RCS von Hellfire-Raketen: Vergleich von X3D PO MEC mit XFdtd

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Die genaue Berechnung der RCS bei Millimeterwellenfrequenzen erfordert eine ausreichend detaillierte geometrische Darstellung des Ziels und physikalische Modellierungstechniken, die die Streueffekte kleiner Facetten erfassen. Hochdetaillierte Facettenmodelle und herkömmliche Methoden zur Berechnung von RCS bei diesen Frequenzen können oft zu sehr langen Laufzeiten führen. Durch die Verwendung von Remcoms X3D mit physikalischer Optik (PO) und der Methode der äquivalenten Ströme (MEC) für die Berechnung von RCS können genaue Ergebnisse innerhalb angemessener Laufzeiten erzielt werden.

Dieses Beispiel beschreibt die Einrichtung und Durchführung von RCS-Berechnungen mit dem X3D PO MEC-Modell von XGtd und vergleicht die Vorhersagen mit denen, die mit XFdtd gemacht wurden.

Das Ziel ist eine Hellfire-Rakete, die aus einer KMZ-Datei in XG importiert wurde. Abbildung 1 zeigt die Hellfire-Geometrie, die 11.536 Facetten hat und als PEC-Material modelliert ist. Eine Vereinfachung der Geometrie ist nicht erforderlich, obwohl erwartet wird, dass die in XG importierte Geometrie gut geformt ist, ohne unbeabsichtigte Löcher oder Lücken in den Facettendaten. Der Flugkörper ist so ausgerichtet, dass die Nase in die positive x-Richtung zeigt und die Startführungen in die positive z-Richtung. Abbildung 2 zeigt den Flugkörper aus jeder der drei Schnittebenen.

Abbildung 2: Hellfire-Rakete von der XY-, XZ- und YZ-Schnittebene aus gesehen

Für die Simulation wird das X3D RCS-Modell ausgewählt, wobei die Berechnungsmethoden Physikalische Optik und Methode der äquivalenten Ströme aktiviert sind. Die zulässigen Wechselwirkungen sind eine Reflexion und eine Beugung. Beachten Sie, dass dies für das X3D-Modell bedeutet, dass Pfade mit bis zu einer Reflexion und einer Beugung auf dem Weg zur Zielstreuungsfläche sowie auf dem Rückweg vom Ziel gefunden werden, was zu Pfaden mit bis zu doppelt so vielen Wechselwirkungen zusätzlich zur Integration der Streuungsfläche führt (insgesamt bis zu fünf Wechselwirkungen). 

Drei ebene Wellen werden für die XY-, XZ- und YZ-Schnittebenen definiert, jede mit einem vollen 360°-Sweep und einem Grad Abstand, wie in Abbildung 3 dargestellt. Es wird eine sinusförmige 10-GHz-Wellenform verwendet. Für jede ebene Welle werden zwei Fernbereichsanforderungen (für Phi- und Theta-Polarisation) definiert, was zu sechs monostatischen RCS-Fernbereichsanforderungen führt.

Ergebnisse

Die Vorhersagen des X3D RCS-Modells von XG wurden mit den von XF generierten Ergebnissen verglichen. Die XF-Simulationen wurden mit 30 Zellen pro Wellenlänge durchgeführt und erforderten eine Parametrisierung und Skripterstellung, um die Ergebnisse in einer einzigen Plotdatei für jede Schnittebene zusammenzufassen. 

Die Abbildungen 4, 5 und 6 zeigen den Vergleich zwischen dem X3D-Modell von XG und XF für die theta-polarisierten RCS-Vorhersagen, und die Abbildungen 7, 8 und 9 zeigen den Vergleich für die phi-polarisierten Vorhersagen. Die Tabellen 1 und 2 enthalten die Fehlerstatistiken für die Theta- bzw. Phi-Polarisation. Die Diagramme und quantitativen Statistiken zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den beiden Modellen, mit einem mittleren Fehler zwischen -0,6911 und 0,774 für die theta-polarisierte RCS und zwischen -0,1854 und 1,58 für die phi-polarisierte RCS.  

Die Simulationen in diesem Beispiel wurden auf einer einzelnen Workstation mit vier Kernen und einem mittelgroßen Grafikprozessor durchgeführt. Die Laufzeit betrug etwa 13 Sekunden pro monostatischem Winkel, so dass für jeden 360°-Schnitt etwas mehr als eine Stunde benötigt wurde.