4 外形隐身改进散射影响分析

4.1 外形隐身电磁散射影响分析方法

从当前舰船技术发展来看，外形隐身及改进是降低其重点威胁角域RCS 的重要技术方法，首先，结合RCS 计算曲线分布特点，通过2 个模型RCS 曲线对比，从波峰大小、位置等与舰船外形结构的关系及变化特点，来研究外形隐身改进的影响性能。

其次，基于2 种舰船电磁计算模型，在重点威胁角域内，以外形隐身前后2 种电磁模型为目标，以二者多个角域内RCS 算术均值及算术均值差异来研究外形隐身措施带来的电磁散射特性影响。

定义2 种舰船电磁模型RCS 相对增值为：

其中：σA，σB分别为A，B 电磁模型在相应威胁研究角域内的RCS 算术均值；G 为RCS 相对增值，dB。如该值大于0，则说明外形隐身有效，值越大，隐身效果越明显。

4.2 电磁散射特性影响分析

水面舰船在执行巡航、侦察、作战任务时，面临各种武器平台的威胁，表现为不同角域、不同频率下电磁波探测、识别、跟踪等，基于上述RCS 相对增值，从不同频率、不同角域的变化情况进行分析。重点关注舰船头向、尾向及周向各角域内的RCS 幅值大小，可采用算术均值表示。不同角域内RCS 相对增值随频率变化的响应曲线（俯仰角0°）见图6，随俯仰角变化的响应曲线（入射频率1 GHz）见图7。值得一提的是，如前所述，相对增值越大，说明对应角域内的外形隐身改进的效果越好，如该值接近或小于0，则无隐身改进效果。

图6 不同角域RCS 相对增值频率响应曲线（俯仰角0°）Fig.6 Curves of RCS relative values with different frequencies in different angular domains （with pitch angle of 0°）

图7 不同角域RCS 相对增值俯仰角响应曲线（1 GHz）Fig.7 Curves of RCS relative values with different pitch angles in different angular domains （with frequency of 1 GHz）

由图6 可以看出，频率由0.5 GHz 提高至10 GHz时，各角域内的相对增值均有所增加，说明通过对船体和上层建筑的外形隐身改进，可有效提高舰船隐身性能。图6 也表明，外形隐身在舰船各角域上的影响各异，前向30°和60°角域RCS 相对增值最高，之后依次为周向、后向30°角域、侧向60°角域；前向相对增值较大（10 GHz 时前向30°角域达46.734 0 dB），是由于通过舰船结构修形，前向的镜面散射或接近镜面散射的船体结构倾斜或融合过渡后，有效降低了前向峰值；而侧向，主要受限于船体、舰桥、隐身桅杆等上层建筑侧向镜面散射的影响，导致外形隐身效果较差；后向角域相对增值变化规律及产生机理与前向类似。

图7 相对增值曲线表明，俯仰角变化时，相对增值在俯仰角较低时较大，此时也是外形隐身设计的主要研究和改进状态，通过外形设计，将镜面散射波峰外移，减低前向波峰大小，甚至使其消失，而当俯仰角增大（正向或负向）时，采用外形隐身技术的一些结构模块表面的散射将会逐渐增加，从而降低外形隐身效果，表现为相对增值俯仰角0°附近时较大（前向30°为33.301 3 dB），两端减小。此外，与频率效应相似，各不同角域的俯仰角效应有一定区别，依然表现为前向30°和60°角域，RCS 相对增值较大，其他角域较小，后向30°角域在±15°迎角时隐身改进效果消失。

5 结 语

针对2 种舰船模型，采用物理光学法计算分析了不同频率、不同俯仰角下的电磁散射特性，并进行对比性研究，得出以下结论：

1）舰船RCS 曲线分布特性：曲线波峰及其分布特性与舰船外形结构特点有直接关系，A 电磁模型沿周向对称分布有强弱散射波峰6 个，B 模型5 个波峰，不存在前向波峰，有较好隐身性，2 个模型各波峰分别对应舰船船体和上层建筑重要部件散射，头向波峰是镜面散射的综合影响。

2）RCS 曲线分布的俯仰角和频率特性：俯仰角变化会引起散射波峰的幅值和位置变化；频率增加时，曲线震荡性增加，RCS 减小，但不影响分布特性。

3）外形隐身改进影响特性：采用基于RCS 算术均值的相对增值来分析，频率增加时，各角域相对增值均有所增加，10 GHz 前向30°角域可达46.734 0 dB；-15°～15°俯仰角变化时，相对增值震荡变化，0°时最大，为33.301 3 dB。外形隐身改进主要表现在前向角域，频率和俯仰角变化时，该部分角域相对增值最大。

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文章来源：《舰船科学技术》 网址: http://www.jckxjszz.cn/qikandaodu/2021/0708/1960.html