雷達天線控制系統頻域辨識與仿真方法研究

王錚 付佳

【摘要】 本文主要針對當前雷達天線系統仿真動態效果差、滯后誤差大等問題，從頻域辨識和仿真分析兩個方面著手，采用最小二乘法和增廣矩陣法對控制系統仿真進行優化與完善，以此來為日后此方面的研究工作提供一定的參考依據。

【關鍵詞】 雷達天線控制系統 頻域辨識 仿真方法

近年來，電子技術、計算機技術以及自動化技術的廣泛應用使得雷達天線控制系統得到了進一步完善，大幅度提升了追蹤精度。盡管如此，在目前系統仿真中卻仍然存在一些有待解決的問題直接影響了控制系統的應用效果，因此，采取有效的方法將這些問題解決勢在必行，需要引起相關部門的高度重視。

一、雷達天線控制系統頻域辨識

1.1雷達天線控制系統模型構建

為了使本次研究更具參考價值，在研究對象的選擇上，筆者選用了小型天線精密跟蹤雷達，此類雷達在對天線控制系統進行設計的時候，通常采用三閉環負反饋控制模式，分別為電流環反饋、速度環反饋和位置換反饋。在該模式下，系統控制無論是方位支路還是俯仰支路，其控制模式都是一樣的，所以，文章在進行頻域辨識的時候，主要以方位支路為主，通過完成數字仿真，達到快速仿真的目的。

1.2系統頻域辨識方法

想要從根本上實現天線控制系統快速仿真，首要任務就是獲得系統模型。由于本文所研究的小型天線精密跟蹤雷達在內部結構上比較復雜，且元件繁多，所以，在頻域辨識中若選擇的方法不科學，很容易產生負載效果和積累誤差。為了避免上述問題發生，本次研究采用的是系統辨識建模方法。具體實施過程中，首先要獲取真實、可靠的系統測試數據，數據獲取之后，就可以利用系統的頻率特性來辨識系統，常用的方法主要有三種，即估計逼近法、子空間法和最小二乘法。其中，最常用的方法就是最小二乘法，該方法不僅程序簡單、運算量小，而且辨識結果精準，具有參考性。

利用最小二乘法進行頻域辨識的時候，我們將試驗信號的幅度設定為5V，低頻頻率w變化范圍設定為：0-150rad/s，并在此基礎上以對數幅度和輸入測試信號頻率為幅頻特性的縱坐標和橫坐標。為了提高辨識的準確性，筆者在坐標曲線上采集了15個測試數據進行分析，分析結果表明，辨識模型的結果與實際測試數據對比效果十分擬合，說明該辨識模型具有較高的精準度。由此可見，采用最小二乘法進行雷達天線控制系統頻域辨識，可以有效解決系統滯后誤差大這一問題，為后續仿真工作的開展奠定了堅實的基礎。

二、雷達天線控制系統仿真方法

控制系統完成頻域辨識之后，接下來就是開展系統仿真。在雷達天線控制系統仿真階段，為了能夠順利實現系統快速仿真，提高仿真的實效性與真實性，本次研究盡可能從現實應用的角度出發，采用增廣矩陣仿真方法進行研究。所謂增廣矩陣，主要指的是在原有系數矩陣的基礎上，在右邊加入新的一列，這一列是線性方程組的等號右邊的值。利用增廣矩陣進行系統仿真，首先我們要確定系統控制信號產生的響應，結合小型天線精密跟蹤雷達的特點，我們將輸入信號的階躍響應作為控制信號響應。具體算法原理如下：

上述公式表述的是一個單輸入—單輸出的連續系統的函數，通過相應轉換，我們可以得到A、B、C三個矩陣，分別為系統矩陣、輸入矩陣和輸出矩陣。對于三類矩陣的運算，本次研究主要采用蒙特卡洛仿真方法，其過程大致分為7個步驟：（1）將系統傳遞函數模型轉化為狀態空間方程，轉換后可得出以下三個等式：x（t）=Ax（t）+Bu（t）、y（t）=Cx（t）、x（0）=x0；（2）對A、B、C三類矩陣進行科學設定，即A為增廣狀態矩陣、B為增廣輸入矩陣、C為增廣輸出矩陣；（3）在上述基礎上形成增廣矩陣；（4）設定仿真步長T為0.0015s、最大仿真步數N為200，以及計eAT；（5）計算xn+12yn+1；（6）仿真到步數N（7）輸出仿真步數yn+1。為了提高仿真結果的可靠性，本次研究共進行了400次相同條件下增廣矩陣法仿真。矩陣運算完成之后，根據運算結果我們可以得出，當雷達天線控制系統在0.18s左右的時候，整體系統的運行便可以處于相對穩定的狀態，各項性能指標也可以滿足要求。由此可見，這種仿真方法可以順利完成系統快速仿真，且具有較好效果。與此同時，也驗證了數字仿真方法的正確性與有效性，提高了仿真結果的可信度。結語：從本文的分析我們能夠看出，作為雷達的重要組成部分，天線控制系統性能的高低直接影響著雷達的追蹤精度。所以，提高天線控制系統性能，優化系統仿真技術至關重要，文章中采用的最小二乘法和增廣矩陣法不僅能夠簡單有效的實現頻域辨識，而且對高效仿真目標的實現也具有現實意義。同時，上述兩種方法的應用對日后復雜雷達仿真系統的研究也具有一定的參考價值。

參 考 文 獻

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