[發明專利]一種基于隨機場測度的相控陣天線電性能分析方法

在審

• 申請號: 201811461379.0
• 申請日: 2018-12-02
• 公開（公告）號: CN109557385A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 姜潮;沈小文;王中華
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 周友福

本發明公開了一種基于隨機場測度的相控陣天線電性能分析方法，其實現步驟需首先確定相控陣天線單元的分布情況，得到相控陣的電性能與天線單元位置相關的計算公式；通過陣面的若干組變形量的統計數據，計算求得陣面變形隨機場的基本參數；而后利用K?L展開對陣面變形量隨機場進行展開；并將陣面變形的隨機場K?L展開與相控陣電性能函數結合得到電性能的隨機場函數；最后通過求解電性能隨機場函數得到相控陣天線電性能的均值與方差。本發明將隨機場的模型引入到相控陣電性能函數中，可大大減小統計方法對大量實驗數據的要求與巨大計算量，提升計算效率，求得方向圖函數的均值與方差，在相控陣的實際應用中具有一定的指導意義。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種基于隨機場測度的相控陣天線電性能分析方法。

背景技術

有源相控陣天線因其多功能、高可靠性、隱身性能好、探測和跟蹤能力高等無可比擬的優勢，已經成為各種雷達系統中的核心裝備之一，在隨著世界軍事技術的提升發展，對于相控陣天線的性能要求越來越高。而相控陣天線的結構穩定性與天線電性能有著緊密相關的聯系，加工裝配。以及外部載荷振動沖擊等會引起陣面的結構發生變形，改變陣面單元的位置，進而導致天線增益下降。副瓣抬高、指向精度差等問題。因而對于陣面結構變形對天線電性能的影響的研究是非常有必要的。在傳統的天線電性能分析方法以確定性的方法居多，這對于陣面結構產生的不確定性變形的分析將不夠精確，對此也有了利用統計的方法對其進行分析，陣面變形具有很大的隨機性，通常需要大量的實驗統計數據，同時計算效率低，時間長，很大程度的浪費計算成本與計算資源。本發明的目的是提供一種可大大節省計算時間和資源的一種在陣面不確定性變形情況下的相控陣天線的方向圖函數隨機場分析方法。同時，可以計算求得方向圖函數的均值與方差，得到方向圖函數在不同方位上受到陣面不確定性變形的不同影響程度，在相控陣天線的實際應用中有著重大的指導意義。

發明內容

針對以上技術問題，本發明提供一種基于隨機場測度的相控陣天線電性能分析方法，具體包括如下步驟：

1)確定相控陣天線的單元數目與分布特征，假設為M×N陣列單元等間距矩形柵格板，水平方向與豎直方向的間距分別為d_x和d_y；

2)當目標相對于坐標系o-xyz所在的方向以方向余弦表示為(cosα_x,cosα_y,cosα_z)，則根據空間幾何關系可以得到目標相對于坐標軸夾角與方向余弦的關系為：

3)假設天線的陣面變形只對陣列單元的電場相位產生影響，不會改變其幅值。最后可以得到相控陣天線中第(m,n)個單元相對于第(0,0)單元的方向圖函數為：

其中E_e為單元方向圖函數，I_mn為單元激勵電流，第(m,n)單元(0≤m≤M-1,0≤n≤N-1)的陣內相位差為β_mn，j為虛數，為自由空間的傳播常數(相移常數)，位置形變分別為Δx_mn，Δy_mn，Δz_mn；

4)對于陣面而言，在自重以及風載等外部載荷作用將發生微小的形變，對于大陣面形變量的測量將會是非常的困難，而陣面形變對于陣列天線的電性能將產生一定影響，為了能夠更加精確的預測出結構形變對于電性能的影響程度，因此，將陣面變形視作為隨機場變量，將陣面變形視作為隨機場變量ΔZ，對其中第(m,n)天線單元，其陣面變形表示為Δz_mn，均值與方差分別為μ₀和σ₀；

5)根據陣列單元的變形的隨機誤差推導出單元相位差的均值方差，進而可以得到整體陣列天線的方向圖函數的在各個觀測點的均值方差，推導過程如下：

令