水下多格弹性角反射体声反射特性及强度增强方法

单格角反射体只能反射一定方向的入射波,为了反射不同方向入射声波,需要构造多格角反射体并研究其声反射特性。以不同类型八格金属板角反射体为对象,基于结构有限元耦合间接边界元法,对水下多格弹性角反射体的散射声场进行数值仿真,分析不同频率、材料、厚度、入射角度等因素影响下不同类型多格角反射体声反射性能,从便于工程应用角度提出增强其声反射能力的方法。通过典型情况下的水池实验,对仿真计算与实验数据的一致性进行验证。实验结果表明:水下多格弹性角反射体目标强度随入射频率增大而增大,并趋向稳定;目标强度随入射角度改变波动幅度较大,不同类型角反射体目标强度值差异较大;目标强度随平板厚度的增加而增大,但不显著;目标强度随着边长的增加而明显增大;软介质材料构成的多格角反射体,水下声反射性能明显优于金属角反射体。因此,为增强水下多格角反射体声反射能力,增大反射体边长及选用低阻抗材料是更有效的方法。

水下空腔多格角反射体声散射特性研究

针对水下单层薄金属板多格角反射体存在频率特性强烈,难以形成较为稳定目标强度的问题,设计了一种新的空腔多格角反射体。采用结构有限元结合流体直接边界元法,对水下空腔多格角反射体声散射特性进行了仿真计算,在5.0~15.0 kHz入射频率范围内,研究分析了平板厚度、空腔厚度、入射角度等因素对其目标强度的影响机理。结果表明:与薄金属板多格角反射体相比,空腔多格角反射体频率特性较弱,去耦作用明显,散射能力强;空腔多格角反射体在一定角度范围内都能保持稳定的目标强度,具有更优的反射性能,是较为理想的水下声反射装置。

激光角反射器:从月球激光测距到天体探测基础设施

激光测距已成为太阳系内检验等效原理与洛仑兹破缺、测定后牛顿参数与引力常数时变等引力与相对论物理学研究的强大工具。为此,对激光角反射器在自然天体探测中的应用与发展进行了概述与分析。简单陈述激光角反射器的历史沿革后,首先介绍了数个有待或正在实施的包含激光角反射器部署的天体探测计划。其次,基于激光角反射器与激光测距资料的已有工程经验,描述了激光角反射器在天体探测中承担的科学任务与关键技术问题。最后,以本世纪新一代激光角反射器与收发光源革新为背景,预测了激光角反射器及其激光测距的发展趋势,并针对无人与载人月球探测,对激光角反射器在新阶段天体探测中的使用提出建议。

水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性研究

为了使水下角反射器在较大空间范围内都具有一定的目标强度,应考虑采用多个角反射器组合成多格角反射体,以达到增大散射范围的目的。基于此,采用有限元结合边界元法(FEM-BEM),对水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性进行了数值仿真计算,分析了声波入射频率为5.0kHz~15.0kHz范围内,平板材料、平板厚度、入射角度、角反射器组合类型等因素对目标强度的影响。结果表明,水下单层薄金属板多格角反射体具有较强的频率特性;平板材料、平板厚度以及角反射器组合类型的变化会对多格角反射体目标强度产生较为明显的影响。研究结果为水下多格角反射体的设计使用提供了仿真依据和数据支撑。

基于多面角反射器原理的RCS增强器设计

本文基于多面角反射器的工作原理,设计了一种可以应用于模拟导弹头上的RCS增强器。为了满足模拟弹头在飞行过程中的动力、热力学环境的要求,对模拟弹头的外形结构和尺寸进行了规定。本设计在所规定的弹头空间内,通过设计一种圆形三面角反射器,再将多个圆形角反射器在弹头内进行合理排布,组成了一个RCS增强装置。经商业软件HFSS仿真计算并在微波暗室中实际测量,验证了在多频点下,当入射角在15°以内时,本设计对模拟弹头均具有大于4dB的RCS提升效果,实现了在C波段和X波段多频点下,对模拟导弹头RCS的增强效果。该设计可应用于检验防空武器装备的技术性能模拟试验中,可以解决模拟弹头RCS过小不易追踪探测的问题,具有一定的实际应用价值。

