美军 MST靶标目标特性仿真分析
王海涛，秦 刚
(中国人民解放军91550部队93分队,辽宁大连 116023)
摘 要 :水面靶标为海上武器飞行试验提供目标模拟。给出目前水面靶标实现雷达散射/红外成像复合模拟的工程实现途径,指出目前存在的问题与不足。介绍了一种美军现役的MST水面靶标,对通过资料获取的两种集装箱排列组合方式进行三维建模后,针对不同的集装箱表面沟槽深度、工作频率和极化方式,进行雷达散射特性仿真分析,给出了仿真结果。仿真结果表明,MST水面靶标是一种可供借鉴的水面目标特性复合模拟方法。
关键词 :水面靶标;MST靶标;复合模拟;雷达散射截面;仿真
水面靶标(靶船)[1]为反舰武器海上飞行试验提供模拟舰船目标。对于新型主动雷达和红外成像复合制导的反舰武器海上飞行试验,需要雷达散射/红外辐射复合模拟水面靶标进行保障,特别是使用体目标雷达散射/红外成像复合模拟靶,目前除了使用实体靶,海上试验还缺少此类模拟较为真实的水面靶标。在满足复合目标特性[2]模拟逼真度要求的前提下,在工程实现上采用何种模拟技术实现两者的复合模拟,以满足新型反舰武器复合导引头试验需求,是迫切需要解决的问题,在此方面,美海军的MST靶标提供了可供借鉴的技术实现方案。
1 雷达散射/红外成像复合模拟
1.1 水面目标雷达散射/红外成像复合模拟要求
在海上反舰武器试验中,为了降低试验损耗,降低海上作业难度,一般利用水面靶标模拟真实舰船,作为反舰武器攻击的目标。
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对于水面舰艇,对其雷达散射/红外成像的复合模拟要求一般为:
•驱逐舰、护卫舰等典型水面目标;
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•实现俯仰角-10°～20°,方位角0°～360°的典型舰艇雷达散射分布特性模拟;
外向性问题行为指在课堂上比较容易被发现的问题行为，包括一些对抗性行为，如课堂上争吵、挑衅、和老师对着干等；还有一些扰乱课堂秩序的行为，如随意说话、发出怪声、模仿老师说话、吃东西等；也有一些诸如玩手机、写别的作业、看课外书等行为。调查显示，外向性行为是中职生比较普遍的课堂问题行为。大多数学生无论学习好坏都表示自己或多或少存在外向性问题行为，只是轻重程度不同。
•擦地角:0°～80°,步长1°;方位角:0°～360°,步长0.5°;
图6为多集装箱组合模型一的三维视图。
红外成像靶的工程实现途径是根据海面典型舰艇的船体几何形状,在沿船体艏艉线方向上搭建刚性结构平面,构成典型舰艇船体的形状。在刚性结构平面上布设多组电加热模块[6],模拟船体上机舱、烟囱等温度较高的部位,红外靶的红外加热辐射单元采用“反射加隔热”的加热技术,加热辐射单元为封闭的金属外壳,内部安装玻纤硅橡胶加热片、铝箔反射膜、隔热绝缘材料,组装后模拟军舰烟囱壁和动力机舱壁的温度。同时在载体上不同部位刷漆,完成温度较低部位的模拟,红外图像几何构成及对比温差的变化,如图1左图所示。
然而，有研究者对心理数字线存在的合理性提出质疑。他们认为，数字大小和距离效应仅存在数字大小比较任务中，而在数字奇偶判断、命名和排序等任务上并未出现数字大小效应，甚至出现数字距离效应反转现象〔26〕。Verguts(2005)认为，数字大小效应可能反映的任务特异性，任务属性决定反应输出。在数字比较中，较大或较少数字被赋予不同的重要程度，于是数字被刻意映射到“心理数字线”上相应的输出部分。数字命名或奇偶判断任务中，所有数字的重要性是相同的，故并未出现数字大小和距离效应。当然，这些问题都是后续研究者所要考虑的。
目前完成体目标雷达散射特性[3]的技术手段是采用多组不同尺寸大小、形状类型和朝向角度的角反射体,在靶标船体上70 m×15 m×15 m空间内的不同高度和位置上安装固定,完成预定不同典型目标舰艇的雷达散射分布特性模拟[4]。如需改变模拟的雷达散射面积[5]的大小与分布特性,则只要改变角反射体的种类和数量即可。这种多角反射体目标特性模拟技术手段造价低、灵活性大、可靠性好、日常维护方便,得到广泛的应用。
图1 红外成像靶结构图示与电磁散射特性仿真结果
