一种编码式低雷达散射截面超表面天线阵列设计

设计了一种非周期排布的低雷达散射截面超表面天线阵列.该阵列由两种天线单元构成,两种天线单元的上层贴片形状相同,正交放置,作为天线单元能以同种极化方式在相同频带下工作,作为超表面单元相互之间能形成180°±37°的有效相位差.阵列在x极化方向与y极化方向上分别利用相位对消与吸波原理减缩雷达散射截面.同时,根据编码超材料理论,使用编程软件将两种单元进行非周期编码,使阵列的反射场呈漫散射状分布,有效降低了其峰值雷达散射截面.仿真结果显示天线阵列的辐射性能良好.与同等大小的金属板相比,在x极化波垂直入射时,设计天线阵列单站雷达散射截面(radar cross section,RCS)的6 dB减缩带宽为4.8—7.4 GHz,相对带宽为42.6%;在y极化波垂直入射时,设计天线阵列单站RCS的6 dB减缩带宽为4.6—7.8 GHz,相对带宽为51.6%.同时,设计天线阵较棋盘式天线阵散射能量分布更加均匀,空间中RCS峰值明显降低.实测结果与仿真结果符合较好.

低散射目标支撑金属支架的外形参数优化

低散射金属支架用于电磁散射测量中的目标支撑,是隐身飞行器设计制造过程中的重要装备。合适的支架外形可以降低自身电磁散射及变形,对于减小测量误差十分重要。通过理论计算、软件仿真、紧缩场测量的方法,从尖劈边缘绕射和行波散射的角度分析了金属支架外形参数对支架散射的影响机理,并考虑了支架变形带来的背景对消误差。在理论分析基础上,通过建立三维参数模型利用FEKO软件优化的方法,获得了工作在C频段和X频段下金属支架的最优散射倾角和截面形状,并比较了其力学变形的优劣,综合考虑散射性能和力学性能得到优化结果。提出了60°的最优倾角和70°的重载目标用倾角,以及一个后部长度占全长26.9%的非对称卵形优化截面,该截面形状可均衡降低支架垂直极化和水平极化方向的电磁散射。给出了倾角变化下尖劈绕射和行波散射变化趋势不同决定了存在优化倾角的结论,和支架前劈夹角和照明区截面长度尽量同时减小的低散射截面设计原则。研究成果对低散射金属支架设计工程化和降低电磁散射测量误差具有重要意义。

RCS测量中目标与金属支架间的耦合散射研究

在采用低散射金属支架的目标雷达散射截面(radar cross section,RCS)测量中,被测目标与低散射金属支架之间的耦合散射效应是影响测量数据不确定度的重要因素。以RCS测试中常用的短粗圆柱定标体和飞翼外形隐身飞机模型为被测目标,重点研究目标与金属支架间的表面波型与多次反射型两种主要耦合散射机理。采用一维高分辨距离像、时频分析、二维逆合成孔径雷达成像等技术,分析了被测目标与金属支架之间不同类型耦合散射的形成机理,并据此提出了相应的消除方法。数值计算与仿真结果验证了本文方法的有效性。

遮掩式低回波金属支架的设计

本文推出了一种具有固定遮掩屏的低RCS金属支架系统;介绍了其主要特点及设计方法;计算了该支架的多种数学模型的散射截面分布;试验研究了优化支架模型的散射特性.本文的计算及试验结果对于设计制做实用低回波金属目标支架具有重要的参照价值.

雷达散射截面测试技术

在现代化战争中,不论是空中目标还是地面目标,雷达散射截面(RCS)是系统设计的一个重要因素。其隐身性能(雷达散射截面RCS)的大小直接影响其生存能力。随着隐身技术的高速发展,对RCS的测试也提出了更高的要求。文中介绍了现代短脉冲仪器雷达,特别是室外RCS测试场的测量原理和设计方法,同时介绍了高性能室内紧缩场以及低RCS散射支架等测试技术的发展。

