基于基于FEKO软件的目标软件的目标RCS计算及数据分析计算及数据分析
雷达工程师通常需要计算和分析目标的雷达散射截面(RCS)数据,通过RCS的一维概率密度函数及二维密度
分布图来分析目标的隐身特性。另外,通过雷达对目标的扫描角度旋转及入射平面波频率变化获得的RCS数
据,通过二维逆傅里叶变换可获得目标的逆合成孔径雷达成像。FEKO是一款三维电磁场分析软件,给出了基于
FEKO软件计算目标的RCS,并利用软件的Lua脚本语言分析目标RCS一维概率密度函数、RCS二维密度分布及
逆合成孔径雷达成像技术。
0 引言引言
电子对抗是现代战争中的关键之一。随着雷达技术的发展,雷达的探测能力不断提高,发现目标的距离大大缩短,因此隐
身技术成为增强突击能力和包含自身安全的重要手段。例如,在四代战机中,隐身性能是其核心技术指标之一。目标的隐身性
能取决于其雷达散射截面(RCS)的大小。目前,确定一个目标的RCS通常依赖于试验测量和电磁理论仿真计算。试验测量
方法受测试条件、环境、成本等影响往往难度大。
伴随着计算电磁学(CEM)的发展,计算电磁仿真技术已经广泛应用各类电磁问题。特别是基于积分方程的快速算法多层
快速多极子(MLFMM)算法的出现
[1-2]
,使得精确计算大尺寸目标的RCS成为可能。
雷达工程师对通过测量或者电磁仿真计算得到的RCS数据需要进行各类分析及应用
[3-4]
,具体包括:
(1)目标的可探测性:需要分析目标随频率、方位变化的RCS值。分析目标的RCS概率密度;
(2)目标电磁隐身特征分析:分析目标各方位的RCS分布,例如分析哪种方位易被雷达捕获等;
(3)目标识别:分析目标的雷达高分辨距离像(HRRP)及逆合成孔径雷达成像(ISAR)。
本文应用FEKO软件对目标RCS进行计算,并应用Lua脚本语言对目标的RCS数据进行分析。首先,采用MLFMM及高阶矩
量法计算了某导弹模型的单站RCS,其次对RCS数据进行一维概率密度统计,并三维显示了RCS强度分布图。最后实现了逆
合成孔径雷达(ISAR)成像。
1 RCS仿真方法仿真方法
基于积分方程的多层快速多极子方法(MLFMM)是以矩量法为基础的快速算法,MLFMM将计算存储量和计算复杂度降低到
N·Log(N)量级,因此MLFMM已经广泛应用于电大尺寸问题的散射和辐射分析中
[5]
。另外,高阶基函数(HOBF)矩量法也适合
求解电大尺寸问题的分析,HOBF克服了MLFMM方法对某些强谐振问题收敛差的问题,特别对单站RCS计算时,HOBF由于
仅需一次矩阵求逆计算,单站RCS计算速度非常快。
相比精确的数值方法,高频近似方法物理光学(PO)也常用于电大尺寸目标的RCS计算中。PO常用于简单的、光滑的模型计
算中,PO忽略了射线的多次反射和绕射。
在商用软件中,FEKO软件是第一款实现MLFMM商用的三维电磁仿真软件,软件包含有限元(FEM)方法,HOBF矩量法以
及高频算法(物理光学PO、几何光学GO)等。丰富的计算电磁学算法使得FEKO软件已经广泛应用各类RCS问题的精确、快速
求解。
2 目标目标RCS数据分析数据分析
FEKO软件的后处理PostFEKO提供脚本语言Lua。Lua是一个小巧的脚本语言,完全嵌入到了PostFEKO中。应用Lua脚本
可方便对目标的RCS数据进行处理及二次开发,返回的二维曲线及三维结果可在PostFEKO中直接显示。本文基于Lua脚本对
目标的RCS进行了ISAR成像和数据分析。
2.1 RCS逆合成孔径雷达(逆合成孔径雷达(ISAR)成像)成像
逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar)成像是通过信号处理获得雷达探测目标的二维图像。在军用雷达系统中
常用ISAR进行目标探测和识别。通过目标随频率和方位变化的RCS散射数据可得到目标的ISAR成像。其中纵向距离(down-
range)定义为平行于入射方向的轴,down-range成像需要宽频带的散射场。横向距离(cross-range)垂直于down-range,应用
不同角度的散射场数据可得到cross-range的成像。
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