一种直杆型金属结构的RCS减缩方法技术

本发明专利技术公开了一种直杆型金属结构的RCS减缩方法，包括以下步骤：S1.给定入射平面波参数与直杆型金属的长度：所述入射平面波参数包括入射波频率f、入射波波长λ和入射波的来波方向；S2.基于第一类贝塞尔函数和直杆型金属的长度进行行波电流模型的构造；S3.利用阻抗加载进行电流调控，通过矩量法以及GA遗传算法确定金属直杆结构表面的阻抗加载值。本发明专利技术采用阻抗加载的方式，通过矩量法计算能够实现对金属结构表面电流的调控，并通过遗传算法对电流分布进行优化，最终物理实现所需要的电流分布，能够有效提升RCS减缩设计的效率。能够有效提升RCS减缩设计的效率。能够有效提升RCS减缩设计的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种直杆型金属结构的RCS减缩方法


[0001]本专利技术涉及金属结构的RCS减缩，特别是涉及一种直杆型金属结构的RCS减缩方法。

技术介绍

[0002]金属结构的RCS减缩手段对于电磁隐身设计有着很重要的意义。对于金属结构，RCS的主要来源可分为两类，一类是由于电磁波反射而形成的结构项散射，另一类则是由于平面波入射激励得到的感应电流二次辐射形成的模式项散射。RCS的增加会对金属结构的隐身性能产生严重的破坏。对于尺寸大于入射平面波波长的电大尺寸金属结构体，在平面波的激励下表面会形成行波电流分布，在金属结构体的末端，行波电流可能会发生严重的反射，从而造成后向散射的提升，导致RCS发生严重恶化。在飞机、舰船等对隐身性能要求较高的平台上分布着许多电大尺寸的金属直杆结构，因此对其进行隐身设计是很有必要的。
[0003]针对上述问题，目前较为常用的方法是通过加载吸波材料抑制金属结构体表面的行波电流，从而达到RCS减缩的效果。然而，吸波材料加载所造成的日常维护成本较高，且目前吸波材料的加载方式大部分是根据经验以及大量优化设计完成的，时间成本较高且缺乏具体的理论参考。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直杆型金属结构的RCS减缩方法，采用阻抗加载的方式，通过矩量法计算能够实现对金属结构表面电流的调控，并通过遗传算法对电流分布进行优化，最终物理实现所需要的电流分布，能够有效提升RCS减缩设计的效率。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种直杆型金属结构的RCS减缩方法，包括以下步骤：
[0006]S1.给定入射平面波参数与直杆型金属的长度：
[0007]所述入射平面波参数包括入射波频率f、入射波波长λ和入射波的来波方向θ；
[0008]S2.基于第一类贝塞尔函数和直杆型金属的长度进行行波电流模型的构造；
[0009]S201.根据直杆型金属结构的长度，确定金属直杆结构的中点距离起始端点的距离l0：l0为直杆型金属结构的长度L的一半，即l0＝L/2；
[0010]S202.选择零阶第一类贝塞尔函数J0对行波电流模型的电流幅度分布进行构造：
[0011]对于直杆型金属结构上与金属末端距离为l的点，其电流幅度为A(l)
[0012]A(l)＝J0(αk
×
|l
‑
l0|)
[0013]其中，J0表示零阶第一类贝塞尔函数，k表示波数，取值为2π/λ，α表示用于调控电流分布的零点调整因子,取值在0.3～1的范围内，l0表示金属直杆结构的中点距离起始端点的距离，其中l在取值范围为[0,L]内不同取值处的电流幅度，即构成了行波电流模型中直杆金属结构的电流幅度分布；
[0014]S203.构建行波电流模型，即确定直杆金属的电流分布：
[0015]对于直杆型金属结构上与金属杆末端距离为l的点，其电流I(l)为：
[0016]I(l)＝A0A(l)
×
e
‑
jβl
[0017]A0表示电流峰值，为常数，e
‑
jβl
表示直杆型金属结构上与金属杆末端距离为l的点的电流相位因子，β表示传播常数，等于2π/λ；l在取值范围为[0,L]内不同取值处的电流，即构成了直杆金属结构的电流分布。
[0018]S3.利用阻抗加载进行电流调控，通过矩量法以及GA遗传算法确定金属直杆结构表面的阻抗加载值。
[0019]S301.将直杆型金属结构被剖分为N段，共有N+1个端点，分别为端点0～端点N，各个端点的坐标表示为[x0,x1,
…
,x
N
‑1,x
N
]，其中x0为起始端点坐标，x
N
为末端端点的坐标，第n段的端点对应的坐标为[x
n
‑1,x
n
]；
[0020]在矩量法中电流被定义在相邻两段上的基函数展开，对于端点n(坐标为x
n
)而言，其相邻两段上基函数f
n
(x)表示为：
[0021][0022]其中，x表示第n
‑
1个端点与第n+1个端点之间的任一点的坐标值，即x的取值范围(x
n
‑1，x
n+1
)，n＝1,2,
…
N
‑
1；
[0023]将直杆型金属结构表面的电流分布由基函数的加权和表示；直杆型金属结构的表面电流由下式表示其中α
n
为基函数f
n
(x)的加权系数；
[0024]S302.利用电场积分方程得到的算子获取直杆型金属结构的阻抗矩阵；
[0025]电场积分方程为其中E
