FEKO_RCS
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2006年用户年会论文Feko在复杂目标RCS仿真计算中的应用顾俊王晓冰梁子长目标与环境电磁散射国防科技重点实验室航天科技集团公司八院八0二所上海 200438[摘要] 利用Ansys公司Feko软件对一些典型目标如金属两面角平板、涂覆金属平板、近似飞机以及某外军战斗机进行了雷达散射截面（RCS）的计算。
根据Cad模型，采用Ansys前处理器进行模型的处理和网格的划分，仿真结果与实测或文献结果吻合，说明Feko软件的高效、准确性。
[ 关键词]Ansys、Feko、目标、RCS、仿真Application of Complex targets RCS SimulationCalculation Based on Feko SoftwareGu Jun WANG Xiao-bing LIANG Zi-chang (China Astronautics Science and Technology Group，No.802 Research Institute of Shanghai Academy of Spaceflight Technology ,Shanghai,China 200438) [Abstract] Using the FEKO software of Ansys company，We have calculated the RCS of representative object such as dihedral corner reflector, metal plate coated with RAM, approximated airplane and military fighter plane etc. The Object’s CAD model is processed and its grid division is made with Ansys preprocessor beforehand. The calculated results are consistent with the result from measurement or literature, which assure high effectivity and accuracy of FEKO.[Keyword] Ansys、Feko、target、RCS、simulation1前言计算复杂目标的雷达散射截面(RCS)对于国防、航空、航天、气象等各项事业都具有很重要的意义。
尤其在导弹系统的设计、仿真，雷达系统的设计、鉴定，无论在新装备的研制论证中，还是现预装备战术使用方案的制定等均需要复杂目标(如飞机、舰艇、导弹等)的RCS及其电磁散2006年用户年会论文射特性[1]。
对于提高目标自身的生存能力以及隐身技术的研究以及对于目标的雷达探测和目标识别等，都具有重要的现实意义。
可节约大量经费和时间，具有重大的意义。
一般确定一个目标的RCS通常有二种方法，即理论仿真计算和试验测量[2]。
而仿真计算又分自行开发的软件和商业软件。
前者主要是指采用各种电磁理论算法如数值解法、高频解法和混合法等等[3] [4]。
如果要开发成功具有一定精度和速度的软件包也是有相当的难度。
后者主要是指Feko、Ansoft、cst等一些商业软件包。
总之，电磁场仿真软件不仅可以部分或完全代替试验来获得目标的RCS，节省大量的人力、物力和财力，而且可以大大缩短产品研发时间，从而在雷达目标特性中得到广泛的应用。
由于在计算电大尺寸目标的RCS过程中，Feko具有一定的优势，因此本文着重介绍Feko软件以及采用它仿真计算的几个例子。
FEKO是基于严格的积分方程方法[5]，用户无需对传播空间进行网格划分；由于积分方程基于格林函数构建，用户无需设置吸收边界条件；只要硬件条件许可，矩量法可以求解任意复杂结构的电磁问题。
对于超电大尺寸的问题，使用FEKO的混合方法来进行仿真模拟：对于关键性的部位使用矩量法，对其他重要的区域（一般都是大的平面或者曲面）使用PO或者UTD。
以全波分析技术—为矩量法(MoM)基础真正实现了MoM方法和PO/UTD的混合混合仿真技术降低了计算和存储量提供单机多CPU 、多机网络并行等程序版本、支持UNIX、Linux，满足工程需要。
MoM/PO/UTD方法可以输入高级CAD软件（如Pro/E等）创建的几何模型，再自动剖分网格。
而新版本Feko5.1（或以上）将MLFMM真正融入到软件中，为用户提供更加便利的操作。
2使用Ansys Feko软件的一些体会通过使用Ansys Feko,我们获得了一些经验，在这里和大家一块分享一下。
首先，在使用Ansys Feko软件解决问题之前，必须注意如下事项：(1)可行性估算。
对于复杂目标RCS的计算，虽然理论上可以解决几乎所有问题。
但是由于受到计算机配置、目标的电尺寸、求解精度等条件约束，必须先预估求解方法的可行性。
譬如，在采用Feko的MOM法计算时，先估算一下，被划分网格的数目，是否满足计算机内存。
(2)尽量使用对称性来仿真。
在Feko中包括了几何、电场和磁场三种对称性，可以根据问题来分析，是否采用对称性，一般如果目标本身是旋转对称的的话，就可以采用几何对称性；2006年用户年会论文如果在计算过程中，目标的电场和磁场分布为对称时，就可以采用电磁场的对称性。
如果充分使用对称性的话，可大大提高仿真的速度。
(3)如在采用MLFMM等算法进行仿真时，可根据实际的需要，确定收敛的精度。
不一定非要采用软件的缺省值精度（千分之三）来计算。
