一种V型金属结构的RCS减缩方法

本发明涉及金属结构的rcs减缩，特别是涉及一种v型金属结构的rcs减缩方法。

背景技术：

1、电大尺寸金属结构的rcs减缩对于飞机以及舰船平台的隐身设计具有重要的意义。在飞机、舰船等平台上分布着很多v型的结构金属结构，如飞机的头部以及机翼的连接处等。当平面波以一定角度入射时，在电大尺寸的v型金属结构表面会产生行波电流分布，此时结构体的rcs较差，可能导致飞机或舰船的隐身性能发生严重的恶化。

2、针对v型金属结构的rcs减缩问题，常用的手段包括材料加载、形状修正等。通过吸波材料的加载能够将抑制金属机构体表面激励的感应电流，然而，吸波材料的维护往往会造成大量成本的增加。利用形状修正的方法进行行波电流后向散射抑制的方法的原理是利用一些曲线形状，减小金属结构体本身的不连续性。然而，目前形状修正方法大多是通过经验进行设计，经过大量的优化找到最佳形状，缺乏理论参考，因此会造成大量时间成本的消耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种v型金属结构的rcs减缩方法，基于辛格(sinc)函数构造了电大尺寸v型金属结构末端无返射的行波电流分布，有效降低了金属结构体的rcs，提升了rcs减缩设计的效率。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种v型金属结构的rcs减缩方法，包括以下步骤：

3、s1.根据入射平面波参数与v型金属结构的尺寸，在v型金属结构表面构造基于sinc函数的行波电流分布；

4、所述的入射平面波参数包括入射波频率f、入射波波长λ和入射波的来波方向θ；

5、步骤s1中所述的在v型金属结构表面构造基于sinc函数的行波电流分布包括：

6、s101.设v型金属结构长度l，两臂等长且两臂之间夹角为60°，v型金属结构的中点距离起始端点的长度z0为l/2，选择sinc函数对行波电流幅度分布进行构造：

7、对于v型金属结构上与金属末端之间长度为z的点，其电流幅度为：

8、c(z)＝sinc(νk×|z-z0|)；

9、其中，sinc表示辛格函数，表达式为k表示波数，取值为2π/λ，ν表示用于调控电流分布的极小值因子，取值范围为0.5-1，z0表示v型金属结构的顶点距离起始端点的距离；其中z在取值范围为[0,l]内不同取值处的电流幅度，即构成了行波电流模型中v型金属结构的电流幅度分布；

10、s103.构建v型金属结构的行波电流分布：

11、对于直杆型金属结构上与金属杆末端之间长度为z的点，其电流i(z)为：

12、

13、c0表示电流峰值，为常数，表示直杆型金属结构上与金属杆末端之间长度为z的点的电流相位因子，β表示传播常数，等于2π/λ；z在取值范围为[0,l]内不同取值处的电流，即构成了行波电流模型中v型金属结构的行波电流分布。

14、s2.通过调整矩量法阻抗矩阵实现电流调控，并利用ga遗传算法确定了用于调控v型金属结构阻抗矩阵的矩阵变量值。

15、s201.将v型金属结构被剖分为n段，共有n+1个端点，分别为端点0，端点1，…，端点n；各个端点的坐标可以表示为[x0,x1,…,xn-1,xn]，其中x0为起始点坐标，xn为末端端点的坐标，第n段的端点对应的坐标为[xn-1,xn]；

16、在矩量法中电流被定义在相邻两段上的基函数展开，对于端点n(坐标为xn)而言，其相邻两段上基函数fn(x)表示为：

17、

18、其中，x表示第n-1个端点与第n+1个端点之间的任一点的坐标值，即x的取值范围(xn-1，xn+1)，n＝1,2,…n-1；

19、将v型金属结构表面的电流分布由基函数的加权和表示；v型金属结构的表面电流由下式表示其中αn为基函数fn(x)的加权系数；

20、s202.利用电场积分方程得到的算子获取v型金属结构的阻抗矩阵：

21、电场积分方程为其中es为散射场，g为格林函数，l为直杆型金属结构的长度；dl′为直杆型金属结构上的矢量线元；ω为散射场的角频率，μ为自由空间磁导率，为常数，r为直杆型金属结构上某点与远场观察点直接的距离矢量，r′为直杆型金属结构上某点的位置矢量；

