陣列天線RCS減縮的機理、建模和仿真方法研究

《陣列天線RCS減縮的機理、建模和仿真方法研究》是依託電子科技大學,由邵維擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：陣列天線RCS減縮的機理、建模和仿真方法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邵維

項目摘要

陣列天線是飛行器上重要的散射源之一，其雷達散射截面（RCS）的分析計算比普通散射體更為複雜，近年來愈來愈受到重視。為減小飛行器雷達截面積，本項目研究陣列天線RCS的散射機理、高效高精度數值方法和最佳化技術，具體內容包括：（1）陣列天線的散射機理研究和RCS減縮技術的實現；（2）結合特徵基函式區域分解技術的時域計算方法及相關關鍵技術，如特徵基函式的選取、分解區域間的信息交換、穩定性條件、吸收邊界條件、共形格線剖分以及近遠場變換等；（3）借鑑有源單元方向圖和陣中單元方向圖基本思想，嚴格計入陣列環境和單元間互耦作用，將大型散射問題化為多個小問題的疊加；（4）採用組合單元的區域分解最佳化技術，實現低RCS陣列天線的快速、準確的最佳化設計。本項目的開展和深入研究對我國研發低RCS陣列天線具有重要的理論和實際意義。

結題摘要

天線是無線通信系統的重要組成部分，又是系統整體產生RCS主要貢獻者，天線RCS的減縮對降低整體系統RCS有直接的和重要的影響。本項目研究了陣列天線的散射機理、天線單元RCS減縮、區域分解時域算法、有源單元方向圖（AEP）的陣列輻射和散射建模、天線饋電網路以及高效最佳化技術等主要內容，並在其中的幾個方面取得了重要的進展：（1）基於加權Laguerre正交多項式的時域有限差分（FDTD）算法的區域分解技術。Laguerre-FDTD法在時間域採用解析分析，具有無條件穩定的特性；在空間域採用差分算法。所提出的Laguerre-FDTD法區域分解技術在空間進行區域分解，生成的矩陣採用Schur定律求解，從而將一個大型稀疏陣分解為若干小型陣的疊加，極大地提高計算效率。如果將區域分解Laguerre-FDTD法在並行計算機上執行，可高效地分析計算電大尺寸天線陣列的散射特性。（2）隨單元變化（EV）的有源單元因子（AEF）方法對陣列天線的散射特性進行建模分析。在AEF高效計算天線輻射的基礎上提出了EV-AEF方法，該方法充分考慮了陣元互耦效應和陣列環境的影響，將大型平面一維或二維陣列問題轉換為小型陣列問題的疊加，提高了計算效率，並解決受計算機硬體限制無法計算的電大問題。針對平面波正入射的情況，提取感應電流分布，用參考單元的AEF方向圖數據進行疊加計算；對平面波斜入射的情況，分析感應電流分布周期與入射角角度的關係，確定提取子陣的單元數，再用子陣的AEF方向圖數據進行疊加計算。（3）智慧型算法對低RCS天線的高效設計。在開槽、缺陷地等技術的基礎上，採用遺傳算法（GA）最佳化設計低RCS天線。用Matlab編寫最佳化程式，通過Vbscribt 語言控制HFSS仿真計算，最佳化和仿真交叉進行直到得到最優解結構模型。進一步將禁忌搜尋算法(TS)中描述個體特徵信息的禁忌列表嵌入到 GA，限制不良個體參與仿真計算的機率，通過有效地減少對HFSS的調用來加快收斂。設計了多個低RCS天線，輻射性能和散射性能都達到了理想的結果，仿真和加工測試有力地驗證了方案的準確性和實用性。本項目的深入研究和取得的成果對我國研發低RCS陣列天線具有重要的理論指導意義和工程參考價值。