プレートターゲットのRCS解析
4つのターゲットは小さな平板で構成され、仰角10度(平板の表面より上)、方位角可変の単静的RCSを5.9GHzで測定した。ー5.9GHz、ー仰角10度(ー(ー平板表面上、ー方位角様々)。ーこのーこのー このーーこのーーーーーーーーーー5.9GHzにおけるー仰角10°(プレート表面上)、ー方位角様々。
形状は、シミュレーション・ソフトウェアにとって難しいと思われる様々な要素に基づいて選ばれた。その形状とは、2×3.5波長の長方形の板である「名刺」、三角形の縁と半円形の縁を接合した「くさび筒」、名刺とくさび筒の半円形の縁を組み合わせた「板状円筒」、そして様々な形状を組み合わせた「くさび板状円筒」である。4つの形状の図を図1~図4に示す。[注:この例で使用した各図形のより詳細な説明は後述する]。シミュレーションのため、プレートの厚さは41milで、完全な導電性を持つとみなした。
シミュレーションでは、正弦波源を持つ平面波を入射させ、定常遠帯域変換を用いてデータを収集した。この組み合わせは、この単一周波数解析において最も迅速な結果をもたらすことが示された。後方散乱RCSの状況で要求される結果のため、各シミュレーションはファイル出力グラフ用の単一データポイントを生成しました。
XStream GPUソリューションは、最速の結果を提供するために、すべてのシミュレーションを実行するために使用されました。入射φ方向(方位角)をパラメータとして、1度刻みでパラメータスイープを行いました。出力は、各入射角における後方散乱RCSを抽出し、結果を1つのグラフにプロットするために書かれたカスタムスクリプトで処理されました。NVIDIA Quadro FX 1600Mグラフィックカードでは、各入射角度の実行時間は20秒未満でした。
名刺の形状はすでに長方形のFDTDグリッドに整列されているため、XACTのメッシュ生成機能を使用する必要はありませんでした。この形状は、通常、方位角 0 度がプレートの短辺の 1 つに入射するように配置されています。参考文献の測定結果と比較したシミュレーション結果を、垂直偏波と水平偏波について、それぞれ図6と図7に示します。結果は、すべての入射角で概ね良い一致を示している。垂直偏波のグラフの中央部でRCSのシミュレーション値がわずかに低いのは、参考文献の著者が提示したシミュレーション結果と同じである。
ウェッジシリンダーは、曲面と鋭利な点があるため、FDTDシミュレーションにとってより困難な構造です。XFdtdシミュレーションでは、ウェッジの頂点に固定点を追加し、バランスのとれたメッシュが作成されるようにしました。両方の偏波に対するRCSの結果を図8と図9に示しますが、公表された測定値と概ねよく一致しています。
プレート円筒形状は、名刺形状をベースにしていますが、一方の短辺に半円形部分を追加しています。図10と図11に見られるように、シミュレーション結果もまた測定結果とよく一致している。
最後に、ウェッジ・プレート・シリンダー形状は、ウェッジの頂点を0度、半円の中心を180度とし、3つの構造を組み合わせたものである。図12と図13に示すように、シミュレーション結果と実測結果は再び良い一致を示しました。
数値の説明
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図1:名刺の形状:Xの長さは3波長、Yの長さは2波長(5.9GHz時)。厚さは41ミル。
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図2:ウェッジ・シリンダーの形状:半円の半径は1波長、ウェッジの一辺の長さは2波長(5.9GHz時)。ウェッジの角度は60度、プレートの厚さは41ミル。
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図3:プレート円筒の形状:半円部の半径は1波長、プレート部は2.5×2波長(5.9GHz時)。プレートの厚さは41ミル。
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図4:ウェッジ・プレート・シリンダーの形状:半円部分の半径は1波長。中央部分は1×2波長の長方形プレートで、ウェッジ部分の辺の長さは2波長(5.9GHz時)。ウェッジの角度は60度、プレート厚は41ミル。
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図5:シミュレーションに使用したセルサイズ、プレートの厚さ、およびXACTのメッシング機能を説明するために示したくさび形プレート円柱形状のメッシュの3次元図。
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図6:5.9GHz、垂直偏波における名刺の後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角はプレートの平面から10度、方位角は変化させた。0度はプレートの短辺の一方への垂直入射を表し、90度は長辺への垂直入射を表す。
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図7:5.9GHz、水平偏波における名刺の後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角はプレートの平面から10度、方位角は変化させた。0度はプレートの短辺の一方への垂直入射を表し、90度は長辺への垂直入射を表す。
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図8:5.9GHz、垂直偏波におけるウェッジシリンダーの後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角は板面上10度、方位角は変化させた。0度はウェッジの頂点への垂直入射を表す。
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図9:5.9GHz、水平偏波におけるウェッジシリンダーの後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角は板面上10度、方位角は変化させた。0度はウェッジの頂点への垂直入射を表す。
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図10:5.9GHz、垂直偏波におけるプレート円筒の後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角はプレート平面から10度、方位角は変化させた。0度はプレートの短い直線辺への垂直入射を表し、180度は円形エッジの中心を表す。
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図11:5.9GHz、水平偏波におけるプレート円筒の後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角はプレート平面から 10 度上、方位角は変化させた。0度はプレートの短い直線辺への垂直入射を表し、180度は円形エッジの中心を表す。
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図12:5.9GHz、垂直偏波におけるウェッジプレートシリンダーの後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角はプレート平面から 10 度上、方位角は変化させた。0度はウェッジの頂点への垂直入射を表し、180度は円形エッジの中心を表す。
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図13:5.9GHz、水平偏波におけるウェッジプレートシリンダーの後方散乱RCSのシミュレーション結果と実測結果。仰角はプレート平面から 10 度上、方位角は変化させた。0度はウェッジの頂点への垂直入射を表し、180度は円形エッジの中心を表す。
参考文献
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H.T. G. Wang, M. L. Sanders, A. C. Woo, and M. J. Schuh."Radar Cross Section Measurement Data, Electromagnetic Code Consortium Benchmark Targets".NWC TM 6985, May 1991.
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A.C. Woo, H. T.G. Wang, M. J. Schuh, and M. L. Sanders."Benchmark Plate Radar Targets for the Validation of Computational Electromagnetics Programs". IEEE Antennas and Propagation Magazine,vol. 34, no. 6, December 1992.
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