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题目:基于时域有限差分法的三维目标雷达散射截面计算研究

  摘要

飞机的雷达散射截面(Radar Cross Section 简称RCS)特性是第四代飞机的一个主要技术指标,因此,RCS的计算是现代飞机设计中的一个重要环节。一个准确的RCS计算方法可以为飞机外形设计提供很大的帮助,可以在飞机设计当中不断计算和不断更改或修善外形,与飞机气动力设计计算一起完成飞机外形优化设计,从而使飞机既具有良好的气动外形,又呈现低可探测特性。本文所用的时域有限差分(Finite–Difference Time-Domain 简称FDTD)法是一种基于麦克斯韦方程的精确电磁场计算方法:首先将计算空间网格化,建立散射体模型,然后在初始电磁场为零的情况下,模拟激励源在计算空间内激励,从而模拟电磁场的传播;将麦克斯韦方程中对时间和空间的微分计算离散到相邻时间步的差分和相邻空间点的差分计算,通过这一差分方程在一定时间内的时间递推计算,可以得到计算空间内的近场时域特性;在得到散射体近场散射时域特性以后,通过近场到远场的转换得到指定方向远场的电磁场信息,从而得到该方向的RCS值。FDTD法RCS计算是在八十年代末期发展起来的一个全新的RCS计算方法,它不同于矩量法(MOM),对于复杂的散射体需要建立复杂繁多的方程,它也不同于物理光学法和几何绕射理论只能处理高频问题,只要计算机具有足够的内存,就可以进行较大复杂散射体的精确RCS计算。本课题用C++语言编写三维目标RCS计算的程序:利用C++语言的多态性实现了各向异性完全匹配层(UPML)与其内部计算区域的统一建模,避免了二者间繁琐的数据传递,方便了编程;通过连接边界条件在总场边界上加入入射波;通过近远场变换计算三维目标的RCS;通过与已有文献计算结果的比较验证了程序的正确性;讨论了平面波入射方向、空间步长的改变对入射波在散射场区的泄漏的影响;计算了不同后掠角、展弦比后掠机翼的双站RCS分布,并得出如下结论:相对展弦比的改变而言,后掠角的改变对后掠机翼的RCS的影响更显著;计算了简单飞机模型的双站RCS,且有结论:该模型飞机在双站角为 间有较小的RCS值。