一种新型高性价比低散射支架的设计方法及相应的支架与流程

本发明涉及雷达目标特性测试技术领域，具体设计一种新型高性价比低散射支架的设计方法及相应的支架。

背景技术：

电磁散射特性测量过程中，需将被测目标支撑到一定的高度，使被测目标在空中实现旋转或俯仰动作，以模仿被测目标在实际工作中的各种状态，并通过在相应的方位上设置测试点，获得被测目标的电磁散射特性。

曾用过的支架及支撑技术有绳索吊挂、聚苯乙烯泡沫支架、介质杆支架等。但随着目标特性、目标识别、隐身技术的发展，需要进行幅相测量、低RCS测量、二维成像测量，这就要求支架自身RCS很低，且测试中支架的散射信号幅相要稳定，以对背景进行对消处理。但上述各种支架及支撑技术不能满足要求。

中国航天科工集团二〇七所在专利“低RCS测试用金属支架”(公开号：CN201107406Y)中，所设计金属支架的横断面呈杏仁形，背向照射方向的一侧为两边对称的弧形，克服了现有技术中由于横断面两端为尖棱状而导致的顶端截面面积较小、容易划伤工作人员的问题，尤其适用于低RCS测试；北京航空航天大学在专利“低雷达散射截面金属支架总散射场计算方法”(公开号：CN102967774A)中，通过金属支架顶端加装一个经过合理外形设计的低散射金属端帽，并从金属支架与端帽组合体的散射场中滤除金属端帽的散射场，得到金属支架的散射场，为最终目标的RCS精确测量提供了保证；北京航空航天大学在专利“低雷达散射截面金属支架及其设计方法”(公开号：CN102944868A)中，根据低RCS预估公式，从横断面的一组轮廓线特性公式表达式中选择一个轮廓线用于横断面的设计，根据支架的高度和倾斜角，均匀连接各横断面，得到支架的外形。

上述专利主要针对低散射支架的散射特性进行优化，支架外形沿用经典的尖拱形。尖拱形支架的金属外壳呈橄榄形，前缘和后缘制成很尖的锐角，支架朝入射波方向倾斜，以减小后向散射电磁波。由凯勒散射锥的原理可知，前倾角增加，后向散射减小。实际结构的倾角应考虑支架强度和电磁性能两个因素。尖拱形支架后向散射幅相稳定，为背景的矢量相减提供了有力条件，比较适用于低可观测目标的测量，在RCS测试中得到了广泛使用。尖拱形支架昂贵的造价为其推广应用带来诸多不便。并且经典的尖拱形支架内有一转子支撑目标，并使目标旋转，支架同时兼顾承重和电磁特性两个性能，使得结构复杂，价格昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型高性价比低散射支架的设计方法及相应的支架，通过优化设计支架外形，将支架强度和电磁特性分离处理，使外形支架具有低散射特性，内部设置圆柱负责承重，以达到提高费效比的目的。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种新型高性价比低散射支架的设计方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、根据承重要求，确定外形支架内所含圆柱的直径大小；

S2、根据圆柱直径大小，选择外形支架的轮廓形线；

S3、同时优化外形支架的轮廓形线和每节长度。

上述的新型高性价比低散射支架的设计方法，其中，在步骤S3后，还包含以下步骤：

S4、计算支架电磁散射特性，满足要求则结束计算，计算完毕仍不满足要求，则返回步骤S3继续优化。

上述的新型高性价比低散射支架的设计方法，其中，所述的步骤S3中：

采用数值计算方法对支架轮廓形线进行优化设计，构建支架式，将其建模为闭合体，混合场积分方程与电场积分方程写成：

$CFIE=\mathrm{\α}\·EFIE+\frac{j}{k}(1-\mathrm{\α})\·MFIE,$

式中，CFIE为混合场积分方程、EFIE为电场积分方程，MFIE为磁场积分方程，α为混合因子，k为波数。

上述的新型高性价比低散射支架的设计方法，其中，所述的步骤S4中：

对步骤S3中设计的多个支架外形逐一剖分网格，采用混合场积分方程计算每个支架的电磁散射特性。

上述的新型高性价比低散射支架的设计方法，其中，所述的步骤S1中：

所述圆柱直径采用力学仿真软件获取。

一种由所述的新型高性价比低散射支架的设计方法设计而成的新型高性价比低散射支架，其中：在支架前缘涂敷电波吸收材料，在支架侧面涂敷磁性吸波材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：通过优化设计支架外形，将支架强度和电磁特性分离处理，使外形支架具有低散射特性，内部设置圆柱负责承重，以达到提高费效比的目的。

