CN113075634A

CN113075634A - 一种用于垂直极化波的rcs评估载体

Info

Publication number: CN113075634A
Application number: CN202110334065.XA
Authority: CN
Inventors: 汪勇峰; 赵轶伦; 徐颖; 戚开南
Original assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Current assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: CN113075634B

Abstract

本发明涉及一种用于垂直极化波的RCS评估载体；所述RCS评估载体由金属框架结构和包覆在金属框架结构的外部的金属蒙皮组成；所述RCS评估载体的整体外形为扁锥形，包括顶面和底面；顶面采用菱形设计；底面为光滑弧形曲面；所述RCS评估载体的头部和尾部为尖锥，所述RCS评估载体的中部为圆弧形过渡段；所述RCS评估载体的尾部的尖锥向下弯曲设计。本发明中的RCS评估载体解决了飞行器部件在垂直极化波照射下的RCS评估难题；本发明中的RCS评估载体能够在0度～50度方位角内，有很低的后向散射，均值达到‑50dBm²量级，在此角域内，低后向散射载体与部件组合使用，可获得部件精确的垂直极化RCS。

Description

一种用于垂直极化波的RCS评估载体

技术领域

本发明属于电磁散射测量技术领域，涉及一种RCS评估载体，尤其涉及一种用于垂直极化波的RCS评估载体。

背景技术

在微波暗室测量飞机部件的RCS(雷达散射截面)时，如果单独对部件进行测试，其边缘、内部结构件将影响测试准确度，因此需要低散射载体消除部件边缘效应，同时遮挡部件内部结构等影响测试的干扰源。低散射载体与目标进行一体化结构设计，两者紧密平滑结合，实现在低背景噪声的测试场中RCS的精确测量。

目前用于垂直极化的低散射载体外形都是一些标准体，例如杏仁体、橄榄体、水滴形载体等，这些形状的载体没有进行针对垂直极化波设计，垂直极化的散射量级较高，不能满足RCS部件垂直极化的低散射测量。

当入射波为垂直极化时，低散射载体的后向散射主要是上下表面的行波散射贡献，而行波散射主要由载体后缘的截断引起，载体后缘间夹角设计不当会造成行波的强反射，需适当调整后缘间夹角，尽量消除后缘对头向方位的散射贡献，另外，载体高度对行波的影响也很大，电场在载体表面的切向分量越大，行波越强，因此，载体的高度也必须合理设计，以减弱行波的散射效应。

中国专利申请CN201610825510.1公开了一种用于RCS测试的低散射载体，该专利申请中的低散射载体包括上表面和下表面，下表面为光滑曲面；上表面为平面，与下表面无缝连接；上表面中部设置法兰接口，用于安装进行RCS测试的部件；所述上表面的形状为包含两个相对尖端的水滴形。但中国专利申请CN201610825510.1中公开的低散射载体的外形为水滴形，该外形设计没有进行针对垂直极化波设计，垂直极化的散射量级较高，不能满足RCS部件垂直极化的低散射测量，其在X波段的降低量有待进一步提高。

发明内容

为了解决现有技术中的低散射载体不能满足RCS部件垂直极化的低散射测量的技术问题，本发明提供了一种用于垂直极化波的RCS评估载体。本发明中的所述RCS评估载体解决了飞行器部件在垂直极化雷达波(垂直极化波)照射下的部件电磁散射测量难题；本发明中的所述RCS评估载体能够在0度～50度方位角内，有很低的后向散射，均值达到-50dBm²量级，在此角域内，低后向散射载体与部件组合使用，可获得部件精确的垂直极化RCS。

本发明提供了一种用于垂直极化波的RCS评估载体，所述RCS评估载体由金属框架结构和包覆在所述金属框架结构的外部的金属蒙皮组成；所述RCS评估载体的整体外形为扁锥形，包括顶面和底面；所述顶面采用菱形设计；所述底面为光滑弧形曲面；所述RCS评估载体的头部和尾部为尖锥，所述RCS评估载体的中部为圆弧形过渡段；所述RCS评估载体的尾部的尖锥向下弯曲设计。