图4为美海军的一型机动集装箱MST(Mobile Ship Target)水面靶标,采用集装箱式组合结构,可以模拟不同的水面舰艇雷达散射/红外成像复合目标特性,这种方式在工程上简单易行,且造价低廉。通过改变甲板上集装箱的数量以及不同组合,可模拟不同雷达散射分布/红外辐射分布特性的水面舰艇。此型靶标长度80 m,最大航速15 kn,可人工驾驶或遥控航行。LRASM(Long Range AntiShip Missile)为美海军一种新型采用精确制导模式的防区外反舰导弹,作为新型“进攻性反水面作战项目”的备选武器之一,于2013年8月27日完成首次试射并命中目标,图4所示为导弹命中MST靶标后的图像。
1.2 雷达散射/红外成像复合模拟实现方式
目前雷达散射和红外成像复合模拟一般采取两种方式,第一种方式是使用报废的退役舰艇,这种方式由于船况较差,日常维护保养和海上试验实施困难,被命中毁伤后拖拽困难,沉没后打捞难度和经济花费极大;另外一种技术手段是在红外成像靶的基础上加装角反射组。
对图1左侧的红外成像靶进行电磁仿真计算[7],分析其电磁散射特性。坐标系Y 轴为甲板平面艏艉线方向,由船艉指向船艏;X 轴垂直于艏艉线(顺时针90°转向y 轴)。俯仰角计算范围:-15°～15°,步长1°;方位角计算范围:-60°～60°,步长0.2°。计算频率为X 频段,计算结果见图1右侧所示。可以看出由于红外成像靶上层建筑外形相当于一个大的平板,若从坐标系0°或180°(垂直于船艏艉方向)看过去,红外成像靶的RCS在40 dB以上;而若偏离垂直艏艉方向±5°以外,则RCS在30 dB以下。这种雷达散射分布特性与真实水面舰艇的特性差异很大,所以在红外成像靶中间加装一座角反射器组,进行RCS的修正。
多孔生物陶瓷颗粒 （上海贝奥路生物材料有限公司提供），将人工骨颗粒浸泡于浓度为75%的乙醇中用，健康成年新西兰大白兔18只，雌雄不拘，体质量（2.50±0.50）kg，动物实验中的处理均按照科技部要求的《关于善待实验动物的指导性意见》中的标准执行。课题涉及肿瘤标本经医院伦理委员会审核通过。
我国关于职业院校学生实习过程管理与质量评价的研究才起步，实习内容和人才培养方案严重脱节，实习管理工作粗放、实习质量缺少科学有效的保障机制，已不能适应高等职业教育发展的需求。在强调职业教育与生产劳动相结合的具体实施过程中重结果，轻过程，相关生产实习原始记录不完整，缺乏制定基于人才培养方案的完善的生产性综合实习课程标准和质量保证体系。
比较图1和图3两者之间的区别可看出,加装角反射器组之前,当从X 轴方向看过去,红外成像靶的红外模块组合本身相当于一块大的平板,而且与船甲板构成了一个大的二面角,在±5°以内RCS可达40 dB以上,而±5°以外在30 dB以下。加装角反射器组之后,在±5°以内RCS没有太大变化,而±5°以外分布比较均匀,差异在3 dB以内。
图2 基于红外成像靶的复合靶结构布局图
图3 基于红外成像靶的复合靶电磁散射特性(平滑前)
同时也可看出,基于红外成像靶实现的雷达散射/红外成像复合模拟方式,与真实舰船的目标特性相比,在雷达散射分布特性方面相当于一个点源雷达靶,能量集中于一点,与海上典型真实目标还有较大的偏离。
2 美军MST水面靶标
如果简单地将上述雷达散射特性与红外成像模拟实现方式在一个船体上拼装组合,完成舰船目标特性复合模拟,则无法同时满足对典型目标雷达散射特性和红外成像特性的模拟逼真度。原因在于红外加热模块不仅将对角反射体构成遮挡,而且支撑电加热模块的整个刚性支撑结构也会对整个靶标的RCS有很大贡献,而使预先的角散射体组合构成的雷达散射模拟分布特性出现大的偏离。
差异=246000-244000=2000元，就是LIFO liquidation清算利润，所以LIFO可以虚增利润，只要管理层决定延迟采购。IASB (国际会计准则理事会)现行准则废除了后进先出法(LIFO)。显而易见IASB的目的很明确，就是通过限制管理层在存货计价方法上的选择，达到操纵利润的目的。在后进先出法清算时，附注要求披露解释对净利的影响。
图4 LRASM反舰导弹命中MST靶标
