部件活動對目標RCS影響的分析研究

齊玉濤 姚凱凱 張馨元

摘 要：飛行器目標在飛行過程中，除了姿態(tài)變化對RCS的影響外，機上活動部件的實時運動也會對RCS的產生一定影響，為分析機上活動部件對飛行器整體RCS的影響大小，本文首先對機上活動部件進行分析，利用幾何建模技術對機上活動部件進行設置，再利用一體化電磁散射計算軟件對目標電磁散射特性進行計算，通過對比，分析飛行器目標活動部件對整體RCS的影響。

關鍵詞：雷達散射截面（RCS）;活動部件;一致性分析

中圖分類號：TM15 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0054-02

0 引言

目標電磁散射特性在隱身與反隱身技術中有著重要的研究價值，也是雷達信息系統(tǒng)的一個重要組成部分。當前獲取飛行器目標RCS的主要途徑有暗室靜態(tài)測量、全尺寸外場靜態(tài)測量、外場動態(tài)測量以及仿真計算等方法。從理論上講，外場動態(tài)測試能夠真實反映目標運動特性，但由于外場飛行一般周期較長，耗費較大，因此往往用地面靜態(tài)測量對目標電磁散射特性進行分析。但靜態(tài)測量過程中，目標模型一般是縮比模型或全尺寸模型，測量過程中不能反映目標姿態(tài)變化對RCS的影響，而且在測量過程中也沒有考慮目標上活動部件的運動對RCS的影響，這就造成了飛行器目標動、靜態(tài)測量結果的不一致。用理論建模仿真技術對目標動靜態(tài)電磁散射特性分析是一種可行、快速的手段，而且相關學者在靜態(tài)仿真的基礎上對動態(tài)特性仿真也進行了探索研究，如文獻[2-5]對飛行姿態(tài)擾動和動靜態(tài)姿態(tài)一致性進行了分析，文獻[1]在此基礎上根據(jù)真實測量數(shù)據(jù)進行動態(tài)特性設置，但這些研究都是針對目標姿態(tài)變化對RCS的影響，未能對目標上活動部件的運動影響進行分析。針對這個問題，本文通過幾何建模技術對目標模型進行設置，再通過一體化計算軟件對目標電磁散射特性進行計算，分析活動部件的運動對目標整體RCS的影響。

1 活動部件幾何建模

根據(jù)飛行原理，飛行器目標在飛行過程中用于控制飛行姿態(tài)的活動部件主要包括：副翼、升降舵、方向舵和襟翼等。通過控制這些活動部件的偏轉，飛機在飛行過程中進行航向偏轉、俯仰和橫滾等動作，使飛機按照預定航線進行飛行。飛機上活動部件位置如圖1所示。

各活動部件作用如下：

（1）副翼：位于機翼后緣外側，用于控制飛機進行滾轉;

（2）升降舵：位于水平尾翼后緣，用于調節(jié)或控制飛機的俯仰運動;

（3）方向舵：位于垂直尾翼后緣，在飛機轉彎時用來使方向稍微發(fā)生變化;

（4）副翼和方向舵組合：兩個舵面同時作用，可以控制飛機在空中盤旋。

本文選擇使用了西門子公司開發(fā)的NX 10.0（又稱為UG 10.0），并利用Visual Studio 2015進行二次開發(fā)，通過編程實現(xiàn)飛行過程中舵面的動態(tài)偏轉。首先，選取CAD模型中需要進行設置的旋轉部件，并利用NX自帶的函數(shù)庫中按名稱查找特征的函數(shù);其次，通過活動部件的名稱查找所需部件特征并賦值給相應的變量，再利用特征旋轉函數(shù)控制活動部件進行旋轉;最后，利用旋轉視圖的函數(shù)控制整體模型視圖的旋轉。對于不同飛行器目標，活動部件位置可能不相同，但本文方法可推廣任意模型的設置，具有普適性?；顒硬考缀谓Ｊ疽鈭D如圖2所示。