优选地，所述顶面与待测试部件平滑连接。

优选地，所述RCS评估载体沿中线左右对称。

优选地，所述RCS评估载体的长度为500～5000mm，宽度为300～2000mm，和/或高度为50～1000mm。

优选地，所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥的锥角为40～90度。

优选地，所述RCS评估载体的中部的圆弧过渡段分别与所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥直线连接。

优选地，所述RCS评估载体的左右两侧的圆弧半径为50～500mm。

优选地，所述底面在所述RCS评估载体的中部位置为中部圆弧，所述底面的中部圆弧半径为100～1000mm。

优选地，所述底面靠近所述RCS评估载体的尾部位置为尾部圆弧，所述底面的尾部圆弧半径为200～2000mm。

优选地，所述RCS评估载体在0度～50度方位角内，后向散射RCS的均值达到-50dBm²。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

(1)本发明设计的RCS评估载体外形(扁锥形)具有很好的表面电流导向作用，可显著削弱行波电流引起的后向散射，实现在特定角度RCS评估载体的低后向散射；本发明的低后向散射载体外形具有很好的行波抑制效果，垂直极化时，在较大角度范围内具有很低的后向散射，头向0±45°范围内(0度到45度的方位角内)，X波段均值可达到-50dBm²。

(2)本发明设计的RCS评估载体边缘间夹角可调(即RCS评估载体的头部尖锥的锥角A和尾部尖锥的锥角B可调)，调整范围为0°～90°，可使RCS评估载体的散射峰值调整到理想的合适的位置。

(3)本发明中的RCS评估载体的顶面采用菱形设计(俯视图为菱形)，使前边缘绕射和后边缘行波反射集中到一个角度，可减小边缘对考核角域散射的影响。

(4)本发明中的RCS评估载体的后尖端(尾部尖锥处)采用向下弯曲设计，可减弱行波在末端的反射效应，大大降低了行波反射。

(5)本发明中的RCS评估载体与目标一体化结构设计，便于目标测量又不干扰目标RCS的准确性。

(6)本发明中的RCS评估载体适用于各种电磁散射测试场，使目标可以在各种测试环境下进行精确测量。本发明设计的所述低后向散射载体为纯金属外型面，其长度方向尺寸可达0.1～10m，采用金属框架结构设计，外层是一定厚度的金属蒙皮，在较大角域该载体具有很低的后向散射，利用该RCS评估载体罩住部件内腔结构，便于获得真实目标的散射，为进一步的目标RCS测试提供基础，是电磁散射测试场中必备的测量配套设备。

(7)基于本发明所提供的用于垂直极化波的RCS评估载体，可实现垂直极化雷达波入射下的飞行器部件RCS评估，为飞机、导弹低散射部件的RCS评估和RCS设计改进提供试验验证手段，具有重要的应用价值和推广前景。

附图说明

图1是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的立体结构示意图。

图2是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的立体斜上视图。

图3是本发明中的具有部件安装接口的用于垂直极化波的RCS评估载体的立体斜下视图。

图4是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的俯视图。

图5是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的侧视图。

图6是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的主视图。

图7是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的后视图。

图8是采用本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体在垂直极化波照射下的RCS曲线图。图中，VV极化表示垂直极化；f＝10GHz表示X波段频率，横坐标为方位角，纵坐标为RCS。

图1至图7中：1：RCS评估载体；2：部件安装接口；A为RCS评估载体的头部尖锥的锥角；B为RCS评估载体的尾部尖锥的锥角；C为RCS评估载体的长度；D为RCS评估载体的宽度；E为RCS评估载体的高度；R1为RCS评估载体的顶面的左右两侧的圆弧半径；R2为RCS评估载体的底面的中部圆弧半径；R3为RCS评估载体的底面的尾部圆弧半径。

