基于CATIA軟件的雷達罩建模仿真技術研究

邵紅　李濱輝　李寶鵬

摘 要：雷達罩作為雷達系統的重要組成部分，可保護天線工作狀態不受外界干擾。使用時各種損傷會對雷達罩的電性能產生影響，利用CATIA軟件對雷達罩進行建模仿真是研究雷達罩的一種有效手段。

關鍵詞：CATIA 雷達罩 建模仿真

中圖分類號：TN957 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）01-0-01

隨著科技的發展，雷達廣泛應用于飛機、導彈、航海等多個領域。雷達在使用過程中出現的各種損傷，會對雷達罩的電性能產生不良影響，進而影響信號的傳輸。利用CATIA軟件對雷達罩進行建模仿真，在使用和設計雷達罩時可節約大量的成本和時間，是研究雷達罩的一種有效手段。

一、CATIA軟件的概述

CATIA是法國Dassault System公司于1975年起開始發展的一整套的3DCAD/CAM/CAE—體化軟件，涵蓋了產品從概念設計、工業設計、三維建模、分析計算、動態模擬與仿真、工程圖的生成到生產加工成產品的全過程。CATIA廣泛應用在航空、航天、造船和汽車等行業，可進行各種常規的機械零部件的三維設計，也可設計球面、圓柱、圓錐、旋轉體、掃描面等常規曲面體方面及其組合，這種軟件使用起來簡單方便而且很直觀[1]。

二、雷達罩的特點與作用

雷達天線罩簡稱雷達罩，它的存在，延長了天線的使用壽命簡化了天線的結構，減輕了結構的重量。雷達罩是電磁波的窗口，它可保護天線工作狀態不受外部環境干擾，并提高天線的工作性能。雷達罩要求雷達罩對天線的電磁輻射特性影響最小，并且滿足戰術技術指標的要求，所以雷達罩作為雷達系統的重要組成部分，其性能直接影響信號傳輸，進而影響整個雷達系統的功能[2]。

三、雷達罩建模仿真

雷達罩是由天然或人造電介質材料制成的覆蓋物，它在使用過程中會出現各種各樣的損傷，損傷面積的大小和損傷種類都可能會對雷達罩的電性能產生影響，所以雷達罩的損傷研究是很有必要的，而雷達罩的建模仿真是研究各種損傷的一種有效手段。

傳統的雷達罩模型有正切卵形、冪形、馮卡曼形等。CATIA軟件是飛機以及機械設計當中的常用軟件，在雷達罩建模方面有著得天獨厚的優勢。以簡單的正切卵形雷達罩的建模為例，介紹CATIA的基本建模方法，正切卵形雷達罩的外形選擇因子為v=1.449，罩體沿Z軸放置，罩體底座位于XOY平面內，則需要產生XOZ平面內的正切卵形外形曲線，即

其中a為罩體底座半徑，b為罩體長度，x坐標在0-a之間不等間隔采樣20個點左右，頂部采樣較密，計算得到z坐標對應的數據，存儲在excel列表中，利用CATIA的宏定義功能將excel數據導入CATIA，再利用CATIA的曲線擬合工具產生曲線，對于正切卵形雷達罩來說，只需將擬合產生的曲線沿著對稱軸旋轉掃描一周既可以得到雷達罩的曲面。圖1為經過上述步驟建立的正切卵形雷達罩，從圖中可以看出所建立的罩體表面光滑平整。

對于復雜雷達罩來說，不能簡單的使用一條或者幾條曲線的旋轉得到曲面，需要結合軟件的脊線包絡的掃掠產生曲面，利用接縫命令連接不同曲面形成一個整體。圖2為CATIA建模產生的某機型吊艙雷達罩模型。

雷達罩屬于超大電尺寸物體，而損傷仿真研究需要對大量的不同模型進行仿真，如果對實際的雷達罩進行建模并仿真，不僅需要非常高的計算資源條件，而且需要花費大量的仿真時間。所以可以將雷達罩等效成平板雷達罩，通過對平板雷達罩進行仿真研究損傷對其電性能的影響。

采用工作在X波段的喇叭天線作為激勵，平板雷達罩剖分的網格大小為十分之一波長，仿真的精度為-30db。雷達工作在窄帶頻段9.4-9.8GHZ， 為了提高仿真速度，可以將最低工作頻段除以1.2，最高工作頻段乘以1.2，即仿真的頻段設置為8-12GHZ。平板雷達罩采用傳統的A夾層結構，邊長大小為400mm×400mm，總厚度為7.2mm。用CATIA建模得到圖3為喇叭天線激勵模型，圖4為天線與平板雷達罩聯合仿真模型。通過仿真可以得出喇叭天線的增益為15.18dBi，-3dB波束寬度為29.1°，副瓣電平為-20.5dB。

結語

在以上建模的基礎上，可以提取雷達罩中心頻率f0 = 9.6GHZ處的電性能參數。并根據需求，對不同的損傷類型進行建模仿真，提取該中心頻率f0 = 9.6GHZ處的電性能參數進行比較并總結，可以大大節約時間和成本等資源。

參考文獻

[1]歐紫娟.基于CATIA建模的雷達引信目標RCS計算及應用[M] .南京理工大學，2013，14-17.

[2]何秉高等.基于激光雷達的CATIA造型技術研究[J].長春理工大學學報（自然科學版），2009，1（32）：14.