典型角反射器单/双基地RCS特性对比分析

角反射器在舰船目标防御中发挥重要作用,如何有效对抗角反射器干扰是当前的研究难题。以典型八面体角反射器为研究对象,通过电磁计算和暗室测量对比分析了单个角反射器、角反射器阵列单/双基地RCS(radar cross section)空域、极化域分布特性以及统计特性,揭示了双基地雷达与角反射器之间的几何关系对角反射器RCS的影响规律,结果表明在大范围双基地角条件下,八面体角反射器双基地RCS远小于单基地RCS,均值相差约30 dB。适当部署双基地雷达可有效降低角反射器干扰影响,对双基地雷达抗角反射器干扰有参考意义。

水下双层十字交叉组合二面角反射体

针对单个二面角反射体目标强度的角度一致性差的问题,本文设计了一种具有水平全向强声反射特性的组合二面角反射体结构。基于二面角反射体目标强度计算公式,提出了一种适用于任意入射角度条件下的数值和解析法相结合的散射声场计算方法,利用解析法计算二面角反射体上的一次反射回波,通过数值法计算反射声波照射的不规则多边形区域,采用Gordon积分法计算不规则多边形区域的二次反射回波。研究表明:双层十字交叉组合二面角反射体由上下2个反射体构成,每个反射体都是由2个垂直平面交叉组成的二面角反射体,2个反射体沿交叉轴线旋转相差45°。在360°的方位角范围内,反射体具有高的目标强度和良好的目标强度-角度一致性。

异型多面体角反射器的电磁散射特性分析及应用

为满足各向异性雷达散射截面积(radar cross section,RCS)角反射器的目标需求,本文设计了一种异型多面体雷达角反射器,并对其电磁散射特性进行了分析.该结构在不同电磁波入射方向下具有不同的电磁散射特性,在不同威胁探测方向上具有不同的干扰效果,其最大RCS能够达到281.84 m~2.异型多面体角反射器可以应用于多种场景下,将其配置在被保护重点目标区域附近,以特定的排列方式进行布设,当保护目标受到威胁时将会在被保护目标周围产生多个假目标,干扰敌方雷达制导武器.

“雷达角反射器电磁特性及应用研究”专题前言

众所周知,雷达角反射器是一种特殊的逆向反射器,照射到角反射器的电磁波会沿原路返回。早在二战中,人们就知晓并利用这一特性设计了多种角反射器,在军事上取得了成功。凭借其雷达后向散射强且稳定、结构简单、造价低廉等特点,角反射器长期以来在雷达系统标校、遥感、电子对抗等领域扮演着朴素却非常重要的角色,并得到广泛应用。

水下超表面角反射体声散射调控机理研究

角反射体是雷达目标和声纳目标常用的诱骗手段。为拓宽常规凹面角散射声场的调控效果,提出在水下角反射体中镶嵌声学超表面的调控方法和计算方法。基于板块元方法和射线追踪算法建立带声学超表面构型的角反射体声散射预报模型,利用射线追踪判别声线位置,考虑对应相位跳变加以修正,并通过有限元仿真进行验证。基于建立的声散射预报模型,研究槽阵列梯度和周期结构对散射声场的调控效果。研究结果表明:带有梯度变化的声学超表面结构能够明显改变水下目标的声散射特征,正、负梯度组合槽阵列结构对于声散射主方向的调控效果较为明显;多周期组合槽阵列梯度结构相较于单周期结构散射声场调控效果更为明显。

海面角反射体电磁散射特性与雷达鉴别研究进展与展望

雷达导引头是精确制导武器末制导的核心设备,具有作用距离远、不受天气影响等重要优点,在保证导弹打击精度方面发挥着重要作用。海面角反射体具有与舰船目标散射逼真度高、作战效费比高等优良特性,已成为雷达导引头的主要诱骗干扰手段之一,严重影响雷达目标探测性能。因此,如何准确高效地实现海面角反射体雷达鉴别是雷达导引头精确打击的难点和重点之一。角反射体电磁散射特性研究是提升角反射体雷达鉴别能力的基础。该文首先介绍了海面角反射体装备及战术运用;针对海面角反射体的电磁散射特性研究进展进行了总结;重点归纳梳理了海面角反射体雷达鉴别技术的两类主流方法,总结其特点及存在的问题;最后对海面角反射体雷达鉴别研究的未来发展趋势进行了展望。

新型多维电磁特性可调控雷达角反射器设计方法研究

为了提高雷达角反射器的电磁特性模拟灵活度,提出了两种新型电磁特性可调控雷达角反射器设计:一种通过引入幅度调控结构加载电阻阻值随电压变化的PIN二极管改变反射系数幅度;另一种通过引入相位调控结构加载电容随偏置电压变化的变容二极管改变反射系数相位.以正方形三面角反射器为例进行仿真验证,通过对幅度调控结构进行空间调制实现雷达散射截面积(radar cross section,RCS)变化,且变化范围在30dBsm以上;通过对相位调控结构进行时间调制实现二维像偏移,在设定的成像场景下产生1.875 m的偏移距离.理论分析结果与全波仿真结果吻合较好,表明了本文分析方法的可行性.该研究方法将时空调制理论应用于雷达角反射器上模拟RCS可变、距离可变的目标,为其应用提供了更广阔的应用思路和背景支持.

