FEKO yazılımına dayalı hedef RCS hesaplaması ve veri analizi
Qin Qin 1, Wang Xiaofeng 2, Jiao Jinlong 2, Wang Chen 2
(1. Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209; 2. Altair Engineering Software (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 200436)
Radar mühendislerinin genellikle hedefin radar kesit (RCS) verilerini hesaplaması ve analiz etmesi ve RCS'nin tek boyutlu olasılık yoğunluk fonksiyonu ve iki boyutlu yoğunluk dağılımı yoluyla hedefin gizli özelliklerini analiz etmesi gerekir. Ayrıca hedefin tarama açısının radar tarafından döndürülmesi ve gelen düzlem dalgasının frekans değişimi ile elde edilen RCS verileri, iki boyutlu ters Fourier dönüşümü ile hedefin ters sentetik açıklıklı radar görüntülemesini elde edebilir. FEKO, üç boyutlu bir elektromanyetik alan analiz yazılımıdır.FEKO yazılımına dayalı olarak hesaplanan hedefin RCS'sini sağlar ve hedef RCS tek boyutlu olasılık yoğunluk fonksiyonunu, RCS iki boyutlu yoğunluk dağılımını ve ters sentetik açıklık radar görüntüleme teknolojisini analiz etmek için yazılımın Lua kod dilini kullanır.
Radar kesiti; FEKO yazılımı; ters sentetik açıklıklı radar; olasılık yoğunluk fonksiyonu
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN974
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.170927
Çince alıntı biçimi: Qin Qin, Wang Xiaofeng, Jiao Jinlong, vb. FEKO yazılımına dayalı hedef RCS hesaplaması ve veri analizi Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2018, 44 (2): 102-104.
İngilizce alıntı biçimi: Qin Qin, Wang Xiaofeng, Jiao Jinlong ve diğerleri.RCS hesaplaması ve hedef temel FEKO'nun veri analizi.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2018, 44 (2): 102-104.
0 Önsöz
Elektronik savaş, modern savaşın anahtarlarından biridir. Radar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, radarın algılama kabiliyeti sürekli iyileştirilmiş ve hedefi bulma mesafesi büyük ölçüde kısaltılmıştır.Bu nedenle, gizli teknoloji saldırı kabiliyetini artırmak ve kendi güvenliğini dahil etmek için önemli bir araç haline gelmiştir. Örneğin, dördüncü nesil avcı uçaklarında gizlilik performansı, temel teknik göstergelerinden biridir. Bir hedefin gizli performansı, radar kesitinin (RCS) boyutuna bağlıdır. Şu anda, bir hedefi belirlemek için RCS genellikle deneysel ölçüme ve elektromanyetik teori simülasyon hesaplamasına dayanmaktadır. Test ve ölçüm yöntemlerinin test koşullarından, ortamdan ve maliyetten etkilenmesi genellikle zordur.
Hesaplamalı elektromanyetiklerin (CEM) gelişmesiyle birlikte, hesaplamalı elektromanyetik simülasyon teknolojisi çeşitli elektromanyetik problemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle, hızlı integral denklem algoritmasına dayanan çok katmanlı hızlı çok kutuplu (MLFMM) algoritmasının ortaya çıkışı, büyük ölçekli hedeflerin RCS'sinin doğru bir şekilde hesaplanmasını mümkün kılar.
Radar mühendislerinin, aşağıdakiler dahil olmak üzere ölçüm veya elektromanyetik simülasyon hesaplamaları yoluyla elde edilen RCS verilerinin çeşitli analizlerini ve uygulamalarını gerçekleştirmesi gerekir:
(1) Hedefin tespit edilebilirliği: Hedefin RCS değerinin frekans ve yönelim ile analiz edilmesi gerekmektedir. Hedefin RCS olasılık yoğunluğunu analiz edin;
(2) Hedef elektromanyetik gizli özellik analizi: Hangi konumun radar tarafından yakalanmasının kolay olduğunu analiz etmek gibi, hedefin her bir konumunun RCS dağılımını analiz edin;
(3) Hedef tanıma: Hedefin radar yüksek çözünürlüklü menzil profilini (HRRP) ve ters sentetik açıklıklı radar görüntülemesini (ISAR) analiz edin.
Bu makale, hedef RCS'yi hesaplamak için FEKO yazılımını ve hedef RCS verilerini analiz etmek için Lua komut dosyası dilini kullanır. İlk olarak bir füze modelinin tek istasyonlu RCS'si MLFMM ve yüksek dereceli moment yöntemi ile hesaplanır, ikinci olarak RCS verileri üzerinde tek boyutlu olasılık yoğunluk istatistikleri yapılır ve RCS yoğunluk dağılım haritası üç boyutlu olarak görüntülenir. Son olarak, ters sentetik açıklıklı radar (ISAR) görüntülemesi gerçekleştirilir.
