CN111915959A - 利用靶机rcs模拟飞机rcs的方法及装置 - Google Patents

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节洪波
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曹群生
张渊
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Abstract

本发明涉及一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法及装置，包括获取飞机的RCS曲线；获取靶机的RCS曲线；对靶机进行设置改变靶机的RCS曲线，以使得靶机的RCS曲线符合飞机的RCS曲线，提取预设位置的修正后的RCS曲线与飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；根据误差范围确定所述靶机的设置。本发明对靶机加载龙伯透镜反射器来改变其RCS，使其RCS逼近真实的飞机，同时考虑分析了龙伯透镜反射器对靶机气动特性的影响，通过改变龙伯透镜反射器的加载位置和方式，可以控制靶机RCS增强的幅度和角度范围，使得靶机RCS在特定的角度范围内的RCS增强达10dB；达到以靶机RCS模拟真实飞机RCS的目的。

Description

利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法及装置
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法及装置。
背景技术
雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)是度量目标对雷达波散射能力的一个物理量。定义为：单位立体角内目标朝接收方向散射的功率与从给定方向入射与该目标的平面波功率密度之比的4π倍。雷达截面积越大，雷达发现距离越远。隐身飞机就是设法减小雷达截面积使雷达的发现距离减小而实现“隐身”的。另一方面，用来模拟真实靶机RCS的目标称为假目标。假目标通常选取的是空中靶机，然而靶机RCS受其材料、外形等限制，幅度和起伏规律和真实飞机RCS存在差异，因此需要增大靶机RCS来模拟真实靶机的RCS，龙伯透镜反射器就可以用来增强目标RCS。
龙伯透镜最早是学者R.K.Luneberg于1944年提出了龙伯透镜的概念，他提出如果一束平面波入射到龙伯透镜表面，它会聚焦在龙伯透镜沿直径的另外一个端点上，如果在聚焦处放置反射板就会将入射波以高增益反射回去，从而增大RCS。
相关技术中，在靶场试验、防空兵训练和军事演习活动中，存在协调真实飞机不便且出动真实飞机成本高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法及装置，以靶机来模拟真实飞机，在靶场试验、防空兵训练和军事演习活动中，解决真实飞机协调不便，出动真实飞机成本高等问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法，包括：
获取飞机的RCS曲线；
获取靶机的RCS曲线；
对靶机进行设置以改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
进一步的，根据预设频率，在所述靶机上安装一个以上的龙伯透镜反射器，以改变所述靶机的RCS曲线。
进一步的，一个以上的所述龙伯透镜反射器安装在所述靶机的头部下方和/或中部下方和/或机翼两侧和/或尾翼下方。
进一步的，所述龙伯透镜反射器，包括：
龙伯球主体和金属反射板；
所述金属反射板设置在所述龙伯球主体外侧，所述龙伯球主体为球体，所述球体包括介电常数不同的4个同心层，球心层为第一层，按照半径由小到大的顺序依次为第二层、第三层、第四层；其中，第四层为空气层。
进一步的，所述第一层的介电常数为1.96、厚度为2.8804cm，所述第二层的介电常数为1.7956、厚度为1.8262cm，所述第三层的介电常数为1.4884、厚度为2.0142cm，所述第四层的厚度为1.016cm。
进一步的，所述金属反射板设置在所述龙伯球主体外侧左上45度或右上45度。
进一步的，还包括：
提取预设位置的修正后的RCS曲线与所述飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；
根据所述误差范围确定所述靶机的设置。
本申请实施例提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的装置，包括：
第一获取模块，用于获取飞机的RCS曲线；
第二获取模块，用于获取靶机的RCS曲线；
设置模块，用于对靶机进行设置改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
进一步的，计算模块，用于提取预设位置的修正后的RCS曲线与所述飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；
