非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)RCS仿真方法.pdf

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252014Vol35No．51374-1384ISSN1000—6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．CRhkxb@buaaedu．cn非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)RCS仿真方法戴崇1’2，徐振海1’*，肖順平11．國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙4100732．中國(guó)人民解放軍61541部隊(duì)，北京100094摘要：針對(duì)非合作目標(biāo)難以開展動(dòng)態(tài)測(cè)量的問題，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理提出了一種非合

2、作目標(biāo)動(dòng)態(tài)雷達(dá)散射截面(RCS)仿真方法。該方法首先建立測(cè)量背景下典型飛行航路模型，然后計(jì)算雷達(dá)視線在機(jī)體坐標(biāo)系上的時(shí)變姿態(tài)角。根據(jù)姿態(tài)角開展電磁計(jì)算，獲得F-117A隱身攻擊機(jī)在側(cè)站平飛、背站拉起、對(duì)站俯沖、側(cè)站盤旋4種航路下的動(dòng)態(tài)RCS數(shù)據(jù)。著重分析了動(dòng)、靜態(tài)RCS特性在起伏目標(biāo)檢測(cè)性能評(píng)估上的差異。結(jié)果表明：靜態(tài)RCS特性難以反映目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)真實(shí)的雷達(dá)特性，利用靜態(tài)數(shù)據(jù)描述目標(biāo)特性可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論，而文中方法獲取的動(dòng)態(tài)RCS數(shù)據(jù)可以提高結(jié)論的完整性和可信度。關(guān)鍵詞：非合作目標(biāo)；動(dòng)態(tài)特性；雷達(dá)散射截面；空氣動(dòng)力學(xué)；雷達(dá)

3、原理中圖分類號(hào)：V24；TN955+．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6893(2014)05—1374—11動(dòng)態(tài)測(cè)量口1和靜態(tài)測(cè)量[21是研究雷達(dá)散射截面(RadarCrossSection，RCS)的主要手段。動(dòng)態(tài)測(cè)量起源較早，1942年麻省理工學(xué)院測(cè)量了實(shí)際飛行中的B-26轟炸機(jī)全向RCS數(shù)據(jù)。限于技術(shù)條件，當(dāng)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)無法與目標(biāo)姿態(tài)精確對(duì)應(yīng)。通過對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，美國(guó)蘭德公司的Swerling提出了描述目標(biāo)RCS起伏的統(tǒng)計(jì)模型[3]，這些模型是目前研究起伏目標(biāo)檢測(cè)性能的基礎(chǔ)H]。1965年美國(guó)海軍實(shí)

4、驗(yàn)室制造了第1部目標(biāo)特性測(cè)量雷達(dá)，測(cè)得的C一54運(yùn)輸機(jī)動(dòng)態(tài)RCS特性[53是第1組真正意義的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)無法反映動(dòng)態(tài)的雷達(dá)特性和雷達(dá)獲取數(shù)據(jù)的時(shí)序信息，目前雷達(dá)界普遍將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)作為研究基礎(chǔ)。2005年，法國(guó)國(guó)防部主導(dǎo)的MOSAR計(jì)劃¨3建立了龐大的動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)庫(kù)作為非合作目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的依據(jù)。2011年，北京航空航天大學(xué)提出的突防航跡設(shè)計(jì)方法[71也是基于動(dòng)態(tài)RCS數(shù)據(jù)。合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)測(cè)量較為成熟，美國(guó)在大西洋靶場(chǎng)建立了龐大的動(dòng)態(tài)RCS測(cè)量系統(tǒng)，可提供150MHz～35GHz的實(shí)時(shí)RCS測(cè)量[8]，中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院

5、也開展了類似研究[9]。非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)，仿真手段提供了一條可行途徑。針對(duì)彈頭[10

6、、箔條云[1婦等目標(biāo)有比較完善的動(dòng)態(tài)RCS仿真方法，針對(duì)飛機(jī)目標(biāo)近年來也進(jìn)行了方法上的探討[12

7、。本文運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理提出一種非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)RCS仿真方法，獲取了F一117A隱身攻擊機(jī)在4種典型航路下的動(dòng)態(tài)RCS特性數(shù)據(jù)。1仿真方法1．1仿真內(nèi)容動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)別于靜態(tài)數(shù)據(jù)的機(jī)理，主要收稿日期：2013-07—17；退修日期：2013．08—20；錄用日期：2013—09—28；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2013—10—2313：01網(wǎng)

8、絡(luò)出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929V．201310231301．002html*通訊作者．Tel．：0731—84573491E—mail：xzh930@aliyun．com朝甩格武：DaiC．XuZH，XiaoSPSimulationmethodofdynamicRCSfornon-cooperativetargetsfJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(5)：1374．1384。戴崇．徐扳海．讒順平．非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)RCS仿

9、真方法!JI．航空學(xué)報(bào)．2014。35(5)：1374-1384，戴崇等：非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)RCS仿真方法1375包括：1)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引入的姿態(tài)角實(shí)時(shí)變化。2)上升氣流和側(cè)向風(fēng)導(dǎo)致的飛行姿態(tài)擾動(dòng)。3)振動(dòng)效應(yīng)：如晴空湍流導(dǎo)致的機(jī)翼顫振。4)轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)：如飛行控制方向舵tl主轉(zhuǎn)動(dòng)。5)形變效應(yīng)：目標(biāo)機(jī)動(dòng)飛行機(jī)體結(jié)構(gòu)變化。1)～2)是主要因素，它反映了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)真實(shí)的雷達(dá)特性。3)～5)是次要因素，如果選擇合適的工作頻段，振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和形變效應(yīng)引入的附加運(yùn)動(dòng)幅度小于波長(zhǎng)量級(jí)，其影響將可以忽略。姿態(tài)角包含方位角和俯仰角二維信息。文獻(xiàn)[8

10、]根據(jù)雷達(dá)視線實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)方位角從全方位向RCS靜態(tài)數(shù)據(jù)中插值生成動(dòng)態(tài)RCS序列。該方法忽略了俯仰角信息，無法保證RCS的完整性和可信度，這是一種簡(jiǎn)化的范式，如圖1(a)所示。另一種較復(fù)雜的范式如圖1(b)所示。一圖1描述目標(biāo)動(dòng)態(tài)RCS的兩種范式Fig．1Twoparadigmsfordescribingtarge