1 RCS simülasyon yöntemi
İntegral denklemi temel alan Çok Katmanlı Hızlı Çok Kutuplu Yöntem (MLFMM), moment yöntemine dayalı hızlı bir algoritmadır. MLFMM, hesaplama depolamasını ve hesaplama karmaşıklığını N · Log (N) düzeyine düşürdüğünden MLFMM yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektriksel olarak büyük boyutlu problemlerin saçılma ve radyasyon analizinde. Ek olarak, yüksek sıralı temel fonksiyon (HOBF) moment yöntemi, büyük ölçekli problemlerin analizi için de uygundur.HOBF, bazı güçlü rezonans problemleri için MLFMM yönteminin zayıf yakınsama probleminin üstesinden gelir.Özellikle tek istasyonlu RCS hesaplamaları için, HOBF sadece bir matris hesaplaması gerektirir. Ters hesaplama, tek istasyon RCS hesaplama hızı çok hızlıdır.
Kesin sayısal yöntemle karşılaştırıldığında, yüksek frekanslı yaklaşım yöntemi fiziksel optik (PO), elektriksel olarak büyük hedeflerin RCS hesaplamasında da sıklıkla kullanılır. PO genellikle basit ve düzgün model hesaplamalarında kullanılır PO, çoklu yansımaları ve ışınların kırınımını göz ardı eder.
Ticari yazılımlar arasında FEKO yazılımı, MLFMM için ilk ticari 3 boyutlu elektromanyetik simülasyon yazılımıdır.Yazılım, sonlu elemanlar (FEM) yöntemi, HOBF moment yöntemi ve yüksek frekans algoritmaları (fiziksel optik PO, geometrik optik GO) vb. İçerir. Bol hesaplamalı elektromanyetik algoritmalar, FEKO yazılımını çeşitli RCS problemlerini doğru ve hızlı bir şekilde çözmek için yaygın olarak kullanır.
2 Hedef RCS veri analizi
PostFEKO yazılımı işlem sonrası PostFEKO, Lua komut dosyası dili sağlar. Lua, tamamen PostFEKO'ya gömülü olan küçük bir betik dilidir. Lua komut dosyalarının uygulanması, hedef RCS verilerinin işlenmesini ve ikincil geliştirilmesini kolaylaştırabilir ve döndürülen iki boyutlu eğri ve üç boyutlu sonuçlar doğrudan PostFEKO'da görüntülenebilir. Bu yazıda, hedefin RCS'sinin ISAR görüntüleme ve veri analizi Lua betiğine dayalı olarak gerçekleştirilir.
2.1 RCS ters sentetik açıklıklı radar (ISAR) görüntüleme
Ters Sentetik Açıklıklı Radar (Ters Sentetik Açıklık Radarı) görüntüleme, sinyal işleme yoluyla bir radar algılama hedefinin iki boyutlu bir görüntüsünü elde etmektir. ISAR, askeri radar sistemlerinde hedef tespiti ve tanıma için yaygın olarak kullanılmaktadır. Hedefin ISAR görüntülemesi, frekans ve azimut ile değişen hedefin RCS saçılma verileri aracılığıyla elde edilebilir. Bunlar arasında, uzunlamasına mesafe (aşağı-menzil) olay yönüne paralel eksen olarak tanımlanır ve aşağı-menzil görüntüleme, geniş bantlı bir dağınık alan gerektirir. Çapraz menzil, aşağı menzile diktir ve çapraz menzil görüntüleme, farklı açıların dağınık alan verilerinin uygulanmasıyla elde edilebilir.
2.2 Hedef RCS'nin veri analizi
RCS verilerinin tek boyutlu olasılık yoğunluk fonksiyonu (PDF), hedef RCS'nin olasılık dağılımını gösterir. Üç boyutlu RCS'nin yoğunluk dağılım diyagramı, açı ile hedef RCS'nin yoğunluk değişimini görsel olarak gösterir. Lua betiğine bağlı olarak, hedefin RCS verilerini hızlı bir şekilde analiz edebilir ve üç boyutlu bir yoğunluk dağılım haritası ve olasılık yoğunluk haritası çizebilir.