MST机动式集装箱式靶标在美军的海上靶场导弹试验中得到普遍应用。从图4中可看出,海上试验时MST通过遥控自主航行,船艏配备锚设备,在船艉处前方最后一个集装箱的上方,架设有一靶载测控设备支架,树立着数根鞭状天线,应为遥控天线。根据标准集装箱的尺寸比例,对MST靶标的船体比例和机械结构进行了推断,如图5所示。
图5 MST 机动式集装箱靶标组合一(左)与组合二
3 MST靶标雷达散射特性仿真分析
MST靶标的RCS仿真计算条件:
除了养殖环境以外，养殖技术在稻田淡水龙虾的养殖过程中起到至关重要的作用。但是，从我国稻田淡水龙虾养殖的实际情况来看，养殖技术较为落后，主要有以下几个方面的原因：①我国的稻田淡水龙虾养殖工作深受传统龙虾养殖观念的影响，所以对养殖技术的关注度比较低，很难顺应龙虾养殖业的发展潮流；②稻田淡水龙虾养殖技术较为复杂，要想实现对其关键点的综合把握难度较大。
•集装箱表面材料:CORTEN 耐候钢[8];
•典型舰艇的主要辐射源面积和辐射温度分布等红外特性;
•极化方式:垂直(VV)与水平(HH);测试频率:15 GHz和17 GHz;
•集装箱组合方式:方式一、方式二;
赛努奇人物画收藏趣味倾向的形成与赛努奇本人以及整个欧洲所具有的西方文化基因与背景密切相关，他们对中国绘画所体现的中国文化、历史内容更感兴趣，收藏的趣味正是以“他者”的眼光来观照中国文化的结果。绘画在西方汉学家与收藏家的眼中更多的是历史文化的窗口，满足他们对异域异质文化的向往与探求之心。就赛努奇所藏人物画所反映的趣味来看，其所体现的情节性和东方文化的内涵，正是西方以同构的方式来了解和认识中国文化的表现。
•集装箱表面沟槽深度:36 mm、54 mm、18 mm。
3.1 组合一RCS特性仿真分析
•要求模拟0°、正横±45°舷角范围内目标舰艇的主要辐射温度和辐射面积。
图6 靶标组合模型一多集装箱三维视图
组合模型一沟槽深度36 mm下,15 GHz、HH极化RCS空间分布图如图7所示。
图7 组合一RCS空间分布图
组合模型一RCS特性仿真计算数据的统计平均值[9],详见表1。从结果可以看出,同样的状态下,在沟槽深度36 m情况下RCS数值较大,但是差值不超过2 dB[10]。
在红外成像靶上加装角反器组后,RCS模拟角度范围方位角:-60°～60°,俯仰角:-15°～15°;红外成像靶加装后,在其要求模拟范围内的RCS均值≥σ 0。从RCS均值标称值、覆盖范围要求等综合考虑,角反射器组安装于红外成像靶的中央侧方,安装示意图如图2所示。安装后对应的红外成像靶RCS电磁计算结果如图3所示。
表1 组合模型一RCS特性仿真计算数据
组合模型一在沟槽深度36 mm、分别在15 GHz和17 GHz频率下、两种极化方式下,顶部加装一0.5 m角反射体组, RCS仿真计算的统计平均值见表2。与原状态相比,普遍偏大0.9 dB～1.7 dB，如图8所示。
图8 多集装箱组合模型一加装角反射组三维视图
表2 模型一沟槽深度36 mm加装 角反射体组RCS特性数据
3.2 MST靶标组合二目标特性仿真分析
图9为多集装箱组合模型二的三维建模视图,图10为组合模型二,沟槽深度36 mm、15 GHz、HH极化的RCS空间分布仿真计算结果。
组合模型二RCS仿真计算数据的统计平均值见表3,计算结果与组合模型一的计算结果类似。
图9 多集装箱组合模型二的三维视图
图10 组合模型二RCS空间分布图
3.3 MST MST雷达散射特性仿真结果分析
针对MST水面靶标,根据以上对两种集装箱不同组合方式的雷达散射仿真计算结果,可得出以下结论:
1)由于从船的侧舷看过去,集装箱只构成平板,没有构成典型的角形结构,导致集装箱式靶标整体RCS偏小,其RCS的线性均值在25 dB～30 dB之间;
2)通过改变集装箱表面的沟槽深度,可以改变RCS的线性均值;
3.4 课堂小结与作业设计 学生借助已完成的思维导图来总结本课的关键知识。教师布置家庭作业： 以辩论环节中的记录为基础，结合课堂所学和PBL流程，从客观的角度谈谈对于这个辩题的认识并表达最终立场，不少于150字。
3)通过局部加装RCS增强装置,例如角反射体,可以调整靶标的RCS量值与分布特性。
表3 组合模型二 、沟槽深度36 mm RCS特性数据
