多功能相控阵雷达的相控阵天线仿真数学模型

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相控阵雷达多通道天线方向图建模与仿真

相控阵雷达多通道天线方向图建模与仿真徐海峰;卞春蓉【摘要】相控阵雷达天线方向图建模是相控阵雷达系统建模仿真中的关键技术之一。

本文从理论上分析了天线方向图函数，提出了一种相控阵雷达多通道天线方向图建模与仿真算法。

基于相控阵天线的矩形平面模型，我们通过配置不同的天线阵元矩阵参数，最终获得了不同通道的天线方向图。

文中的算法不仅能够较为便捷地获取常规的和差通道天线方向图，而且能够获取其它任意通道天线方向图。

仿真结果验证了建模方法和数学模型的正确性。

%Antenna pattern modeling for phased array radar is one of the key technologies in modeling and simulation for phased array radar systems. In this paper,we analyze the antenna pattern function theoretically,and propose a modeling and simulation algorithm in multi-channel antenna pattern for phased array radar. Based on rectangular planar model of phased array radar,we get the antenna pattern in different channels by configuring different matrix parameters of antenna array elements. Using this algorithm, we not only obtain sum-difference channel antenna pattern easily, but also get antenna pattern in any other channels. The simulation result shows that the modeling method and mathematical models are right.【期刊名称】《南京师大学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P28-32)【关键词】相控阵雷达;多通道;天线方向图【作者】徐海峰;卞春蓉【作者单位】南京电子技术研究所，江苏南京210039;南京师范大学数学科学学院，江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】TN958.92相控阵天线具有波束快速扫描、波束形状快速变化、空间定向与空域滤波以及天线与平台共形能力等诸多优点，因此现代军用雷达多采用相控阵体制［1－3］.随着相控阵雷达的广泛应用，相控阵雷达系统的建模与仿真对数字化雷达系统的优化设计、飞行训练对抗作战的战术设计和作战的效能评估等多个领域具有重要意义.而相控阵天线建模与仿真是整个相控阵雷达系统建模与仿真的关键环节，天线方向图仿真的准确与否直接影响到整个相控阵雷达系统仿真的准确性和精度.相控阵天线指天线单元分布在一个平面上，由数千个天线阵元组成，加之天线波束的电扫描，使得相控阵雷达天线增益求解复杂且计算量巨大.目前在一些仿真系统领域采用的是载入方向图数据库方法，它主要根据相控阵天线参数事先建立天线方向图数据库，仿真时以数据文件的方式进行预先装载，然后通过查表调用数据库中对应的数据并进行插值来获取数值.