電磁環(huán)境仿真中雷達(dá)天線的數(shù)學(xué)建模

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1、萬方數(shù)據(jù)電磁環(huán)境仿真中雷達(dá)天線的數(shù)學(xué)建模李云剛，吳京，周一宇，帥鵬(國(guó)防科大電子科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410073)摘要：根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)務(wù)件下雷達(dá)工作模式復(fù)雜多變的特點(diǎn)，提出了電磁環(huán)境仿真中多種雷達(dá)天線方向圖和雷達(dá)掃描的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上完成了雷達(dá)電磁環(huán)境仿真軟件。對(duì)相控陣?yán)走_(dá)天線的數(shù)學(xué)模型也做了一定的研究。關(guān)鍵詞：仿真；電磁環(huán)境；天線方向圖中圖分類號(hào)：TN974文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1引言要想獲得實(shí)戰(zhàn)中的電子戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，必須建立一支訓(xùn)練有素的電子戰(zhàn)隊(duì)伍，還必須借助予電子戰(zhàn)模擬仿真技術(shù)與模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。為產(chǎn)生逼真的戰(zhàn)場(chǎng)效果，需要有完善的電磁環(huán)境模擬器。同樣，改進(jìn)、研制和生產(chǎn)電子戰(zhàn)裝備中的測(cè)試

2、評(píng)估工作也需要用它來提供真實(shí)的信號(hào)環(huán)境。電磁環(huán)境仿真的逼真程度取決于數(shù)學(xué)模型建立的準(zhǔn)確性和仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，因此對(duì)各種體制功能的雷達(dá)天線數(shù)學(xué)建模就顯得尤其重要。國(guó)外對(duì)輻射源參數(shù)中的天線數(shù)學(xué)模型的建立工作也非常重視。如，法國(guó)oMEGA公司生產(chǎn)的ABYSS信號(hào)環(huán)境模擬器建立了一個(gè)完整靈活的天線數(shù)學(xué)模型。該模型包括了雷達(dá)天線的各種掃描方式如扇掃、錐掃、柱掃等，以及雷達(dá)常用的天線方向圖。其中天線方向圖除了提供典型的各種衰減函數(shù)外，還允許用戶自己編輯雷達(dá)天線在各方向角度上的衰減大小。收稿日期：2003一01—23}09—24修回作者簡(jiǎn)介：李云剛，在讀碩士研究生，國(guó)防科大電子科學(xué)與

3、工程學(xué)院，綜合電子戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室；吳京，副教授；周一字(1948一)，博士，教授，博導(dǎo)，電子學(xué)會(huì)電子對(duì)抗分會(huì)委員，航空學(xué)會(huì)電子分會(huì)雷達(dá)與制導(dǎo)專業(yè)委員會(huì)委員，重點(diǎn)研究綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)理論，信息戰(zhàn)概念與效能評(píng)估技術(shù)等。2現(xiàn)有體制下雷達(dá)天線的特點(diǎn)現(xiàn)代雷達(dá)種類繁多，工作方式多變。根據(jù)其所要實(shí)現(xiàn)的功能可分為預(yù)警、警戒、引導(dǎo)、制導(dǎo)和火控等各種機(jī)載和地面雷達(dá)；根據(jù)其工作模式又可分為連續(xù)波雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、頻率捷變雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)等。因此，在對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)天線數(shù)學(xué)建模的過程中，將會(huì)遇到雷達(dá)種類繁多、工作模式復(fù)雜等問題。對(duì)多功能相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)仿真而言，雷達(dá)天線仿真是基礎(chǔ)，同時(shí)也

4、是整個(gè)系統(tǒng)仿真中的一個(gè)難點(diǎn)。以美國(guó)?；鶓?zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)“宙斯盾”系統(tǒng)所用的AN／SP一1雷達(dá)為例，它是一部全面電掃描固定式單脈沖雷達(dá)，集方位、高度、目標(biāo)識(shí)別、分類和多目標(biāo)搜索、跟蹤以及地對(duì)空導(dǎo)彈提供指令制導(dǎo)等功能于一身。該雷達(dá)天線采用4個(gè)陣面八角形的固定陣列天線，相控陣天線陣面由幾千個(gè)陣元組成，采用電子掃描的形式代替了常規(guī)雷達(dá)天線的機(jī)械掃描，搜索速度提高了20倍以上。如何對(duì)相控陣?yán)走_(dá)天線準(zhǔn)確全面的建模涉及到相控陣?yán)走_(dá)工作原理、電子掃描等各方面的綜合知識(shí)。3雷達(dá)天線方向圖的建模雷達(dá)采用不同的天線波束形狀和不同的掃描萬方數(shù)據(jù)方式來完成各種任務(wù)。不同體制的雷達(dá)天線掃描[sin(南z)

5、／(志z)]2(z)時(shí)采用的天線方向圖也不盡相同。如為了對(duì)抗反其中愚值由[0，耳]內(nèi)旁瓣數(shù)目決定。計(jì)算公輻射導(dǎo)彈的攻擊，許多雷達(dá)采用了超低旁瓣技術(shù)，式為：忌=旁瓣數(shù)目+1。為使衰減的大小變化直使得反輻射導(dǎo)彈接收不到雷達(dá)的旁瓣信號(hào)。觀一些，根據(jù)參數(shù)變化，我們仿真出設(shè)定旁瓣數(shù)目雷達(dá)天線方向圖的增益可表示為G(％，下，天線方向圖衰減大小變化圖。虬)。其計(jì)算公式為：圖l為設(shè)定天線方向圖為2個(gè)旁瓣時(shí)衰減大G(口。，塵。)=K．G，(乳)．G：(‰)(1)小變化顯示。圖2為設(shè)定天線方向圖為3個(gè)旁瓣式中，K為天線最大增益；G，(乳)為天線方向圖時(shí)衰減大小變化顯示。以上兩圖中設(shè)定為橫軸刻在水平

6、方向上的衰減，G2(‰)為天線方向圖在度中心為0度角，描述天線方向圖偏離中心軸的俯仰方向上的衰減。天線方向圖的增益值是由天角度變化?？v軸描述衰減大小變化規(guī)律，以衰減線最大增益值以及天線方向圖在水平和俯仰方向dB數(shù)表示。上的衰減值合成的。水平方向角釓的范圍設(shè)定(4)sinz／z(Alternate)：衰減計(jì)算公式為為一180?！?80。，俯仰方向角娠的范圍設(shè)定為e。[sin(2．78z／鞏．s)／(2．78z／島．s)]2(3)一90。～90。。式中，導(dǎo)=(z／鼠．5)2[(13．26一z1)／11．33]；如．5為方3．1常用的典型天線方向圖衰減函數(shù)向圖主瓣寬度；z，為第一旁瓣

7、設(shè)定的衰減值。(1)全方向：任何角度下衰減為0dB。圖3為設(shè)定天線方向圖為主瓣寬度為10。，旁(2)扇形：扇區(qū)內(nèi)衰減為0dB，扇區(qū)外衰減為瓣衰減為20dB時(shí)，衰減大小變化顯示。圖4為負(fù)無窮大。設(shè)定天線方向圖為主瓣寬度為10。，旁瓣衰減為(3)Sinz／z：衰減公式為：30dB時(shí)，衰減大小變化顯示。兩圖中橫軸刻度中j；／_、7。f、勰II·”、廣?擴(kuò)、廠‘r‘jf．_』‘，』I}‘·．參I_I-．．．，ilI．量』』I

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