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，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的在于提供一种用于垂直极化波的RCS评估载体，解决部件在垂直极化波照射下的部件电磁散射测量难题(RCS评估难题)。本发明的具体应用对象——低散射载体采用纯金属外形面，具有较强的抗形变能力和较高的外表面光洁度。用于垂直极化波RCS评估载体的设计涉及到的散射机理包括：镜面反射、棱边绕射、表面波散射、尖点绕射，载体的设计要把所有面、棱的法向偏离波入射方向，可以有效减缩载体的镜面反射。本发明发现，减缩表面波散射的方法，一是减小载体表面在入射方向的投影面积，使电场在面的切向分量尽量小；二是载体尾部增加导流曲面，增大表面电流的衰减，使表面电流反射尽可能弱。通过上述两种措施，可有效减弱表面波散射。

本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的结构如图1至图7所示，其中，图1是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的立体结构示意图；图2是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的立体斜上视图；图3是本发明中的具有部件安装接口的用于垂直极化波的RCS评估载体的立体斜下视图；图4是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的俯视图；图5是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的侧视图(从RCS评估载体的左侧向右侧方向看的侧视图)；图6是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的主视图(从RCS评估载体的头部方向向尾部方向看的主视图)；图7是本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体的后视图(从RCS评估载体的尾部方向向头部方向看的后视图)。本发明中的所述RCS评估载体在长度方向的最大尺寸可达0.1～10m，可与目标支架无缝对接，该RCS评估载体外形具有很好的表面电流导向作用，在特定角度该载体具有很低的后向散射。

本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体由金属框架结构和包覆在所述金属框架结构的外部的金属蒙皮组成；即在本发明中，所述RCS评估载体主要由内部的金属框架结构和外层一定厚度的金属蒙皮组成，在本发明中，金属蒙皮厚度例如可以为1～2mm；其中，金属框架结构具有较高的整体强度和抗形变能力，载体外层的金属蒙皮具有较高的光洁度；在本发明中，所述金属框架结构为中空结构，用于安装待测试部件，便于目标测量又不干扰目标RCS的准确性；在本发明中，例如，如图1(图中未示意出金属框架结构和金属蒙皮)所示，所述RCS评估载体的整体外形为扁锥形，包括顶面和底面；所述顶面采用菱形设计，例如，如图4所示；所述底面为光滑弧形曲面；所述RCS评估载体的头部和尾部为尖锥，所述RCS评估载体的中部为圆弧形过渡段；所述RCS评估载体的尾部的尖锥向下弯曲设计，例如，如图2和图5所示；在本发明中，向下弯曲的角度例如为10～20°。在本发明中，将用于垂直极化波的RCS评估载体简记为RCS评估载体或低后向散射载体。

本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体，解决了飞行器部件垂直极化雷达波照射下的RCS评估难题，载体与部件一体化结构设计消除了部件边缘效应、内埋结构的测试扰。基于本发明所提供的用于垂直极化波的RCS评估载体结构，可实现垂直极化雷达波入射下的飞行器部件RCS评估，为飞机、导弹低散射部件的RCS评估和RCS设计改进提供试验验证手段，具有重要的应用价值和推广前景。

在电磁波相对目标为掠入射时，镜面反射已不起主要作用，边缘绕射、爬行波等次散射源将对目标RCS构成主要贡献，电场一旦具有沿目标表面或棱边方向的分量，该电场感应的表面电流将沿目标表面流动而形成行波电流，产生表面行波散射。行波电流遇到末端截断则发生反射效应，使后向散射变强。本发明设计的所述RCS评估载体外形具有很好的表面电流导向作用，可显著削弱行波电流引起的后向散射，实现在特定角度RCS评估载体的低后向散射。