22、根据金属表面的电场边界条件得其中ei为平面波的入射场；

23、通过矩量法能够将电场积分方程离散化，电流由基函数的步骤s201中的形式表示，即由向量的形式表示为[i]＝[α1f1,α2f2,…,αn-1fn-1]t；

24、ei为已知的平面波的入射场，ei在v型金属结构每一段位置处的电场，表示为n-1维的激励向量[v]，积分方程电流到电场的映射由算子z表示，该算子写为n-1阶矩阵的形式，即n-1阶阻抗矩阵[z]，则[z][i]＝[v]；

25、s203.利用阻抗加载的方式能够对阻抗矩阵[z]进行调控，v型金属结构被剖分成了n段，在每段对应的端点坐标为[x1,x2,…,xn-2,xn-1]的位置处进行电阻串联加载；

26、在v型金属结构表面进行阻抗加载等效于对阻抗矩阵的对角线元素进行调控，其中n-1个阻抗加载组成一个矩阵变量，由一个n-1阶的对角矩阵表示，即[zl]＝diag(zl1,zl2,…,zln-1)；其中zln表示第n个阻抗加载的阻抗值，diag表示对角矩阵；

27、s204.根据矩量方程，对阻抗矩阵[z]进行调控后，v型金属结构表面的电流分布由下式表示[il]＝[z+zl]-1[v]，此处[il]表示加载后v型金属结构表面的电流分布，[il]为一个n-1维的向量，每个向量元素与v型金属结构的位置相对应；

28、s205.根据确定的基于sinc函数的行波电流分布，在n-1个点上进行电流采样，得到维数为n-1的基于sinc函数的行波电流分布[i]＝[i1，i2，…，in-1]t，其中

29、确定优化的目标函数，即fobj＝[il]-[i]＝[z+zl]-1[v]-[i]，优化的变量为[zl]，为了使电流分布模型逼近维数为n-1的基于sinc函数的行波电流分布，优化变量[zl]需要使目标函数的二范数||fobj||2足够小，理想状态下||fobj||2接近0，ga遗传算法将自动收敛于目标函数fobj＝[il]-[i]＝[z+zl]-1[v]-[i]二范数||fobj||2的局部最小值，此时认为优化完成，并和输出此时的优化变量[zl]；

30、在v型金属结构上，按照[zl]进行阻抗加载，实现逼近于步骤s1中构造的基于sinc函数的行波电流分布，从而实现rcs减缩。

31、本发明的有益效果是：本发明基于辛格(sinc)函数构造了电大尺寸v型金属结构末端无返射的行波电流分布，基于辛格(sinc)函数的行波电流分布能够有效的降低金属结构体的rcs，为隐身设计提供了可靠的依据，基于rcs减缩方法能够有效提升rcs减缩设计的效率。

技术特征：

1.一种v型金属结构的rcs减缩方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种v型金属结构的rcs减缩方法，其特征在于：步骤s1中所述的入射平面波参数包括入射波频率f、入射波波长λ和入射波的来波方向θ。

3.根据权利要求1所述的一种v型金属结构的rcs减缩方法，其特征在于：步骤s1中所述的在v型金属结构表面构造基于sinc函数的行波电流分布包括：

4.根据权利要求1所述的一种v型金属结构的rcs减缩方法，其特征在于：所述步骤s2包括以下子步骤：

技术总结
本发明公开了一种V型金属结构的RCS减缩方法，包括以下步骤：S1.根据入射平面波参数与V型金属结构的尺寸，在V型金属结构表面构造基于sinc函数的行波电流分布；S2.通过调整矩量法阻抗矩阵实现电流调控，并利用GA遗传算法确定了用于调控V型金属结构阻抗矩阵的矩阵变量值。本发明基于辛格(sinc)函数构造了电大尺寸V型金属结构末端无返射的行波电流分布，有效降低了金属结构体的RCS，提升了RCS减缩设计的效率。

技术研发人员：吴琦,吴迪
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12