实际上水面靶标在海上使用环境中,由于船体上还安装有锚设备、系留装置、帆缆索具、舷梯、靶载设备与天线等设施,以及船体与海面的二次散射效应,实际的RCS量值应该比上述仿真计算值要大。采用此方式进行舰船雷达散射特性模拟,在RCS量值上和分布特性方面可控,工程实现方便,造价低廉,且损坏后修复便捷,不失为一种较佳的复合目标特性模拟工程实现途径。
另外,红外辐射特性的模拟,可以借鉴国内已有红外成像靶的成功经验,通过对某些集装箱侧板进行控制加热。而实际上通过资料分析,美军的MST水面靶标,未对集装箱内部进行特别的技术处理,直接利用靶标船体、集装箱与海水自然形成的温差为反舰武器导引头提供目标指示。
4 结束语
综上所述,通过多集装箱组合完成水面舰艇雷达散射/红外成像特性的复合模拟,在技术上是一条可行的途径。而且通过集装箱的特定组合造型设计,辅以局部的雷达散射特性增强装置,可完成不同舰艇的复合目标特性模拟。对于今后新型雷达散射/红外成像复合模拟的水面靶标的研制建造,具有借鉴和指导作用。
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Simulation and Analysis of America Navy MST’s Target Characteristics
WANG Hai-tao, QIN Gang
(93 Branch of 91550 Unit of PLA, Dalian 116023, China)
Abstract :A target ship provides the simulating naval surface target in anti-ship weapon launching test at sea. The engineering realization of radar scattering/infrared imaging simulation for target ship is given,and the existing problems and shortcoming are pointed out. An American active MST target ship is introduced, after modeling two container arrangement and combination mode obtained by data, the radar scattering characteristics are simulated and analyzed for different container surface groove depth,working frequency and polarization mode, and the simulation results are given.The simulation results show that the MST target ship is a kind of composite simulation method of target ship which can be used for reference.
Key words :target ship; MST; composite simulation; radar cross section; simulation
中图分类号 :TJ391；TJ761.1
文献标志码: A
DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2019.02.018
文章编号 ：1673-3819(2019)02-0094-04
收稿日期 ：2018-08-24
修回日期： 2018-09-10
作者简介 ：王海涛(1969-),男,山东高密人,硕士,高级工程师,研究方向为战场环境与目标特性。秦 刚(1986-),男,助理工程师。
(责任编辑：许韦韦)
标签：水面靶标论文; MST靶标论文; 复合模拟论文; 雷达散射截面论文; 仿真论文; 中国人民解放军91550部队93分队论文;