3 Hesaplama sonuçları
Bu makale basit bir füze modeli seçiyor, füze uzunluğu 0.8 m, hesaplama frekansı 10 GHz ve 68.800 üçgen, Şekil 1'de gösterildiği gibi MLFMM yöntemi kullanılarak mesh ediliyor. FEKO sürüm 14.0, yüzey örgüsü yüksek sıralı temel fonksiyon moment yöntemini destekler ve MLFMM ivmesini destekler.3.5 sıra temel işlevi kullanır ve ızgara sayısı 2514'tür. Daha büyük bir ızgara kullanılmasına rağmen, yüzey elemanı yine de elastik kuyuya sığabilir. Şekil 2'de gösterildiği gibi gövdenin yayı.
Modelin tek bölgeli RCS'si, MLFMM yöntemi ve momentlerin yüksek sıralı temel işlevi yöntemi (3,5 sıra) kullanılarak hesaplanır ve frekans 10 GHz'dir. Olay açısı = 90 °, 0 ° ~ 180 °, her 0.5 ° 'de bir nokta, dikey polarizasyon. Şekil 3'te gösterildiği gibi, iki yöntem iyi bir uyum içindedir. Tek istasyonlu RCS hesaplaması için, yüksek dereceli moment matrisi yöntemi doğrudan çözülür, yakınsama sorunu yoktur ve kalan olay açılarının RCS değerlerini hızlı bir şekilde hesaplamak için matrisin yalnızca bir kez LU ayrıştırması gerekir.
Şekil 4'te gösterildiği gibi, düzlem dalgasının geliş açısı = 60 ° ~ 120 °, = 0 ° ~ 180 ° Füze modelinin yan tarafındaki tek istasyonlu RCS, VV polarizasyonu ile Şekil 5'te gösterildiği gibi hesaplanmıştır. Hesaplamak için MLFMM yöntemini kullanın. Şekil 5, üç boyutlu RCS dağılım haritasını gösterir.
Şekil 6'da gösterildiği gibi, RCS modelinin tek boyutlu olasılık yoğunluk dağılımını elde etmek için FEKO'daki veri işleme komut dosyasını kullanın. RCS tek boyutlu olasılık yoğunluğu sayesinde, modelin radar görünmezlik özellikleri ve tespit edilebilirliği hızlı bir şekilde değerlendirilebilir.
Son olarak, füze modeli üzerinde ISAR görüntüleme hesabı yapılır. Hesaplama frekansı 8.5 GHz ~ 11.5 GHz'i seçer ve hesaplama her 50 MHz'de gerçekleştirilir. Entegre Lua komut dosyası dili, ISAR görüntülemeyi gerçekleştirmek için kullanılır. Şekil 7, füze modelinin hesaplanan ISAR görüntülemesini göstermektedir.
4. Sonuç
Vaka hesaplama ve analiz yoluyla, FEKO yazılımının çok katmanlı hızlı çok kutuplu yöntemi ve yüksek sıralı moment yöntemi, elektriksel olarak büyük ölçekli hedeflerin RCS'sinin doğru hesaplanması için çok uygundur. Ek olarak, FEKO'nun yüksek frekans yöntemi, hedef RCS'yi hızlı bir şekilde değerlendirebilir. Yazılımın Lua komut dosyası dili, RCS verilerini hızlı bir şekilde analiz edip işleyebilir ve tek boyutlu bir olasılık yoğunluk dağılım haritası ve radar mühendislerinin çeşitli veri sonrası analizleri gerçekleştirmesine yardımcı olan ters sentetik açıklıklı radar görüntüleme ISAR'ı elde edebilir.
Referanslar
Tang Yu, Gu Changqing.Geliştirilmiş kararlılığa sahip bir zaman-alanlı elektrik alan integral denklem metodu.Microwaves Dergisi, 2008, 24 (4): 31-35.
ERGIN A A, SHANKER B, MICHIELSSEN E. Geçici dalga fenomenlerinin hızlı analizi için düzlem-dalga zaman-alan algoritması IEEE Antennas Propag Mag, 1999, 41 (4): 39-52.
Shen Jing, Wan Guobin, You Lizhi ve diğerleri.İki boyutlu RCS görüntüleme simülasyonu ve hedeflerin deneysel araştırması. Journal of Microwaves, 2015, 31 (6): 78-81.
Zhuang Yaqiang, Zhang Chenxin, Zhang Xiaokuan, vb Dinamik RCS Simülasyonu ve Tipik Gizli Uçağın İstatistiksel Analizi Journal of Microwaves, 2014, 30 (5): 17-21.
Guo Xingyue, Liu Yang, Zhou Haijing, et al.Dinamik deniz yüzeyinin iki boyutlu elektromanyetik saçılmasında paralel zaman alanlı elektrik alan integral denklem yönteminin uygulanması.Power Laser and Particle Beam, 2015, 27 (10): 72-77.
