数据.研究结果表明:在不同实验状态下,包覆等离子体鞘套的高超声速类HTV2模型同一测量波段的RCS差别超过1个数量级,模型姿态角对包覆等离子体鞘套的高超声速类HTV2模型RCS影响较大,最大相差1个多数量级;在给定的实验条件下,模型尾迹C波段RCS远小于包覆等离子体鞘套的模型RCS,模型尾迹X波段RCS显著增强;高超声速类HTV2模型全目标C波段电磁散射能量主要分布在模型及其绕流区域, X波段电磁散射能量主要分布在模型及其绕流区域和等离子体尾迹区域.根据弹道靶实验条件,开展了包覆等离子体鞘套的高超声速类HTV2模型电磁散射特性数值仿真,仿真结果与实验结果之间的最大误差小于4 d B,验证了本文提出的非均匀等离子体包覆目标电磁散射特性建模方法的...     

高速模型尾迹流场及其电磁散射特性相似性实验研究

高速目标再入大气层或在临近空间飞行时,空气电离形成的等离子体鞘套和尾迹对目标的雷达散射特性会产生影响.为了研究不同模型尾迹流场及其电磁散射特性规律和相似性,以氧化铝球模型为研究对象,在弹道靶设备上开展了双尺度参数相同的条件下高速球模型尾迹流场及其电磁散射相似性实验研究.由二级轻气炮发射模型,模型直径分别为8.0、10.0、12.0、15.0 mm,速度约6 km/s,靶室压力分别为6.3,5.0,4.2,3.3 k Pa,采用阴影照相系统测量模型激波脱体距离、电子密度测量系统测量模型尾迹的电子密度分布、X波段单站雷达系统测量在视角为40?的模型及流场的雷达散射截面(RCS)分布.实验结果表明:在速度不变、双尺度参数相同的条件下,随着模型尺寸的增加,激波脱体距离逐渐增加,激波脱体距离与模型直径之比近似相同;不同模型尾迹电子密度测量曲线的趋势和数量级一致,表明不同模型的尾迹流场适用于双缩尺律;不同尺寸模型尾迹的总体RCS与分布RCS均不相同,表明不同模型尾迹的电磁散射不适用于二元缩尺律;高速球模型全目标电磁散射能量分布在模型及其绕流区域、等离子体尾迹区域;高速球模型全目标电磁散射能量在模型及绕流场区域出现1个强散射中心,在模型湍流尾迹区域出现多个散射中心;高速球模型尾迹的RCS测量信号呈现随机性分布特性,幅度脉动和频率脉动均没有周期性;随着模型尺寸的增加,模型尾迹的总体RCS增加,尾迹脉动频率的变化范围减小.     

再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性测量

介绍了在弹道靶上利用二级轻气炮发射再入体缩比模型开展湍流等离子体电磁散射特性模拟试验方法、湍流等离子体的雷达散射截面积(RCS)测量方法。给出了模型尾迹湍流等离子体的电磁散射特性测量典型试验结果,对获得的试验结果进行了分析,并与一阶畸变波Born方法计算结果进行了比较。结果表明:合理选择缩比模型发射速度和飞行环境压力,在弹道靶上能够模拟产生湍流等离子体;利用激光阴影成像技术获得的锥模型尾迹流场图像证实了尾迹转捩的出现及其湍流形成;在给定的试验条件下,锥模型及其绕流RCS测量值比其尾迹RCS测量值高3个数量级,比背景散射电平高0.5~2.5个数量级,且信号没有周期性,幅度脉动范围为1~15dB,频率脉动范围0.4~40kHz;锥模型湍流尾迹RCS的脉动可能是尾迹电子密度的脉动引起的;单站X波段雷达系统测量的锥模型尾迹亚密湍流等离子体的散射信号测量值与计算结果变化规律一致;弹道靶RCS测量技术可用于再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性研究,为开展相关研究提供了一种有效的地面模拟实验研究途径。     

粗糙表面涂覆目标的太赫兹波散射特性研究

对具有涂覆层目标的太赫兹波段粗糙表面的散射特性进行了研究. 考虑到表面粗糙度的影响, 可先对反射系数进行修正, 再利用反射系数对等效电磁流进行修正, 得到粗糙涂覆表面的等效电磁流, 然后在物理光学方程的基础上得到粗糙表面涂覆目标的雷达散射截面; 最后进行图形电磁学可视化计算, 并采用Visual C++对模型进行OpenGL显示, 提取像素面元的有效信息对所得理论进行了仿真分析, 研究了不同入射角度、不同频率、不同介质、不同粗糙度和不同涂层厚度下的太赫兹波电磁散射特性, 得到了一些有参考价值的结论.     

