电磁环境仿真中雷达天线的数学建模

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1、万方数据电磁环境仿真中雷达天线的数学建模李云刚，吴京，周一宇，帅鹏(国防科大电子科学与工程学院，长沙410073)摘要：根据现代战场务件下雷达工作模式复杂多变的特点，提出了电磁环境仿真中多种雷达天线方向图和雷达扫描的数学模型，并在此基础上完成了雷达电磁环境仿真软件。对相控阵雷达天线的数学模型也做了一定的研究。关键词：仿真；电磁环境；天线方向图中图分类号：TN974文献标识码：A1引言要想获得实战中的电子战优势，必须建立一支训练有素的电子战队伍，还必须借助予电子战模拟仿真技术与模拟训练系统。为产生逼真的战场效果，需要有完善的电磁环境模拟器。同样，改进、研制和生产电子战装备中的测试

2、评估工作也需要用它来提供真实的信号环境。电磁环境仿真的逼真程度取决于数学模型建立的准确性和仿真系统结构设计的合理性，因此对各种体制功能的雷达天线数学建模就显得尤其重要。国外对辐射源参数中的天线数学模型的建立工作也非常重视。如，法国oMEGA公司生产的ABYSS信号环境模拟器建立了一个完整灵活的天线数学模型。该模型包括了雷达天线的各种扫描方式如扇扫、锥扫、柱扫等，以及雷达常用的天线方向图。其中天线方向图除了提供典型的各种衰减函数外，还允许用户自己编辑雷达天线在各方向角度上的衰减大小。收稿日期：2003一01—23}09—24修回作者简介：李云刚，在读硕士研究生，国防科大电子科学与

3、工程学院，综合电子战实验室；吴京，副教授；周一字(1948一)，博士，教授，博导，电子学会电子对抗分会委员，航空学会电子分会雷达与制导专业委员会委员，重点研究综合电子战系统理论，信息战概念与效能评估技术等。2现有体制下雷达天线的特点现代雷达种类繁多，工作方式多变。根据其所要实现的功能可分为预警、警戒、引导、制导和火控等各种机载和地面雷达；根据其工作模式又可分为连续波雷达、脉冲压缩雷达、脉冲多普勒雷达、频率捷变雷达、单脉冲雷达和相控阵雷达等。因此，在对现有雷达天线数学建模的过程中，将会遇到雷达种类繁多、工作模式复杂等问题。对多功能相控阵雷达系统仿真而言，雷达天线仿真是基础，同时也

4、是整个系统仿真中的一个难点。以美国海基战区导弹防御系统“宙斯盾”系统所用的AN／SP一1雷达为例，它是一部全面电扫描固定式单脉冲雷达，集方位、高度、目标识别、分类和多目标搜索、跟踪以及地对空导弹提供指令制导等功能于一身。该雷达天线采用4个阵面八角形的固定阵列天线，相控阵天线阵面由几千个阵元组成，采用电子扫描的形式代替了常规雷达天线的机械扫描，搜索速度提高了20倍以上。如何对相控阵雷达天线准确全面的建模涉及到相控阵雷达工作原理、电子扫描等各方面的综合知识。3雷达天线方向图的建模雷达采用不同的天线波束形状和不同的扫描万方数据方式来完成各种任务。不同体制的雷达天线扫描[sin(南z)

5、／(志z)]2(z)时采用的天线方向图也不尽相同。如为了对抗反其中愚值由[0，耳]内旁瓣数目决定。计算公辐射导弹的攻击，许多雷达采用了超低旁瓣技术，式为：忌=旁瓣数目+1。为使衰减的大小变化直使得反辐射导弹接收不到雷达的旁瓣信号。观一些，根据参数变化，我们仿真出设定旁瓣数目雷达天线方向图的增益可表示为G(％，下，天线方向图衰减大小变化图。虬)。其计算公式为：图l为设定天线方向图为2个旁瓣时衰减大G(口。，尘。)=K．G，(乳)．G：(‰)(1)小变化显示。图2为设定天线方向图为3个旁瓣式中，K为天线最大增益；G，(乳)为天线方向图时衰减大小变化显示。以上两图中设定为横轴刻在水平

6、方向上的衰减，G2(‰)为天线方向图在度中心为0度角，描述天线方向图偏离中心轴的俯仰方向上的衰减。天线方向图的增益值是由天角度变化。纵轴描述衰减大小变化规律，以衰减线最大增益值以及天线方向图在水平和俯仰方向dB数表示。上的衰减值合成的。水平方向角钆的范围设定(4)sinz／z(Alternate)：衰减计算公式为为一180。～180。，俯仰方向角娠的范围设定为e。[sin(2．78z／巩．s)／(2．78z／岛．s)]2(3)一90。～90。。式中，导=(z／鼠．5)2[(13．26一z1)／11．33]；如．5为方3．1常用的典型天线方向图衰减函数向图主瓣宽度；z，为第一旁瓣

7、设定的衰减值。(1)全方向：任何角度下衰减为0dB。图3为设定天线方向图为主瓣宽度为10。，旁(2)扇形：扇区内衰减为0dB，扇区外衰减为瓣衰减为20dB时，衰减大小变化显示。图4为负无穷大。设定天线方向图为主瓣宽度为10。，旁瓣衰减为(3)Sinz／z：衰减公式为：30dB时，衰减大小变化显示。两图中横轴刻度中j；／_、7。f、勰II·”、广⋯扩、厂‘r‘jf．_』‘，』I}‘·．参I_I-．．．，ilI．量』』I

8、』’t⋯量⋯}．●图1si眦／z，志=2}1．f“n^l{⋯¨k；，lij