导体目标雷达散射截面的ACA-SVD快速算法研究

采用传统矩量法(MOM)求解电大尺寸物体时计算机资源消耗大,运算速度慢。为降低求解该类问题对于计算机硬件的需求,提高运行速度,应用自适应交叉近似(ACA)算法对阻抗矩阵的远场组元素进行低秩压缩,然后通过奇异值分解对得到的缩减矩阵进一步压缩以实现减少矩阵存储并加速矩阵向量乘运算。对于近场组元素,采用精确矩量法结合近场预处理技术,实现对雷达散射截面的快速计算。该算法在计算理想导体的双站RCS时结果与Mie级数结果吻合良好;算例证明:在计算精度相同的前提下,相比于传统矩量法,ACA和ACA-SVD算法的引入,分别可以减少59.25%和78.10%的存储空间,从而可以加速矩阵向量乘的计算。

RCS测试中的低散射载体设计及仿真分析

在雷达散射截面(RCS)测试中,低散射载体的设计结果取决于被测目标的RCS量级;为进行细节性隐身设计,获得台阶与缝隙排除载体干扰后的RCS水平,提出一种在台阶与缝隙RCS测试中的低散射载体设计方法;采用多层快速多极子算法,对低散射载体相邻曲面连接方式、台阶与缝隙在载体上的位置、前缘尖削度、倒圆半径对散射特性的影响进行仿真分析;仿真计算结果表明,控制载体表面曲率的变化、加大前缘尖削度、减小拼接曲面倒圆半径能有效降低载体前向散射水平,由于载体曲面一侧的散射水平低于平面一侧散射水平,台阶与缝隙特征应位于曲面上;对RCS测试中低散射载体设计具有指导意义。

一种低剖面阵列天线散射特性研究

宽频带宽角域隐身是下一代隐身飞行器平台的关键特征之一,发展超宽带低剖面高隐身传感器已成为下一代隐身飞行器平台的必然趋势。文章瞄准天线阵列超宽带、轻薄化、高隐身的需求特点,设计了一款低剖面的宽带宽角相控阵隐身阵列天线。采用强互耦超宽带相控阵列技术,使阵列天线具备超宽带轻薄化低剖面特征,并通过宽带宽角阻抗匹配、阵列误差控制等手段缩减阵列天线雷达散射截面。仿真及测试结果表明,该低剖面天线阵列具有优良的宽带宽角辐射特性和低散射特性,基本满足下一代隐身飞行器平台对轻薄化低RCS阵列天线的需求,具有一定的工程应用价值。

一种低散射目标RCS行波解的C-R样条建模方法

ＣＲ（ＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ）样条具有直观、稳定、灵活、不需反求控制顶点等优点，特别适用于具有复杂外形的飞行器进行几何描述．利用（Ｇ１，ｋ ＝ １） ＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ 样条及其张量积曲面对低散射目标进行几何建模，并求解低散射目标行波雷达散射截面贡献，通过计算结果与实验结果比较，获得令人满意的结果．

基于共享孔径技术的低RCS电磁超构表面天线设计

提出一种基于共享孔径技术设计低雷达散射截面(radar cross section,RCS)电磁超构表面天线的新方法.该方法首先设计具有低RCS性能的超构表面,然后借鉴共享孔径技术思想,将超构表面和传统天线的辐射结构直接共享口径紧密排列,得到新型低RCS天线结构,并结合电流分析和局部结构修正,优化天线的辐射性能,最终同时实现天线的良好辐射和宽带低RCS性能.为了阐明该方法,基于极化旋转机理设计了一款低RCS超构表面,采用共享孔径思想和电流分析,得到了一款宽带低RCS超构表面天线,详细分析了该天线的工作机理与性能.结果表明:设计的天线在保证较好辐射的同时,实现了超宽带RCS减缩,提出的设计方法摒弃了从天线到低RCS天线的传统设计思路,通过逆向思维,将散射的优化问题转化为辐射的优化问题,不仅实现了天线与超构表面的一体化设计,还显著地降低了低RCS天线优化设计的难度,加速了天线优化进程.

