时变等离子体覆盖导体圆柱的双站散射特性分析

　　研究时变等离子体覆盖导体圆柱的双站散射特性对等离子体隐身技术和太空再入体的跟踪识别技术具有重要的意义。以非磁化不均匀等离子体覆盖导体圆柱的模型为基础,采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法计算了不均匀时变等离子体覆盖导体圆柱的双站雷达散射特性。结果表明:不均匀等离子体覆盖导体圆柱能成功地缩减目标的雷达散射截面。

　　关键词：时域有限差分;等离子体;雷达散射特性

　　Abstract: The bi-station scattering characteristics of the non-magnetized,non-uniformly distributed,time-varying plasma,covered on the conductor columns in space environment,were modeled,simulated in the piecewise liner JE recursive convolution finite difference time domain method,for the purposes of improving the existing techniques of plasma stealth,tracking and identifying the re-entry of spacecrafts.The impacts of the frequency of the incident electromagnetic(EM) waves,and various key plasma parameters,such as the plasma thickness,plasma temperature,and the rising time of the time-varying plasma,on the scattering cross-section were simulated.The simulated results show that the covering of non-uniform plasma on conductor column significantly reduces the scattering cross-section of radar.Further research work of the simulation was also tentatively discussed.

　　Keywords: FDTD,Plasma,Radar scattering characteristics

　　基金项目: 安徽省红外低温等离子体重点实验室基金项目(编号:2007A0103013Y)

　　目标电磁散射特性是雷达系统探测、跟踪、识别目标的基础, 随着航空航天技术的发展和现代局部战争的升级, 隐身目标电磁散射特性研究在电子对抗中显得越来越重要。雷达截面减缩就是控制和降低目标的雷达特征, 迫使敌方电子探测系统降低探测能力和降低武器平台的效能, 是提高目标突防能力、生存能力, 尤其是纵身打击能力的有效手段, 一直受到高度重视[1-3] 。

　　等离子体隐技术作为一种全新的隐身手段, 相比目前已广泛应用的隐身技术具有许多优势: 一是隐身效率高, 等离子体可以达到99%的隐身和折射效果, 远高于现有的吸波材料; 二是具有宽频段, 基本可以对所有波段的雷达进行吸收和干扰; 三是不改变装备的外形, 适应范围广[4-6] 。等离子体隐身技术可以在几乎不影响飞行器气动和强度性能的情况下减缩其雷达散射截面( RCS) 特别是用于一些无法或难以采取外形措施的部件, 例如弹翼、机翼前缘部位等, 而且依靠材料的吸收性能降低了目标总的回波强度, 在所有方向上都达到了减小RCS 的隐身效果。

　　本文利用最新高效的分段线性电流密度递归卷积时域有限差分(PLJER-FDTD) 方法计算了不均匀时变等离子体覆盖导体圆柱的双站雷达散射特性, 分析了等离子体参数选取对雷达散射截面特性的影响。

　　通过对时变等离子体覆盖导体圆柱的双站散射特性的分析, 可以得出结论如下:

　　(1) 目标的RCS与许多等离子体参数和入射电磁波有关, 例如, 等离子体厚度、等离子体温度( 决定等离子体碰撞频率) 、时变等离子体的上升时间, 入射电磁波的频率等。

　　(2) 不均匀等离子体覆盖导体圆柱能成功地缩减目标的RCS。一般地, 等离子体温度越高、厚度越大, 等离子体对入射电磁波的衰减也越大。时变等离子体上升时间越小, 时变等离子体对电磁波的衰减越大。

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