[發明專利]一種定向寬頻高隱身性能的衛星及其頂端外形設計方法

有效

• 申請號: 202110291706.8
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112883495B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 范才智;李春雷;羅青
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種定向寬頻高隱身性能的衛星及其頂端外形設計方法，本發明的衛星包括衛星本體，衛星本體的頂端外形表面面元的相位項形成梯度差，且處于同相位的面元在入射波方向的投影面積相等，衛星本體的形狀為旋轉體，該旋轉體上部拋物線型尖端的母線控制方程為z＝?aρ²+c，z為母線變量、表示母線上點的z軸坐標，a為母線控制參數，c為母線控制參數，ρ為母線變量、表示母線上點到z軸距離。本發明旨在解決現有的衛星隱身外形重點方向隱身效果不足問題，以及回波波峰過于靠近尖頂方向，導致重點威脅區域內有大強度的回波，容易暴露衛星位置的問題，涉及的衛星頂端外形具有隱身效果好的優點。

技術領域

本發明涉及航天器結構設計技術，具體涉及一種定向寬頻高隱身性能的衛星頂端外形設計方法及衛星。

背景技術

目前衛星技術發展迅速，在通信、導航、定位和氣象監測等方面發揮重要作用。在現代戰爭中，衛星還擔負著信息通訊、戰場監視、火力預警等關鍵任務。但衛星系統具有軌道固定、載荷信號釋放的特性，容易被探測設備發現并追蹤，進而被各種反衛星武器攻擊，難以在戰時正常發揮作用。針對衛星所面臨的威脅，為保障衛星在空間的生存能力，需要對衛星進行隱形設計。目前衛星隱身設計主要從兩個方面著手，第一個是材料隱身方面，第二個是外形隱身方面。材料隱身是指在衛星的外表面使用具有吸波性能的特殊材料，如鐵氧體材料、納米材料，將衛星表面接收的電磁波吸收，減少回波。外形隱身是指通過外形設計，控制散射電磁波波峰的方向，使回波強度減小，從而實現電磁隱身的目的。材料隱身和外形隱身相互配合，共同提高衛星隱身性能。

在外形隱身技術方面，隱身衛星設計時首先要確定一個重點威脅方向。衛星處于隱身狀態時，一般要將其頂端(隱身性能較好的方向)朝向重點威脅方向。因此，衛星隱身外形設計時，其頂端的外形設計是重點。目前一般將隱身衛星的頂端設計成圓錐形、棱錐形和橢球形等形狀。圓錐形和棱錐形的頂端可明顯降低錐頂方向的電磁回波，而橢球形的外形能有效降低大范圍方向內的電磁回波的大小。

但如果以定向隱身為目的，目前隱身衛星常見的外形，如圓錐形、棱錐形和橢球形等，雖然在一定程度具有隱身效果，但是仍有各自的缺點。圓錐形、棱錐形在尖頂方向隱身效果較好，但當其體積較大時，尖頂方向仍有較大的回波。并且在某些靠近尖頂的方向有回波波峰的存在，極易暴露衛星位置，不利于衛星隱身。橢球外形雖然在各個方向的沒有突出的回波極大值，但是隱身方向沒有重點性、針對性，對重點威脅方向沒有相應地提高隱身能力。在隱身衛星的應用上，以上的頂端外形都還有改進的空間。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種定向寬頻高隱身性能的衛星頂端外形設計方法，本發明旨在解決現有的衛星隱身外形重點方向隱身效果不足問題，以及回波波峰過于靠近尖頂方向，導致重點威脅區域內有大強度的回波，容易暴露衛星位置的問題，涉及的衛星頂端外形具有隱身效果好的優點。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種定向寬頻高隱身性能的衛星，包括衛星本體，所述衛星本體的頂端外形表面面元的相位項形成梯度差，且處于同相位的面元在入射波方向的投影面積相等，其中j為虛數單位，為波矢，為衛星表面點位置向量。

可選地，所述衛星本體的上部為拋物線型尖端、下部為橢球形底座。

可選地，所述衛星本體的形狀為旋轉體，且該旋轉體上部拋物線型尖端的母線控制方程的函數表達式為：

z＝-aρ²+c 0≤ρ≤R (1)

上式中，z為母線變量、表示母線上點的z軸坐標，a為母線控制參數，c為母線控制參數，ρ為母線變量、表示母線上點到z軸距離，R為旋轉體最大半徑。

此外，本發明還提供一種前述定向寬頻高隱身性能的衛星的頂端外形設計方法，包括：