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微波电子线路大作业

发布时间:2019-08-01 13:23 来源:未知 编辑:admin

  摘要—隐形技术(stealthtechnology)俗称隐身技术, 精确的术语应该是“低可探测技术”(low-observable technology)。即通过研究利用各种不同的技术手法来改变 己方目标的可探测性信息特征,最大程度地降低被对方探测 系统发现的概率,使己方目标以及己方的武器装备不被敌方 的探测系统发现和探测到。本文从电磁波的隐身技术的原理、 电磁波隐身材料方面进行阐述,并对对未来隐身技术做出了 总结和展望。 关键词—电磁调控; 隐身技术; 探测技术; I.电磁调控的隐身工作原理介绍 隐形技术(stealth technology)俗称隐身技 术,准确的术语应该是“低可探测技术”(low observable technology)。即通过研究利用各种不 同的技术手段来改变己方目标的可探测性信息特 征,最大程度地降低对方探测系统发现的概率,使 己方目标,己方的武器装备不被敌方的探测系统发 现和探测到。隐形技术是传统伪装技术的一种应用 和延伸,它的出现,使伪装技术由防御性走向了进 攻,有消极被动变成了积极主动,增强部队的生存 能力,提高对敌人的威胁力。 II.电磁调控与雷达 A.雷达的电磁计算 在现代军事领域中,隐身技术和反隐身技术是 重中之重,研究隐身和反隐身技术就要研究目标的 电磁散射特性。雷达散射截面(RCS)是评价目标 散射特征的最基本参数之一,其计算和测量的研究 具有重要意义。计算方法有解析方法,精确预估技 术和高频近似方法等。根据测量方式的不同,可以 分为远场测量、近场测量和紧缩场测量。远场测量 在室外进行,虽然能直接得到目标 RCS,但是条件 难以满足(满足远场条件时,被测目标与天线间的 距离非常大),相比之下,在微波暗室中进行的近 场测量由于采用缩比测量的方法更容易满足测试 条件。相对于紧缩场测量,近场测量的精度更高, 成本也有所降低,于是近场测量越来越成为研究的 一个重点。近场测试到的雷达回波信号并不是工程 中所关心的 RCS,而如何由近场测量数据得到目标 RCS,则是必须要解决的问题。 B.雷达目标的散射特性 在光学区,目标总的电磁散射可以认为是某些 局部位置上的电磁散射的叠加,这些局部性的 散射源被称为散射中心。散射中心这个概念是 在理论分析中产生的,通过精确的测量,由散 射中心的散射场叠加得到的目标总的 RCS RCS理论值非常接近,这就说明将目标等效 射中心并不是一个实际意义上的“点,根据目标电磁散射的特点,散射中心主要可分为以下 类型:镜面散射中心,边缘(棱线)散射中心, 尖端散射中心,凹腔体散射中心等,这些散射 中心本身就有可能包含多个散射中心,但是在 实际应用中,通常把它们作为一个散射中心来 处理。因此,在实际问题的分析处理中,散射 中心绝对不是一个点的概念。 根据电磁理论,每个散射中心都相当于Stratton-chu 积分中的一个数字不连续处。 从几何观点来分析,就是一些曲率不连续处与 表面不连续处。 雷达目标在高频区的电磁散 射可以等效为若干散射中心的作用。散射中心 建模有两种途径:一种是在已知目标几何形体 和材料特性的前提下,通过分析部件的散射特 性建立整个目标的散射中心模型,这个过程依 赖于已知目标的形体和材料特性,难以自动化, 缺少通用性;另一种是从测量数据中提取散射 中心的位置、强度、频率和方向特性等等,它 本质上是散射中心模型参数估计问题。 