针对二面角结构的雷达强散射源消除方法及二面角结构

本发明属于电磁波雷达隐身，具体涉及一种针对二面角结构的雷达强散射源消除方法。

背景技术：

1、雷达隐形的原理是通过降低己方目标的雷达散射截面rcs达到隐身效果。目前，实现无源隐身的方案可分为两类：一是为目标涂覆隐身涂料，对入射的电磁波以最大的程度吸收，降低设备的检测距离，使得目标在检测设备中“不可见”；二是使目标具备低散射的整体结构，通过改变目标结构，改变入射电磁波的回波特性，从而达到隐身和减小探测距离的目的。

2、然而，对于具有二面角、三面角(12,13)或类似特殊结构的目标而言，由于结构具有多重内反射和距离向压缩特性，角点部位的强散射源使其难以“隐身”。若采用第一类方案，即为二面角涂覆吸波材料，使入射波在二面角内的反射进行多次衰减，此法虽可在一定程度上弱化反射波，但是直二面角和锐二面角角域范围内的rcs值依然很高；因此目前针对二面角的处理仍多采用第二类整形方案，比如将直角二面角构造成钝角或锐角二面角，但其效果与第一类方案的效果类似，只能在一定程度将焦点散射强度弱化，并不能完全消除。

3、总之，对于结构为二面角的目标，以上两种方案均无法消除角点的强散射源，因此，为其寻找其他可行的方式以实现目标的“隐身”是必要的。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种针对二面角结构的雷达强散射源消除方法，用以解决现有涂覆吸波材料的方法和结构整形的方法均无法消除二面角结构角点强散射源的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种针对二面角结构的雷达强散射源消除方法，包括：

3、设计宽频编码超表面，铺设于二角面结构的角面上；所述宽频编码超表面为第一编码单元和第二编码单元按照最佳编码方式形成m×n的阵列，用于使电磁波均匀反射至空间各个方向；每个编码单元均包括三层；每一层均由基板和覆盖于基板上的pi膜形成，所述pi膜上具有特定尺寸的金属方环图案；其中，第一编码单元每层金属方环的外边长分别为l11,l12,l13，环宽分别为w11,w12,w13，第二编码单元每层金属方环的外边长分别为l21,l22,l23，环宽分别为w21,w22,w23，两种编码单元的反射相位差在宽频范围内稳定为180°；

4、设计柱状金属，位于以宽频编码超表面覆盖的两角面中间，柱状金属的轴线与二角面结构的棱平行，用于使入射的电磁波均匀地散射到角面的超表面上。

5、具体的，所述第一编码单元和第二编码单元金属方环的边长根据以下方式设计：

6、步骤s1、在仿真软件中构建k个金属方环尺寸不同的编码单元模型；其中，任一编码单元lk(k＝1,2,…k)三层结构的金属方环边长分别为lk1,lk2,lk3，环宽分别为wk1,wk2,wk3；

7、步骤s2、获取各个编码单元的反射相位-频率曲线图，以及任意两编码单元之间的相位差-频率曲线图；

8、步骤s3、根据相位差-频率曲线图，选取所有频率下相位差均为180°的两个编码单元，分别作为第一编码单元和第二编码单元。

9、具体的，所述宽频编码超表面中编码单元的最佳编码方式，根据以下流程获取：

10、步骤ss1、利用模拟退火算法，获取宽频范围内所有频点各自的最优编码方式所述频点i最优编码方式的方向性函数最大值满足：

11、

12、其中，表示频点i在第j种编码方式下的方向性函数最大值，h为频点数；

13、步骤ss2、基于各个频点的最优编码方式，利用模拟退火算法，获取宽频编码超表面的最佳编码方式；所述最佳编码方式的方向图函数满足：

14、

15、其中，表示频点i下生成的第j种编码方式的方向性函数，是频点i最优编码方式的方向性函数。

16、具体的，所述利用模拟退火算法，获取宽频范围内所有频点各自的最优编码方式，包括：

17、步骤ss101、对宽频范围内任一频点，随机生成初始编码方式w0，计算该编码方式下的方向性函数f0，函数最大值为max(f0)；

18、步骤ss102、设计扰动，产生编码方式w1，计算该编码方式下的方向性函数f1,函数最大值为max(f1)；

19、步骤ss103、计算方向性函数f1和f0最大值的差值δ＝max(f1)-max(f0)；若δ≤0，则接受新编码方式，使w0＝w1,f0＝f1；否则，按照metropolis准则接受新编码方式；

