艦載相控陣雷達建模與仿真

雷張華++黨曉方++張軍

摘 要文章首先對艦載相控陣雷達的研究背景和意義作了簡單的介紹；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；最后通過軟件仿真驗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，艦載相控陣雷達是承擔著對空中來襲目標的捕獲、跟蹤等任務(wù)，而運用軟件的方式在計算機上進行雷達模塊建模和仿真則是對實際系統(tǒng)進行部分理論研究的有效手段。本文使用Visual Studio 2005平臺則能生成模塊的動態(tài)鏈接庫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

艦載相控陣雷達采用的是相控陣天線，特點是天線波束的快速掃描，可以實現(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。

平面相控陣雷達天線的方向圖函數(shù)，為第（i，k）單元的幅度加權(quán)系數(shù)， 為陣內(nèi)相位差，通過改變相位差實現(xiàn)相掃。

2.2 海雜波模型

海雜波模型是選取0至6級的海情級數(shù)SS計算海面散射系數(shù)σ0，即為雷達后向散射截面積的密度，結(jié)合雷達方程考慮在軟件仿真中，入射余角θr大于臨界角θc時，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)處理模型對信號處理得到的目標測量信息進行后期處理，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)是動態(tài)得到，可實時估計目標的濾波信息和預(yù)測信息，將此結(jié)果輸出。

3 仿真數(shù)據(jù)分析

仿真系統(tǒng)在設(shè)計時運用了C++語言中“class類”的概念，對組件實行命名，且結(jié)構(gòu)簡潔、接口數(shù)據(jù)查詢簡單，從而實現(xiàn)模塊化建模。

class DLLI MODEL：public baseModel

{ public： //基本函數(shù)

MODEL （）； //構(gòu)造函數(shù)，對模塊進行初始化

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

void run（）； //運行函數(shù)，完成組件的運行工作

void terminate（）； //終止運行函數(shù)，對仿真過程引起的變化清理，調(diào)用一次

～rdRadar（）； // 析構(gòu)函數(shù)

public： //運行時的輸入接口定義區(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°），天線中心指向為（0°，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；而加海明函數(shù)時，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的初期濾波誤差較大，經(jīng)過一段時間，濾波誤差趨于平穩(wěn)，此法適用于機動目標，濾波誤差小，精度高。

4 結(jié)束語

本文給出了軟件代碼框架，可以實現(xiàn)標準化、模塊化的建模；通過仿真畫出了天線方向圖和濾波誤差圖，具有較高的工程實用價值。

參考文獻

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作者簡介

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