获取雷达散射面积的方法

获取雷达散射面积的方法
【专利摘要】本发明公开了一种获取雷达散射面积的方法，用于解决现有方法获取雷达散射面积速度慢的技术问题。技术方案是首先建立雷达散射模型，用射击线模拟攻击方向，定义部件相关属性，得到部件射击线网格等的相关数据，然后建立投影坐标系，转换到投影坐标系进行RCS计算，最后实部与虚部分别累加得到雷达散射面积。由于利用物理光学法与平面射击线法获取雷达散射面积，将平面网格平铺在部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生1～N条射击线，通过1～N条射击线对部件表面进行扫描来获取雷达散射面积的几何描述数据。本发明根据不同精度需求调节网格步长大小，得到了不同精度的雷达散射面积，提高了获取雷达散射面积的速度。
【专利说明】获取雷达散射面积的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种获取雷达散射面积的方法。
【背景技术】
[0002]飞机的雷达散射面积(Radar Cross Section简称RCS)特性是第四代飞机的一个重要技术指标，因此RCS设计和计算是现代飞机设计中的一个重要环节。一个准确的RCS计算方法可以为飞机外形设计提供很大的帮助，可以在飞机设计当中不断计算和不断更改或改善外形，与飞机气动力设计计算一起完成飞机外形优化设计，这样更能使飞机既具有很好的气动外形，又呈现低的RCS特性。
[0003]由于现代战争及航空作战飞行器安全的需要，敏感性减缩设计已是飞行器设计过程中的一个非常重要的环节。作战飞行器的敏感性是生存力研究的一项重要的内容。目前，敏感性减缩设计已经成为各国军用飞行器的一项基本设计原则。从目标飞机隐身特性来讲，要提高飞机的生存能力，希望在一定的几何形状下，它的散射性能即有效散射截面积越小越好。
[0004]在美国，复杂目标的RCS预估软件开发从80年代就开始了，如诺斯罗普公司开发的预估软件GENSCAT、MISCAT、HELISCAT等。国外的复杂目标电磁特征分析已经包含了 RCS(零维特征信号)、一维距离像(一维特征信号)、合成孔径成像(二维特征信号)，这些技术的发展大大促进了隐身、反隐身、电子对抗、目标识别等技术的进步。近年来国内也开始了复杂目标RCS以及复杂环境预估软件的开发，并取得了一些成果，但是在理论研究的深度，系统性，实验手段诸方面，与国际先进水平相比，都还存在着较大差距。
[0005]对射击线模拟雷达电磁波的研究方面，Elking M D, Roedder M J, Car D D等在IEEE天线与传播杂志上发表的高频雷达散射截面分析能力的评估中提到射线追踪法的基本理论及RCS评估，但所述的高频雷达散射截面分析能力的评估中提出的射线追踪法的理论方法有明显的局限性，表现在:一、射线追踪法模拟雷达电磁波法，为了准确的反应多次散射的情况，目标模型部分时的每个面元都不能太大，才可使最小结构都能被面元模型很好的描述。二、射线管的划分通常在垂直于入射方向的面上进行，为了达到足够的精度，射线追踪法要求射线管的截面尺寸小于入射波长的1/10，在求解高频区RCS时，这一要求导致射线管的数目十分庞大，从而计算量也想当可观。本发明专利的射击线方法在大致估计和计算耗时具有灵活性，可根据不同精度需求调节网格步长大小，还可模拟不同入射方向的电磁破，从而得到不同计算精度的RCS值，克服了射击线追踪法的上面两个问题，在飞机初步设计阶段预测RCS是适用的。
[0006]正是由于飞行器敏感性研究在军事方面极其广阔的应用前景和使用价值，得到了世界上许多研究者的极大关注，已成为国际上新的研究热点。

【发明内容】

[0007]为了克服现有方法获取雷达散射面积速度慢的不足，本发明提供一种获取雷达散射面积的方法。该方法首先建立雷达散射模型，用射击线模拟攻击方向，定义部件相关属性，并生成射击线，得到部件射击线网格等的相关数据，然后建立投影坐标系，转换到投影坐标系进行RCS计算，最后实部与虚部分别累加，得到雷达散射面积。由于本发明利用物理光学法与平面射击线法获取雷达散射面积，将平面网格平铺在部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生1-N条射击线，通过I-N条射击线对部件表面进行扫描来获取雷达散射面积的几何描述数据。本发明可根据不同精度需求调节网格步长大小，从而得到不同精度的雷达散射面积，可以提高获取雷达散射面积的速度。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种获取雷达散射面积的方法，其特点是包括以下步骤:
[0009]步骤一、建立与部件参数相同的雷达散射模型，给定雷达工作频率或者雷达波波长。
[0010]步骤二、建立平面网格，确定网格步长大小，将平面网格平铺在部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生I-N条射击线，确定射击线的攻击方向。
[0011]步骤三、判断射击线是否与部件面元相交以判定该射击线是否击中部件。如果判定结果为击中部件，则进行步骤四；如果判定结果为未击中部件，则重复步骤三对下一小网格进行判定，直至判定结果为射击线击中部件；当射击线击中部件，射击线与部件面元相交的点为入射点，并且所述射击线从被穿透的部件上 穿出的点为出射点。
[0012]步骤四、记录每个被射击线击中部件的信息。
[0013]步骤五、确定雷达散射体间的遮挡关系。对射击线与各部件的入射点坐标的Z坐标进行排序，Z坐标最小的部件即为最外面的部件，将里面的部件遮挡住了。
[0014]步骤六、将有限元建模软件中的原坐标系转换到投影坐标系。
[0015]步骤七、逐个计算各射击线模拟雷达电磁波照射到的非遮挡散射体的RCS值。
[0016]当射击线j方向与四边形网格法线夹角为零时，在多边形表面上;:没有分量，因此，入射场和散射场在表面上的相位没有变化，则RCS值为:
【权利要求】
1.一种获取雷达散射面积的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、建立与部件参数相同的雷达散射模型，给定雷达工作频率或者雷达波波长；步骤二、建立平面网格，确定网格步长大小，将平面网格平铺在部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生I-N条射击线，确定射击线的攻击方向；步骤三、判断射击线是否与部件面元相交以判定该射击线是否击中部件；如果判定结果为击中部件，则进行步骤四；如果判定结果为未击中部件，则重复步骤三对下一小网格进行判定，直至判定结果为射击线击中部件；当射击线击中部件，射击线与部件面元相交的点为入射点，并且所述射击线从被穿透的部件上穿出的点为出射点； 步骤四、记录每个被射击线击中部件的信息； 步骤五、确定雷达散射体间的遮挡关系；对射击线与各部件的入射点坐标的Z坐标进行排序，Z坐标最小的部件即为最外面的部件，将里面的部件遮挡住了 ； 步骤六、将有限元建模软件中的原坐标系转换到投影坐标系； 步骤七、逐个计算各射击线模拟雷达电磁波照射到的非遮挡散射体的RCS值； 当射击线j方向与四边形网格法线夹角为零时，在多边形表面上;；没有分量，因此，入射场和散射场在表面上的相位没有变化，则RCS值为:
【文档编号】G01S7/41GK103439698SQ201310377200
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】裴扬, 谢芳敏, 石帅, 石蓓, 宋笔锋 申请人:西北工业大学