由于预先存储的数据量巨大，而且不能够完全实际覆盖相控阵雷达的所有天线特性，这种方法大大降低了仿真的真实性，不能很好地满足仿真系统要求［4］.本文介绍了一种根据相控阵天线阵面形状、阵元个数和排列方式、阵元间距以及阵元幅相加权等相关参数来进行相控阵天线方向图仿真的方法，该方法通过配置不同的天线阵元矩阵参数，能够灵活地获取不同通道天线方向图，大大提高了仿真的真实性，很好地满足相控阵雷达仿真系统要求.1 相控阵雷达天线方向图数学模型一个平面相控阵天线可以分为若干子平面相控阵天线或者多个线阵，平面相控阵天线中各个天线单元一般按矩形或三角格阵排列［3，5］(在后续章节中如果不特别注明，均使用矩形格阵进行数学建模).假设一个平面相控阵天线由M×N个阵元组成(文中天线排列为横向和纵向排列)，如图1所示，沿y方向(横向)的N个阵元以间距dy均匀排列，步进相位为αy;沿z方向(纵向)的M个阵元以间距dz均匀排列，步进相位为αz，从而形成矩形栅格的平面阵(如图2所示).图1 矩形平面相控阵天线阵元图Fig.1 Array element of rectangular planar phased array antenna图2 矩形平面相控阵天线坐标关系Fig.2 Coordinate system of rectangular planar phased array antenna假设波束指向角所在位置的方向余弦为(cosαx，cosαy，cosαz)，θ为俯仰角，φ为方位角，根据三角函数坐标转换关系:根据方向图乘积原理，天线方向图函数D(θ，φ)可以表示成单元天线的方向图函数f(θ，φ)和阵因子F(θ，φ)的乘积:其中f(θ，φ)称为单元天线的方向函数，即元因子.通常认为所有的天线阵元具有相同的方向函数，即f(θ，φ)=1.F(θ，φ)称为阵因子，它与阵中每个阵元的位置、幅度和相位有关.因此在阵列天线中，方向性主要由阵因子来决定.相邻单元的空间相位差:z轴方向:y轴方向:其中(λ为波长).同理，可得到第(i，j)号阵元与第(0，0)号阵元(参考阵元)的空间相位差为:若将天线在z轴方向的相邻单元相位差记为β，y轴方向的相邻单元相位差记为α，假设所有阵元幅度均为I0，则得到天线方向图函数:结合式(1)，用(θ，φ)来表示天线方向图函数:假设第(m，n)号阵元幅度为Imn，最终可从式(7)得到相控阵天线方向图函数:2 相控阵雷达天线方向图建模仿真2.1 阵元数目相控阵天线阵元个数通过孔径长度和阵元间距来确定，假设已知z方向孔径长度为Dz，阵元间距为dz;y方向孔径长度为Dy，阵元间距为dy，则阵元数目:2.2 加权处理相控阵天线方向图一般采用幅度加权的方法，利用不同的加权类型和窗函数，控制阵因子中每个阵元的幅度，以便达到降低相控阵天线副瓣电平的目的.假设Wmn为(m，n)号阵元的加窗权值，经过加窗处理后该阵元的幅度:2.3 天线阵元矩阵系数对于常规的和、方位差、俯仰差通道而言［6］，可将相控阵天线阵面等分为4个象限A、B、C、D(即4个子阵面区)，如图3所示.和通道为4个象限中所有阵元的合成:方位差通道为A、C两象限所有阵元合成减去B、D两象限所有阵元合成:俯仰差通道为A、B象限所有阵元合成减去C、D两象限所有阵元合成:为简化起见，定义K为天线阵元矩阵系数，矩阵中每一个kmn对应于天线中的(m，n)号阵元，其中kmn∈{－1，1}.假设天线阵面为8×8的阵元排布，则和通道的天线阵元矩阵系数:方位差通道的天线阵元矩阵系数:俯仰差通道的天线阵元矩阵系数:依据天线阵元矩阵系数定义，我们可对该定义进行推广，令kmn∈{－1，0，1}，其中0表示无效阵元，－1和1表示有效阵元，就可以得到不同孔径形式(如圆或椭圆孔径等)、不同通道(常规的和差通道以及子阵通道等)的天线阵元矩阵系数. 