一种射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法与流程

1.本发明涉及雷达散射截面计算技术领域，尤其涉及一种射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法。


背景技术：

2.在现代战争中，雷达隐身技术具有非常广泛的应用。在具体战斗中，飞机、舰船、坦克等军事装备的目标雷达特性对战斗结果有着重要影响，雷达散射截面(radar cross section)，简称rcs，是定量描述目标雷达特性的参量，用σ表示，理论定义式为:
[0003][0004]
式中:l为目标到雷达天线的距离(m)；e
t
为入射雷达波在目标处的电磁场强度(n/c或a/m)；er为目标散射波在雷达接收天线处的散射强度(n/c或a/m)。式中l
→
∞表示测试距离满足远场条件，入射波和散射波都具有近似平面波的性质，可以认为目标雷达截面的物理意义是：目标总散射功率与单位面积入射波功率之比，这个比值具有面积的量纲，它的大小表示目标截获了多大面积的入射波功率。
[0005]
在计算机技术还不够成熟和计算电磁学还没有开始发展的时代，我们对电磁微波特性的研究主要通过理论计算推导和实验观察总结，某些复杂的电磁计算是人力难以完成的，随着计算机性能的不断提高和计算电磁学的发展，我们可以通过电磁仿真对电磁微波相关的事物进行模拟研究，通过软件进行仿真分析和具体设计，因此设计一种雷达散射截面计算方程是很有必要的。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法，通过电磁仿真软件对带金属底板吸波材料的目标雷达散射特性进行仿真分析，总结了在不同面积铺设时其rcs变化规律。
[0007]
为实现上述目的，本发明提供了一种射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法，具体包括以下步骤：
[0008]
在仿真软件eastwave中创建带金属底板吸波材料模型，仿真完成后输出单块材料的rcs曲线图，以及单块角锥吸波材料模型与单站360
°
扫角rcs曲线复合图；
[0009]
仿真低rcs吸波材料2
×
2矩阵铺设时的rcs，仿真完成后输出材料2
×
2矩阵铺设时的rcs曲线图；
[0010]
分别再仿真材料3
×
3矩阵、4
×
4矩阵、6
×
6矩阵铺设时的rcs曲线；
[0011]
统计带金属底板吸波材料不同矩阵铺设时的rcs数值，统计的入射角度为0
°
、80
°‑
90
°
、180
°
，将数据进行对比分析，总结带金属底板吸波材料不同面积铺设时rcs变化规律；
[0012]
远场条件下，带金属底板吸波材料的铺设面积变为原来的n倍，则电波垂直入射时，其rcs为原来的n
1.5
倍，公式表示为:
[0013][0014]
用对数表示为：
[0015]
10lgσn－10lgσ1＝15lgn
[0016]
式中σ1表示单块带金属底板材料电波垂直入射时的rcs，σn表示n块材料电波垂直入射时的rcs。
[0017]
其中，在所述统计带金属底板吸波材料不同矩阵铺设时的rcs数值，统计的入射角度为0
°
、80
°‑
90
°
、180
°
，将数据进行对比分析，总结带金属底板吸波材料不同面积铺设时rcs变化规律的步骤之后，还包括步骤：
[0018]
仿真吸波材料的反射率，记录rcs仿真频点对应的反射率数值，分析带金属底板吸波材料rcs与其反射率和其金属底板rcs、铺设倍数四者的关系方程；
[0019]
将单块吸波材料的rcs及反射率相互一致的材料铺设成吸波阵列，实测其rcs与反射率，再进行实测数据的对比分析。
[0020]
其中，所述带金属底板吸波材料rcs与其反射率和其金属底板rcs、铺设倍数四者的关系方程为：
[0021]
σ
a_dbsm
＝σ
b_dbsm
+γ-5lgn+1
[0022]
式中σa为带金属底板吸波材料rcs，σ
a_dbsm
为其对数形式，σb为金属底板的rcs，σ
b_dbsm
为其对数形式，γ为材料反射率电平，n为铺设面积倍数。
[0023]
本发明的一种射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法，在仿真软件eastwave中创建带金属底板吸波材料模型，仿真完成后输出单块材料的rcs曲线图，以及单块角锥吸波材料模型与单站360
°
扫角rcs曲线复合图，仿真低rcs吸波材料2
×
2矩阵铺设时的rcs，仿真完成后输出材料2
×
2矩阵铺设时的rcs曲线图，分别再仿真材料3
×
3矩阵、4
×
4矩阵、6
×
6矩阵铺设时的rcs曲线，统计带金属底板吸波材料不同矩阵铺设时的rcs数值，将数据进行对比分析，总结带金属底板吸波材料不同面积铺设时rcs变化规律，以便于对雷达散射截面进行计算，为建设雷达截面测试暗室的背景噪声理论计算提供依据。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1是本发明提供的射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法的流程图。
[0026]
图2是本发明提供的吸波材料单块仿真模型侧视图。
[0027]
图3是本发明提供的吸波材料单块仿真模型俯视图。
[0028]
图4是本发明提供的吸波材料2*2矩阵仿真模型侧视图。
[0029]
图5是本发明提供的吸波材料2*2矩阵仿真模型俯视图。
[0030]
图6是本发明提供的吸波材料单块仿真rcs曲线图。
[0031]
图7是本发明提供的角锥吸波材料单站360
°
扫角rcs曲线图。
