电磁散射（RCS）分析：高效解决方案全解析

现代战争首先是电子高科技的对抗，而雷达探测与隐身技术又是其主要的对抗领域之一。目标的雷达散射截面（RCS）是评判目标电磁隐身特性的一个重要指标，快速精确的目标RCS分析对于隐身设计人员具有重要的指导意义，尤其是飞机、导弹、舰船等的雷达目标特性分析引起了世界各国的高度重视。飞机、导弹、舰船等军用目标，它们的电尺寸往往非常巨大，因此分析其电磁散射特性对一般软件是一个巨大的挑战。

针对不同类型RCS的解决方案

待分析RCS问题的电尺寸和模型复杂度不同，FEKO提供的处理方法也有所不同，这样做的好处是在精度、速度之间取得最佳折衷。对于电大尺寸和超电大尺寸的金属、介质或金属/介质混合等目标体，在硬件资源满足要求的情况下，首选MLFMM和FEM/MLFMM方法来精确求解。

电小尺寸目标的RCS分析

对于电小尺寸目标的RCS分析，FEKO采用严格的求解方法——矩量法，可以进行最精确的分析，也可以采用有限元FEM法和MoM/FEM混合法。图2.1、图2.2是业界公认的金属体RCS的Benchmark，分别给出了金属球和黄铜带的RCS分析结果，从图中我们可以看出FEKO分析结果与精确解完全一致。因此对于电小尺寸的目标RCS，FEKO可以获得非常精确的结果。

电大尺寸目标的RCS分析

对于电大尺度目标体的RCS分析，FEKO提供了两种可选的方法：

a）首选MoM和MLFMM方法：耗费计算资源，但是能得到精确结果。

b）选择高频PO和RL-GO算法：计算快速、占用计算资源小，在某些角度、对于细节变化剧烈的模型精度欠佳。

我们采用业界公认的一些不规则金属体的散射为例，参考文献Benchmark（Benchmark Radar Targets for Validation of Computational Electromagnetics Programs, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 35, No. 1 February 1993）中的测试结果，给出FEKO软件的计算结果，并与测试结果对比，可以看到与测试结果有很好的一致性。

不同频率（1.19GHz、7.0GHz、9.92GHz）垂直极化、水平极化时的单站RCS

不同频率（869MHz、9.0GHz）垂直极化、水平极化时的单站RCS

介质体的RCS分析

对于介质结构或包含涂敷吸波材料目标体的RCS分析，建议采用FEKO提供的基于面等效原理的矩量法（MoM）、多层快速多极子（MLFMM）或有限元与快速多极子的混合方法（FEM/MLFMM）等进行散射特性的精确分析。

全金属和金属+复合材料情况下，水平极化时的单站RCS、表面散射电流对比

超电大尺寸目标体的RCS分析

对于飞机、导弹、舰船等超电大尺寸目标体，精确分析方法往往需要很大的内存资源，FEKO提供了高频PO、RL-GO算法及MOM/PO和MoM/RL-GO混合算法，能够方便、快速、精确地分析超电大尺寸、复杂目标体的RCS，在硬件资源满足条件的情况下，采用MLFMM或FEM/MLFMM精确求解。

8  MOM和PO计算三角反射器的结果对比

上图是8个波长的三角反射器的双站RCS，我们清楚地看到了PO经过修正的效果。未经修正的PO计算结果，在大角度时与MOM结果差距较大，经过三次反射修正的PO结果与MOM结果非常吻合，而计算资源下降了几个数量级。

FEKO 软件（6.0版本）引入大面片物理光学求解技术（LE-PO），增强了处理超电大规模目标体的计算能力，并可以和小面片的物理光学法以及矩量法结合。

图9 某型号飞行器在50GHz 垂直极化雷达波照射下的单站RCS计算（基于LE-PO）

FEKO 新版本（6.0）中引入了射线寻迹几何光学求解技术（RL-GO），支持平面波激励，增强了处理超电大规模金属、介质及金属/介质混合目标体的散射计算能力，可以通过对模型目标体进行大网格的剖分来降低计算资源。

雷达波照射下的单站RCS计算（基于FEKO的RL-GO、PO和MLFMMM）

后部照射三种方法一致性很好，侧面照射由于多次反射，RL-GO的结果更接近于精确解

进气道等腔体RCS

进气道等腔体的RCS在理论、仿真上都是一个难题，通常是采用自编程序来单独计算。FEKO提供的MOM和MLFMM可以解决某些规模中等的进气道问题，如下所示。

采用这种方法，我们可以计算导弹头部、进气道等关键部位的RCS。利用MOM/PO混合算法，可以将关键部位用MOM计算，其余平缓部分用PO计算，以获得精度、效率的最优组合。

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