0 引 言

随着探测器的快速发展和技术更新，在距离、精度、视域等性能上均获得了较大提升，对飞行器、舰船、装甲车辆等的低可探测性即隐身性能提出了更高要求，以提高武器系统的战场生存能力[1-4]。隐身技术针对雷达、红外、可见光、声等信号，采用技术手段，以降低目标如飞行器、舰船等的信号大小[3]。

从可探测角度来说，水面舰船面临的威胁来自于水面、空中甚至水下，即舰船、飞行器、潜艇等，探测信号包含雷达（电磁波）、声、红外、磁等信号。依据实际任务需求，不同的雷达工作频率有所不同，以舰载雷达为例，用于探测、跟踪、识别等作用的雷达频率主要为L、S、C、X 波段，这一波段也同时包含了较多的机载雷达。

为降低舰船的雷达散射截面，采用多种措施的舰船隐身化是其重要途径[1,5]，就当前现状来看，与飞行器电磁隐身技术类似，舰船隐身也可以通过外形隐身改进或设计、吸波材料等技术来实现。舰船舰载雷达、天线本身是较大电磁散射源[6-8]，在雷达技术提高基础上，经过频率选择表面技术（Frequency Selective Surface，FSS）[9-10]的模块化处理，可有效降低其电磁散射信号，同时也为采用外形隐身技术改进提供了可能。当前主要对舰船上层建筑结构、桅杆等局部部件的隐身特性及技术进行详细研究，但从舰船总体出发来对比研究舰船外形隐身技术文献较少，也缺乏相关散射特性影响和规律结果。

本文从舰船面临的主要威胁频段（L，S，C，X）出发，以2 种不同外形布局的舰船为研究对象，采用物理光学法，数值计算了2 种舰船电磁模型的不同入射角、不同角域的RCS（Radar Cross Section）[11-12]曲线，以分析外形隐身改进措施对舰船电磁散射特性的影响特性，重点研究了外形隐身的多频散射特性、不同角域电磁散射变化特点，对提高舰船电磁隐身性能及生存力有重要影响意义。

1 舰船电磁模型

为研究外形隐身改进措施对舰船电磁散射特性的影响，分别以英国45 型驱逐舰[5]、美国DDG1000 驱逐舰为基础，建立2 种舰船的电磁数值计算模型。45 型、DDG1000 均采用模块式雷达、天线整合方式，与常规水面战舰相比，其上层建筑、舰桥、桅杆等进行了大量集成化处理与改进，有效降低了舰船表面的散射结构，提高了隐身性能。但相对来讲，美国隐身驱逐舰DDG1000 全面采用隐身技术，船体设计新颖，表现出优秀的隐身特性，本文分别以这2 种实际舰船为基础模型，研究外形隐身对舰船电磁散射特性影响规律。

通过调整舰船船体、上层建筑结构的面元方向，模块化设计散射结构，可将电磁散射幅值、方向等进行有针对性的控制，提高隐身性能。基于以上考虑，分别将以上2 种舰船电磁模型分别定义为电磁模型A（Type45）和B（DDG1000），为消除几何尺寸带来的影响，A、B 模型舰船典型几何尺寸尽量一致，A 电磁模型基本参数为船长151.9 m、船宽21.1 m、高42.0 m，B 电磁模型基本参数为船长143.8 m、船宽24.3 m、高34.0 m。2 种电磁模型如图1 所示。

图1 2 种舰船电磁计算模型Fig.1 Electromagnetic computation models of ships

以图1 舰船电磁模型为研究对象，结合水面舰艇实际威胁探测手段，为对比研究外形隐身改进措施的电磁散射特性影响，入射电磁波频率分别为（0.5，1、3，6，10）GHz，涵盖L，S，C，X 探测波段，电磁波入射角（对舰船来说可以理解为方位角）范围为0°～360°，计算仰角分别为：-15°，-10°，-5°，0°，5°，10°，15°。

研究过程中，定义舰船头向30°角域（记为H-30）为舰船正头向左右各15°电磁波入射角范围，相应的可定义头向60°角度（记为H-60）、侧向60°角域（记为S-60）、后向30°角域（记为T-30）、周向360°角域（记为W-360），以对应角域内RCS 算术均值为分析依据，研究其波峰幅值变化关系及该角域内的隐身特性。

2 RCS 计算方法及精度验证

从电尺寸角度来讲，在研究频率内，大于240（0.5 GHz），处于典型的高频散射区域，文中的电磁模型可视为金属目标，可采用金属目标RCS 计算方法[13-14]。一般的，RCS 数值方法从频率角度来看分为低频和高频计算方法，低频方法如基于矩量法（Method of Moments，MoM）[12]的多层快速多极子算法（Multilevel Fast Multipole Algorithm，MLFMA）[13]、时域有限差分法等，对本文电大尺寸目标来说，占用内存较大，计算速度慢，严重影响分析效率；而高频算法如物理光学法（Physical Optics，PO）、等效电流方法、物理绕射方法等，具有较高的计算效率，同时在高频区可得到满意的计算精度，可用于分析本文的电大尺寸舰船电磁模型。

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