專利名稱：基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)散射截面減縮技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法。
二
背景技術(shù)：
隨著探測技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)雷達(dá)散射截面RCS的減縮無疑具有重大的軍事意義。要對大型陣列天線進(jìn)行有效地隱身設(shè)計，必須依賴強有力的電磁散射計算方法。以往針對陣列天線散射特性的研究工作，多借助于矩量法等數(shù)值算法或者基于數(shù)值算法的商用軟件，然而當(dāng)陣列天線規(guī)模過大時，此類方法將要耗費大量的計算資源和時間。應(yīng)用傳統(tǒng)的方法對大型陣列天線雷達(dá)散射截面的減縮面臨著挑戰(zhàn)，首先難以獲得設(shè)計初值，即使已獲得非常接近最優(yōu)值的初值，如果僅應(yīng)用電磁仿真軟件對多參量(假設(shè)參量為η)進(jìn)行優(yōu)化，是非常耗時的，因為耗時與2n成正比，這對設(shè)計參量比較大的陣列天線優(yōu)化而言是難以實現(xiàn)的。 空間映射方法是結(jié)合電路仿真快速性與電磁仿真準(zhǔn)確性的新優(yōu)化方法，它作為一種優(yōu)化方法為解決復(fù)雜、高成本電磁仿真優(yōu)化問題帶來了全新的思想(J.w.Bandler, R.M.BiernackijShao—hua Chen, et al.Space mapping technique for electromagneticoptimization.1EEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1994, 42(12):2536-2544.)。然而對于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的目標(biāo)，由于粗模型不存在解析表達(dá)式或等效電路不易于描述，傳統(tǒng)的空間映射方法將不再收斂，無法實現(xiàn)大型陣列天線雷達(dá)散射截面的減縮。
三

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速穩(wěn)定的基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，該方法內(nèi)存消耗低且簡單易行。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，步驟如下:第I步，建立陣列天線模型，令單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場；第2步，由第I步所得陣列天線的總散射場，根據(jù)方向圖乘積法推導(dǎo)出陣列天線的雷達(dá)散射截面公式，建立陣列天線空間映射粗模型，優(yōu)化粗模型并確定粗模型的最優(yōu)設(shè)計
參量;第3步，細(xì)模型采用全波分析矩量法，通過參量提取使得粗模型的響應(yīng)逼近細(xì)模型的響應(yīng)，建立粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系；第4步，利用第2步中粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量和第3步中所建立映射關(guān)系的逆映射得到細(xì)模型的預(yù)測參量，對細(xì)模型的預(yù)測參量進(jìn)行仿真驗證，判斷所得響應(yīng)是否滿足設(shè)計要求，如果不滿足，對所建立的粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系進(jìn)行迭代更新，同時不斷獲取細(xì)模型新的預(yù)測參量并進(jìn)行仿真驗證，直到所得響應(yīng)滿足設(shè)計要求。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:(I)對設(shè)計的參數(shù)整體優(yōu)化:針對空間映射算法，只需找到粗模型和細(xì)模型參數(shù)空間的映射關(guān)系；(2)節(jié)省優(yōu)化時間:由于把許多優(yōu)化工作放到粗模型中來完成，用最少的高成本細(xì)模型仿真次數(shù)來獲得滿意的優(yōu)化效果，所以本方法在保證結(jié)果精確性的前提下大大節(jié)省了時間；(3)操作簡單:對所建立的兩參量空間之間的映射關(guān)系進(jìn)行不斷更新、改善，同時不斷對細(xì)模型新的預(yù)測設(shè)計參量進(jìn)行驗證，直到獲得優(yōu)化設(shè)計值滿足要求。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
四


圖1是本發(fā)明陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例中基于空間映射的天線單站RCS曲線與不優(yōu)化時等間距的天線單站RCS的比較圖。
五
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。結(jié)合圖1，本發(fā)明基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，步驟如下:第I步，建立陣列天線模型，令單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場。