本发明具有以下技术特点：

(1)本发明的低后向散射载体外形具有很好的行波抑制效果，垂直极化时，在较大角度范围内具有很低的后向散射，头向±45°范围内，X波段均值可达到-50dBm²。

(2)本发明的RCS评估载体边缘间夹角可调，调整范围为0°～90°，可使RCS评估载体的散射峰值调整到理想的合适的位置。

(3)本发明中的RCS评估载体的顶面采用菱形设计，使前边缘绕射和后边缘行波反射集中到一个角度，可减小边缘对考核角域散射的影响。

(4)本发明中的RCS评估载体的后尖端(尾部尖锥处)采用向下弯曲(折弯处理)设计，可减弱行波在末端的反射效应，大大降低了行波反射；本发明中的RCS评估载体的整体外形为扁锥形，顶面采用菱形设计(俯视图为菱形)，并在尾部做了折弯处理(向下弯曲设计)，大大降低了载体的垂直极化电磁散射特征，相比CN201610825510.1中水滴形低散射载体具有很大的优化改进，在X波段降低量可达10dB以上。

(6)本发明中的RCS评估载体适用于各种电磁散射测试场，使目标可以在各种测试环境下进行精确测量。本发明设计的所述低后向散射载体为纯金属外型面，其长度方向尺寸可达0.1～10m，为大尺寸低后向散射载体，采用金属框架结构设计，外层是一定厚度的金属蒙皮，在较大角域该载体具有很低的后向散射，利用该RCS评估载体罩住部件内腔结构，便于获得真实目标的散射，为进一步的目标RCS测试提供基础，是电磁散射测试场中必备的测量配套设备。

根据一些优选的实施方式，在本发明中，所述RCS评估载体1的所述顶面还具有用于安装待测试部件的部件安装接口2，例如如图3所示；所述顶面与待测试部件平滑连接。

根据一些优选的实施方式，所述RCS评估载体沿中线左右对称，例如，如图4所示。

根据一些优选的实施方式，所述RCS评估载体的长度C为500～5000mm(例如500、800、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500或5000mm)，宽度D为300～2000mm(例如300、500、800、1000、1200、1500、1800或2000mm)，和/或高度E为50～1000mm(例如50、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000mm)。

根据一些优选的实施方式，所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥的锥角为40～90度(例如40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90度)；在本发明中，所述RCS评估载体的头部的尖锥的锥角A与所述RCS评估载体的尾部的尖锥的锥角B例如可以相等或者不相等，优选的是，所述RCS评估载体的头部的尖锥的锥角A与所述RCS评估载体的尾部的尖锥的锥角B相等，如此可以使得所述RCS评估载体两条对边平行，前边缘产生的棱边绕射和后边缘产生的行波散射峰值重合，有利于扩大头部的低散射角域。

根据一些优选的实施方式，所述RCS评估载体的中部的圆弧过渡段分别与所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥直线连接，例如，如图1和图4所示。

根据一些优选的实施方式，所述RCS评估载体的左右两侧的圆弧半径R1为50～500mm(例如50、80、100、150、200、250、300、350、400、450或500mm)；即所述RCS评估载体的中部圆弧过渡段的圆弧半径R1为50～500mm；在本发明中，所述RCS评估载体的顶面的左右两侧的圆弧半径R1为50～500mm，例如，如图4所示；在本发明中，若R1太小会增强行波散射，R1太大则会缩小顶面面积，不利于部件安装，更优选的范围为100～300mm。

根据一些优选的实施方式，所述底面在所述RCS评估载体的中部位置为中部圆弧，所述底面的中部圆弧半径R2为100～1000mm(例如100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000mm)，例如，如图5所示。在本发明中，若R2太小会增强行波散射，R2太大则会减薄载体高度，不利于部件安装，更优选的范围为200～400mm。

根据一些优选的实施方式，所述底面靠近所述RCS评估载体的尾部位置为尾部圆弧，所述底面的尾部圆弧半径R3为200～2000mm(例如200、500、800、1000、1200、1500、1800或2000mm)，例如，如图5所示。在本发明中，若R3太小会增强行波散射，R3太大则会减小向下弯曲角度，增大尾端散射，更优选的范围为800～1000mm。