20、步骤ss104、判断是否达到迭代次数；若是，进入步骤ss105；若否，进入步骤ss102；

21、步骤ss105、判断是否满足终止条件；若是，结束运算，输出新编码方式作为该频点的最优编码方式；若否，缓慢降低温度，重置迭代次数后，进入步骤ss102；

22、步骤ss106、改变频点，重复以上步骤，直至获取宽频范围内所有频点各自的最优编码方式。

23、具体的，所述基于各个频点的最优编码方式，利用模拟退火算法，获取宽频编码超表面的最佳编码方式，包括：

24、步骤ss201、随机生成编码方式r0，计算每个频点下该编码方式的方向性函数f0i(i＝1,2,…,h)，h为频点数；

25、步骤ss202、设计扰动，产生编码方式r1，计算该编码方式下的方向性函数

26、步骤ss203、计算若δr≤0，接受新编码方式，使r0＝r1,否则，按照metropolis准则接受新编码方式；

27、步骤ss204、判断是否达到迭代次数；若是，进入步骤ss205；若否，进入步骤ss202；

28、步骤ss205、判断是否满足终止条件；若是，结束运算，输出新编码方式作为宽频编码超表面的最佳编码方式；若否，缓慢降低温度，重置迭代次数后，进入步骤ss202。

29、具体的，所述模拟退火算法的初始温度设置为1000°，退火系数为0.01，每个温度的迭代次数为1000次；所述终止条件为：温度降至最低。

30、具体的，所述宽频编码超表面包括24×24个编码单元；所述第一编码单元每层金属方环的边长分别为：l11＝3mm,l12＝9mm,l13＝3.5mm；第二编码单元每层金属方环的边长分别为：l21＝3mm,l22＝5.5mm,l23＝3mm；环宽均为1mm。

31、进一步的，所述柱状金属为圆柱金属，长度与二面角结构的棱长相同；圆柱金属的半径r满足：

32、

33、其中，l表示二面角角面中心的间距，λ表示入射电磁波中心频率对应的波长；圆柱金属利用金属支柱支撑于两角面中间，轴线与两角面的中心垂直距离相同，与二角面棱的垂直距离不超过二面角结构高度与圆柱半径的差值。

34、具体的，所述基板为介质泡沫，介电常数为1.09，在10ghz下的损耗为0.001。

35、另一方面，本发明实施例提供了一种二面角结构，包括：二面角结构、铺设于两角面的宽频编码超表面、以及利用金属支柱固定于两角面中间的柱状金属；其中，

36、所述宽频编码超表面为第一编码单元和第二编码单元按照最佳编码方式形成m×n的阵列，用于使电磁波均匀反射至空间各个方向；每个编码单元均包括三层；每一层均由基板和覆盖于基板上的pi膜形成，所述pi膜上具有特定尺寸的金属方环图案；其中，第一编码单元每层金属方环的外边长分别为l11,l12,l13，环宽分别为w11,w12,w13，第二编码单元每层金属方环的外边长分别为l21,l22,l23，环宽分别为w21,w22,w23，两种编码单元的反射相位差在宽频范围内稳定为180°；

37、所述柱状金属的轴线与二角面结构的棱平行，且距两个角面中心的垂直距离相同；用于使入射的电磁波均匀地散射到角面的超表面上。

38、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

39、1、首先，采用设计的宽频编码超表面铺设于角面，使反射电磁波均匀地分散到空间各个方向；

40、2、进一步采用柱状金属固定于二面角之间，利用其对电磁波天然的打散作用，使反射电磁波更加分散；最终使二面角结构的距离向解压缩，达到消除强散射点的效果。

41、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。