飞行器座舱RCS可视化计算方法研究

作者：时间：2010-12-25来源：网络收藏

根据分层媒质理论［1］和图形电磁学理论［2］，得到并验证了一种新的分析和计算座舱 RCS的方法.低RCS座舱罩表面的散射场利用图形电磁学计算方法(GRECO)求解，其中边缘效应利用增量长度ILDC方法估算；舱内结构散射分析，应用分层媒质理论得到介质舱罩反射系数和传输系数，同时采用能量分布调制和随机相位加权的方法计算舱内结构散射；在本文的最后给出了数据分析结果.
　　关键词:分层媒质理论；图形电磁计算(GRECO)；C-R几何样条；随机相位加权；能量分布调制

本文引用地址：http://www.eepw.com.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
　　众所周知，常规飞行器座舱为飞机正前方较强的散射源之一.为减小这部分对总RCS的贡献，常采用带导电镀层复合舱罩及外形隐身措施.本文利用C-R样条函数建立对座舱几何外形描述，进而得到可视化电磁散射模型，利用图形电磁计算方法(GRECO)计算带有隐形金属镀膜座舱罩表面的散射特性.座舱内电磁散射分析十分复杂，本文应用分层媒质理论得到反射系数和传输系数，采用幅度和相位调制的方法，即能量调制和随机相位加权的方法，计算舱内结构散射；其散射总场通过各场依相位迭加得到，在工程上有实际应用价值.

二、目标图像生成和可视化计算
　　低RCS座舱罩外形必须兼具气动及电磁散射特性两方面的要求.先进战斗机多采用流线形剖面的水滴状结构.通常没有一个解析形式的数学模型能描述其几何外形构型.为此，从座舱截面型值点数据，以Catmull-Rom［3］曲面进行拟合，本文采用近年来发展起来的C-R几何连续样条函数对目标进行几何建模.
　　图1(a)、(b)是利用C-R样条对某外军先进战斗机座舱网栅图插值拟合前后对比，前者有184个顶点，354个面；后者2764个顶点，5514个面.

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图1　(a)座舱插值拟合前网栅图　(b)座舱插值拟合后网栅图

　　通过C-R样条曲面对目标模型的拟合，实现了复杂目标由型值点构成的多边形粗糙模型到光滑真实模型的过滤，在对目标进行几何描述以后，即可应用图形软件标准接口(OpenGL)［4］和图形加速卡硬件对目标进行显示和消隐，从而在微机上实现GRECO的电磁计算.以下是用图像生成程序显示的座舱模型图2(a)，(b)前者是没插值前的图形，后者是用C-R样条拟合后的图形.

t12-2.gif (1212 bytes)

图2　(a)拟合前座舱模型　　(b)拟合后座舱模型

其详细计算实现方法请看参考文献［5］.

三、舱内结构散射分析
　　当雷达信号进入座舱，经多次反射后又传出座舱，其传播方向无法预料，其强度也很难估计.这里，将用以下方法解决该问题.首先应用分层媒质理论［1］求解舱罩的反射系数和透射系数.
　　1.分层媒质的反射和透射系数［1］
　　令垂直于Z轴的多层媒质的层数为L，加之其外部边界，共有L+2种媒质.分层媒质界面垂直于Z轴，则在入射媒质与分层媒质中的电磁场可表示为：

　(1)