2 一體化電磁散射計算

飛行器目標一般尺寸較大，結構相對復雜，在高頻頻段屬于電大尺寸目標，而且散射機理較為復雜，若采用高精度數(shù)值算法進行分析計算，一方面對模型處理要求較高，另一方面計算周期往往非常漫長，且對計算資源要求較高，難以滿足工程化、實時性要求;若采用高頻計算方法，如物理光學法（physical optics，PO），彈跳射線法（shooting and bouncing ray，SBR），現(xiàn)有商業(yè)軟件或成熟算法往往忽略邊緣繞射、部件間多次散射以及目標上的腔體結構的散射，計算精度不高，而且在分析時需要幾何模型導入導出，缺乏一體化分析計算環(huán)境，制約了工程化應用。

為確保分析的可靠性，本文采用以UG（Unigraphics）建模軟件為開發(fā)平臺，集成了圖形電磁計算（graphical electromagnetic computing，GRECO）方法、增量長度繞射系數(shù)（incremental length diffraction coefficients，ILDC）及彈跳射線法（SBR）的一體化電磁計算工具進行仿真計算，本文方法具有計算速度快、精度高的特點，能夠滿足復雜目標電磁散射計算的需要的特點。本文方法的具體實現(xiàn)算法可參考文獻[6]和文獻[7]。

3 計算分析

不同活動部件偏轉不同角度，對整體飛行器的RCS影響均會有不同，為全面分析不同活動部件及其偏轉不同角度的影響，分別在飛機0°（機頭方向）、90°（機身側向）和180°（尾后方向）對不同活動部件的后向RCS進行計算仿真，計算頻率為9.5GHz，極化為水平極化。結果如圖3～圖5所示。

由仿真計算結果可以看出在雷達入射波向機頭方向入射時，副翼偏轉和升降舵對于RCS的影響較大，而方向舵偏轉對于RCS的影響極小;在雷達入射波向機身方向入射時，副翼偏轉和升降舵偏轉對于RCS的影響極小，而方向舵偏轉對于RCS的影響較大;在雷達入射波向機尾方向入射時，副翼偏轉和升降舵偏轉對于RCS的影響較大，方向舵偏轉對于RCS的影響極小。

4 結語

本文針對飛行器目標上活動部件運動對RCS的影響問題，從幾何建模、一體化電磁散射計算方法上進行研究，對不同照射情況下不同活動部件偏轉對目標整體RCS的影響進行計算分析，本文研究成果可對電磁散射動態(tài)建模和目標動、靜態(tài)電磁散射一致性分析提供有效支撐。

參考文獻

[1] 齊玉濤，張馨元，林剛，等.飛機目標動態(tài)RCS仿真技術研究[J].電波科學學報，2019，34（01）：97—103.

[2] 蘇東林，曾國奇，劉焱，等.運動目標RCS特性分析[J].北京航空航天大學學報，2006，32（12）：1413-1417.

[3] 張晨新，莊亞強，張小寬，等.動目標雷達散射截面的建模研究[J].現(xiàn)代雷達，2014，16（12）：66-69.

[4] 劉萬萌，童創(chuàng)明，王童，等.飛機運動特征對雷達檢測性能的影響分析[J].空軍工程大學學報（自然科學版），2017，21（1）：7-12.

[5] 李金梁，曾勇虎，周波，等.飛機目標靜態(tài)與動態(tài)測量姿態(tài)一致性[J].北京航空航天大學學報，2013，29（9）：453-457.

[6] 李建周，許家棟，郭陳江，等.一體化雷達散射截面計算方法研究[J].西北工業(yè)大學學報，2003，21（4）：449-452.

[7] 李建周，吳昌英，鄭奎松，等.考慮多次散射的復雜目標一體化電磁散射計算[J].微波學報，2012（s2）：6-10.