雷达 电磁调控在军事隐身技术的应用 目标RCS 的变换方式有单站远近场变换和双站 远近场变换等。 III.飞机目标隐身技术 A.研究背景及发展现状 1991 月17日凌晨,伊拉克首都巴格达的 人们还处在香甜的睡梦中,几架外形奇特、颜色漆 黑的飞机从基地起飞以后,悄无声息地进入伊拉克 的领空,并突然出现在巴格达的上空,向着位于市 中心的通讯大楼投下了精确制导的激光制导炸弹, 四十五分钟以后,巴格达的空袭警报才响起。成功 完成这次空袭任务的神秘飞机便是美国空军鼎鼎 大名的隐形飞机F-117.F-117 早在1989 年12 国入侵巴拿马战争中就已经使用过,直到这次海湾战争才充分体现了隐形飞机的军事价值:战争期间, 设防严密的巴格达市内95% 的目标都是由F-117在 夜间进行轰炸的,并且在执行任务的过程中没有损 失一架F-117 .这所有的一切都归功于F-117 用的隐身(或隐形)技术。飞机隐身技术包括雷 达隐身技术、红外隐身技术、电子隐身技术、可见 光隐身技术、声波隐身技术、电磁隐身技术等,由 于现代防空体系中最为重要、使用 最广、发展最快的探测器是雷达,因此,雷达 隐身技术成为最主要的隐身技术。雷达隐身技术的 核心就是降低目标的雷达散射截面积(RCS)。目前 可采取的RCS 减缩手段主要包括外形隐身技术、材 料隐身技术及对消技术和等离子体隐身技术。 B.飞机目标隐身技术措施 通过上面的介绍可以看到,目标的红外隐身应 包括三方面内容: 一是改变目标的红外辐射特 性,即改变目标表面各处的辐射率分布;二是 降低目标的红外辐射强度,即通常所说的热抑 制技术;三是调节红外辐射的传播途(包括光谱 转换技术) 。改变红外辐射波段 一是使目标 的红外辐射波段处于红外探测器的响应波段之 外;另外是使目标的红外辐射避开大气窗口, 而在大气层中被吸收和散射掉。具体技术手段 可采用可变红外辐射波长的异型喷管,在燃料 中加入特殊的添加剂来改变红外辐射波长。 调节红外辐射的传输过程 通常采用在结构上 改变红外辐射的辐射方向。对于直升机来说, 由于发动机排气并不产生推力,故其排气方向 可任意改变,从而能有效抑制红外威胁方向的 红外辐射特征;对于高超音速飞机来说,机体 与大气摩擦致热是主要问题之一,可采用冷却 的方法,吸收飞机下表面热,再使热向上辐射。 模拟背景的红外辐射特征 模拟背景红外辐射 特征是通过改变目标的红外辐射分布状态,使 目标与背景的红外辐射分布状态相协调,从而 使目标的红外图像成为整个背景红外辐射图像 的一部分。 红外辐射变形 红外辐射变形就是通过改变目 标各部分红外辐射的相对值和相对位置,来改 变目标易被红外成像系统所识别的特定红外图 像特征,从而使敌方难以识别。目前主要采用 涂料来达到此目的 2.2 降低目标红外辐射强 降低目标红外辐射强度也就是降低目标与背景的热对比度,使敌方红外探测器接收不到 足够的能量,减少目标被发现、识别和跟踪的 概率。它主要是通过降低辐射体的温度和采用 有效的涂料来降低目标的辐射功率。其原理主 要包括减热、隔热、散热和降热等。具体可采 用以下几项技术。 2.2.1 减少散热源技术 量减少散热源、采用散热量小的设计和部件,采用闭环冷却系统,改善气动力特性,减少气 动力摩擦。 IV.电磁调控应用于坦克 坦克的几何建模炮塔是最具不同类型特点的坦克特征部件,主 要可分为以下几种不同形 状。