﻿ 舰炮隐身设计与RCS仿真
 舰船科学技术  2020, Vol. 42 Issue (10): 167-170    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2020.10.032 PDF

Stealth design and RCS simulation of naval gun
SONG Hong-zhen, KANG Zong-kuan, DU Xi-zhao, CHAO Zhong-chen
Shipborne Weapon General Department, Northwest Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Xianyang 712099, China
Abstract: Radar stealth is of great significance to surface warships. As ship surface equipment, the influence of naval gun stealth performance on the radar characteristics of surface warships is more prominent. Reduce the radar signature of naval gun, to make it difficult to be found and tracked by enemy radar detection system, can improve the survivability of naval gun. The stealth design of naval gun is mainly for the shape stealth design of shield. According to the requirements of naval gun and the principle of shape stealth design, design the stealth shape of naval gun shield, and take RCS simulation on the exposed part of naval gun based on physical optics to estimate the stealth performance of naval gun. According to the RCS simulation results, it can be seen that the strong scattering source of naval gun is in the front(( $\varphi$ =90°))and two sides( $\varphi$ =0°, $\varphi$ =180°)of the shield, and the reason of strong scattering source is analyzed.
Key words: naval gun     stealth     shield     physical optics     RCS     simulation
0 引　言

1 雷达散射截面积

 $\sigma = \frac{{{{\left( {4{\text{π}} } \right)}^3}{R^4}{P_r}}}{{{G^2}{\lambda ^2}{P_t}}}\text{，}$ (1)

 ${\sigma _{\rm{dBsm}}} = 10\lg ({\sigma _{{{\rm m}^2}}})\text{。}$ (2)

1）目标的几何外形和材料的电参数（ $\varepsilon '$ $\varepsilon ''$ $\mu '$ $\mu ''$ ）；

2）目标被雷达照射的方位；

3）入射波的频率和波形；

4）入射场和接收天线的极化形式。

2 防护罩外形隐身设计 2.1 外形隐身设计原则

1）避免出现任何较大平面和凸状弯曲表面、边缘、棱角、尖端、间隙、缺口；

2）避免镜面反射和角反射器结构；

3）避免两平板正交；

4）避免暴露腔体结构。

2.2 防护罩外形隐身设计

 图 1 舰炮外形 Fig. 1 Naval gun shape
3 舰炮RCS仿真

3.1 物理光学法[9-11]

 图 2 源点和场点示意图[10] Fig. 2 Diagrammatic sketch of source point and field point

 ${{{H}}^{{S}}} \!=\! - \iint_S {\left[ {j\omega \varepsilon \left( {{\hat{ n}} \!\times\! {{E}}} \right)\psi \!-\! \left( {{\hat{ n}} \!\times\! {{H}}} \right) \!\times\! \nabla \psi \!-\! \left( {{\hat{ n}} \!\cdot\! {{H}}} \right)\nabla \psi } \right]{\rm{d}}s}\text{。}$ (3)

 $\psi = \frac{{\exp \left( { - jkR} \right)}}{{4{\text{π}} R}}\text{，}$ (4)

1）物体表面的曲率半径远远大于波长；

2）物体表面上只有被入射平面波直接照射到的区域才会产生感应电流；

3）物体的受照射表面上的感应电流特性和在入射点与表面相切的无限大平面上的电流特性相同。

3.2 参数设置

1）舰载火控雷达对舰炮的威胁最大，其频率范围8～12.5 GHz。雷达频率越高，对目标的定位精度越好，因此仿真频率设定为12 GHz。

2）仿真坐标系：以防护罩正前方水平指向为纵轴（ $x$ 轴）正向，回转中心竖直向上为竖轴正向（ $z$ 轴），横轴正向按照右手法则确定（ $y$ 轴）。

3）仿真角域： $\theta$ 角（仰角）为入射波与横轴纵轴平面（ $x - y$ 平面）的夹角， $x$ 轴正向为0°； $\varphi$ 角（方位角）为入射波与横轴竖轴平面（ $y - z$ 平面）的夹角， $y$ 轴正向为0°。

4）采样点：0°≤ $\varphi$ ≤180°，每5°取一个采样角；0°≤ $\theta$ ≤3°为雷达主要探测仰角范围，每1°取一个采样点。

5）仿真参数：仿真结果为远场单站RCS，极化形式为垂直极化，dBsm。

6）为全金属化物体。

3.3 仿真结果分析

 图 3 舰炮RCS仿真结果 Fig. 3 RCS simulation results of naval gun

1）在0°和180°方位角时，雷达照射区域主要是多块不同倾斜角度的面板和身管，随着仰角从0°增大到2°，下部面板减少的雷达截面等效面积比上部面板增加的雷达截面等效面积多，从而总的雷达截面等效面积减小，RCS值也就变小。仰角增大到3°时，上部增加的雷达截面等效面积比下部减少的雷达截面等效面积大，从而总的雷达截面等效面积增大，RCS值也就变大。

2）在90°方位角时，雷达照射区域除了防护罩的倾斜面板，还有带小锥度的空心身管、半圆形护盾和护套。在仰角0°时身管的腔体结构、护套与防护罩面板构成的角反射器结构、护盾凸状曲面结构对RCS值的贡献较大。随着仰角的增大，前述结构造成的影响逐渐减小，总的雷达截面等效面积减小，RCS值也就变小。

4 结　语

1）除了方位角0°，90°，180°以外，其他方位角内的RCS值都较小，可以较好减小舰炮的雷达特征信号，提高了舰炮的隐身性能。

2）强散射源与具体的方位有关，并在RCS分布曲线的峰值对应方位得到体现。

3）侧面大尺寸面板、身管的腔体结构、护套与防护罩面板构成的角反射器结构、护盾凸状曲面结构对舰炮RCS值贡献较大。

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