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涂覆吸波材料圆柱的RCS预估方法

赵京城 杨宗凯 王健 张扬

赵京城, 杨宗凯, 王健, 等 . 涂覆吸波材料圆柱的RCS预估方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(7): 1362-1371. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0214
引用本文: 赵京城, 杨宗凯, 王健, 等 . 涂覆吸波材料圆柱的RCS预估方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(7): 1362-1371. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0214
ZHAO Jingcheng, YANG Zongkai, WANG Jian, et al. RCS prediction method for cylinder containing microwave absorbing material[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(7): 1362-1371. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0214(in Chinese)
Citation: ZHAO Jingcheng, YANG Zongkai, WANG Jian, et al. RCS prediction method for cylinder containing microwave absorbing material[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(7): 1362-1371. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0214(in Chinese)

涂覆吸波材料圆柱的RCS预估方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0214
详细信息
    通讯作者:

    赵京城. E-mail: zjccool@126.com

  • 中图分类号: TN951

RCS prediction method for cylinder containing microwave absorbing material

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  • 摘要:

    用缩比模型测量结果预估是研制阶段获得大尺寸目标雷达散射截面(RCS)的常用方法,但根据经典电磁相似理论,严格满足缩比条件的涂覆吸波材料缩比目标测量难以实现。针对涂覆吸波材料缩比目标的RCS预估问题,提出了采用多元对数线性回归模型的预估方法。设计了2组圆柱模型,在微波暗室中对缩比因子分别为1、2、4、8的2组模型进行了测试。在完成角度矫正等数据预处理基础上,将缩比模型RCS数据作为训练集代入模型当中求得参数,对原模型的RCS进行预估并与实际实测数据进行对比分析。结果表明:所提方法预估数据与实测数据曲线拟合度较好,相较于传统平方率模型,误差下降了3~5 dB,在回归模型中加入吸波材料因子后误差进一步下降了0.3~0.8 dB。

     

  • 图 1  吸波材料反射率随频率变化

    Figure 1.  Reflectance of microwave absorbing materials varies with frequency

    图 2  测试场地示意图

    Figure 2.  Sketch map of test site

    图 3  两种圆柱模型的设计图

    Figure 3.  Design drawing of two kinds of cylinder model

    图 4  实际测试示意图

    Figure 4.  Sketch map of actual test

    图 5  测试及数据处理流程

    Figure 5.  Flowchart of test and data processing

    图 6  测试频率1.835 GHz下圆柱1单站RCS对角度曲线

    Figure 6.  Influence of angle on cylinder 1's monostatic RCS with test frequency of 1.835 GHz

    图 7  不同缩比因子模型的角度偏差统计对比

    Figure 7.  Comparison of angle deviation of models with different scaling factors

    图 8  圆柱1不同模型下单站RCS预估与实测对比

    Figure 8.  Comparison of prediction and measurement of cylinder 1's monostatic RCS in different models

    图 9  圆柱2不同模型下单站RCS预估与实测对比

    Figure 9.  Comparison of prediction and measurement of cylinder 2's monostatic RCS in different models

    表  1  电磁相似原理条件

    Table  1.   Conditions of electromagnetic similarity principle

    物理量 原模型 缩比模型
    长度 l l′=l/n
    频率 f f′=nf
    波长 λ λ′=λ/n
    电导率 σ σ′=
    磁导率 μ μ′=μ
    介电常数 ε ε′=ε
    表面阻抗 η η′=η
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    表  2  圆柱1的尺寸及测试频率

    Table  2.   Dimension and test frequency of cylinder 1

    n 长度/mm 直径/mm 测试频率/GHz 组数
    0.96 2 092 159 1.5~2 101
    2 1 000 76 3.5~4.5 201
    4 500 38 7~9 401
    8 250 19 14~18 801
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    表  3  圆柱2的尺寸及测试频率

    Table  3.   Dimension and test frequency of cylinder 2

    n 长度/mm 直径/mm 测试频率/GHz 组数
    1 480.0 240 2~2.5 101
    2 240 120 3.5~4.5 201
    4 120 60 7~9 401
    8 60 30 14~18 801
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    表  4  测量误差与目标和背景电平的差值典型数据

    Table  4.   Typical data of measurement error according to difference of target and background ratio

    测量误差/dB
    31 ±0.25
    25 ±0.5
    19 ±1
    16 ±1.5
    10.69 ±3
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    表  5  圆柱1数据角度校准结果

    Table  5.   Calibration results of angle of cylinder 1  (°)

    极化方式 n=0.96 n=2 n=4 n=8
    HH -0.6 0.2 -0.2 -0.2
    VV -0.6 0 -0.2 0.4
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    表  6  圆柱2数据角度校准结果

    Table  6.   Calibration results of angle of cylinder 2  (°)

    极化方式 n=1 n=2 n=4 n=8
    HH 0.2 0.2 0.2 0.8
    VV 0 0.2 0.4 -0.2
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    表  7  圆柱1的模型1摘要(HH极化)

    Table  7.   Model one's summary of cylinder 1(HH polarization)

    R R2 调整后的R2 标准估算的误差
    0.980 0.961 0.961 1.602 808
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    表  8  圆柱1的模型1回归方程系数(HH极化)

    Table  8.   Model one's regression equation coefficients of cylinder 1 (HH polarization)

    因子 系数 标准错误 t 显著性
    x1 0.943 0 2 830.873 0
    x2 27.175 0.041 967.286 0
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    表  9  圆柱1不同模型回归公式与平均绝对误差对比

    Table  9.   Comparison of regression formula and absolute error of cylinder 1 in different models

    极化方式 模型 回归公式 相关系数 拟合度 平均绝对误差/dB
    HH极化 传统平方率模型 y=x1+20x2 0.927 0.859 4.93
    HH极化 模型1 y=0.943x1+27.175x2 0.980 0.961 1.94
    HH极化 模型2 y=0.996x1+21.279x2-0.08x3-0.708x4 0.998 0.995 1.11
    VV极化 传统平方率模型 y=x1+20x2 0.934 0.872 5.26
    VV极化 模型1 y=0.991x1+30.630x2 0.992 0.984 2.14
    VV极化 模型2 y=1.039x1+19.476x2-1.728x3-0.378x4 0.994 0.988 1.29
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    表  10  圆柱2不同模型回归公式与平均绝对误差对比

    Table  10.   Comparison of regression formula and absolute error of cylinder 2 in different models

    极化方式 模型 回归公式 相关系数 拟合度 平均绝对误差/dB
    HH极化 传统平方率模型 y=x1+20x2 0.934 0.872 7.18
    HH极化 模型1 y=0.969x1+33.130x2 0.996 0.992 2.30
    HH极化 模型2 y=0.964x1+26.455x2+0.355x3-0.483x4 0.997 0.995 1.62
    VV极化 传统平方率模型 y=x1+20x2 0.946 0.895 5.92
    VV极化 模型1 y=1.005x1+30.119x2 0.989 0.979 2.41
    VV极化 模型2 y=0.969x1+19.469x2+0.046x3-0.894x4 0.991 0.982 2.18
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-25
  • 录用日期:  2020-08-01
  • 网络出版日期:  2021-07-20

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