曲面体炮塔, 类似于球冠形曲面,常用三次B 样条曲面生成, 主要参数 为底缘曲线、顶曲线、主要截面曲线。 圆台型炮塔,形状比较规则,主要参数为下 圆直径、顶圆直径、圆台 高度。 多面体炮塔,没有规定形状,主要根据所设计各平面块组成的多面体 生成,参数为各平面体 边缘直线段三维端点的确定。炮塔的附属件, 如顶窗(有平面型、圆台型),主要参数为顶窗 状底缘与炮塔主体的相贯曲线的确定。车体多数为边缘与纵向轴线垂直的多面体组成, 不同类型主要区别是底面有平面和曲面之分。 车体前多位锐角装甲,并有挡浪板,由多面体 生成,参数取决于直线段。曲面底面可用三次B 样条曲面生成。 轮系为驱动履带的轮,有主动轮与从动轮之分, 主要参数为各轮中心位 置、轮直径、轮外端面 凹形状、减重孔直径与位置。主动轮还需与对 轮齿造型。 履带是坦克中形状比较特殊的部件,主要是确 定履带单元件形状和履带曲线链形状。履带单 元件又有几种:齿条型履带,形状多半不规则 的内外齿状组合体,齿形可用多面体与二次曲 面近似生成。履带链曲线形状用圆弧与直线段 生成,尤其重要的是确定每一个履带单元块相 对于链曲线的法向安装位置,以便对履带单元 块旋转适当角度与中心定位。 翼板即车体两侧护罩履带轮系的板型件,分为 曲面罩板型和平板组合板型。 主炮为安装在炮塔的主炮管,其形状为多段圆 管和圆台组合,只要确定各段端面圆直径,就 很容易生成,注意生成的主炮构型,通常与车 体有一相对角度,作角度旋转,则得到主炮在 空间的三维形状。 坦克外部通常配有多种箱体物,如工具箱、邮 箱等。工具箱多为多面体,按多面体生成。 坦克上有多种灯具,可用球面和柱面生成。其 他管状物生成物方法类似。各种栏杆可用细圆 柱面体组合生成 雷达侦测坦克的机理坦克在没有进行雷达隐身设计之前,其雷达截 面积(RCS)数值在几十平方米到几百平方米(8 mm 是美国某坦克RCS 实测数据.可见坦克 RCS 随雷达俯角和目标方位角的变化,有很大的差 异.对于典型的威胁雷达(波段主要是微波波段), 坦克具有电大尺寸的特点,坦克整体RCS 可以看成 由数个显著贡献的强散射源和数目更多的贡献较 小的散射源共同构成,并且由于散射体的数目众多, 随着角度的变化,各部分的贡献不断的同相反相, 使得总的RCS 呈现急剧的起伏特点。 C.以植物伪装遮挡为基础的坦克隐身措施手段 目前战场上使用的反雷达伪装器材缺点是较 为厚重、制作成本较高,虽然能够实现较好反雷达 伪装,但是对其它侦查手段的伪装能力有限。而天 然植被是随处可见的,材料易得到,便于短时间内 采集,可根据需要与伪装遮障组成各种规格的人工 植物伪装遮障,以往被用作可见光波段和红外波段 的伪装措施。近年来研究发现植被的结构会扭曲雷 达信号波阵面,特别是在低频波段,能够改变目标 散射特征,降低SAR 探测分辨率。如果能够深入了 解常用植物伪装遮障与被伪装目标雷达散射相互 作用特性,得到植物伪装遮障和金属目标的电磁散 射规律,找到合适的植物伪装遮障结构,就有可能 克服现有反雷达伪装器材缺点,并达到战场中材料 易获取、对多波段侦查都具有伪装效果的目的。 V.电磁调控与舰船隐身技术 A.背景及前景 现代舰船系统发展中出现的 一项高新技术 隐身技术作为提高舰船系统生存、突防 ,尤其是 纵深打击能力的有效手段 隐身技术是研究如何控制 、缩减舰船的特征信 、减少以特征 号为引信 突防能力及作战效能的技术 。影响舰船隐身性能 的特征信号 ,通常包 括声信号、磁信号、 、红外 信号、 、电场信号 、、尾迹信号 光信号等B.