2025【基于阵列方向图函数的无人机群RCS缩减技术研究9700字】.doc

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基于阵列方向图函数的无人机群RCS缩减技术研究

目次

TOC\o1-2\f\u1绪论 1

1.1研究工作背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1隐身技术研究现状 2

1.2.2无人机飞行控制与协同编队研究现状 3

1.3本文主要内容及结构 4

2多目标优化算法理论介绍 5

2.1MOEA算法现状以及未来发展 5

2.2遗传算法基本流程以及Pareto最优解 6

2.3基于分解的多目标进化算法 7

2.4本章小结 9

3基于阵列方向图函数的无人机群RCS缩减技术研究 10

3.1RCS缩减排布流程图 10

3.2无人机阵列的方向图函数 10

3.3无人机建模与仿真 13

3.4无人机阵列RCS仿真优化 15

3.5本章小结 18

结论 19

参考文献 21

绪论

研究工作背景与意义

无人驾驶飞机简称“无人机”（“UAV”），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器[1]。无人机因为体积小，重量轻，机动灵活，自被发明以来，在军事和民用领域得到广泛的应用。当前，随着任务的工作量加大，任务地区复杂度的提高而经常伴随着各种不稳定因素，加上机载能力差，能够搭载的设备有限等问题，单架无人机始终无法完成高难度的任务要求[2]。针对单架无人机所面临的问题，仅仅是提高无人机的机载能力是远远不够的，于是多架无人机编队飞行技术便在这种需求中应运而生[3]。在自然领域中，研究人员发现鱼类，鸟类等生物在群体活动中，总是存在群体协同的现象。比如鸟群飞行时经常保持一定的队形，鱼群在洄游时也存在集体协同的行为。研究结果发现，自然界中种群的协同工作不但能帮助生物抵御天敌，而且能帮助它们减少能量的损耗[4]。借鉴这种生物种群协同的思想，研究人员在成熟的单架无人机技术基础上，对无人机成组阵飞行进行深入研究和探讨。然而大部分的研究工作都是针对无人机集群飞行过程中的无线通讯设计，多机协同工作和控制飞行系统的问题[5]。对于无人机组阵飞行技术来讲，根据不同的环境变换不同的飞行队形，可以有较好的降低无人机飞行的阻力，减小能源损耗，提高无人机群的航程等作用。面对复杂任务时，无人机群还可以通过彼此之间的相互配合，实现协同工作，提高任务的执行效率，更能在执行任务的过程中适应复杂多变的环境[6]。

但随着军事高技术的迅猛发展，世界各国的防御体系的探测、跟踪、攻击能力也突飞猛进一日千里，对于空中飞行器的威胁越来越大[7]。于是，飞行器的隐身成为了提高飞行器生存能力的重要要求，这种要求不但决定了飞行器的生存能力，还是确保战争中先发现，先攻击的重要条件[8]。隐身是一个专业术语，用于描述“减少目标特征信号”。飞行器的隐身大多是采取减小缩减目标的雷达散射截面的方式来减小被发现的概率[9]。对于单架无人机来说，体积小、灵活性强、雷达散射截面低，但对组阵后的机群来说，伴随无人机群体规模的扩大，无人机群的雷达散射截面(radarcrosssection,RCS)也随之升高，非常容易被对方雷达所探测，进而对我军形成威胁。本文目的就是提出一种无人机线阵RCS缩减排布的方法，通过缩减无人机线阵的RCS来降低无人机群被敌方雷达发现的概率。

基于无人机阵列RCS缩减排布技术研究步骤是：首先使用电磁仿真软件计算出单架无人机在不同姿态下的RCS。其次，根据无人机线阵方向图函数，由单架无人机RCS叠加合成线阵排布的无人机群RCS。单架无人机的姿态变化时，无人机群的RCS也不同。最后应用多目标进化算法对无人机群进行线阵优化排布，通过控制单架无人机的姿态，使组阵后的无人机群RCS在指定视角范围内缩减。

国内外研究现状

隐身技术现状与发展

目前的隐身措施大致分为两种:一是外形隐身；二是材料隐身。雷达隐身是目前飞行器隐身采取的主要措施[10]。

外形隐身是说，任何一架隐身飞行器都是一个复杂的形体，这些形体可以被分解成为十多个主要的和几十甚至上百个较小的形体[11]。飞行器的外形对飞行器的雷达散射截面积最大，外形隐身是指通过有效的RCS计算方法，设计出程序来计算最小的RCS飞行器形体。这种能够减少RCS的外形设计包括：翼身融合设计、机头采用菱形设计、采用机翼、鸭翼、平尾、垂尾切角设计等[12]。

图STYLEREF1\s1垂尾倾斜与否对隐身的影响

通过这些外形设计使得飞行器结构遵循雷达波散射规律以减少雷达散射截面积。随着计算机技术的飞速发展，这种复杂的设计已经能够在较短的时间内完成。未来的隐身飞行器将普遍使用翼身融合技术，无平尾无垂尾设计，使用推力矢量发动机偏转、差动和阻力舵代替原来的鸭翼、平尾、垂尾动作面来获得更完美的外形隐身[