(1.1)如圖1所示建立陣列天線模型，建立MXN元半波偶極子陣列天線，M行、N列均等間距分布，其中M、N均為正整數(shù)；以(m，n)表示陣列天線中的第m行、第η列的天線單元，以第(1，I)個天線 單元為坐標(biāo)原點，以第I列天線單元為χ軸，以第I行天線單元為I軸，以垂直于陣列天線向上方向為ζ軸建立坐標(biāo)系xyz,設(shè)坐標(biāo)系xyz中任意一點的俯仰角為Θ，水平角為聲。(1.2)忽略陣列天線中各天線單元之間的互耦，令沿Θ方向極化的單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場，具體如下:(1.2.1)令沿Θ方向極化的單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，磁流密度為0，則第(m，n)個天線單元的散射場￡:.,,(*)如下:
權(quán)利要求
1.一種基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，其特征在于，步驟如下: 第I步，建立陣列天線模型，令單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場； 第2步，由第I步所得陣列天線的總散射場，根據(jù)方向圖乘積法推導(dǎo)出陣列天線的雷達(dá)散射截面公式，建立陣列天線空間映射粗模型，優(yōu)化粗模型并確定粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量; 第3步，細(xì)模型采用全波分析矩量法，通過參量提取使得粗模型的響應(yīng)逼近細(xì)模型的響應(yīng)，建立粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系； 第4步，利用第2步中粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量和第3步中所建立映射關(guān)系的逆映射得到細(xì)模型的預(yù)測參量，對細(xì)模型的預(yù)測參量進(jìn)行仿真驗證，判斷所得響應(yīng)是否滿足設(shè)計要求，如果不滿足，對所建立的粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系進(jìn)行迭代更新，同時不斷獲取細(xì)模型新的預(yù)測參量并進(jìn)行仿真驗證，直到所得響應(yīng)滿足設(shè)計要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，其特征在于，第I步所述建立陣列天線模型，令單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場，具體步驟如下: (1.1)建立陣列天線模型，建立MXN元半波偶極子陣列天線，M行、N列均等間距分布，其中M、N均為正整數(shù)；以(m，n)表示陣列天線中的第m行、第η列的天線單元，以第(1，I)個天線單元為坐標(biāo)原點，以第I列天線單元為X軸，以第I行天線單元為I軸，以垂直于陣列天線向上方向為ζ軸建立坐標(biāo)系xyz，設(shè)坐標(biāo)系xyz中任意一點的俯仰角為Θ，水平角為φ ； (1.2)忽略陣列天線中各天線單元之間的互耦，令沿Θ方向極化的單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，其特征在于，第(1.2)步所述確定陣列天線的總散射場，具體步驟如下: (1.2.1)令沿Θ方向極化的單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，磁流密度為O，則第(m，n)個天線單元的散射場￡:.,,(*)如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，其特征在于，步驟2中所述根據(jù)方向圖乘積法推導(dǎo)出陣列天線的雷達(dá)散射截面公式，建立陣列天線空間映射粗模型，優(yōu)化粗模型并確定粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量，具體步驟為: (2.1)將第I步中得到的不考慮互耦的陣列天線的總散射場Es(k)，代入到雷達(dá)散射截面RCS公式，得陣列天線的RCS:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，其特征在于，步驟3中所述細(xì)模型采用全波分析矩量法，通過參量提取使得粗模型的響應(yīng)逼近細(xì)模型的響應(yīng)，建立粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系，具體如下: (3.1)在細(xì)模型中驗證陣列天線的RCS，采用全波分析方法矩量法實現(xiàn)，待求解的優(yōu)化設(shè)計問題定義為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法，其特征在于，步驟4中所述利用第2步中粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量和第3步中所建立映射關(guān)系的逆映射得到細(xì)模型的預(yù)測參量，對細(xì)模型的預(yù)測參量進(jìn)行仿真驗證，判斷所得響應(yīng)是否滿足設(shè)計要求，如果不滿足，對所建立的粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系進(jìn)行迭代更新，同時不斷獲取細(xì)模型新的預(yù)測參量并進(jìn)行仿真驗證，直到所得響應(yīng)滿足設(shè)計要求，具體為: (4.1)令細(xì)模型第一次的參量值xf(1)等于粗模型的最優(yōu)參量值即:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空間映射的陣列天線雷達(dá)散射截面減縮方法。步驟如下建立陣列天線模型，令單位幅度均勻平面波照射到陣列天線上，確定陣列天線的總散射場；根據(jù)方向圖乘積法推導(dǎo)出陣列天線的雷達(dá)散射截面公式，建立陣列天線空間映射粗模型，優(yōu)化粗模型并確定粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量；細(xì)模型采用全波分析矩量法，通過參量提取使得粗模型的響應(yīng)逼近細(xì)模型的響應(yīng)，建立粗模型參量與細(xì)模型參量的映射關(guān)系；利用粗模型的最優(yōu)設(shè)計參量和所建立映射關(guān)系的逆映射得到細(xì)模型的預(yù)測參量，如果細(xì)模型的預(yù)測參量不滿足設(shè)計要求，對映射關(guān)系進(jìn)行迭代更新，直到細(xì)模型的預(yù)測參量滿足設(shè)計要求。該方法對設(shè)計的參數(shù)整體優(yōu)化，在保證精確性的前提下節(jié)省了時間。
文檔編號G06F17/50GK103246781SQ20131018664
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者陳如山, 丁大志, 樊振宏, 徐娟, 沙侃, 葉曉東, 李兆龍, 盛亦軍 申請人:南京理工大學(xué)