确定模块，用于根据所述误差范围确定所述靶机的设置。
进一步的，根据预设频率，在所述靶机上安装一个以上的龙伯透镜反射器，以改变所述靶机的RCS曲线。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
本发明提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法及装置，对靶机加载龙伯透镜反射器来改变其RCS，使其RCS逼近真实的飞机，同时考虑分析了龙伯透镜反射器对靶机气动特性的影响，通过改变龙伯透镜反射器的加载位置和方式，可以控制靶机RCS增强的幅度和角度范围。针对特定频率，对靶机加载龙伯透镜反射器后，靶机RCS在特定的角度范围内的RCS增强达10dB；单个龙伯透镜反射器的加载于靶机的不同位置，RCS的增强效果不一样，同时加载俩龙伯透镜反射器比单个加载后的RCS增强效果更强，RCS增强效果具有叠加效果，然后将不同位置、方式加载龙伯透镜反射器后的靶机RCS与真实飞机RCS进行拟合，达到以靶机RCS模拟真实飞机RCS的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法的步骤示意图；
图2为本发明龙伯透镜反射器原理图；
图3为本发明选用的龙伯透镜反射器参数示意图；
图4为本发明左上45°和右上45°反射板示意图；
图5为本发明FEKO中坐标系说明图；
图6为本发明龙伯反射器加载于靶机机头下方示意图；
图7为本发明龙伯反射器加载于机头下方前后的RCS曲线示意图；
图8为本发明龙伯反射器加载于靶机中部下方示意图；
图9为本发明龙伯反射器加载于靶机中部下方前后的RCS曲线示意图；
图10为本发明两只龙伯反射器加载于靶机机翼两侧示意图；
图11为本发明两只龙伯反射器加载于机翼两侧前后的RCS曲线示意图；
图12为本发明龙伯透镜反射器加载于靶机尾翼下方示意图；
图13为本发明龙伯反射器加载于靶机尾翼下方前后的RCS曲线示意图；
图14为本发明靶机自身的动压云图示意图；
图15为本发明龙伯透镜反射器加载于靶机机头下方的动压云图示意图；
图16为本发明两只龙伯透镜反射器同时加载于靶机机翼俩侧的动压云图
图17为本发明龙伯透镜反射器加载于靶机中部下方的动压云图
图18为本发明龙伯透镜反射器加载于靶机尾翼下方的动压云图
图19为本发明第一航段各加载位置、方式后的拟合结果示意图；
图20为本发明第二航段各加载位置、方式后的拟合结果示意图；
图21为本发明利用靶机RCS模拟飞机RCS的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法。
如图1所示，本申请实施例中提供的利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法包括：
S101，获取飞机的RCS曲线；
S102，获取靶机的RCS曲线；
S103，对靶机进行设置以改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法的工作原理为：利用电磁计算软件FEKO对真实飞机的RCS进行仿真，再对靶机的RCS进行仿真，将飞机的RCS曲线与靶机的RCS曲线进行对比，查看两个曲线差异的地方；然后对靶机进行相应的设置以改变靶机的RCS曲线，使得靶机的RCS曲线接近飞机的RCS曲线。
本申请提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法，在之后需要此飞机的RCS曲线时可以利用靶机进行模拟，简单方便，无需调用真实的飞机，节省成本。
一些实施例中，根据预设频率，在所述靶机上安装一个以上的龙伯透镜反射器，以改变所述靶机的RCS曲线。
优选的，一个以上的所述龙伯透镜反射器安装在所述靶机的头部下方和/或中部下方和/或机翼两侧和/或尾翼下方。
可以理解的是，预设频率是设置的平面波入射，频率为5.6GHz，本申请在靶机上不同位置安装不同个数的龙伯透镜反射器，最终使得靶机的RCS曲线能够无限接近真实飞机的RCS曲线。单个龙伯透镜反射器加载于靶机的不同位置，RCS的增强效果不一样，同时加载俩龙伯透镜反射器比单个加载后的RCS增强效果更强，RCS增强效果具有叠加效果，然后将不同位置、方式加载龙伯透镜反射器后的靶机RCS与号真实飞机RCS进行拟合，达到以靶机RCS模拟真实飞机RCS的目的。
进一步的，如图2所示，所述龙伯透镜反射器，包括：
龙伯球主体1和金属反射板2；
所述金属反射板2设置在所述龙伯球主体1外侧，所述龙伯球主体1为球体，所述球体包括介电常数不同的4个同心层，球心层为第一层11，按照半径由小到大的顺序依次为第二层12、第三层13、第四层14；其中，第四层为空气层。
优选的，所述第一层11的介电常数为1.96、厚度为2.8804cm，所述第二层12的介电常数为1.7956、厚度为1.8262cm，所述第三层13的介电常数为1.4884、厚度为2.0142cm，所述第四层14的厚度为1.016cm。
