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測量、全尺寸外場靜態測量、外場動態測量以及仿真計算等方法。從理論上講，外場動態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測量對目標電磁散射特性進行分析。但靜態測量過程中，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、靜態測量結果的不一致。用理論建模仿真技術對目標動靜態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仿真的基礎上對動態特性仿真也進行了探索研究，如文獻[2-5]對飛行姿態擾動和動靜態姿態一致性進行了分析，文獻[1]在此基礎上根據真實測量數據進行動態特性設置，但這些研究都是針對目標姿態變化對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

根據飛行原理，飛行器目標在飛行過程中用于控制飛行姿態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的NX 10.0（又稱為UG 10.0），并利用Visual Studio 2015進行二次開發，通過編程實現飛行過程中舵面的動態偏轉。首先，選取CAD模型中需要進行設置的旋轉部件，并利用NX自帶的函數庫中按名稱查找特征的函數;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控制活動部件進行旋轉;最后，利用旋轉視圖的函數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。活動部件幾何建模示意圖如圖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），現有商業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（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建模和目標動、靜態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].現代雷達，2014，16（12）：66-69.

[4] 劉萬萌，童創明，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.飛機目標靜態與動態測量姿態一致性[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.