加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值预测方法

摘要

本发明提供一种加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值预测方法，包括以下步骤：1）根据舰船上加载圆柱形鞭天线的几何信息，采用物理光学预估公式计算其水平方向的单站RCS值；2）建立舰船上除去圆柱形鞭天线之外的几何模型，采用传统的舰船电磁散射预测方法计算出其水平方向的单站RCS均值；3）采用随机相位求和法对圆柱形鞭天线水平方向的单站RCS值和除去圆柱形鞭天线之外的舰船几何模型水平方向的单站RCS均值进行RCS的代数和叠加，得到加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值结果。由于将圆柱形鞭天线和全船其它结构分开计算，使得网格数和对应计算量保持在未加载鞭天线的量级上，从而避免了平面元法无法完成计算的难题。

说明书

技术领域

本发明属于电磁兼容性领域，具体涉及一种对加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值预测方法。 

背景技术

出于通信的需要，舰船目标上往往加载有圆柱形鞭天线，而且其电磁散射峰值一般出现在水平方向（即在水平面内），如何有效预测此类舰船目标的水平电磁散射均值对于舰船目标非常重要。 

根据导体圆柱的物理光学散射预估公式可知，在微波频段，典型导体圆柱（长度为10m、15m等）的水平方向单站RCS值可达1000m²以上!因此，多根圆柱形鞭天线对舰船电磁散射的贡献是较为显著的。现有的主要舰船电磁散射预测方法属于平面元法，即采用平面元对舰船目标进行拟合。这种方法在处理船上的圆柱形鞭天线时会面临以下不便：1、离散的平面元网格数巨大，由于舰船目标本身离散的平面元网格数较大，因此再加上网格数巨大的圆柱形鞭天线往往导致无法进行计算；2、平面元拟合圆柱曲面会引起模拟误差，平面元模拟曲面即使是在较多面元的条件下依然可能形成显著的模拟误差。而且，这两点不便之间相互关联。如果减少平面元网格数，那么模拟误差显然更大；如果要减小模拟误差，则需要进一步提升平面元网格数，导致计算往往无法进行。因此，针对加载圆柱形鞭天线的情况，寻找一种有效的舰船水平电磁散射均值预测方法是实际工程中急待解决的问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值预测方法，能够对加载圆柱形鞭天线的情况进行有效处理。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值预测方法，其特征在于：它包括以下步骤： 

1）根据舰船上加载圆柱形鞭天线的几何信息，采用物理光学预估公式计算其水平方向的单站RCS值； 

2）建立舰船上除去圆柱形鞭天线之外的几何模型，采用传统的舰船电磁散射预测方法计算出除去圆柱形鞭天线之外的舰船几何模型水平方向的单站RCS均值σ_{ship_c}； 

3）采用随机相位求和法对圆柱形鞭天线水平方向的单站RCS值和σ_{ship_c}进行RCS的代数和叠加，得到加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值结果。 

按上述方案，所述的圆柱形鞭天线根数为n，第i根圆柱形鞭天线水平方向的单站RCS 值σ_{cylinder_i}为： 

${\sigma }_{\mathrm{cylinder}\_i}=\frac{2{{\mathrm{\pi H}}_i}^2{r}_i}{\lambda }---\left(1\right),$

其中，H_i为第i根圆柱形鞭天线高度，r_i为第i根圆柱形鞭天线的底面半径，λ为入射波波长。 

按上述方案，所述的加载圆柱形鞭天线的舰船水平电磁散射均值结果σ为： 

$\sigma =\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\sigma }_{\mathrm{cylinder}\_i}+{\sigma }_{\mathrm{ship}\_c}---\left(2\right).$

本发明的有益效果在于： 

1、圆柱形鞭天线无需划分网格，只需利用导体圆柱的物理光学预估公式进行计算；采用物理光学预估公式只需输入圆柱的半径、高度和波长即可准确而快速的获取其水平电磁散射结果。由于物理光学预估公式属于解析计算，所以不存在拟合误差。 

2、由于将圆柱形鞭天线和全船其它结构分开计算，使得网格数和对应计算量保持在未加载鞭天线的量级上，从而避免了平面元法无法完成计算的难题。 

3、采用随机相位求和法合成圆柱形鞭天线和全船其它结构的电磁散射均值结果快速有效，由散射中心概念可知，舰船目标的总散射场可由各个独立散射中心的散射场叠加而得。在忽略各散射中心相互间的多次散射和遮挡效应的条件下，用随机相位求和法给出其非相关叠加的结果（各散射中心RCS的代数和），即可作为在某个扇形范围内（例如水平360度）RCS的平均值。由于舰船上鞭天线往往加载在船舷或桅杆等位置，因而通常可以忽略多根鞭天线之间及其与全船其它结构的多次散射和遮挡效应。此外，由于在典型的扇形范围内（例如水平360度），鞭天线与全船其它结构间的相位差通常符合随机相位分布的特点，因此此时采用随机相位求和法并不丧失计算的准确性。 

具体实施方式

以下结合具体实例进一步说明本发明。 

（1）圆柱形鞭天线的水平方向单站RCS计算； 

计算参数如下（假设只加载1根鞭天线），H为10m，r为0.05m，λ为0.03m（对应10GHz）。 

${\sigma }_{\mathrm{cylinder}}=\frac{{2\mathrm{\pi H}}^{2}r}{\lambda }=\frac{2\pi {*10}^2*0.05}{0.03}=1047m^2,$

H为所加载的圆柱形鞭天线高度，r为所加载的圆柱形鞭天线的底面半径，λ为入射波波长。 

（2）采用传统的舰船电磁散射预测方法计算出某舰船目标水平方向的单站RCS均值，其均值为2000m²。 

（3）采用随机相位求和法得到加载圆柱形鞭天线（1根）的舰船水平电磁散射均值结果： 

σ=2000+1047=3047m²。 

上述仅以单根圆柱形鞭天线为例，在鞭天线更长以及数量更多的情况下，如使用传统预测方法进行全船的电磁散射计算将更难以实现，此时便显示出本方法的优势。