有些问题在计算过程中，采用大于千分之三的数值，就已经趋向于收敛。
此时可以在CG卡中进行设置，以选择不同的残差计算精度。
这样的话，可以在保证一定仿真精度的前提下，提高计算速度。
同时避免了不必要的计算。
3应用仿真计算目标RCS举例FEKO软件的实现主要步骤为1)几何建模、模型处理及网格划分：根据已有的CAD等几何模型，利用ANSYS前处理器进行了模型处理和网格划分。
如果目标是对称的话，则利用其对称性，在ANSYS中仅处理对称的一部分，单元边长根据不同的算法(如PO法一般取1/3, MLFMM 一般取1/8波长),进行网格划分后产生许多单元，利用数据接口输出到中间文件，从FEKO中输入前面得到的中间数据文件，并利用几何对称性产生整个网格模型。
2)求解参数设置：包括对激励源的设置(FEKO软件的激励源设置可为任意偶极子)、对电磁波入射的方向等进行设置。
3)进行求解计算。
4)将计算结果保存并对结果进行后处理、结果的显示等。
3.1金属两面角平板3.1.1几何建模、模型处理及网格划分1)输入到ANSYS和FEKO的CAD模型，如图1所示。
输入几何模型从FEKO中输入前面得到的中间数据文件或直接创建几何结构。
（a）经过ANSYS处理的CAD分网模型（b）FEKO中显示的模型图 1 直角两面角模型2006年用户年会论文2)模型处理及网格划分作频率,平板尺寸0.179*0.179(m*m)的正方形两面角，f=9.4GHz，在ANSYS，网参数设置，计算单站RCS，如图3所示。
考虑到几何结构和工前处理器进行分网，为了生成规则均匀的网格，首先将较大的曲面分成若干小面再进行格划分，利用对称性，在ANSYS中仅处理1/4模型，利用数据接口输出到中间文件。
3.1.2 求解方位面内电磁波入射图2 激励设置示意图图3 两面角单站RCS-3D, MOM方法3.1.3 两面角平板结构计算结果与验模对比图4 两面角单站RCS（计算结果, 右图测试结果）从图4两面角单左图是FEKO站RCS中比对可以看出，两者相吻合。
3.2金属平板涂覆材料2006年用户年会论文平板尺寸0.3*0.3(m*m), 介电常数为31.1-j2.92,磁导率为1.37-j2.60,涂层厚度为0.5mm,工作频率10GHz。
图5 金属平板涂覆材料RCS（左图是FEKO计算结果, 右图测试结果）从图5金属平板涂覆材料单站RCS中比对可以看出，两者吻合。
3.3近似飞机近似飞机模型RCS计算。
近似飞机机身用圆柱体近似，头部用半球面代替。
圆柱长7.5米，球面半径0.5米，机翼长8米。
工作频率10GHz。
其中未知量有6,946,879个。
电大尺寸为目标最大尺寸/波长＝8/0.03=266.7。
图6近似飞机CAD模型图7 激励设置示意图图 8 近似飞机RCS,左图是FEKO计算结果右图为理论计算结果从图8中近似飞机RCS计算结果的比对可以看出，两者基本吻合。
Feko使用计算方法为修正的PO法。
计算平台:Hp workstation zx6000 （64位）双CPU：900MHz Intel® Itanium® 2处理器，内存8GB ; 操作系统：HP-UX。
2006年用户年会论文3.4 某外军战斗机对于某外军战斗机，采用Feko软件包计算其RCS。
先利用AIE软件对该飞机划分网格，然后将数据通过in卡导入Feko中，飞机的CAD模型见图9所示，最后在Feko中进行电磁仿真计算。
计算频率为1GHz，计算该飞机在不同方位角下的RCS，图10为仿真计算的结果，缩比系数为3.5。
图9 某外军战斗机CAD模型图10 FEKO计算结果4结论本文利用Ansys公司Feko软件对金属两面角平板、涂覆金属平板、近似飞机以及某外军战斗机进行了RCS的计算。
对上述一些目标如果根据电磁场理论采用高频或数值解法通过自行编程计算或由微波收发设备进行测试的话，都需要花费较长的时间和代价。
而采用Feko软件可以较快解决问题。
仿真结果与实测或与理论计算结果相吻合，说明Feko软件的高效、准确性。
[参考文献][1]. Gu Jun, Wang Xiao Bing, Cai Kun and LiangZichang, “ Near-Field targets Electromagnetic Scattering Calculation Technolgy Based on CAD Geometry Modeling”, PIERS 2004[2]. E．F．Knott,J.F.Shaeffer,M.T.Tuley.Radar Cross Section[D]. New York Artech House,1989.[3]. D.Jankovic,belle,D.C.Chang,et al.A Hybrid Nethod for the Solution of Scattering from Inhomogeneous Dielectric Cylinders of Arbitrary Shape.•IEEE Trans.Antennas Propangat.,Vol.42,No.9,pp.1215-1221,Sep.,1994.[4]. Wang S Y, Jeng S K , A Compact RCS Formula for a Dihedral Corner Reflector at Arbitrary Aspect Angles IEEE Trans.Antennas Propangat.,Vol.46,No.7,pp.1112-1113,Jul.,1998.[5]. Feko User’s Manual (Ansys company)。