优选的，所述金属反射板2设置在所述龙伯球主体外侧1左上45度或右上45度。
具体的，本申请针对5.6GHz的频率，利用龙伯透镜反射器对靶机RCS进行改型。选用的龙伯透镜反射器由三层介质和一层空气层加上金属反射板2组成，如图3所示，从内到外厚度依次为2.8804、1.8262和2.0142cm，空气层厚度1.016cm，从内到外的相对介电常数依次为1.96、1.7956、1.4884，选用1.27cm焦距的金属抛物面反射板，如图4所示，将其置于龙伯球左上或者右上45°构成龙伯透镜反射器。
利用龙伯透镜反射器对小型靶机RCS进行增强，将上述龙伯透镜反射器加载于靶机的不同位置，例如：靶机头部下方、中部下方、机翼两侧、尾翼下方，利用电磁计算软件FEKO对龙伯透镜反射器加载靶机后联合仿真，坐标系如图5所示，设置平面波入射，频率为5.6GHz，求解
Figure BSA0000216009380000071
θ为90-270°的单站RCS。左上45°反射板的龙伯透镜反射器加载于小型靶机机头下方时，如6所示，加载反射器前后的靶机RCS如图7所示，可以看出在θ为210-240°的角度范围内RCS有10dB左右的增强效果，而且起伏变化规律明显。
改变龙伯透镜反射器的加载位置，将左上45°反射板的龙伯透镜反射器加载于靶机机身中部下方，如图8示，加载反射器前后的靶机RCS如图9所示，可以看出在θ为210-240°的角度范围内RCS有7dB左右的增强，而且有一定的起伏变化规律。
继续改变龙伯透镜反射器的加载位置，如图10所示，将两只右上45°反射板的龙伯反射器加载于靶机机翼两侧，加载龙伯反射器前后的RCS如图11所示，可以看出在θ为120-150°角度范围内RCS有13dB左右，但是变化起伏规律较为单一。
最后将左上45°反射板的龙伯透镜反射器加载于靶机机翼下方，如图12所示，加载反射器前后的RCS如图13所示，可以看出θ为210-240°角度范围内RCS有10dB左右的增强，而且起伏变化规律明显。
由上述可知，利用龙伯透镜反射器可以用来增大小型靶机特定角度的RCS，增大幅度10到13dB左右，通过控制金属反射板2的位置可以控制RCS增强的角度位置，通过控制加载的龙伯反射器个数可以控制RCS增强幅度。
利用FLUENT流体仿真软件对靶机加载龙伯透镜反射器后的气动特性进行分析，靶机飞行速度150m/s，靶机自身动压云图如图14所示，龙伯透镜反射器加载于机头下方的动压云图如图15所示，两龙伯透镜反射器同时加载于靶机机翼俩侧的动压云图如图16所示，龙伯透镜反射器加载于靶机中部下方的动压云图如图17所示，龙伯透镜反射器加载于靶机尾翼下方的动压云图如图18所示，根据动压大小可以得知，加载于机头下方时对靶机的气动特性影响最小。
一些实施例中，本申请提供的利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法，还包括：
提取预设位置的修正后的RCS曲线与所述飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；
根据所述误差范围确定所述靶机的设置。
利用电磁计算软件FEKO和流体仿真软件FLUENT对靶机加载龙伯反射器前后的电磁散射和气动特性进行仿真分析，然后将改型后的靶机RCS和真实飞机RCS进行拟合分析，验证该方法的准确性。其中，本申请设置误差范围在20％以内时，认为靶机设置正确，即可确定靶机的设置。
具体的，对上述各个位置、方式加载龙伯反射器改型后靶机RCS和飞机的RCS在俩个航段内进行拟合，飞机的第一航段对应θ角度变化为202.39-203.58°，第二航段对应θ角度变化为218.43-245.0°。两航段内的拟合结果分布如图19、20所示，拟合误差在表1中给出，可以得知龙伯透镜反射器加载于机头下方时的拟合效果最好，达到了所需要拟合结果，并且对气动特性影响最小，验证本方法的可行性。
Figure BSA0000216009380000081
表1
如图21所示，本申请提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的装置，包括：
第一获取模块201，用于获取飞机的RCS曲线；
第二获取模块202，用于获取靶机的RCS曲线；
设置模块203，用于对靶机进行设置改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
本申请提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的装置的工作原理是，第一获取模块201获取飞机的RCS曲线；第二获取模块202获取靶机的RCS曲线；设置模块203对靶机进行设置改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
优选的，还包括：
计算模块(图中未示出)，用于提取预设位置的修正后的RCS曲线与所述飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；
