某車載雷達天線反射面結構設計研究

張燕 陜西省產品質量監督檢驗研究院 周立凡 陜西電子信息研究院有限公司

以前的雷達開發周期長、設計方法比較傳統、成本高，它已經無法適應當前時代的發展。現在的車載雷達系統在行駛過程中雷達天線受到不同因素的影響，其的零件會受到損壞，為此為能夠真實模擬出雷達在形式過程中的動態參數，在其中引進了虛擬樣機技術，然后對其展開研究和探討。

一、國內外車載雷達天線研究現狀

（一）國內

在中國，雷達天線的發展是高度機密的。在我國的相應研究部門針對傳統雷達系統的設計進行了大量研究，其中包括雷達天線、雷達升降機構和雷達調平裝置的設計。它主要是通過分析方法和經驗公式來應用的。近年來，虛擬樣機技術的不斷進步，相應采用有限元方法對雷達的單個部件如雷達罩、雷達機柜、雷達反射鏡等進行分析，有的在CFD技術模擬風荷載流暢作用下，雷達天線進行了局部優化[1]；由于雷達系統是一種高度集成的機電系統，其特殊的安全性客觀地使雷達系統在設計中相對保守；對于存在于雷達系統的問題，專業人員尚未形成完整的系統理論，只能通過經驗定性解決；整個雷達系統的動態仿真剛剛開始，數值模擬的經驗不夠豐富。使用數值模擬結果仍有一些缺點，以指導新產品的設計和開發。基于以上情況，整個雷達系統的數值模擬需要進一步擴大，與船載雷達和衛星傳承雷達相比，車輛傳統雷達系統的發展更成熟，其應用范圍更廣泛。數值研究可以填補理論差距，指導雷達系統的設計，并為工程應用提供參考。我國的雷達經歷了四個時期。一是從 1949 年到 1953 年。新的中國剛剛成立，其產業基地相對較弱。這時，我們主要啟動了基本行業，對日本和美國留下的雷達進行了維護和研究，然后進入了試驗階段；二是初始發展階段。從1953年底到20世紀60年代初，當前國民經濟的初步發展。由于政治關系，該國主要用前蘇聯風格雷達和模仿前蘇聯風格雷達；三是在20世紀60年代初和20世紀70年代中期，當前獨立研發實驗系統的建立，新技術的應用，以及科研小組的持續增長，獨立設計是在此階段的標志；四是從70年代末到現在，是一個發展和完善的時期。在此期間，一些雷達技術突破了關鍵問題，產品種類不斷增加，國際市場化做得很好。部分雷達技術已達到世界先進水平，打破了美國、俄羅斯和歐洲對雷達控制技術的壟斷。傳統的雷達系統主要是機械式的，即反射鏡轉動，而發射器、信號接收器、信號放大器、伺服系統和微波發生器不動。在反求工程原理的指導下，現代相控陣雷達應運而生。相控陣雷達是一種集相頻轉換器和信號處理器于一體的反射鏡，其有著大容量，高功率。它可以在活動陣列中掃描電子，并且具有許多功能。它可以直接傳輸能量并在空中接收RF能量，并且還具有其他RF功能。然而，改進的線雷達的質量沉重和不方便。一旦攻擊，整個發射機就會失去戰斗性能。相對來說，雷達的兩種工作方法很好，但當前虛擬風格技術的快速發展和強大的微電子技術，戰爭模式的變化，信息戰爭和速度要求正在加速。其已經逐漸的成為戰場雷達的主流。美國海軍部署了空間盾牌防御系統，它使用了相控雷達系統。現代相控陣雷達逐漸形成了多功能，傳感器融合，高自動化程度，高靈敏度，隱身，防腐，雷達抗干擾，自動目標識別，戰場IFF，高可靠性等的特點。研究方向國內雷達系統逐步過流向復合材料和精密引導，并在精密雷達的開發中，它逐漸實現了串行化，高可靠性等泛化和模塊化。能夠設計和制造與現代設計和分析概念的雷達，逐步整合科學研究產品。

