超电大尺寸目标的电磁散射预报技术

方重华，吴 楠，宋东安，黄 琼，郑生全

（1.中国舰船研究设计中心，湖北武汉 043000；2.国防科技电磁兼容性重点实验室，湖北武汉 043000）

超电大尺寸目标的电磁散射预报技术

方重华，吴 楠，宋东安，黄 琼，郑生全

（1.中国舰船研究设计中心，湖北武汉 043000；2.国防科技电磁兼容性重点实验室，湖北武汉 043000）

面向舰船等武器平台的电磁隐身设计与预报，近年来，深入开展超电大尺寸目标的电磁散射预报关键技术研究，综合运用计算电磁学、电磁散射理论和相关波动理论，开展超电大尺寸目标电磁散射仿真与测试等相关技术研究，技术成果成功应用于多项工程的电磁散射预报与设计。

超电大尺寸目标；电磁散射；预报

随着军事科学技术水平的飞速发展，现在与未来的海战形式发生了急剧的变化，舰艇等超电大尺寸目标的电磁散射预报对目标的隐身设计意义重大。

笔者近年来一直将超电大尺寸目标的电磁散射预报技术作为实验室科研的研究重点方向之一，针对超电大尺寸目标的电磁散射仿真、测试及预报新方法等技术难题开展了大量探索性、创新性研究，本文主要从以下几个方面对研究进展加以介绍。

1 超电大尺寸目标的电磁散射仿真

舰船等超电大尺寸目标不仅具有极其复杂的多区域外形和多尺度结构，而且具有更为复杂的海洋背景环境，多种材料的加载、舰载天线的加载散射等复杂情况均使其电磁散射仿真存在较大难度。因此，在仿真建模中必须将上述因素充分考虑进来以保证仿真计算结果的工程适用性。

笔者在仿真建模技术方面采用了NURBS曲面和平面元逼近相结合的方法构建了超电大尺寸目标模型，结合面元优化准则和基于Oslo算法的光顺处理，显著提高网格质量，又适应高频方法对遮挡和消隐等精确射线追踪问题的处理（见图1）。在材料方面，采用阻抗表面等效技术与多层介质空间格林函数技术解决了metamaterial、FSS等复杂新型材料上舰导致的复杂介质与导体共存求解难题。在天线加载散射方面，基于多端口阵列天线理论，结合场路协仿技术可以有效处理相控阵、卡塞格伦等天线上舰对全舰RCS的影响计算分析问题（见图2）。

在海面的模拟方面，基于国际广泛使用的改进Pierson海面波谱，采用蒙特卡罗方法与最大似然估计法获取了海杂波的概率分布模型，结合 Weierstrass分形模拟技术，建立了多级海况下的海面模型，并通过IEEE实测数据的校验，较好地确保了海面建模的准确性与有效性，为舰－海复合正、逆散射求解奠定了技术基础（见图3）。

图1 美国宙斯盾驱逐舰几何模型

图2 美国宙斯盾驱逐舰RCS结果比较

图3 海面的电磁散射结果与IEEE实测结果比较

2 超电大尺寸目标的电磁散射测试

近年来，笔者针对舰船类超电大尺寸目标RCS的测试特点，通过条件保障建设等渠道建立了舰船目标天线／RCS试验场，测试设备和技术指标具有亚洲一流水平。试验场拥有6 m直径铜面转台、50 m直径防锈铝网海水模拟圈、43 m长旋臂塔，配置100 MHz～18 GHz频率范围的RCS测试系统（见图4），较好地满足了中小型舰船目标或局部目标的RCS测试需求。基于时域、频域对消技术将背景杂波显著降低，大大拓展测试系统的动态范围。针对舰船类超电大尺寸目标的散射机理，采用时域波门技术和低副瓣Hamming窗函数截取技术，既能保证目标散射信号的充分接收，又有效降低转台区域之外的杂波的影响，显著扩展频域RCS的可信范围。针对大型舰船目标的测试需求，参考美国国立目标特性测试场（Ratscat）的技术指标，还将建设更为大型的超电大尺寸目标测试场地与装置，结合海面的替代模拟技术，以满足海战场条件下超电大尺寸目标多频段的电磁散射测试需求。

图4 舰船目标RCS测试系统组成原理图

3 超电大尺寸目标的电磁散射预报新方法

超电大尺寸目标的电磁散射预报一般存在频率受限的难题。针对超电大尺寸目标的电磁散射预报的这一特殊性，首次针对激光散射与电磁波散射相关性开展研究，建立了2种散射相似理论，为该技术的实用打下理论基础。此外，还研究了声波散射与电磁波散射相关性，并利用现有实验设施开展水声RCS测试研究，提出新的声波模拟电磁波散射的理论和实验方法。这2种方法为超电大尺寸目标的电磁散射预报提供了新思维。

图5 水声RCS测试原理图

［1］FANG Chong-hua，LIU Qian，ZHAO Xiao-nan.Integrated model of electromagnetic scattering for two dimensional fractal sea surface［J］.International Journal of Modern Physics B，2010，24（22）：4 217-4 224.

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TN97

A

1008-1542（2011）12-0018-03

2011-06-20；责任编辑：王海云

方重华（1980-），男，湖北武汉人，工程师，博士，主要从事舰船散射特性方面的研究。