s
为散射场，G为格林函数，L为直杆型金属结构的长度；dL
′
为直杆型金属结构上的矢量线元；ω为散射场的角频率，μ为自由空间磁导率，为常数，r为直杆型金属结构上某点与远场观察点直接的距离矢量，r
′
为直杆型金属结构上某点的位置矢量；
[0026]根据金属表面的电场边界条件得其中E
i
为平面波的入射场；
[0027]通过矩量法能够将电场积分方程离散化，电流由基函数的步骤S301中的形式表示，即由向量的形式表示为[I]＝[α1f1,α2f2,
…
,α
N
‑1f
N
‑1]T
；
[0028]E
i
为已知的平面波的入射场，E
i
在直杆型金属结构每一段位置处的电场表示为N
‑
1维的激励向量[V]，积分方程电流到电场的映射由算子Z表示，该算子写为N
‑
1阶矩阵的形式，即N
‑
1阶阻抗矩阵[Z]；
[0029]S303.利用电阻加载的方式实现直杆型金属结构表面的电流调控；
[0030]直杆型金属结构被剖分成了N段，在每段对应的端点坐标为[
x1
,x2,
…
,x
N
‑2,x
N
‑1]的位置处进行电阻串联加载，N
‑
1个电阻加载由一个N
‑
1阶的对角矩阵表示，表示为
电阻加载能够实现调控效果，即改变直杆型金属结构表面的电流分布。
[0031]根据矩量方程，阻抗加载后，加载矩阵会对S302中的阻抗矩阵进行调控，与此同时，由于入射波不变，因此激励矩阵[V]不变，由此能够通过矩量计算获取阻抗加载调控后直杆型金属结构表面的电流分布：
[0032]直杆型金属结构表面的电流分布由下式表示[I
l
]＝[Z+R
L
]‑1[V]，此处[I
l
]表示利用加载调控后直杆型金属结构表面的电流分布，[I
l
]为一个N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直杆型金属结构的RCS减缩方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.给定入射平面波参数与直杆型金属的长度：所述入射平面波参数包括入射波频率f、入射波波长λ和入射波的来波方向θ；S2.基于第一类贝塞尔函数和直杆型金属的长度进行行波电流模型的构造；S3.利用阻抗加载进行电流调控，通过矩量法以及GA遗传算法确定金属直杆结构表面的阻抗加载值。2.根据权利要求1所述的一种直杆型金属结构的RCS减缩方法，其特征在于：所述步骤S2包括：S201.根据直杆型金属结构的长度，确定金属直杆结构的中点距离起始端点的距离l0：l0为直杆型金属结构的长度L的一半，即l0＝L/2；S202.选择零阶第一类贝塞尔函数J0对行波电流模型的电流幅度分布进行构造：对于直杆型金属结构上与金属末端距离为l的点，其电流幅度为A(l)A(l)＝J0(αk
×
|l
‑
l0|)其中，J0表示零阶第一类贝塞尔函数，k表示波数，取值为2π/λ，α表示用于调控电流分布的零点调整因子,取值在0.3～1的范围内，l0表示金属直杆结构的中点距离起始端点的距离，其中l在取值范围为[0,L]内不同取值处的电流幅度，即构成了行波电流模型中直杆金属结构的电流幅度分布；S203.构建行波电流模型，即确定直杆金属的电流分布：对于直杆型金属结构上与金属杆末端距离为l的点，其电流I(l)为：I(l)＝A0A(l)
×
e
‑
jβl
A0表示电流峰值，为常数，e
‑
jβl
表示直杆型金属结构上与金属杆末端距离为l的点的电流相位因子，β表示传播常数，等于2π/λ；l在取值范围为[0,L]内不同取值处的电流，即构成了直杆金属结构的电流分布。3.根据权利要求1所述的一种直杆型金属结构的RCS减缩方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：S301.将直杆型金属结构被剖分为N段，共有N+1个端点，分别为端点0，端点1，
…
，端点N；各个端点的坐标表示为[x0,x1,
…
,x
N
‑1,x
N
]，其中x0为起始端点坐标，x
N
为末端端点的坐标，第n段的端点对应的坐标为[x
n
‑1,x
n
]；在矩量法中电流被定义在相邻两段上的基函数展开，对于端点n而言，其相邻两段上基函数f
n
(x)表示为：其中，x表示第n
‑
1个端点与第n+1个端点之间的任一点的坐标值，即x的取值范围(x
n
‑1，x
n+1
)，n＝1,2,
…
N
‑
1；将直杆型金属结构表面的电流分布由基函数的加权和表示；直杆型金属结构的表面电流由下式表示其中α
n
为基函数f
n
(x)的加权系数；
S302.利用电场积分方程得到的算子获取直杆型金属结构的阻抗矩阵；电场积分方程为其中E
s
为散射场，G为格林函数，L为直杆型金属结构的长度；dL
′
为直杆型金属结构上的矢量线元；ω为散射场的角频率，μ为自由空间磁导率，为常数，r为直杆型金属结构上某点与远场观察点直接的距离矢量，r
′
为直杆型金属结构上某点的位置矢量；根据金属表面的电场...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琦，王梓潼，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：