例如，我们要得到如图3所示的A象限天线阵元矩阵系数，只需将B、C、D象限中所有阵元置为0，即K=(kmn)8×8，其中m≤4 且n≤4 时，kmn=1;m＞4 或 n ＞4 时，kmn=0.2.4 多通道天线方向图函数根据式(8)和式(10)，我们可以得到天线波束指向角(θ0，φ0)时天线方向图函数(其中，K为任意通道的天线阵元矩阵系数):图3 平面相控阵天线象限定义Fig.3 Definition of quadrants of phased array antenna3 仿真结果仿真参数:平面矩形栅格排布，椭圆孔径形状，横向最大40个阵元(采用80、60、40、20进行对比仿真)，纵向最大20个阵元，横向纵向阵元间距均为0.5个波长，30 db契比雪夫加权，单个阵元幅度误差5%，相位误差5%，波束指向中心方位0°，俯仰0°.图4和图5表明，在阵元间距一定的情况下，阵元数目越多，3 db波束宽度越窄，副瓣性能越好.波束指向角(0°，0°)时，当横向阵元为20、40、60 和 80 时，波束宽度分别对应为6.822 0°、3.219 8°、2.112 4°、1.588 2°.图4 80×20个阵元和通道Fig.4 Σ-channel antenna pattern(80×20)图5 横向阵元个数为80、60、40、20的方位向切面图Fig.5 Azimuth drawingof antenna pattern with different elements number图6～图9为横向40个阵元纵向20个阵元的方位差、俯仰差通道方向图，其方位通道和差交点处增益－4.175 5°，角度差3.759 2°，方位波束宽度3.219 8°;俯仰通道和差交点增益－4.075 8°，角度差7.709 4°，俯仰波束宽度6.68°.图6 40×20个阵元方位差通道Fig.6 Azimuth-difference channel antenna pattern(40×20)图7 40×20个阵元方位差通道切面图Fig.7 Drawing of azimuth-difference channel antenna pattern(40×20)图8 40×20个阵元俯仰差通道Fig.8 Elevation-difference channel antenna pattern(40×20)图9 40×20个阵元俯仰差通道切面图Fig.9 Drawing of elevation-difference channel antenna pattern(40×20)4 结语本文讨论了矩形栅格的天线方向图的数学模型，利用天线阵元矩阵系数得到了一个普适性的多通道天线方向图函数，并通过一组天线阵元参数进行仿真验证，分别得到和、方位差、俯仰差通道的天线方向图，随后对天线方向图的一些特性参数进行了对比分析.该算法能够灵活地获取不同通道天线方向图，可以很好地满足相控阵雷达仿真系统的设计要求，已经在一些仿真系统中得到应用.［参考文献］［1］ Robert J Mailloux.Phased Array Antenna Handbook［M］.2nded.MA:Artech House，2005.［2］ John D Kraus，Ronald J Marhefka.Antennas for all Applications ［M］.New York:McGraw-Hill Companies，INC，2011.［3］张光义.相控阵雷达原理［M］.北京:国防工业出版社，2009.［4］陈志杰，李永祯，戴幻尧，等.相控阵天线方向图的建模与实时仿真方法［J］.计算机仿真，2011，28(3):31－35.［5］毕明雪，赵运弢，钱博.正六边形平面相控阵天线的仿真研究［J］.电子技术，2007，39(4):113.［6］李文臣，李青山，马飞.相位和差单脉冲相控阵天线方向图仿真与性能分析［J］.中国电子科学研究院学报，2011，6(4):336－339.。