确定模块(图中未示出)，用于根据所述误差范围确定所述靶机的设置。
优选的，根据预设频率，在所述靶机上安装一个以上的龙伯透镜反射器，以改变所述靶机的RCS曲线。
本申请实施例提供一种计算机设备，包括处理器，以及与处理器连接的存储器；
存储器用于存储计算机程序，计算机程序用于执行上述任一实施例提供的利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法；
处理器用于调用并执行存储器中的计算机程序。
综上所述，本发明提供一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法及装置，包括获取飞机的RCS曲线；获取靶机的RCS曲线；对靶机进行设置改变靶机的RCS曲线，以使得靶机的RCS曲线符合飞机的RCS曲线，提取预设位置的修正后的RCS曲线与飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；根据误差范围确定所述靶机的设置。本申请通过对靶机加载龙伯透镜反射器来改变其RCS，使其RCS逼近真实的飞机，同时考虑分析了龙伯透镜反射器对靶机气动特性的影响，通过改变龙伯透镜反射器的加载位置和方式，可以控制靶机RCS增强的幅度和角度范围。针对特定频率，对靶机加载龙伯透镜反射器后，靶机RCS在特定的角度范围内的RCS增强达10dB；单个龙伯透镜反射器的加载于靶机的不同位置，RCS的增强效果不一样，同时加载俩龙伯透镜反射器比单个加载后的RCS增强效果更强，RCS增强效果具有叠加效果，然后将不同位置、方式加载龙伯透镜反射器后的靶机RCS与真实飞机RCS进行拟合，达到以靶机RCS模拟真实飞机RCS的目的。
可以理解的是，上述提供的方法实施例与上述的装置实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的方法，其特征在于，包括：
获取飞机的RCS曲线；
获取靶机的RCS曲线；
对靶机进行设置以改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
根据预设频率，在所述靶机上安装一个以上的龙伯透镜反射器，以改变所述靶机的RCS曲线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
一个以上的所述龙伯透镜反射器安装在所述靶机的头部下方和/或中部下方和/或机翼两侧和/或尾翼下方。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述龙伯透镜反射器，包括：
龙伯球主体和金属反射板；
所述金属反射板设置在所述龙伯球主体外侧，所述龙伯球主体为球体，所述球体包括介电常数不同的4个同心层，球心层为第一层，按照半径由小到大的顺序依次为第二层、第三层、第四层；其中，第四层为空气层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述第一层的介电常数为1.96、厚度为2.8804cm，所述第二层的介电常数为1.7956、厚度为1.8262cm，所述第三层的介电常数为1.4884、厚度为2.0142cm，所述第四层的厚度为1.016cm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述金属反射板设置在所述龙伯球主体外侧左上45度或右上45度。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
提取预设位置的修正后的RCS曲线与所述飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；
根据所述误差范围确定所述靶机的设置。
8.一种利用靶机RCS模拟飞机RCS的装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取飞机的RCS曲线；
第二获取模块，用于获取靶机的RCS曲线；
设置模块，用于对靶机进行设置改变所述靶机的RCS曲线，以使得所述靶机的RCS曲线符合所述飞机的RCS曲线。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
计算模块，用于提取预设位置的修正后的RCS曲线与所述飞机的RCS曲线进行对比，计算误差；
确定模块，用于根据所述误差范围确定所述靶机的设置。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
根据预设频率，在所述靶机上安装一个以上的龙伯透镜反射器，以改变所述靶机的RCS曲线。
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CN114597670A (zh) * 2022-03-22 2022-06-07 中国人民解放军空军工程大学 一种基于反射面控制的宽带rcs可调龙勃透镜散射体
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