隐身方法 外形隐身 舰船外形隐身技术的实质是将舰船 的强反射 结构转换 ,在一定角域内显著减少其雷达散射截面 ,舰船 外形设 计合理 ,能大幅度减少雷达回波的强度 舰船上层结构尽量设计成将回波集中指向背 离敌人的一个方向 (预先确定多个方向) 尽量减少在露天区域安装金属设施 ,除必要 的通风口 、通气 口外 ,其它金属物体不在露 天甲板设置 ,或对露天 安装的设施采取加遮 挡形体 材料隐身舰船材料隐身是指利用雷达吸波材 有效地吸收入射雷达波,从而使舰 船总的回波强度 显著降低 ,能达到在所有方 向同时减小 RCS 在不影响总体性能 、结构 、强度的前提下 ,尽量 采用非 金属材料 ,这就是所谓的结构材料隐身 造价昂贵或条件限制,但这是舰艇隐身发展方 在局部可选用,例如导弹发射箱 雷达吸波材料已使用多年,实战 使用始于马岛战争 、四分之一的波长 ,对付特定威胁的吸波材料 合用来对付飞鱼导弹 。其它 RA 它威胁,如捕鲸叉和两伊战争期间伊朗购买的 式导弹。后来研制的第二代和第三代 RA 牺牲一些最大衰减性能而使宽带性能得到改 磁隐身磁探仪可以通过探测舰船在水下运动 时地磁 场的变化探测舰船 ,磁场可引发磁性 水雷爆炸 ,在地球磁场中被磁化 ,航行 这种磁场使得被磁化了的舰船在海中仿佛一个巨大的 、浮动的磁体 ,一旦遇上磁性水雷 将导致水雷引信动作 ,把舰艇炸毁 磁站或消磁船等专用场地进行临时线圈消磁 通以强大的电流,由此消去舰艇的固定磁性 在舰艇内部敷设若干组固定线圈,借助于消磁 电流整流器 ,在固定线圈中产生会随航向和海 化的消磁电流,进行固定绕组消磁 此补偿掉舰艇的感应磁性 红外隐身红外探测器可以探测到舰船的红外 辐射场 外制导导弹可以跟踪、命中 。红外辐射主要有两个“大气窗口”,即 中红外区、常成为红外 制导导弹 的“亮点”;8~12μ 远红外区可形成热成像 而暴露舰船 海面大气吸收和散射使有些波长的红外光迅 IR)的吸收和散射不是很重要 IR窗口辐 射源最强 。在室温附近温度范围内的“温源” IR窗口 。舰船在其整 个表面都辐 射热能 。舰身绝大部分的表面温 度与周围大气温度相差不大 ,因此属 口的辐射电场隐身 舰船的水下电场也是一种特征信号 ,必须设法降低 ,使其达到不足以引 雷的程度。舰船电 场分为静电场 ,静电场由于舰船各种金属 化学电位不同 ,引起腐蚀电流在海水 中流动 以及采用有源阴极保护系统 产生的电流 。交变电场由主轴转动时水中的电流被调 的一部分,此外为旋转的螺旋 桨所感应 的交变电流 。因此设计舰船时考虑 安装电保护装 、屏蔽装置以及电场补偿系统装置 在航渡和潜伏状态,一般电子设备 应处于静默 状态 ,而使用卫星导航设备完成 船舶导航 采用雷达侦察告警设备 ,或利用数据链实行资源共享的优点 取敌情,为我方分析 、利用 ,以便 对目标实 施攻击 在航渡和潜伏过程中,当需要开启 有关电子设 ,这些设备必须在技术上采取一定的措施 被截获概率降低,战术上 隐蔽使用 。例如通信设备 采用自适应跳频技 方绍强.飞行器等离子体隐身技术.现代防御技术,2005 IRMissile Counter measures,AD-A286117 钟华,李力自编著.隐身技术.北京:国防工业出版社,1999.79 功能复合材料.北京: 化学工业出版 社,2004.45

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