艦載相控陣?yán)走_(dá)建模與仿真

雷張華++黨曉方++張軍

摘 要文章首先對(duì)艦載相控陣?yán)走_(dá)的研究背景和意義作了簡(jiǎn)單的介紹；然后闡述了相控陣天線模型、海雜波模型和數(shù)據(jù)處理模型的建模方法；最后通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證了天象方向圖和濾波誤差。

【關(guān)鍵詞】相控陣天線 海雜波模型 數(shù)據(jù)處理

1 背景和意義

海上作戰(zhàn)在現(xiàn)代戰(zhàn)中的作用日益凸顯，艦載相控陣?yán)走_(dá)是承擔(dān)著對(duì)空中來(lái)襲目標(biāo)的捕獲、跟蹤等任務(wù)，而運(yùn)用軟件的方式在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行雷達(dá)模塊建模和仿真則是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行部分理論研究的有效手段。本文使用Visual Studio 2005平臺(tái)則能生成模塊的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL文件，仿真速度快、兼容性好。

2 艦載相控陣模型

2.1 天線模型

艦載相控陣?yán)走_(dá)采用的是相控陣天線，特點(diǎn)是天線波束的快速掃描，可以實(shí)現(xiàn)高搜索數(shù)據(jù)率和跟蹤數(shù)據(jù)率。本文采用均勻分布式平面相控陣天線采用N行M列的平面天線陣，單元間距分別為d2與d1。

平面相控陣?yán)走_(dá)天線的方向圖函數(shù)，為第（i，k）單元的幅度加權(quán)系數(shù)， 為陣內(nèi)相位差，通過(guò)改變相位差實(shí)現(xiàn)相掃。

2.2 海雜波模型

海雜波模型是選取0至6級(jí)的海情級(jí)數(shù)SS計(jì)算海面散射系數(shù)σ0，即為雷達(dá)后向散射截面積的密度，結(jié)合雷達(dá)方程考慮在軟件仿真中，入射余角θr大于臨界角θc時(shí)，σc取1，否則取，采用Morchin修正模型：

2.3 數(shù)據(jù)處理模型

數(shù)據(jù)處理模型對(duì)信號(hào)處理得到的目標(biāo)測(cè)量信息進(jìn)行后期處理，由數(shù)據(jù)預(yù)處理、航跡處理（起始、關(guān)聯(lián)、維持、終結(jié)）、跟蹤濾波。由于Kalman濾波算法的增益系數(shù)是動(dòng)態(tài)得到，可實(shí)時(shí)估計(jì)目標(biāo)的濾波信息和預(yù)測(cè)信息，將此結(jié)果輸出。

3 仿真數(shù)據(jù)分析

仿真系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了C++語(yǔ)言中“class類”的概念，對(duì)組件實(shí)行命名，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、接口數(shù)據(jù)查詢簡(jiǎn)單，從而實(shí)現(xiàn)模塊化建模。

class DLLI MODEL：public baseModel

{ public： //基本函數(shù)

MODEL （）； //構(gòu)造函數(shù)，對(duì)模塊進(jìn)行初始化

void initial（）； //初始化函數(shù)，讀取初始化參數(shù)

void run（）； //運(yùn)行函數(shù)，完成組件的運(yùn)行工作

void terminate（）； //終止運(yùn)行函數(shù)，對(duì)仿真過(guò)程引起的變化清理，調(diào)用一次

～rdRadar（）； // 析構(gòu)函數(shù)

public： //運(yùn)行時(shí)的輸入接口定義區(qū)

public： //內(nèi)部參數(shù)定義區(qū)}；

假設(shè)陣元數(shù)40*40，方位和俯仰維掃描范圍均是（-20°，20°），天線中心指向?yàn)椋?°，0°），載頻fc=1e9Hz。

如圖1，分別加了矩形窗和海明窗，看出加矩形窗產(chǎn)生最高的增益和最窄的半功率波束寬度，但要以很高的副瓣為代價(jià)；而加海明函數(shù)時(shí)，主瓣增益下降，副瓣降低，但主瓣波束展寬，可根據(jù)不同的需求選擇不同的窗函數(shù)。

如圖2，使用Kalman濾波器在搜索跟蹤目標(biāo)的初期濾波誤差較大，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，濾波誤差趨于平穩(wěn)，此法適用于機(jī)動(dòng)目標(biāo)，濾波誤差小，精度高。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了軟件代碼框架，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的建模；通過(guò)仿真畫出了天線方向圖和濾波誤差圖，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]尚軍平.相控陣天線快速測(cè)量與校準(zhǔn)技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2010.

[2]王雪松，肖順平，馮德軍，趙鋒等. 現(xiàn)代雷達(dá)電子戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]張艷艷，董普靠等.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件模塊化研究[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2013，42（02）：15-18.

作者簡(jiǎn)介

雷張華（1990-），女，助理工程師（碩士）。

作者單位

西安電子工程研究所 陜西省西安市 710100