有限元-边界法在光电目标散射计算中的应用

为了解决三维目标电磁散射计算中准确性与有效性的矛盾,建立了有限元-边界法的计算模型,对三维腔体目标的电磁散射计算方法进行了研究。首先,分析了针对三维电磁腔体目标的电磁散射计算边界积分方法,引入了矢量格林函数,利用麦克斯韦方程得到电磁场形式与三维腔体形式的关系,建立了三维开口腔体边界模型;然后,结合光电目标曲面建模方法及高阶基函数的方法,建立了三维光电目标的有限元泛函,完成了有限元-边界法在三维腔体目标电磁散射计算中的应用;最后,进行了实例验证。分析显示,当三维腔体内部为空或为各向异性物质时,角度吻合非常理想,与传统模式匹配法所得结果的吻合度达90%以上。结果表明,采用本方法对三维腔体目标进行电磁散射计算,准确度、效率均有所提高。     

磁化铁氧体覆盖二维导体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子方法把时域有限差分法推广应用于二维磁各向异性色散介质—磁化铁氧体中.证明了电磁波横向入射二维轴向磁化铁氧体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),且TE波的散射特性与铁氧体介质无关,而TM波的散射特性与介质电磁参量密切相关,同时对其物理原因进行了分析.通过采用移位算子方法处理磁化铁氧体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的移位算子时域有限差的迭代计算公式,同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题.计算了轴向磁化铁氧体涂敷VonKarman型导体柱的TM波双站雷达散射截面,分析了铁氧体参量对目标双站雷达散射截面的影响.结果表明:恰当地选择铁氧体参量能有效地减少目标的雷达散射截面,本文时谐因子取exp〔jωt〕.     

阻抗腔体电磁散射计算的光学方法

本文运用微波等效电路法、惠更斯原理、复射线法、SBR 法等光学方法解决阻抗腔体RCS问题。对于电磁射线入射于阻抗腔体的散射问题,提出轨迹修正和反射系数修正,以解决非全反射界面射线分离的问题。用复射线法、SBR法等光学方法计算多种圆柱形腔体雷达散射截面。     

电磁超表面在微波和太赫兹波段雷达散射截面缩减中的应用研究进展

电磁超表面由于其独特的电磁特性为调控电磁波提供了有力工具,合适地设计成编码、随机、相位不连续、完美吸收器等超表面,就能够控制电磁波的散射以及反射特性,实现雷达散射截面的缩减。本文综述了不同的电磁超表面利用漫反射或者吸收等特性实现在微波和太赫兹波段雷达散射截面缩减中的应用。分析表明,编码超表面由不同的数字单元组成,其反射相位差在很宽的频段范围内满足恒定的关系,设计特殊的单元序列使入射的电磁波产生非定向散射,更高bit编码超表面更容易灵活调控电磁波;随机超表面通过调节阵元的尺寸实现宽带移相从而将金属目标特征性强的反射峰打散成一个无规律、杂乱的波,产生漫反射;不连续超表面由于相位不连续可使电磁波发生漫反射或者异常反射;吸收器通过合理设计结构尺寸实现吸收电磁波能量来减小反射。因此电磁超表面在雷达隐身、宽带通讯、成像等方面具有重要的应用前景。最后对电磁超表面在雷达散射截面缩减中应用的发展趋势进行了初步探讨,未来将向着宽带、柔性、大角度等方面发展。     

负折射率媒质雷达散射特性分析

 从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

飞机外露物隐身改进设计研究

外露物在一定程度上影响飞机隐身性能,而外露物的共形设计会增加成本。针对低成本准隐身飞机,本文探讨了一种外露物的隐身改进设计,主要采取优化外形,涂敷吸波材料、提升加工工艺等措施实现低成本飞机RCS值的缩减。经过隐身仿真、隐身测试等手段,获取了外露物在不同频点、不同极化下的RCS值,并通过仿真、测试数据对比验证采取隐身改进措施的有效性,并为其它外露物隐身设计提供了设计依据和手段。     

Cross section measurements of scale-model tactical targets by using 0.1 THz compact radar system

We present a new compact radar system to measure a terahertz radar cross section(RCS) of metal plates,trihedral corner reflectors,and an aircraft scaled model with a 0.1 THz continuous wave.We both numerically and experimentally investigate the terahertz RCS of the metal plates and trihedral corner reflectors.The numerical simulations are obtained by using commercial software,i.e.,computer simulation technology,which agree well with the experimental results.Then,the RCS of an aircraft scaled model is measured,and the experimental results are in good agreement with the physical characteristics of the scaled model.The effectiveness of our compact radar system is verified to get the RCS of complex targets,such as the scaled models of the tactical targets.     