多功能相控阵雷达自适应资源调度仿真

多功能相控阵雷达自适应资源调度仿真
赵亮;史小斌
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2022(51)1
【摘要】相控阵雷达具备灵活的时空资源分配能力,一部雷达即可执行搜索、确认、跟踪等多种任务。

当多个任务争取同一时间资源时,需要资源调度模块根据调度算
法对任务优先级进行排序。

本文重点对相控阵雷达自适应资源调度算法和数据处理进行仿真研究,并对雷达回波模拟、信号处理、数据处理与资源调度进行联合仿真
用以评估雷达检测、跟踪以及资源调度算法性能。

【总页数】7页(P102-108)
【作者】赵亮;史小斌
【作者单位】西安电子工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN95
【相关文献】
1.多功能相控阵雷达的相控阵天线仿真数学模型
2.远程预警相控阵雷达资源调度仿真研究
3.多功能相控阵雷达实时驻留的自适应调度算法
4.相控阵雷达自适应资源
调度研究5.多功能相控阵雷达自适应调度仿真
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相控阵雷达天线方向图仿真研究

5 结束语
图 2 出现栅瓣的天线方向图
对于相控阵雷达天线方向图的仿真 ,在实现波束扫描的同时 ,必须消除栅瓣。通过理论研究和 Matlab 仿真实验可知 ,天线方向图的栅瓣问题与波长λ、阵元间距 d 以及波束指向θ0 密切相关。当波长λ取定以后 , 只要调整阵元间距 d 使其满足一定的条件 ,天线方向图便不会出现栅瓣。
using Matlab [ M ] . New Yo rk : Chap man & Ha H / CRC , 2000 [ 5 ] 梁广德 ,梁百川. 相控阵雷达信号截获与识别的仿真分析 [J ]. 航天电子对抗 ,1999 (3)
F(θ)
=
sin[πλN d ( sinθN sin[πλd ( sinθ-
sinθ0 ) ] sinθ0 ) ]
(4)
由 (4) 式可以看出 :
当
Nπd λ
(
si
nθ-
sinθ0 )
= 0 , ±π, ±2π, …, ±nπ( n
为整数) 时 ,分子为零 ;若分母不为零 ,则有 F(θ) = 0 。当πλd ( sinθ- sinθ0 ) = 0 , ±π, ±2π, …, ±nπ时 ,式
φ = ψ = λ2πd sinθ0
(3)
式 (3) 表明 ,在θ0 方向 ,各阵元的辐射场之间 , 由于波程差引起的相位差正好与移相器引入的相位差相抵消 ,结果各分量同相相加获最大值。
显然 ,为满足式 (3) 要求只需改变φ值就可改变波束指向角θ0 ,从而形成波束扫描。
3 栅瓣问题
将φ与波束指向θ0 之间的关系式 (3) 代入式 (2) 可以得到
h = gcf ; f name = sp rintf (′N %d - d %f - t heta0 %d. p ng′,

相控阵雷达系统仿真模型研究_李钦富

2 主要模型
本文结合相控阵雷达系统功能仿真
流程, 主要对相控阵雷达系统的天线模型、接收机噪声功率计算模型、干扰功率计算模型、杂波功率计算模型、目标回波功率计算模型、误差模型、航迹管理模型、跟踪滤波模型进行介绍 ;另外 , 在所描述的模型中 , 相关变量的单位均为国际标准单位。
对于杂波功率的具体计算模型 , 详见参考文献
[ 8, 11] 。
在进行相控阵雷达系统功能仿真时 , 应结合实际的仿真应用背景 , 来考虑如何在仿真模型中体现杂波功率对整个系统仿真效果的影响。 2. 3. 4 干扰功率计算模型
目前最常见的干扰为压制式干扰 , 根据雷达方程[ 8] 知 , 压制式干扰到达雷达接收机的干扰功率的
(6)随机对一服从 [ 0, 1] 均匀分布的变量取值 P0 , 通过比较 P 0 与探测概率的大小关系来判断雷达能否发现此目标 ;
(7)对于雷达已发现的目标 , 根据雷达相关参数计算雷达距离和角度测量标准差 , 并进一步产生观测误差 , 叠加到真实值上形成雷达测量值 ;
(8)经过上述过程后 , 对目标进行确认、跟踪、稳定跟踪等航迹管理过程。
Pr
=P
tGtG r λ2 σDN (4π)3R 4LLt
γ
(3)
式中 , P r 为雷达接收机接收到的目标回波功率 ;P av
为雷达的平均发射功率 ;G t 为雷达发射天线增益 ;
Gr 为雷达接收天线增益 ;σ为目标的雷达散射截面
积 ;λ为雷达工作波长 ;D 为雷达脉压系数 ;N 为雷
达脉冲积累因子 ;L 为雷达综合损耗 ;L r 为雷达电磁波传输损耗 (双程损耗 );γ为雷达抗干扰改善因子 ;

