部件活动对目标RCS影响的分析研究

齐玉涛 姚凯凯 张馨元

摘 要：飞行器目标在飞行过程中，除了姿态变化对RCS的影响外，机上活动部件的实时运动也会对RCS的产生一定影响，为分析机上活动部件对飞行器整体RCS的影响大小，本文首先对机上活动部件进行分析，利用几何建模技术对机上活动部件进行设置，再利用一体化电磁散射计算软件对目标电磁散射特性进行计算，通过对比，分析飞行器目标活动部件对整体RCS的影响。

关键词：雷达散射截面（RCS）;活动部件;一致性分析

中图分类号：TM15 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）21-0054-02

0 引言

目标电磁散射特性在隐身与反隐身技术中有着重要的研究价值，也是雷达信息系统的一个重要组成部分。当前获取飞行器目标RCS的主要途径有暗室静态测量、全尺寸外场静态测量、外场动态测量以及仿真计算等方法。从理论上讲，外场动态测试能够真实反映目标运动特性，但由于外场飞行一般周期较长，耗费较大，因此往往用地面静态测量对目标电磁散射特性进行分析。但静态测量过程中，目标模型一般是缩比模型或全尺寸模型，测量过程中不能反映目标姿态变化对RCS的影响，而且在测量过程中也没有考虑目标上活动部件的运动对RCS的影响，这就造成了飞行器目标动、静态测量结果的不一致。用理论建模仿真技术对目标动静态电磁散射特性分析是一种可行、快速的手段，而且相关学者在静态仿真的基础上对动态特性仿真也进行了探索研究，如文献[2-5]对飞行姿态扰动和动静态姿态一致性进行了分析，文献[1]在此基础上根据真实测量数据进行动态特性设置，但这些研究都是针对目标姿态变化对RCS的影响，未能对目标上活动部件的运动影响进行分析。针对这个问题，本文通过几何建模技术对目标模型进行设置，再通过一体化计算软件对目标电磁散射特性进行计算，分析活动部件的运动对目标整体RCS的影响。

1 活动部件几何建模

根据飞行原理，飞行器目标在飞行过程中用于控制飞行姿态的活动部件主要包括：副翼、升降舵、方向舵和襟翼等。通过控制这些活动部件的偏转，飞机在飞行过程中进行航向偏转、俯仰和横滚等动作，使飞机按照预定航线进行飞行。飞机上活动部件位置如图1所示。

各活动部件作用如下：

（1）副翼：位于机翼后缘外侧，用于控制飞机进行滚转;

（2）升降舵：位于水平尾翼后缘，用于调节或控制飞机的俯仰运动;

（3）方向舵：位于垂直尾翼后缘，在飞机转弯时用来使方向稍微发生变化;

（4）副翼和方向舵组合：两个舵面同时作用，可以控制飞机在空中盘旋。

本文选择使用了西门子公司开发的NX 10.0（又称为UG 10.0），并利用Visual Studio 2015进行二次开发，通过编程实现飞行过程中舵面的动态偏转。首先，选取CAD模型中需要进行设置的旋转部件，并利用NX自带的函数库中按名称查找特征的函数;其次，通过活动部件的名称查找所需部件特征并赋值给相应的变量，再利用特征旋转函数控制活动部件进行旋转;最后，利用旋转视图的函数控制整体模型视图的旋转。对于不同飞行器目标，活动部件位置可能不相同，但本文方法可推广任意模型的设置，具有普适性。活动部件几何建模示意图如图2所示。

2 一体化电磁散射计算

飞行器目标一般尺寸较大，结构相对复杂，在高频频段属于电大尺寸目标，而且散射机理较为复杂，若采用高精度数值算法进行分析计算，一方面对模型处理要求较高，另一方面计算周期往往非常漫长，且对计算资源要求较高，难以满足工程化、实时性要求;若采用高频计算方法，如物理光学法（physical optics，PO），弹跳射线法（shooting and bouncing ray，SBR），现有商业软件或成熟算法往往忽略边缘绕射、部件间多次散射以及目标上的腔体结构的散射，计算精度不高，而且在分析时需要几何模型导入导出，缺乏一体化分析计算环境，制约了工程化应用。

为确保分析的可靠性，本文采用以UG（Unigraphics）建模软件为开发平台，集成了图形电磁计算（graphical electromagnetic computing，GRECO）方法、增量长度绕射系数（incremental length diffraction coefficients，ILDC）及弹跳射线法（SBR）的一体化电磁计算工具进行仿真计算，本文方法具有计算速度快、精度高的特点，能够满足复杂目标电磁散射计算的需要的特点。本文方法的具体实现算法可参考文献[6]和文献[7]。

3 计算分析

不同活动部件偏转不同角度，对整体飞行器的RCS影响均会有不同，为全面分析不同活动部件及其偏转不同角度的影响，分别在飞机0°（机头方向）、90°（机身侧向）和180°（尾后方向）对不同活动部件的后向RCS进行计算仿真，计算频率为9.5GHz，极化为水平极化。结果如图3～图5所示。

由仿真计算结果可以看出在雷达入射波向机头方向入射时，副翼偏转和升降舵对于RCS的影响较大，而方向舵偏转对于RCS的影响极小;在雷达入射波向机身方向入射时，副翼偏转和升降舵偏转对于RCS的影响极小，而方向舵偏转对于RCS的影响较大;在雷达入射波向机尾方向入射时，副翼偏转和升降舵偏转对于RCS的影响较大，方向舵偏转对于RCS的影响极小。

4 结语

本文针对飞行器目标上活动部件运动对RCS的影响问题，从几何建模、一体化电磁散射计算方法上进行研究，对不同照射情况下不同活动部件偏转对目标整体RCS的影响进行计算分析，本文研究成果可对电磁散射动态建模和目标动、静态电磁散射一致性分析提供有效支撑。

参考文献

[1] 齐玉涛，张馨元，林刚，等.飞机目标动态RCS仿真技术研究[J].电波科学学报，2019，34（01）：97—103.

[2] 苏东林，曾国奇，刘焱，等.运动目标RCS特性分析[J].北京航空航天大学学报，2006，32（12）：1413-1417.

[3] 张晨新，庄亚强，张小宽，等.动目标雷达散射截面的建模研究[J].现代雷达，2014，16（12）：66-69.

[4] 刘万萌，童创明，王童，等.飞机运动特征对雷达检测性能的影响分析[J].空军工程大学学报（自然科学版），2017，21（1）：7-12.

[5] 李金梁，曾勇虎，周波，等.飞机目标静态与动态测量姿态一致性[J].北京航空航天大學学报，2013，29（9）：453-457.

[6] 李建周，许家栋，郭陈江，等.一体化雷达散射截面计算方法研究[J].西北工业大学学报，2003，21（4）：449-452.

[7] 李建周，吴昌英，郑奎松，等.考虑多次散射的复杂目标一体化电磁散射计算[J].微波学报，2012（s2）：6-10.