[发明专利]超高音速飞行器的雷达散射截面快速计算方法

说明书

本发明提出了一种超高音速飞行器的雷达散射截面快速计算方法，其包含：S1、基于飞行器运动状态下其周围等离子体分布特征，提取得到基于等离子体流场数据分布的物理场参数，该物理场参数包含等离子体电子密度、碰撞频率；S2、对计算区域进行网格划分，基于离散化的等离子体流场数据分布信息，获取相应运动情形状态下所对应的谱函数分布模型；S3、基于等离子体流场数据分布的物理场参数进行相应雷达散射截面求解；S4、设定不同入射角度，根据所划定的网格信息获取不同方位角的雷达散射截面。其优点是：提供了一种简单快速的等效电磁波雷达散射截面求解方法。

技术领域

本发明涉及雷达散射截面求解技术领域，具体涉及一种超高音速飞行器的雷达散射截面快速计算方法。

背景技术

再入或临近空间高超声速隐身飞行器在大气层中飞行时，会形成等离子体绕流和尾迹，将严重影响飞行器的电磁散射特性，从而使得临近空间高超声速飞行器表现出与大气层内常规飞行器和大气层外轨道飞行器在电磁散射特性上的明显不同，对飞行器的探测、跟踪带来新的挑战(A.H.Richard.The application of light gas gun facilitiesfor hyper-velocity aerophysics research[R].AIAA92-98.)。当超高速飞行器临近空间飞行时，周围的空气被急剧压缩、飞行器与空气之间强烈磨擦，表面被加热，产生红外辐射与可见光辐射，弹体表面形成等离子鞘套、飞行器下游形成电离尾迹，极大地改变了飞行器的电磁特性(乐嘉陵,高铁锁,曾学军.载人物理[M],北京：国防工业出版社，2005.张志成,气动物理学[M].北京：国防工业出版社，20(3),2013)。以往的研究表明，空间大气层中再人物体，或者超高音速隐身飞行器的电磁散射主要来源其尾迹的湍流等离子体场(G.F.Pippert.On the structure of wake turbulence deduced from field radarmeasurements[R].AIAA Paper 630-640,1963)。

通常，超高速飞行器头身部绕流电离流场一般处于层流状态。而尾迹流场一部分是层流、一部分是湍流。层流的电磁散射一般是镜面散射，其后向散射的比例很小。湍流相对于受照射的电磁波波长，分为过密湍流和亚密湍流，过密湍流是面漫散射，亚密湍流是体散射，亚密湍流的电磁散射的强度通常要比过密湍流大得多。因此，亚密湍流尾迹的雷达特性是防御雷达目标识别的主要研究内容之一，对其进行分析具有重要的实际意义。

超高速飞行器及绕流的雷达散射截面(RCS，Radar Cross Section)特性模拟方面，分析方法大致可以分为三类。精确解析法，高频近似法和数值模拟法(于哲峰，刘佳琪，刘连元等。临近空间超高声速飞行器RCS特性研究，宇航学报，2014，35(6)，713-717)。三种方法各有优缺点，精确的解析方法是最准确的，但是只能对于有限的外形求解。近似解法运算速度快，可以解决电大尺寸问题，但是计算精度有限，对于复杂外形的处理也存在问题(苏汉生，张作一，刘秀详等，飞行器等离子体鞘套与电磁波相互作用预测方法，北京临近空间飞行器系统工程研究所，专利号：CN106611083A,2017.5)；数值模拟法如时域有限差分方法等，快速多机子算法和有限元算法等，计算精度高，可以方便的计算外形和介质复杂飞行器的RCS，缺点是难以解决电大尺寸问题(陈如山，丁大志，樊振宏等，飞行器共形亚网格电磁散射特性分析的仿真方法，南京理工大学，专利号：CN105653747A，2014.6)。此外，还有通过测试方法获取等离子体包围目标的雷达散射截面(谢楷，赵凉，秦永强，李小平，等离子体包覆材料的雷达反射特性测量装置及方法，西安电子科技大学，专利号：CN102809577A,2012.12)。

总体来说，高超声速飞行器亚密湍流尾迹RCS特性相似规律研究是一个非常困难的问题，国内尚未专门开展过这方面的研究，而国外公开发表的文献中也没有现成的理论可以借鉴。

发明内容