晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法
【专利摘要】本发明提供一种晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法。技术方案是首先计算飞机尾流介电常数分布、飞机尾流内部电场分布，然后计算由散射积分方程导出的高振荡积分得到飞机尾流的雷达散射截面。本发明的计算量和存储量与常规电磁散射特性计算方法相比得以成量级地下降，通过该本发明可以计算得到飞机尾流的雷达散射截面与入射波频率的关系等，为相关雷达探测技术的发展提供理论和模型支撑。
【专利说明】晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达目标特性【技术领域】，涉及飞机尾流这类特殊的超大电尺寸非均匀介质目标的雷达散射特性的计算，可为飞机尾流散射机理研究和雷达探测技术发展提供技术支撑。【背景技术】
[0002]飞机尾流是飞机飞行时在其后方形成的一种强烈的螺旋状气流，具有空间尺度大、持续时间长、旋转强烈等特点，对后续飞机的飞行安全具有严重影响(发生翻滚、抖动、失速等)。为了保证飞行安全，国际民航组织于1970年代初期建立了一套飞机安全间隔标准，该标准不区分天气条件，依靠前机和后机的大小、速度、重量等参数来确定飞行间隔。在通常情况下，这些飞行间隔过于保守，限制了机场的起降机次和运输能力；但在某些情况下这些距离又偏小，给飞行安全带来很大隐患。由于在机场和航空母舰的进港/离港航线上飞机起降密集，尾流的影响更大，因此其已成为制约机场吞吐量、航空母舰飞机起降密度的主要因素之一，飞机尾流的实时探测也已成为航空安全领域亟需解决的关键技术问题之
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[0003]飞机尾流雷达散射特性是尾流雷达探测的理论依据，研究方法通常包括实验测量和理论计算两类，其中理论计算因具有代价较小、参数可调、便于机理分析等优点而受到广泛关注。按飞机飞行时的天气条件，一般可将飞机尾流分为晴空、云雾、降雨条件下的飞机尾流三类，其中后两者的散射一般认为是由粒子(云雾滴、雨滴)散射导致，晴空尾流的雷达散射则主要是空气折射指数不均匀所致。晴空飞机尾流散射特性一般按非均匀介质目标进行研究，但是飞机尾流的电尺寸特别巨大(在翼展和机高方向达百米量级，在飞机飞行方向上甚至达千米量级)且结构复杂，这使得尾流雷达散射特性的理论研究长期以来因面临着建模困难、计算量巨大等技术瓶颈而进展缓慢。正是因为如此，人们当前对尾流散射特性的认识不够深入，使得现有探测方法和探测实验的研究具有很大的盲目性，探测实验的很多结果也无法在机理层面给出合理的解释。从这点来看，飞机尾流电磁散射特性不明确的现状已严重制约了飞机尾流雷达探测技术的发展，加强尾流雷达散射特性快速计算方案的研究具有重要的理论价值和应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:针对飞机尾流电磁散射特性计算量、存储量巨大的问题，提出一种晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性快速计算方法，可以计算得到尾流的窄带和宽带特性，为尾流回波模拟提供基础。
[0005]本发明技术方案一种晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性快速计算方法，其特征包括下述步骤:计算飞机尾流介电常数分布，计算飞机尾流内部电场分布，然后计算由散射积分方程导出的高振荡积分得到飞机尾流的雷达散射截面。
[0006]采用本发明可取得以下技术效果:本发明在解决了飞机尾流介电常数分布建模、飞机尾流内部电场分布获取和高振荡积分快速精确计算三个关键技术问题的基础上，提出了一种系统的飞机尾流雷达散射特性计算方法，其计算量和存储量与常规电磁散射特性计算方法相比得以成量级地下降。通过该计算解决方案可以计算得到飞机尾流的雷达散射截面与入射波频率的关系等，为相关雷达探测技术的发展提供理论和模型支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合说明书附图和具体实施对本发明作进一步更详细的说明。
[0008]图1是飞机尾流散射特性计算解决方法流程图；
[0009]图2是雷达与飞机尾流的几何关系；
[0010]图3是飞机尾流涡对的速度模型；
[0011]图4是飞机尾流与背景空气的相对介电常数差异的分布；
[0012]图5是飞机尾流的雷达散射截面与入射波频率的关系。
【具体实施方式】
[0013]为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。
[0014]图1是飞机尾流雷达散射特性计算解决方案流程图。第一步，建立雷达与尾流的坐标系；第二步，计算飞机尾流与背景空气的相对介电常数差异的分布；第三步，计算飞机尾流内部总电场；第四步，计算Hertz矢量对应的高振荡积分；第五步，计算飞机尾流远场散射场；第六步，计算飞机尾流的雷达散射截面。下面对各步分别进行介绍。
[0015]第一步:建立雷达与飞机尾流的坐标系
[0016]建立雷达与飞机尾流的三个坐标系如图2所示。首先以飞机尾流两个涡核连线的中心为坐标原点O'，飞机飞行方向为X'轴，以涡核w和Ok的中心连线为y'轴，建立右手坐标系O' X' J' z'，称为尾流坐标系。以雷达发射天线为坐标原点0t，以发射天线水平极化方向为Xt轴，发射波束指向为Zt轴,建立坐标系0txtytzt,并设Zt轴与Z'轴相交于Z0点，称为发射天线坐标系。接收天线坐标系的定义类似发射天线坐标系，不再赘述。本发明以尾流坐标系作为参考坐标系，如非特别指明，相应的坐标均指尾流坐标系中的坐标。
[0017]第二步:计算飞机尾流与背景空气的相对介电常数差异的分布
[0018]这一步主要包括三部分:1、计算飞机尾流因其密度分布导致的与背景空气的第一
介电常数差异Δεdr; 2、计算飞机尾流因水蒸气浓度分布导致的与背景空气的第二介电常数差异.Δεvr; 3、将第一介电常数差异Δεdr和第二介电常数差异Δεvr求和得到飞机尾流与背
景空气总的介电常数差异的分布
【权利要求】
1.一种晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法，其特征在于，包括下述步骤:计算飞机尾流介电常数分布；计算飞机尾流内部电场分布；计算由散射积分方程导出的高振荡积分得到飞机尾流的雷达散射截面。
2.根据权利要求1所述的晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法，其特征在于，先计算飞机尾流与背景空气的相对介电常数差异的分布，再计算飞机尾流内部总电场。
3.根据权利要求2所述的晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法，其特征在于，计算由散射积分方程导出的Hertz矢量对应的闻振荡积分。
4.根据权利要求3所述的晴空飞机尾流稳定段雷达散射特性计算方法，其特征在于，先计算飞机尾流远场散射场，再计算飞机尾流的雷达散射截面。
【文档编号】G01S7/41GK103513235SQ201310421304
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】王雪松, 王涛, 李健兵, 李军, 刘忠训, 屈龙海, 庞晨 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学