[0032]
图8是本发明提供的吸波材料2*2矩阵仿真rcs曲线图。
[0033]
图9是本发明提供的吸波材料不同矩阵仿真rcs曲线对比图。
[0034]
图10是本发明提供的吸波材料反射率仿真曲线图。
[0035]
图11是本发明提供的材料rcs仿真与实测对比曲线。
具体实施方式
[0036]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0037]
请参阅图1至图11，本发明提供的一种射频暗室吸波主墙雷达截面积计算方程方法，吸波材料雷达截面积(rcs)与铺设面积关系方程的建立与验证具体步骤是：在仿真软件eastwave或其他电磁仿真软件中建立带金属底板吸波材料单块和多块模型，设置好合适的边界和激励，分别仿真计算模型的反射率和rcs性能，仿真完成后统计材料不同面积铺设时的rcs数据，进行对比分析，总结出数据之间的相互关系；同时对比电波从材料正上方垂直入射与电波从金属底板垂直入射时的rcs数据关系，总结出带金属底板吸波材料反射率及其rcs与金属底板rcs三者关系。设计仿真多种方案低散射吸波材料，从中筛选反射率和rcs都较低的方案进行样品制作，样品完成后进行实测验证，同样对实测数据进行对比分析，总结材料rcs变化规律及不同目标之间的数据关系。
[0038]
s1：在仿真软件eastwave或其他软件中创建带金属底板吸波材料模型，图1为低rcs吸波材料单块材料模型侧视图，图2为低rcs吸波材料单块材料模型俯视图，仿真完成后输出图5所示单块材料的rcs曲线图，图6为单块角锥吸波材料模型与单站360
°
扫角rcs曲线复合图。
[0039]
s2：仿真低rcs吸波材料2
×
2矩阵铺设时的rcs，图3为低rcs吸波材料2
×
2矩阵模型侧视图，图4为低rcs吸波材料2
×
2矩阵模型俯视图，仿真完成后输出图7所示材料2
×
2矩阵铺设时的rcs曲线图。
[0040]
s3：分别再仿真材料3
×
3矩阵、4
×
4矩阵、6
×
6矩阵铺设时的rcs曲线，图8为带金属底板吸波材料不同矩阵铺设时的rcs曲线对比图。
[0041]
s4：统计带金属底板吸波材料不同矩阵铺设时的rcs数值，主要统计的入射角度为0
°
、80
°‑
90
°
、180
°
，将数据进行对比分析，如表1所示，总结带金属底板吸波材料不同面积铺设时rcs变化规律，表2为平面金属底板rcs理论计算值对照表，仿真rcs统计表中180
°
为反射底板的垂直入射，其不同矩阵的数值与表2理论计算值都是吻合的，说明仿真结果有很高的精度。
[0042][0043]
表1带金属底板吸波材料不同矩阵铺设时仿真rcs统计表
[0044][0045]
表2平面金属底板rcs理论计算值对照表
[0046]
s5：仿真吸波材料的反射率，图9所示为吸波材料的反射率曲线，记录rcs仿真频点对应的反射率数值，分析带金属底板吸波材料rcs与其反射率和其金属底板rcs、铺设倍数四者的关系方程。
[0047]
s6：将单块吸波材料的rcs及反射率相互一致的材料铺设成吸波阵列，实测其rcs与反射率，再进行实测数据的对比分析，图10为吸波阵列rcs仿真与实测对比曲线，表3为吸波阵列rcs仿真与实测数据的对比分析表，测得材料单块与2
×
2矩阵的数据与仿真计算理论值一致，其关系方程可靠。
[0048][0049]
表3吸波材料rcs仿真与实测数据统计对比
[0050]
远场条件下，带金属底板吸波材料的铺设面积变为原来的n倍，则电波垂直入射时，其rcs为原来的n
1.5
倍，公式表示为:
[0051][0052]
用对数表示为：
[0053]
10lgσn－10lgσ1＝15lgn
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0054]
式中σ1表示单块带金属底板材料电波垂直入射时的rcs，σn表示n块材料电波垂直入射时的rcs。
[0055]
本发明的仿真研究，是通过电磁仿真软件对不同面积铺设的带金属底板吸波材料进行单站扫角rcs性能仿真，通过仿真数据的对比分析，还总结出带金属底板吸波材料反射率及其rcs与金属底板rcs、铺设倍数四者关系，结论为：远场条件下，带反射板材料rcs＝其反射板rcs+材料反射率电平－修正因子(5lgn-1)，用公式表为：
[0056]
σ
a_dbsm
＝σ
b_dbsm
+γ-5lgn+1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0057]
式中σa为带金属底板吸波材料rcs，σ
a_dbsm
为其对数形式；σb为金属底板的rcs，σ
b_dbsm
为其对数形式，γ为材料反射率电平，n为铺设面积倍数。
[0058]
本发明的关系方程能够实现吸波材料不同面积铺设时的实测吸波材料雷达截面
积数据的变化规律与仿真研究的结论一致。
[0059]
实施例：在三维全波仿真软件中创建图1所示的吸波材料单块仿真模型，基本结构由600mm
×
600mm
×
130mm的底座与高度为570mm的4
×
4矩阵四棱锥组成，导入介电常数和介质损耗等电磁参数，创建空气盒子设置pml理想匹配层吸收边界和平面波激励，求解材料单站rcs。其中，单块材料底座总宽度为600mm，底座高度为130mm，单锥底部宽度为150mm，锥体高度为570mm，材料总高度为700mm，材料底座高度与锥体高度为仿真软件求解最佳反射率扫描变量得到的结果。后期进行样品制作和实测验证，并统计实测数据，将其与理论值及仿真值进行对比分析，进一步确认仿真研究的结论。
[0060]
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。