基于辐射散射一体化技术的低RCS贴片天线阵列设计

提出并设计了一种基于辐射散射一体化技术的4×4低RCS贴片天线阵列,该阵列由2种辐射特性相似、反射相位相差180°的天线单元组成。利用遗传算法优化得到散射场在各方向均匀分布的非周期阵列结构,有效减小了天线阵的峰值RCS。仿真结果表明:天线阵列的增益在16 dBi以上;法线方向x极化波照射时,单站RCS减缩频带为8~15.9 GHz,最大减缩量为17.1 dB;y极化波照射时,单站RCS减缩频带为9.5~16 GHz,最大减缩量为13.1 dB。测试结果与仿真拟合较好。该阵列集超材料和贴片天线于一体,利用天线单元自身相位差有效降低了其RCS值,为降低天线阵列RCS提供了一种新的方法。

飞行器部件低散射载体的分析与设计

降低弱散射源的雷达散射截面,增强飞行器部件的隐身性能至关重要。但部件脱离飞行器后,需依托载体才能得到准确的隐身性能。通过探究低散射载体设计机理和思路,考虑爬行波、行波、入射频率等影响因素,设计了一款低散射载体。通过理论建模、特征基函数法仿真计算和试验测试方法验证,所设计的低散射载体的雷达散射截面足够低,可有效消除弱散射源以外的其他杂波散射影响,还原部件真实状态,有利于提升弱散射源隐身性能评估的准确性,从而优化飞行器隐身设计。

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section,RCS)的微带天线,通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface,FSS)覆层,使其具有宽带的3 d B增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性.该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构,下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构.上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波,减缩天线RCS;下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔,提高天线增益.在5.75—11.37 GHz频带内,S22<-10 d B,S12<-10 d B;在11.21—11.54 GHz频带内,S11反射系数相位曲线斜率为正,幅度模值均在0.86以上.实验结果表明:与原始天线相比,在谐振频点11.73 GHz处,天线增益提高3.4 d B,E,H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°;天线的3 d B增益带宽为10.00—12.40 GHz,完全覆盖阻抗带宽.在4.10—11.30 GHz频带内,天线法向RCS均有3 d B以上的减缩,最大减缩23.08 d B;4.95 GHz处的单站RCS在-20°—20°的角域、双站RCS在-37°—37°的角域均有3 d B以上的减缩.实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射性能.

覆盖X和Ku波段的低雷达散射截面人工磁导体反射屏

设计并制备了一种基于人工磁导体(artificial magnetic conductor,AMC)的覆盖X和Ku波段的宽带低雷达散射截面(radar cross section,RCS)反射屏.将双频带耶路撒冷十字形AMC结构和宽带双金属方形AMC结构复合,通过参数优化,使耶路撒冷十字形结构的反射相位反转频点与方形结构的反射相位零值频点重合或者非常接近,进一步扩宽有效相位差区域,从而拓展RCS减缩带宽.给出了反射能量峰值方位的一般理论计算公式,当入射角度、棋盘单元尺寸和观察频率确定后,可通过公式计算出反射峰的方位.HFSS软件仿真结果与理论计算结果符合较好,验证了理论公式的正确性.同时与等尺寸金属平板相比,在7.4—17.0 GHz频带内,除9.8 GHz附近的少数频点外,天线后向RCS均有-10 d B以上的减缩,基本覆盖X波段和Ku波段,相对带宽为78.7%,在11.6 GHz时,减缩量最大,达到40.3 d B.加工了反射屏实物并进行测试,测试结果与仿真结果基本一致,证实了反射屏具有宽带的低RCS特性.

雷达隐身措施对Caret进气道性能影响的数值计算

针对S弯Caret进气道气动与电磁散射特性研究,采用多层快速多极子(MLFMM)数值计算方法,对比分析了转子叶片转动相位角变化对进气道雷达散射截面(RCS)的影响。采用剪切应力输运(SST) k-ω湍流模型求解N-S方程,计算黏性流场并分析进气道气动性能,对比分析了扩压段的构型和吸波导流板的安装方式对进气道气动与雷达隐身性能的影响。结果表明:转子叶片相位角的变化会导致进气道RCS在同一雷达波入射角度下出现变动,但不会改变RCS随雷达波入射角度的变化规律;采用双S弯扩压段可以有效降低进气道出口畸变和提升Caret进气道的雷达隐身性能,使其在2种工况下平均RCS均小于-2 dB,由叶片旋转导致的RCS最大差值均小于-3.5 dB,但也会导致进气道临界压力的降低;安装合适的吸波导流板可以有效提升进气道的雷达隐身性能,但会造成进气道出口畸变的增加。