太赫兹目标RCS缩比测量技术

论述了国外基于微波上倍频、激光下变频、THz时域光谱三种典型太赫兹波目标雷达散射截面(RCS)缩比测试系统的构成、技术特点和应用范围。采用固态器件、基于微波上倍频技术集成研制了宽带太赫兹低频端目标RCS测量系统,采用基于扫频的时域法RCS测量技术和小角度旋转目标雷达合成孔径（ISAR）成像方法对小目标进行了电磁散射特性测量,获取了目标RCS和二维散射成像信息。     

Application of Millimeter Wave in Verification of Scale Model Measurement for Radar Cross Section

According to the physical optic approximation, a physical scale factor is suggested for scale model measurement of radar cross section (RCS). By this factor, the models of radar targets can be tested at the same frequency as prototype. This is significant for the lack of experimental equipment required or the problem of frequency dependency of radar absorbing materials on the objects. For the purpose of further verification and comparison, millimeter-wave is used to measure the model at the wavelength scaling down proportionally to the prototype. And the measurements of the models are also carried out at microwave band (same working wavelength with prototype). The computed results from models agree well with the data by prototype itself.     

Application of Millimeter Wave in Verification of Scale Model Measurement for Radar Cross Section

According to the physical optic approximation, a physical scale factor is suggested for scale model measurement of radar cross section (RCS). By this factor, the models of radar targets can be tested at the same frequency as prototype. This is significant for the lack of experimental equipment required or the problem of frequency dependency of radar absorbing materials on the objects. For the purpose of further verification and comparison, millimeter-wave is used to measure the model at the wavelength scaling down proportionally to the prototype. And the measurements of the models are also carried out at microwave band (same working wavelength with prototype). The computed results from models agree well with the data by prototype itself.     

Electric and magnetic losses modeled by a stable hybrid with explicit–implicit time-stepping for Maxwell’s equations

A stable hybridization of the finite-element method (FEM) and the finite-difference time-domain (FDTD) scheme for Maxwell’s equations with electric and magnetic losses is presented for two-dimensional problems. The hybrid method combines the flexibility of the FEM with the efficiency of the FDTD scheme and it is based directly on Ampère’s and Faraday’s law. The electric and magnetic losses can be treated implicitly by the FEM on an unstructured mesh, which allows for local mesh refinement in order to resolve rapid variations in the material parameters and/or the electromagnetic field. It is also feasible to handle larger homogeneous regions with losses by the explicit FDTD scheme connected to an implicitly time-stepped and lossy FEM region. The hybrid method shows second-order convergence for smooth scatterers. The bistatic radar cross section (RCS) for a circular metal cylinder with a lossy coating converges to the analytical solution and an accuracy of 2% is achieved for about 20 points per wavelength. The monostatic RCS for an airfoil that features sharp corners yields a lower order of convergence and it is found to agree well with what can be expected for singular fields at the sharp corners. A careful convergence study with resolutions from 20 to 140 points per wavelength provides accurate extrapolated results for this non-trivial test case, which makes it possible to use as a reference problem for scattering codes that model both electric and magnetic losses.     

不同运动状态下的飞机目标雷达散射截面积统计特性分析

目标的运动状态对其动态雷达散射截面积(RCS)起伏特性具有十分重要的影响,同一目标在不同运动状态下,可能具有不同的RCS起伏模型。结合实测数据,对在平稳直线飞行和曲线机动飞行两种状态下的飞机动态RCS进行统计分析。分析结果表明:在平稳直线飞行状态下,飞机目标的动态RCS起伏模型与观测视角内的静态RCS起伏模型近似;在曲线机动飞行状态下,飞机目标的动态RCS起伏更显著、更随机,当观测时间足够长、目标的运动随机性更大时,其起伏模型更接近于指数分布。     

背景散射对LRCS测量精度的影响分析

针对激光雷达散射截面的测量精度,指出测量中存在的背景散射问题。给出了激光雷达散射截面的测量方程,分析了地面、支撑架等背景散射对激光雷达散射截面测量精度影响的机理。根据测量方程和影响机理提出了敷设消光材料、多次比对测量、尺寸匹配等方法,并对敷设消光材料法进行了实验验证。实验表明：所用方法能够有效地减小背景散射,提高激光雷达散射截面的测量精度。