Моделирование поля рассеяния противотанковой ракеты FGM-148 Javelin в САПР Altair Feko

Введение. Системы автоматизированного проектирования СВЧ-устройств являются эффективным инструментом оценки отражающих характеристик объектов сложной формы. Однако проведение этих расчетов часто сопряжено со значительными вычислительными затратами, особенно при больших значениях отношения характерных размеров объекта к длине волны. Использование асимптотических методов в сочетании с укрупнением сетки разбиения модели объекта позволяет существенно снизить эти затраты, однако в каждом практическом случае это приводит к труднопрогнозируемому ухудшению точности получаемых оценок. Цель работы. Проведение сравнительной оценки результатов моделирования поля рассеяния в САПР СВЧ-устройств при использовании различных методов расчета и детализации модели объекта в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн.

Материалы и методы. В качестве объекта рассматривается противотанковая управляемая ракета FGM-148 Javelin, моделирование поля рассеяния осуществляется в САПР СВЧ-устройств Altair FEKO методами моментов и физической оптики в диапазоне частот от 1 до 10 ГГц и углов от 0 до 180°. Осуществляется сравнение одномерных диаграмм обратного рассеяния и двумерных радиолокационных портретов, полученных с использованием указанных методов.

Результаты. Для рассматриваемого класса объектов использование метода физической оптики обеспечивает приемлемую точность результатов на частотах от 5 ГГц и выше при шаге разбиения поверхности модели около одного сантиметра и общей продолжительности расчета в пределах единиц минут (ПЭВМ Intel Core i5-4460/3,2 ГГц/ОЗУ 8 Мбайт). На меньших частотах приемлемая точность и аналогичная продолжительность расчетов достигаются при расчете методом моментов и шаге разбиения около 20 см. Продемонстрирована возможность применения САПР Altair FEKO для моделирования двумерных радиолокационных портретов объектов с разрешением не хуже 20 см.

Заключение. Полученные результаты дополняют известные исследования в области сравнительной оценки временных и точностных характеристик различных методов расчета поля рассеяния объектов сложной формы в САПР СВЧ-устройств.

1. Гусев Д. А. Комплексы активной защиты // Изв. ТулГУ. Техн. науки. 2016. Вып. 12, ч. 4. C. 90-104. 2. Considering CAD model accuracy for Radar Cross Section and signature calculations of electrically large complex targets / J. E. Cilliers, J. M. Steyn, J. C. Smit, C. Pienaar, M. Pienaar // Intern. Radar Conf., Lille, France, 2014. P. 1-6. doi: 10.1109/RADAR.2014.7060313

2. Ахияров В. В. Решение задач дифракции с использованием САПР СВЧ-устройств // III Всерос. конф. «Радиолокация и радиосвязь», ИРЭ РАН, 2009. С. 1022-1026. URL: http://jre.cplire.ru/jre/library/3conference/pdffiles/pd005.pdf (дата обращения 23.07.2021)

3. Comparison of Various Full-wave Softwares in Calculating the RCS of Simple Objects / M. B. Heydari, M. Asgari, M. Zolfaghari, N. Jafari // Intern. J. of Mechatronics, Electrical and Computer Technology. 2018. Vol. 8, № 30.

4. P. 4002–4008. URL: https://www.aeuso.org/includes/files/articles/Vol8_Iss30_4002-4008_Comparison_of_Various_Full-wave_Sof.pdf (accessed 23.07.2021).

5. Harris J., Slegers N. Performance of a fire-and-forget anti-tank missile with a damaged wing // J. Mathematical and Computer Modelling. 2009. Vol. 50 (1-2). P. 292-305. doi: 10.1016/j.mcm.2009.02.009

6. RCS Results for an Electrically Large Realistic Model Airframe / C. Pienaar, J. W. Odendaal, J. C. Smit, J. Joubert, J. E. Cilliers // Applied Computational Electromagnetics Society J. 2018. Vol. 33, iss. 1. P. 87-90.

7. Wang X., Wang C., Liu Y. RCS computation and Analysis of Target Using FEKO // Proc. 3rd Asia-Pacific Conf. on Antennas and Propagation, Harbin, China, 2014. Р. 822-825. doi: 10.1109/APCAP.2014.6992625 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/6992625?arnumber=6992625 (accessed 23.07.2021)

8. Extended Solution Methods in FEKO to Solve Actual Antenna Simulation Problems: Accelerated MoM and Windscreen Antenna Modelling / M. Schick, U. Jakobus, M. Schoeman, M. Bingle, J. Tonder, W. Burger, D. Ludick // Proc. of the 5th European Conf. on Antennas and Propagation (EUCAP), 2011. Р. 3053-3055. URL: https://www.researchgate.net/publication/252004610_Extended_solution_methods_in_FEKO_to_solve_actual_antenna_simulation_problems_Accelerated_MoM_and_windscreen_antenna_modelling (accessed 23.07.2021)

9. Xiang H., Wuwei Y., Bin L. Fast RCS Modeling For Dynamic Target Tracking // Intern. J. on Smart Sensing and Intelligent Systems. 2015. Vol. 8, iss. 4. Р. 1956-1976. doi: 10.21307/ijssis-2017-838. URL: https://www.researchgate.net/publication/317748532_Fast_RCS_modeling_for_dynamic_target_ tracking (accessed 23.07.2021)

10. RCS of Simple and Complex Targets in the C-Band: A Comparison between Anechoic Chamber Measurements and Simulations / M. A. Alves, I. M. Martins, M. A. S. Miacci, M. C. Rezende // PIERS Online. 2008. Vol. 4, iss. 7. P. 791-794. doi: 10.2529/PIERS071220090212

11. Mohammadzadeh H., Zeidaabadi-Nezhad A., Firouzeh Z. H. Modified Physical Optics Approximation for RCS Calculation of Electrically Large Objects with Coated Dielectric // J. of Electrical and Computer Engineering Innovations, Isfahan, Iran. 2015. Vol. 3, № 2. P. 115-122. doi: 10.22061/JECEI.2016.450 URL: https://jecei.sru.ac.ir/article_450_ee801f3fdc9ee9b3331809c3eacca35b.pdf (accessed 23.07.2021)

12. Borries O., Jorgensen E., Meincke P. Monostatic RCS Analysis of Electrically Large Structures using Integral Equations // Proc. of the 11th European Conf. on Antennas and Propagation, Copenhagen, Denmark, 2017. P. 872-876. doi: 10.23919/EuCAP.2017.7928658. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7928658 (accessed 23.07.2021)

13. Active Calibration Target for Bistatic Radar CrossSection Measurements / M. Pienaar, J. W. Odendaal, J. Joubert, J. E. Cilliers, C. J. Smit // Radio Sci. 2016. Vol. 51, iss. 5. P. 515-523. doi: 10.1002/2015RS005931. URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/2015RS005931 (accessed 23.07.2021)

14. Baoqian W., Tao W., Kun C. Simulation Research on Dynamic RCS Characteristics of Cruise Missile // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 300, iss. 2. P. 1-8. doi: 10.1088/1755-1315/300/2/022170. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/300/2/022170/pdf (accessed 23.07.2021)

15. Perotoni M. B., Andrade L. A. Numerical evaluation of an airto-air missile radar cross section signature at X-band // J. of Aerospace Technology and Managment, São José dos Campos. 2011. Vol. 3, iss. 3. P. 287-294. doi: 10.5028/jatm.2011.03034111