基于自适应伪谱法的UCAV低可探测攻击轨迹规划研究

研究无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle,UCAV)对地攻击阶段轨迹规划问题。首先,在综合UCAV的气动力特性、发动机推力特性基础上建立UCAV质点模型和动力学模型,并结合UCAV平台初始条件、机动性以及武器投射条件构建约束条件;针对当前轨迹规划中没有考虑雷达散射截面(radar cross section,RCS)随UCAV姿态角改变而动态变化这一缺陷,建立综合考虑动态RCS的威胁概率和攻击时间的目标函数;然后利用可变低阶自适应伪谱法求得攻击轨迹最优解。对时间最短、RCS固定和考虑动态RCS 3种情况进行仿真。结果表明,考虑动态RCS时,UCAV将根据威胁进行轨迹和姿态调整,极大减小了被敌方威胁捕获的概率。该算法能够提供规划轨迹的高精度状态和控制量信息,有利于实现攻击过程的高精度精细规划控制。

基于RCS的三维低可探测性轨迹优化方法

针对基于雷达散射截面(RCS)规避雷达威胁的飞行轨迹优化问题,提出了低可探测性三维轨迹优化的求解方法。通过B样条拟合构建连续可微的RCS数据模型,结合三维飞行动力学模型,建立规避雷达威胁下的飞行运动控制模型。将轨迹优化问题描述成为最优控制问题,其中飞行姿态控制、轨迹约束、边界条件作为约束条件,以降低雷达探测概率和减少飞行时间为目标函数。运用高斯伪谱法(GPM)将连续的最优控制问题转换为离散的非线性规划问题进行求解。仿真结果证明本文方法实现了求解单基地雷达和双基地雷达探测环境中低可探测性三维轨迹优化问题,有效降低了飞行过程中的雷达探测概率和暴露时间。

飞行器雷达隐身测试评估技术及发展

武器装备全面隐身化,隐身性能指标成为装备最重要的战技指标之一.隐身测试评估是实现装备隐身性能的关键指标和不可缺少的重要环节,涉及隐身装备从方案设计验证、研制方案筛选、部件和整机隐身效果评估、使用维护检定等全生命周期.综述了飞行器雷达隐身性能试验测试体系和测试评估方法,介绍了国内外典型的测试场及测量技术进展,详细分析了低散射诊断实验测试技术的最新成果,展望了飞行器隐身电磁特性测试技术未来发展趋势.

电磁超构表面与天线结构一体化的低RCS阵列

提出一种电磁超构表面与天线一体化设计以实现低散射阵列的新方法.该方法利用传输线将超构表面部分单元串联,并采用同轴馈电激励,以此得到新型天线阵列,该阵列的辐射性能和传统阵列几乎相同;当外来雷达波照射该阵列时,利用超构表面和其周围天线结构散射场的差异,将能量在空间重新分配,从而实现天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩.基于该方法,以2×1阵列为例,构建了天线模型,数值分析了其性能,验证了该阵列的良好辐射和低RCS特征,并详细阐述了天线的工作机理,进一步的分析还揭示了超构表面结构对天线辐射和散射性能的影响规律.遵循该规律,可以灵活设计满足需求的天线阵列.该方法不仅简单易行、集成度高,还可以拓展至更大规模的阵列天线设计.

有源器件混合集成的超薄超宽带可调雷达吸波体

结构型雷达吸波材料不仅可以有效吸收雷达波,还能同时承受载荷,在雷达隐身领域具有重要应用.基于超表面的结构型雷达吸波材料可以实现对雷达波近乎“完美”的吸收,且具有结构轻薄的特点,但其限制在于吸波带宽通常较窄.针对该问题,提出一种拓宽超表面吸波体工作带宽的新方法.该方法利用可重构的思想,通过在超表面中混合集成变容二极管和开关二极管,将吸波频率的连续可调与离散搬移有机结合,以此展宽吸波体的有效吸波带宽.基于该方法,设计了一款超宽带可调超表面吸波体,并深入分析了其吸波机理,通过开关二极管和变容二极管工作状态的调节与配合,在4.57-8.51 GHz内实现了高效可调吸波.实测结果验证了该吸波体的低雷达散射截面特性,证实了设计方法的有效性.所提出的宽带可调设计方法简单可行,还可以拓展应用到其他类型的宽带微波器件设计.