[发明专利]基于机电耦合的变形有源相控阵雷达探测性能快速评估方法

说明书

本发明公开了一种基于机电耦合的变形有源相控阵雷达探测性能快速评估方法，该方法包括：1)确定有源相控阵雷达的阵列天线阵元类型；2)确定阵列天线的结构参数和电磁工作参数；3)基于阵列天线辐射原理，计算理想天线方向图及天线重要性能参数；4)对雷达天线在某种工作环境载荷下进行结构分析；5)得到阵列天线单元结构位移；6)根据天线结构变形前后雷达主要探测性能分析参数模型，快速确定变形后雷达主要探测性能指标。本发明实现了由于雷达在环境载荷作用下，天线阵面发生结构变形后，雷达探测性能的快速预测与分析方法。

技术领域

本发明属于雷达天线领域，具体涉及基于机电耦合理论的有源相控阵雷达探测性能快速评估。可快速实现雷达在服役阶段，外界载荷作用下的雷达探测性能评估。

背景技术

雷达，是利用电磁波探测目标的电子设备。天线是雷达中发射和接受电磁波的部件，雷达发射天线发射电磁波对目标进行照射并利用接收天线接收其回波，由此可获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。而随着科技的不断进步，传统雷达愈发不能满足日益增长的军事需求，因此，相控阵雷达应运而生。相控阵雷达作为近年来最先进的雷达之一，利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束。相控阵雷达从根本上解决了传统机械扫描雷达的种种先天问题，在相同的孔径与操作波长下，相控阵的反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、多功能性、电子对抗能力等都远优于传统雷达，相对而言则付出了更加昂贵、技术要求更高、功率消耗与冷却需求更大等代价。

相控阵雷达的工作环境复杂，在服役阶段受到外界环境载荷及内部热载荷作用使得其天线阵面发生结构变形，天线单元空间结构发生变化，由电磁场理论可知，天线单元发射的电磁波在远场去叠加时空间相位差发生变化，以及改变了天线单元之间互耦关系，从而导致天线远场方向图的畸变。天线方向图作为雷达探测性能的输入，当其发生畸变时，会最终作用于雷达的探测性能。所以，研究天线结构变形导致的雷达探测性能的关系，对于雷达探测性能的快速评估以及后期的性能补偿工作显得尤为重要。另外，直接获取相控阵雷达探测性能需要跟多参数，且很多情况下这些参数并不容易获得，而通过以上方法，只根据结构变形便得到雷达探测性能的变化量，大大减少了计算量，节约了时间成本。

因此，结合机电耦合理论研究天线在外界载荷作用下的天线结构变形对相控阵雷达探测性能的影响，实现相控阵雷达在服役阶段快读评估其探测性能以及为后期性能补偿工作提供参考，成为目前本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题本发明提出了一种基于机电耦合的变形有源相控阵雷达探测性能快速评估方法，以便快读、准确的分析天线结构变形对相控阵雷达探测性能的影响。

实现本发明目的的技术方案是，根据相控阵雷达天线的结构形变，基于机电耦合理论计算出天线重要性能参数畸变数据，再由天线结构变形前后雷达作用距离关系式即可确定载荷作用下雷达最远探测距离，实现评估探测性能的目的。具体步骤如下：

(1)确定有源相控阵雷达的阵列天线阵元类型，以及阵列天线的结构参数和电磁工作参数；

(2)基于阵列天线辐射原理，计算理想阵列天线的方向图，并得到包括增益、副瓣和3dB波瓣宽度等阵列天线重要性能参数；

(3)对所处某种工作环境载荷的雷达天线进行结构分析；

(4)得到阵列天线单元结构位移，即阵列天线阵元中心采样节点Q_i变形后的位移(Δx_i,Δy_i,Δz_i)，并计算变形后采样点的新坐标(x_i+Δx_i,y_i+Δy_i,z_i+Δz_i)；