ミリ波帯のレーダー反射断面積(RCS)解析

背景と目的

背景
  • 近年、車載用レーダーをはじめ、ミリ波レーダーの利活用が増えている。
  • 計算空間をメッシュ化して計算する電磁界解析では、マシンリソースや計算時間の関係上、ミリ波帯での大規模計算は困難である。
目的
  • 解析手法に物理光学近似(PO)と等価電流法(MEC)を使用することで、現実的な計算時間でミリ波帯等におけるレーダー反射断面積(RCS)の計算を行う。
  • 理論値や電磁界解析結果と比較することでPO/MEC法による解析結果の妥当性を検証した上で、ミリ波帯の大規模なRCS解析を行う。

使用する解析ソフト

  • ミリ波レーダー解析ツール
    WaveFarer
    を用いてレイトレース法をベースとしたPO/MEC法によるRCSを計算する。
  • 検証のため、3次元電磁界シミュレータ
    XFdtd
    を用いてFDTD法によるRCSを計算する。

検証結果

平板のRCS
  • 図1に平板の理論値のRCS(理論値)とPO/MEC法によるRCS(WaveFarer)の比較を示す。
  • PO/MEC法によるRCSは理論値と良く一致している。
RCS_平板
図1:平板のRCS比較
球のRCS
  • 図2に球の理論値のRCS(理論値)とPO/MEC法によるRCS(WaveFarer)の比較を示す。
  • PO/MEC法によるRCSは理論値と良く一致している。
RCS_球
図2:球のRCS比較
コーナーリフレクターのRCS
  • 図3にコーナーリフレクターの電磁界解析手法によるRCS(FDTD法)とPO/MEC法によるRCS(WaveFarer)の比較を示す。
  • PO/MEC法とFDTD法のRCSの傾向は概ね同じであり、正面でのRCSは良く一致している。
RCS_コーナーリフレクター
図3:コーナーリフレクターのRCS比較
ヘルファイアミサイルのRCS
  • ヘルファイアミサイルモデルはRemcom社のWebサイト(
    RCS of Hellfire Missile: Comparison of X3D PO MEC to XFdtd
    )のモデルを使用する。
  • 図4にヘルファイアミサイルのRCSのスキャン方向を示す。XY平面、XZ平面、YZ平面における水平・垂直偏波のRCSを計算する。
  • 図5にヘルファイアミサイルの電磁界解析手法によるRCS(FDTD法)とPO/MEC法によるRCS(WaveFarer)の比較を示す。
  • PO/MEC法とFDTD法のRCSの傾向は良く一致している。
RCS_ヘルファイアミサイル_スキャン方向
図4:スキャン方向
RCS_ヘルファイアミサイル_RCSH
(a) 水平偏波
RCS_ヘルファイアミサイル_RCSV
(b) 垂直偏波
図5:ヘルファイアミサイルのRCS比較

解析結果

  • 図6に、電磁界解析では計算困難な周波数76.5GHzにおけるPO/MEC法による自動車車体のRCSを示す。
  • 計算時間も約3時間であり、現実的な時間で計算が完了している。
RCS_自動車車体
図6:自動車車体のRCS

まとめ

  • PO/MEC法を用いてRCSを計算し、理論値や電磁界解析結果と比較することで、PO/MEC法によるRCSが妥当であることを確認した。
  • PO/MEC法を用いることで、電磁界解析では計算困難なミリ波帯の大規模なRCS解析を現実的な計算時間で行えた。
  • ミリ波レーダー解析ツール WaveFarer を用いた。

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