附图说明

图1为本发明的设计方法流程图；

图2为本发明的实施例中的支架立体图；

图3为图2中支架在垂直入射下X波段支架RCS分布。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明提供了一种新型高性价比低散射支架的设计方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、根据承重要求，确定外形支架12内所含圆柱11的直径大小；

S2、根据圆柱直径大小，选择外形支架12的轮廓形线；

S3、同时优化外形支架12的轮廓形线和每节长度；

S4、计算支架1电磁散射特性，满足要求则结束计算，计算完毕仍不满足要求，则返回步骤S3继续优化。

本实施例中，将以X波段RCS为-35db为优化设计指标，以2吨为承重目标，进行新型高性价比低散射支架的设计，过程具体如下：

S1、以2吨承重为目标，圆柱11直径采用力学仿真软件获取，直径为0.18m，且支架外形12必须能够包裹要求大小的圆柱体，这样才能达到支架1承重强度和电磁特性分离处理的目标；

S2、根据圆柱11直径，选择外形支架12的轮廓形线，如图2所示，一般支架外壳呈橄榄形，前缘和后缘制成很尖的锐角(橄榄形必须能够包裹S11中的圆柱，这和低RCS设计相背而行)；

S3、同时优化支架1轮廓形线和每节长度，每节长度和轮廓形线是一对矛盾(一般而言每节长度越长，RCS越小，但是会导致轮廓形线展宽，RCS变大)，因此兼顾长度和轮廓形线设计多个支架外形；

S4、针对S3中设计的多个支架1外形，逐一剖分网格，采用混合场积分方程计算每个支架1的电磁散射特性，满足要求停止计算，计算完毕仍不满足要求，返至上步继续优化轮廓形线和每节长度，直至计算满足要求为止。

上述步骤S3中，传统的在优化设计低散射支架轮廓形线的过程中，需要进行大量的仿真计算，以16GHz为例，支架网格剖分三角面片个数达到百万以上，时间耗费相当严重，甚至不可接受，所以，在进行支架优化设计时，往往采用高频计算方法预估棱边绕射、尖顶绕射和表面行波，但是，在低散射支架设计时，高频方法在精度上很难满足要求；

因此，本实施例中，采用数值计算方法对支架1轮廓形线进行优化设计，构建支架式，将其建模为闭合体，对于闭合体而言，混合场积分方程与电场积分方程，相比在计算精度上一致，可以写成：

$CFIE=\mathrm{\α}\·EFIE+\frac{j}{k}(1-\mathrm{\α})\·MFIE,$

式中，CFIE为混合场积分方程、EFIE为电场积分方程，MFIE为磁场积分方程，α为混合因子，k为波数；

混合场积分方程在收敛性上远优于电场积分方程，可以利用这一收敛特性优势对支架进行高效的电磁散射特性仿真。

如图2所示，本实施例中设计的低散射支架1高度为3m，每节高度1m，长度1.135m，宽度0.215m，图3所示表格是其垂直入射下水平极化、垂直极化两种状态下X波段支架RCS分布，其中近场RCS是由偶极子作为发射、接收天线标定计算而得，所设计的支架1近场、远场RCS均在-35dB以下，在1dB测试精度要求下，可以测量-15dB低RCS目标。若考虑在支架1前缘涂敷电波吸收材料，在支架1侧面涂敷磁性吸波材料，前者为降低垂直极化的前缘后向散射，后者为减小水平极化的后缘表面波，则涂敷吸波材料的衰减作用(10dB衰减)，那么该支架1实际可以测量-20dB低RCS目标。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。