（二）國外

在國外，美國雷達的設計和制造都是數字和復合材料，特別是純硅，光纖，玻璃纖維增強塑料等技術廣泛應用于相控陣雷達。因此，匹配材料結構的諧振頻率和固有頻率，并且結構的重量大大降低。蜂窩結構在地雷達三個元素基座中的應用，雷達天線具有強烈的環境適應性。在電性能方面，它可以獲得更高的頻帶，并且具有良好的屏蔽和電信號的傳輸性能。美國研究人員開發了磁性材料。這種材料在損失的前提下使美國雷達更便宜。在相位陣列雷達中，特別是在載體中，通過被動礦井從被動礦井開發到固態有源陣列雷達的相控陣雷達，其特征在于大量的發射器分配系統和柔性數字光束；特別是光纖的應用相控陣雷達中的技術使整個相控制的無線電性能實現了良好的基礎，以進一步降低體積，重量，成本和提高可靠性和可維護性。綜上所述，國外在雷達系統設計中采用CAE仿真技術，然后采用到了一些現代設計的方法，同時總結了大量工程實踐經驗，在結構設計和優化方面技術已經成熟[3]。此外，國外在雷達新材料方面取得了新突破，新材料和復合材料在雷達中的應用也取得了初步成果。這方面的研究才剛剛起步，研究還不成熟。除了新材料的研發，國外在結構設計中應用虛擬風格技術也取得了新的突破。在未來，雷達正在沿重量輕，小型化，泛化，模塊化和集成方向發展，特別是在相控制輻射中。輻射源有三種：USAN/SPS48E，英國的AWS 9和S1840，意大利的職位30s和荷蘭的T系列；德國戴姆勒公司和梅賽德斯奔馳航空公司公司開發了激光檢測雷達。美國軍隊和空軍開發了紅外傳感器激光引導雷達和三維成像技術雷達，在戰爭和實際應用中已經獲得了一個良好的效果。

二、虛擬樣機技術的應用

（一）簡析虛擬樣機技術

21世紀以來動態仿真技術被不斷發展，虛擬技術就是其中之一，其基礎是建立在傳統的經典物理、現代計算方法和計算機上，依照計算機輔助設計和計算機輔助分析，繼而剖析機械系統的運動學，精確地計算坐標，系統的速度和加速度，隨時求解生成方程，確定各部分所需的力和反作用力，獲得系統的運動特性后，可以與相關軟件交互，建立可視化的集成工程仿真系統。通過虛擬風格技術，機械工程師可以在機械設計，機械分析，機械控制，機械加工等領域共享工程通信平臺，從而減少傳統機械設計師的勞動，大大簡化了產品的過程，縮短循環，減少成本，且可以使得產品質量和綜合性能得到改善。虛擬樣機技術與CAD技術的有機結合使計算機輔助設計進一步完善和發展，應用前景廣闊，這項技術的普及使人們能夠在設計中看到產品，感受自己的研發過程，交互能力進一步提高，設計、過程，虛擬原點技術在工程技術中的應用有著模塊化、集成化、應用化的特點[4]。

（二）概述車載天線動力學

汽車是一種復雜的系統，具有多種自由度。配備汽車天線的越野車是一種復雜的動態耦合系統，具有多種自由度。汽車和天線的性能基于合理的物理力學模型。汽車機械性能的研究更智能，多樣化，最初形成了汽車處理舒適性分析的理論體系。仿真研究從2自由度懸架系統到5自由度汽車，甚至29自由度汽車動力學仿真研究，大多是在傳統經典力學、迪迪埃定律、牛頓定律、動量定律、拉格朗日定律的基礎上，推導出動力學微分方程的數學模型，而現代動力模型法是在傳統經典力學的基礎上，運用多種現代算法，加入微分方程和方差方程，結合現代計算方法，建立相應的動力方程，車輛的一些特殊部件，如彈簧、減振器、輪胎等，都是非線性系統，在實際的建模和相應的模型仿真中，或多或少地把它們看作線性系統，或者把物體的某些參數，如剛度、阻尼等看作線性變化，由于非線性理論在實際的研究和發展中沒有大的突破，對非線性問題的研究只是通過統計線性問題對非線性問題的一般表達。從模型的控制性和準確性來看，由于評價體系的差異，非阻力因素太多，沒有相應的標準。對于復雜非線性模型的獲取和控制，由于對一些復雜的元件進行了過多的簡化，失去了原有的特性，導致了原有的情況以及實驗與仿真之間的差距過大。汽車中的液體成分也表現出高度的非線性。由于液體本身的特性，如密度、粘度等，在非線性控制方面存在不足。在車用天線上，有多種車用槍和車用火箭。車裝天線方面，車炮和車裝火箭炮的型號很多，造型的程度比較大，一般都是用軍用越野車裝載天線，所以在性能方面存在很大差異，如裝載、駕駛以及加工性能，所以越野車商用軟件公司應加強對模型仿真方面的分析工作，如懸架系統屬于單個模塊研究方向，且不是完全非線性的，匹配系統中包括越野車和天線，所以影響天線系統之一因素就是車輛仿真失真。

三、結束語

由上可知，我國車載天線動力學還處在一個起步階段，在傳統建模法以及模態分析法的前提下結合到非線性建模方法與控制，然后將車輛底盤與天線系統適當進行匹配，是未來研究的重點。