新型变极化角反射器设计及散射特性分析

面向无源干扰灵活可调的发展需求,提出了一种基于极化栅加载的新型变极化角反射器,通过在金属角反射器内壁加载极化栅,以极低的成本实现了角反射器散射回波极化状态的灵活调控.以方形三面角反射器底面内壁加载圆形极化栅为例开展了仿真工作,分别对电磁波正入射以及宽角度入射两种不同场景下散射回波的极化特性进行了分析.仿真结果表明,所设计的变极化角反射器随着极化栅的旋转,回波出现显著的变极化响应,在Poincaré球上呈近似“8”字形,极化状态依次经历垂直线极化、左旋椭圆极化、水平线极化和右旋椭圆极化.此外,特定旋转角度下,经变极化角反射器调制的电磁回波在口面内呈现空域差异性.为验证所设计的新型角反射器的极化调控能力,利用PCB工艺加工制作了极化栅,并将其加载至角反射器内壁,开展了暗室测试,测试数据表明本文所提出的变极化角反射器在时间维和空间维上具备极化调控能力.因此,本文所提出的变极化角反射器在雷达对抗领域有广阔的应用前景.

机载投掷式角反射器阵列电磁散射特性分析

为了提升隐身飞机平台末端防护能力,本文通过分析多种角反射器及隐身飞机平台的RCS特性,提出了一种新型角反射器阵列,其由四级角反射器叠加组成.基于CST软件对阵列全角域雷达散射特性进行了建模与仿真分析,制作了模型样件且在微波暗室远场环境内进行了RCS测试,并与仿真结果进行对比验证,得到了该角反射器阵列的雷达散射特性.该角反射器阵列结构具有前向RCS小、前侧向及正侧向RCS大的特点,与隐身飞机平台特性相似,整体结构呈流线型并且在阵列尾部有折叠尾翼,能够从飞机平台进行投放并保持飞行,具备较好的干扰应用价值.

基于相位调制表面角反射器的ISAR图像调制方法

针对空中目标对抗逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像侦察的无源防护手段防护面积有限和灵活性不足的问题,提出了一种基于相位调制表面(phase-switched screen,PSS)角反射器的ISAR图像调制方法.分析了互旋角反射器结构在施加PSS周期调制前后的ISAR成像特性,揭示了其对ISAR图像的干扰特点;基于距离向干扰的扩展需求,分析了PSS双极性调制波形和三角阶梯相位调制波形的频谱特性,并据此制定了不同的干扰策略;设计仿真实验,分析了在互旋PSS角反射器上加载不同的调制信号的干扰效果.仿真结果表明:未施加PSS调制时,互旋角反射器结构的距离向干扰范围仅受限于其物理尺寸;施加PSS调制之后,根据不同的策略可使距离向干扰范围扩展至3~7倍,上述仿真结果与理论分析一致.本文方法结合了有源干扰与无源干扰的优势,具有结构简单、成本低廉、隐蔽性好、使用灵活的优点,可使空中目标采用较小尺寸的无源防护装置即可灵活对抗ISAR成像侦察.

电磁调控角反射器的散射特性研究

角反射器是一种宽角域的常见无源干扰设备,常被用于保护关键目标.但传统金属角反射器特性固定,需借助新型电磁材料实现角反射器的特性优化.有源频率选择表面(adaptive frequency selective surface,AFSS)是在单元间加载一系列可变有源器件而构成的具有可调电磁特性的新型结构.为拓展角反射器的适用范围、分析电磁材料角反射器的散射特性以更好地保护关键目标,本文设计了一种基于单面AFSS的电控角反射器,并仿真计算分析了该电控角反射器的散射特性.仿真结果表明设计的电控角反射器的散射特性可灵活调控,即不同偏置电流下AFSS单元可对入射电磁波能量产生不同反射效果;同时验证了该电磁调控角反射器的宽角域特性,其调控角域在方位向、俯仰向均大于60°,实现了基于无源散射体的宽角域实时调控效果.相较于传统角反射器和平面电磁材料,所设计电控角反射器兼具实时调控性和宽角域特性,拓展了角反射器的应用场景和适用范围.

