飛行器座艙RCS可視化計(jì)算方法研究與分析
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根據(jù)分層媒質(zhì)理論［1］和圖形電磁學(xué)理論［2］，得到并驗(yàn)證了一種新的分析和計(jì)算座艙RCS的方法.低RCS座艙罩表面的散射場利用圖形電磁學(xué)計(jì)算方法(GRECO)求解，其中邊緣效應(yīng)利用增量長度ILDC方法估算；艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射分析，應(yīng)用分層媒質(zhì)理論得到介質(zhì)艙罩反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，同時(shí)采用能量分布調(diào)制和隨機(jī)相位加權(quán)的方法計(jì)算艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射；在本文的最后給出了數(shù)據(jù)分析結(jié)果.
關(guān)鍵詞:分層媒質(zhì)理論；圖形電磁計(jì)算(GRECO)；C-R幾何樣條；隨機(jī)相位加權(quán)；能量分布調(diào)制
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
眾所周知，常規(guī)飛行器座艙為飛機(jī)正前方較強(qiáng)的散射源之一.為減小這部分對總RCS的貢獻(xiàn)，常采用帶導(dǎo)電鍍層復(fù)合艙罩及外形隱身措施.本文利用C-R樣條函數(shù)建立對座艙幾何外形描述，進(jìn)而得到可視化電磁散射模型，利用圖形電磁計(jì)算方法(GRECO)計(jì)算帶有隱形金屬鍍膜座艙罩表面的散射特性.座艙內(nèi)電磁散射分析十分復(fù)雜，本文應(yīng)用分層媒質(zhì)理論得到反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，采用幅度和相位調(diào)制的方法，即能量調(diào)制和隨機(jī)相位加權(quán)的方法，計(jì)算艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射；其散射總場通過各場依相位迭加得到，在工程上有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.
二、目標(biāo)圖像生成和可視化計(jì)算
低RCS座艙罩外形必須兼具氣動及電磁散射特性兩方面的要求.先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)多采用流線形剖面的水滴狀結(jié)構(gòu).通常沒有一個(gè)解析形式的數(shù)學(xué)模型能描述其幾何外形構(gòu)型.為此，從座艙截面型值點(diǎn)數(shù)據(jù)，以Catmull-Rom［3］曲面進(jìn)行擬合，本文采用近年來發(fā)展起來的C-R幾何連續(xù)樣條函數(shù)對目標(biāo)進(jìn)行幾何建模.
圖1(a)、(b)是利用C-R樣條對某外軍先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)座艙網(wǎng)柵圖插值擬合前后對比，前者有184個(gè)頂點(diǎn)，354個(gè)面；后者2764個(gè)頂點(diǎn)，5514個(gè)面.
圖1 (a)座艙插值擬合前網(wǎng)柵圖 (b)座艙插值擬合后網(wǎng)柵圖 通過C-R樣條曲面對目標(biāo)模型的擬合，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜目標(biāo)由型值點(diǎn)構(gòu)成的多邊形粗糙模型到光滑真實(shí)模型的過濾，在對目標(biāo)進(jìn)行幾何描述以后，即可應(yīng)用圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)接口(OpenGL)［4］和圖形加速卡硬件對目標(biāo)進(jìn)行顯示和消隱，從而在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)GRECO的電磁計(jì)算.以下是用圖像生成程序顯示的座艙模型圖2(a)，(b)前者是沒插值前的圖形，后者是用C-R樣條擬合后的圖形. |
圖2 (a)擬合前座艙模型 (b)擬合后座艙模型 其詳細(xì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法請看參考文獻(xiàn)［5］. 三、艙內(nèi)結(jié)構(gòu)散射分析
式中
式中
其中λ為入射平面波波長，ω為角頻率，ε、μ和σ分別為媒質(zhì)的介電常數(shù)、導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率，為簡便起見，定義分層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)納Y為
故方程(1)可表示為
式中［B C］T定義為分層結(jié)構(gòu)的特征矩陣，且 Y=C/B (7) |
(1)
為沿軸的單位矢量，［Mm］的具體表示式為
(2)
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