舰船外形雷达隐身优化设计.pdf
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1、第45卷第19 期2023年10 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.19Oct.,2023舰船外形雷达隐身优化设计李妹(南昌理工学院,江西南昌330 0 44)摘要:在舰船设计过程中,其雷达隐身性能是一项重要的设计指标。本文针对舰船雷达截面散射RCS模型,采用遗传算法进行舰船雷达隐身的优化设计,基于遗传算法可以得到舰船外形的设计变量组合,通过变量迭代和寻优,实现舰船的RCS优化设计,提高其隐身性能。相对于传统的舰船隐身设计方法,本文所提方法采用了多目标优化理论,隐身设计的效率更高,效果更好。关键词:雷达隐身;RCS;散射;遗传算法中图分类号:T
2、N959.72文章编号:16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)19-0 16 1-0 4Research on optimization design of radar stealth for ship shape(Nanchang Institute of Technology,Nanchang 330044,China)Abstract:In the design process of military ships and warships,the stealth performance of ship radar is an importantdesign indicator.Th
3、is article focuses on the RCS model of ship radar cross-section scattering,and combines genetic al-gorithm to optimize the design of ship radar stealth.Based on genetic algorithm,the design variable combination of shipshape can be obtained.Through variable iteration and optimization,the optimization
4、 design of ship RCS can be achieved,im-proving the ships stealth performance.Compared to traditional ship stealth design methods,the method proposed in this art-icle adopts multi-objective optimization theory,resulting in higher efficiency and better effectiveness of stealth design.Key words:radar s
5、tealth;RCS;scattering;genetic algorithm0引言舰船雷达隐身设计是指为了减少舰船在雷达系统中被探测和识别能力,采取一系列设计和技术手段,使舰船在雷达系统中的反射信号尽可能小,从而减少被敌方雷达系统探测到的可能性。舰船雷达隐身设计的主要目标是减小舰船的雷达反射截面积(RCS),即减少舰船对雷达波的反射。常见的舰船雷达隐身设计技术有:1)外形设计。舰船外形可以采用斜面、圆角等设计,采用平滑曲线和倾斜表面,减少探测雷达波的反射。2)材料优化设计。舰船表面使用吸波材料和雷达吸波涂料,这些材料可以吸收或散射雷达波,减少雷达的反射回波。3)隔离设计。将舰船本身的雷达系统
6、和其他电子收稿日期:2 0 2 3-0 3-13作者简介:李妹(198 5-),女,硕士,讲师,研究方向为产品设计及APP界面设计。文献标识码:Adoi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.19.029LIMei设备隔离开,减少雷达波在舰船内部的反射,通常采用金属屏蔽等技术实现。4)雷达天线优化设计。采用低侧瓣和窄波束的天线,减少舰船在侧向和垂直方向上的反射。这样可以减小舰船在雷达系统中的探测概率。5)电子对抗措施。舰船通过发射干扰雷达信号,干扰和欺骗敌方雷达系统,降低被探测的可能性,可以通过干扰器、反射器等设备来实现。本文研究重点是舰船外形雷达隐身设计,介绍舰船雷达探
7、测系统的信号特性及系统组成,基于遗传算法的结构优化策略,进行舰船雷达反射截面积RCS分析和优化,对于提高舰船隐身性能有重要意义。1雷达探测系统的信号分析与系统原理当物体被雷达电磁波照射时,反射信号会朝各个162方向散射,散射信号的频率特性与物体的形状、大小、结构相关。雷达反射截面积(RCS)是进行雷达隐身性能分析的一个度量参数,其定义式如下:0=lim4R2SR-00丽RR=Jim.4R2EAlR-00IE:2=Rlm4元R2/HRlR00IH;2SR式中:丽为雷达信号接收机散射波能流密度和入射波ER能流密度的比值;为雷达信号接收机信号发射位置E;(HRl和目标位置电场的比值;为信号发射位置和
8、目标THil位置磁场的比值。雷达电磁波散射特性与目标的特征尺寸相关,按照电磁波的波长,可将雷达散射特性分为瑞利散射区、谐振散射区等。雷达信号如散射特性图谱如图1所示。104110-21030.1图1舰船雷达信号散射特性图谱Fig.1 Spectra of ship radar signal scattering characteristics1)瑞利散射区雷达的瑞利散射区是指当雷达波长远大于目标尺寸时,目标对雷达波的散射现象。在瑞利散射区中,目标对人射雷达波的散射强度与目标的尺寸、形状和电性质有关。散射强度正比于目标的表面积,并且与雷达波长倒数的四次方成反比。因此,目标尺寸越大,散射强度越强。
9、瑞利散射区通常适用于雷达波长在1 10 m之间的情况,例如X波段和S波段雷达。在这些频段中,目标尺寸通常小于波长的一半,因此瑞利散射是主要的散射机制。瑞利散射区的特点是散射强度与目标的尺寸和形状有关,而与目标的电性质无关。因此,在瑞利散射区中,目标的电性质对散射强度的影响较小。2)谐振散射区雷达的谐振散射区是指当雷达波与目标物体相互舰船科学技术作用时,目标物体表面的某些特定区域会发生谐振现象,从而导致该区域对雷达波的散射强度显著增大。谐振散射区的大小和位置取决于目标物体的形状、尺寸和材料特性,以及雷达波的频率和极化方式等因素。当雷达波的频率接近目标物体的共振频率时,谐振散射区会出现。在谐振散射
10、区内,目标物体对雷达波的散射强度会显著增大,这可能会导致目标物体在雷达图像中出现明亮区域。因此,谐振散射区对于雷达目标的检测和识别具有重要意义。谐振散射区的存在也可以被用来设计和制造一些特殊的雷达反射器,用于增强雷达信号的回波强度,提高雷达系统的性能。通常,探测雷达采用阵列式的雷达天线增加目标探测的精度和广度,对其信号特性进行说明。假设第i个探测雷达天线发射的信号为:s;(t)=k;(t)ej2nfet。式中:ki(t)为雷达波的基带信号;fe为雷达信号的工作频率,雷达信号满足瑞利散谐振散射区区0.5波长入第45卷J ki(t)k;(t-T)dt=0,式中,ij为整数。假设雷达阵列中共有N个雷
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