多级旋转式角反射器阵列电磁散射特性分析

为了提升对地面重要目标的末端防护能力及战场生存能力,本文给出了一种雷达散射截面(radar cross section,RCS)特性可调的新型角反射器结构,并基于此完成了多级旋转式角反射器阵列设计.此阵列由多个双层叠加的阵列单元组成,其中每个角反射器可绕中心轴进行旋转,并且内部反射叶片也可进行旋转,从而实现对角反射器及阵列不同角度RCS特性的调节.基于CST软件对典型线性及圆形两种阵列形式的RCS特性进行了建模及仿真分析,并针对阵列不同布设间隔以及俯仰角度情况的周向RCS特性进行了寻优分析,仿真结果验证了多级旋转式角反射器阵列RCS灵活多变的特性,为地面重要目标的末端防护提供了一种思路.

舰载射频角反射器装备现状与发展趋势

舰载射频角反射器系统作为一类雷达无源干扰器材,当前已普遍装配于各国海军主战舰艇。为支撑国内舰载角反射器装备体系化发展,同时加速推动雷达制导反舰导弹的技术革新,综述了漂浮式与浮空式两大类角反射器装备的研制现状和研发理念。在此基础上,分析总结了舰载角反射器的发射集成化、发射自动化、诱饵多功能和诱饵可机动4种发展趋势。

宽角反射/折射剖面揭示的祁连造山带莫霍面深度

祁连造山带位于青藏高原东北缘,距南侧的喜马拉雅碰撞带前缘1500 km,以一个宽阔的(东西长约1000 km,南北宽200~400 km)、NW走向的造山带的形式被夹持于北侧的河西走廊盆地与南侧的柴达木盆地之间,西侧被NEE走向的阿尔金左行走滑断裂带所截切,北缘以青藏高原北缘断裂带,祁连山北缘断裂带和祁连山东缘断裂带与河西走廊盆地相邻,南东方向与西秦岭造山带相接,东缘与鄂尔多斯地块相邻.记录了新生代以来印度板块和亚洲大陆板块碰撞和青藏高原边缘造山和地壳变形的重要过程.对其地壳深部结构的探测是研究青藏高原隆升和向北扩展,理解印度与欧亚大陆碰撞的大陆内部构造作用的关键手段.自1980年代以来,前人在研究区实施了多条宽角反射/折射剖面,以揭示祁连造山带及周缘的地壳深部结构.本文通过对这些宽角反射/折射剖面的收集汇总和梳理分析,以探讨祁连造山带不同区段下方莫霍面起伏及深度差异,研究结果显示:祁连造山带莫霍面埋深整体自西向东变浅,最深的莫霍面位于北祁连造山带内的哈拉湖附近;结合其他地质与地球物理资料,本文推测莫霍面深度的起伏及变化状态揭示了祁连造山带由西向东不同的地壳缩短方式,其中西段最深的莫霍面可能由大陆俯冲的“底垫作用”所引起;中段的壳内低速体和低阻体反映了该区上下地壳解耦变形,地壳的持续缩短主要靠变形解耦面以上发育的大型逆冲断裂带调节;而莫霍面深度最浅的东段累积应力则主要靠左行走滑的海原断裂和壳内发育的逆冲断裂调节.

水下角反射组合体声散射特性

[目的]为进一步提高水下凹面目标散射声场的计算速度和精度,开展水下角反射组合体声散射特性的研究。[方法]基于Kirchhoff近似和射线追踪基本理论,考虑角反射体的多次散射和遮挡影响,建立水下角反射组合体声散射预报的简化模型,提出水下角反射组合体目标散射声场的快速预报方法,即改进板块元法(PEM)。通过此方法,计算三角形三面角反射体散射声场,并通过有限元仿真予以验证;在此基础上,以八面角反射体为基元,研究八面角以及组合多面角反射体结构的特性、集群强散射目标回声特性和基于空间的强散射目标特性。[结果]研究表明:改进的PEM法可以准确和快速地计算角反射体的散射声场;八面角及组合多面角反射体的散射声场随入射波频率、角度和组合体间距等的变化而改变。[结论]研究结果可为水下无源干扰体模型设计提供重要的技术支撑。