[发明专利]一种定向宽频高隐身性能的卫星及其顶端外形设计方法

说明书

本发明公开了一种定向宽频高隐身性能的卫星及其顶端外形设计方法，本发明的卫星包括卫星本体，卫星本体的顶端外形表面面元的相位项形成梯度差，且处于同相位的面元在入射波方向的投影面积相等，卫星本体的形状为旋转体，该旋转体上部抛物线型尖端的母线控制方程为z＝‑aρ²+c，z为母线变量、表示母线上点的z轴坐标，a为母线控制参数，c为母线控制参数，ρ为母线变量、表示母线上点到z轴距离。本发明旨在解决现有的卫星隐身外形重点方向隐身效果不足问题，以及回波波峰过于靠近尖顶方向，导致重点威胁区域内有大强度的回波，容易暴露卫星位置的问题，涉及的卫星顶端外形具有隐身效果好的优点。

技术领域

本发明涉及航天器结构设计技术，具体涉及一种定向宽频高隐身性能的卫星顶端外形设计方法及卫星。

背景技术

目前卫星技术发展迅速，在通信、导航、定位和气象监测等方面发挥重要作用。在现代战争中，卫星还担负着信息通讯、战场监视、火力预警等关键任务。但卫星系统具有轨道固定、载荷信号释放的特性，容易被探测设备发现并追踪，进而被各种反卫星武器攻击，难以在战时正常发挥作用。针对卫星所面临的威胁，为保障卫星在空间的生存能力，需要对卫星进行隐形设计。目前卫星隐身设计主要从两个方面着手，第一个是材料隐身方面，第二个是外形隐身方面。材料隐身是指在卫星的外表面使用具有吸波性能的特殊材料，如铁氧体材料、纳米材料，将卫星表面接收的电磁波吸收，减少回波。外形隐身是指通过外形设计，控制散射电磁波波峰的方向，使回波强度减小，从而实现电磁隐身的目的。材料隐身和外形隐身相互配合，共同提高卫星隐身性能。

在外形隐身技术方面，隐身卫星设计时首先要确定一个重点威胁方向。卫星处于隐身状态时，一般要将其顶端(隐身性能较好的方向)朝向重点威胁方向。因此，卫星隐身外形设计时，其顶端的外形设计是重点。目前一般将隐身卫星的顶端设计成圆锥形、棱锥形和椭球形等形状。圆锥形和棱锥形的顶端可明显降低锥顶方向的电磁回波，而椭球形的外形能有效降低大范围方向内的电磁回波的大小。

但如果以定向隐身为目的，目前隐身卫星常见的外形，如圆锥形、棱锥形和椭球形等，虽然在一定程度具有隐身效果，但是仍有各自的缺点。圆锥形、棱锥形在尖顶方向隐身效果较好，但当其体积较大时，尖顶方向仍有较大的回波。并且在某些靠近尖顶的方向有回波波峰的存在，极易暴露卫星位置，不利于卫星隐身。椭球外形虽然在各个方向的没有突出的回波极大值，但是隐身方向没有重点性、针对性，对重点威胁方向没有相应地提高隐身能力。在隐身卫星的应用上，以上的顶端外形都还有改进的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种定向宽频高隐身性能的卫星顶端外形设计方法，本发明旨在解决现有的卫星隐身外形重点方向隐身效果不足问题，以及回波波峰过于靠近尖顶方向，导致重点威胁区域内有大强度的回波，容易暴露卫星位置的问题，涉及的卫星顶端外形具有隐身效果好的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种定向宽频高隐身性能的卫星，包括卫星本体，所述卫星本体的顶端外形表面面元的相位项形成梯度差，且处于同相位的面元在入射波方向的投影面积相等，其中j为虚数单位，为波矢，为卫星表面点位置向量。

可选地，所述卫星本体的上部为抛物线型尖端、下部为椭球形底座。

可选地，所述卫星本体的形状为旋转体，且该旋转体上部抛物线型尖端的母线控制方程的函数表达式为：

z＝-aρ²+c 0≤ρ≤R (1)

上式中，z为母线变量、表示母线上点的z轴坐标，a为母线控制参数，c为母线控制参数，ρ为母线变量、表示母线上点到z轴距离，R为旋转体最大半径。

此外，本发明还提供一种前述定向宽频高隐身性能的卫星的顶端外形设计方法，包括：