根据一些优选的实施方式，所述RCS评估载体在0度～50度方位角内，后向散射RCS的均值达到-50dBm²。

在一些具体的实施方式，本发明所述的用于垂直极化波的RCS评估载体，所述RCS评估载体由金属框架结构和包覆在所述金属框架结构的外部的金属蒙皮组成；所述RCS评估载体的整体外形为扁锥形，包括顶面和底面；所述顶面采用菱形设计；所述底面为光滑弧形曲面；所述RCS评估载体的长度C为500mm～5000mm，宽度D为300mm～2000mm，高度E为50mm～1000mm，所述RCS评估载体沿中线左右对称，所述RCS评估载体的头部和尾部为尖锥，头部尖锥的锥角A为40～90度，尾部尖锥的锥角B为40～90度，其中，A＝B；所述RCS评估载体的中部为圆弧形过渡段，所述RCS评估载体的中部的圆弧过渡段分别与所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥直线连接，所述RCS评估载体的左右两侧的圆弧半径R1为50～500mm；所述RCS评估的顶面与待测试部件平滑连接，所述RCS评估载体的尾部的尖锥向下弯曲设计；所述底面在所述RCS评估载体的中部位置为中部圆弧，所述底面的中部圆弧半径R2为100～1000mm；所述底面靠近所述RCS评估载体的尾部位置为尾部圆弧，所述底面的尾部圆弧半径R3为200～2000mm。

本发明所述的RCS评估载体工作时，当垂直极化波入射到RCS评估载体的边缘和凸棱部位时，会产生棱边绕射，当垂直极化波垂直于边缘和凸棱入射时，绕射很强，掠入射时，绕射显著减弱。将棱边的垂直方向调整到雷达天线接收方向之外，即对应俯视图上棱边与中轴线垂直方向的夹角，也称为后掠角，后掠角越大，棱边散射偏离头部区域越远，0°为正头向，能有效降低RCS评估载体的垂直极化棱边绕射。

本发明上述具体实施方式中的所述RCS评估载体能够在0度～50度方位内，有很低的后向散射，均值达到-50dBm²量级，对于评估-40dBm²的部件(待测试部件)，评估精度可达1dB以内在此角域内，所述RCS评估载体与部件组合使用，可获得部件精确的垂直极化RCS，如图8所示；图8是采用本发明中的用于垂直极化波的RCS评估载体在垂直极化波照射下的RCS曲线图。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

特别说明的是，在本发明中，术语“头部”、“尾部”、“左侧”、“右侧”等指示的方位或位置关系为基于附图4所示的方位或位置关系，术语“顶面”、“底面”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图1和图5所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于垂直极化波的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体由金属框架结构和包覆在所述金属框架结构的外部的金属蒙皮组成；

所述RCS评估载体的整体外形为扁锥形，包括顶面和底面；所述顶面采用菱形设计；所述底面为光滑弧形曲面；

所述RCS评估载体的头部和尾部为尖锥，所述RCS评估载体的中部为圆弧形过渡段；所述RCS评估载体的尾部的尖锥向下弯曲设计。

2.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述顶面与待测试部件平滑连接。

3.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体沿中线左右对称。

4.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体的长度为500～5000mm，宽度为300～2000mm，和/或高度为50～1000mm。

5.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥的锥角为40～90度。

6.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体的中部的圆弧过渡段分别与所述RCS评估载体的头部和尾部的尖锥直线连接。

7.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体的左右两侧的圆弧半径为50～500mm。

8.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述底面在所述RCS评估载体的中部位置为中部圆弧，所述底面的中部圆弧半径为100～1000mm。

9.根据权利要求1所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述底面靠近所述RCS评估载体的尾部位置为尾部圆弧，所述底面的尾部圆弧半径为200～2000mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的RCS评估载体，其特征在于：

所述RCS评估载体在0度～50度方位角内，后向散射RCS的均值达到-50dBm²。