相控阵雷达系统仿真

ANG J � � � � � � （U E S T C C 61 005 4 ）
� � � � � � � � � � � � � � � � � � ： � � � T� � � � � � � R� � � � � � � � � � .T � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � .I � �� ， � ， . ：；；条理，调试方便。而且，对于雷达系统的仿真而言，各种雷达体制都有相同或者相似的部分，只需对少数模块进行修改或替换，就可实现别的雷达体制的仿真。若仿真的雷达模块数量达到一定程度，就可以建立一个雷达系统的仿真程序库，为更快、更好、更系统地进行雷达系统的仿真建立基础。
� � � � � � � � � � � � � � � � � E S & T
2006 年 6 月第 3期
大学生实验园地
相控阵雷达系统仿真
王（电子科技大学
* * 晶
*
成都 61 005 4 ）
摘要：对雷达系统进行计算机仿真可以高效地完成系统的方案论证和性能评估，使雷达系统的设计更加方便、高效和优化，能够大大提高设计的可靠性，并可缩短设计周期，降低开发成本。文章根据相控阵雷达系统的原理、结构特点、工作方式、数据处理对相控阵雷达进行了系统仿真。关键词：相控阵；雷达系统；系统仿真中图分类号：T N95 8，TP 391 9 文献标识码：B 文章编号：1 672 -45 5 0 （2006） 03-01 1 8 -04
�
代价函数的最小值问题为接收天线方向图；为雷达工作波长；为目标 � � � � � � （）= H （） H （）的雷达截面积； F 为射频滤波器放大倍数；（） � 在实际应用中，相关函数是未知的，只能为复调制函数，它是个宽度为的矩形脉冲构 � � � � � 由有限的快照数据｛（ 1），（2）， …，（）｝得到成的脉冲串。其中

相控阵雷达多功能射频与微波设计

相控阵雷达多功能射频与微波设计摘要：随着经济和各行各业的快速发展，有源相控阵雷达天线分为模拟有源相控阵天线和数字有源相控阵天线，前者采用移相器、馈线等模拟器件，波束合成在阵面完成，后者采用接收机前移的方式使用DDS移相来产生信号的相移。

数字相控阵天线虽是前沿的高新技术，但其成本高且可靠性低，所以模拟相控阵天线仍是军用雷达发展和应用的主流。

模拟相控阵天线经过多年的发展，电气及结构基础技术已基本成熟，后续高集成、小体积和易维护将是主要发展方向，也是本文的研究重点。

关键词：多功能综合射频；异构集成；开放式架构；相控阵雷达引言随着半导体技术、射频与微波技术、计算机技术的发展及相控阵雷达系统面临复杂的工作电磁环境，相控阵雷达射频与微波设计面临新的机遇与挑战。

为了适应相控阵雷达系统多功能、高集成、高性能、低成本的发展需求，结合国外发展现状，从多功能综合射频、异构集成、开放式架构及系统场景仿真等方面对射频与微波设计技术进行叙述。

多功能综合射频、开放式架构是相控阵雷达系统的发展趋势，异构集成、系统场景仿真是新的设计手段；利用先进的设计理念与设计手段，缩短相控阵雷达多功能综合射频系统的研制周期，减少系统设计风险，降低系统成本。

1多功能综合射频用宽带多功能孔径取代目前平台上为数众多的天线孔径，采用模块化、开放式、可重构的射频传感器系统体系架构，并结合功能控制与资源管理调度算法、软件，同时实现雷达、电子战、通信、导航、识别等多种射频功能，这就是多功能综合射频技术。

多功能综合射频技术能够降低雷达反射面积，减小相互干扰，提高武器装备整体作战效能，而且其优势在于可以在有限的空间中实现更多的功能，并有效控制功耗，降低成本，具体体现如下：1）功能拓展，全面提升整体战技性能；2）高度重用，可靠性、可维护性高；3）降低系统功耗、体积、重量；4）功能动态重构、高度灵活、提升容错性；5）开放式体系架构，便于后续升级改型，降低维护成本；6）综合利用数据信息，提升态势感知和对抗能力。

相控阵雷达系统功能仿真及应用

计算机仿真2014 年 8 月第 31 卷第 8 期文章编号: 1006 － 9348( 2014) 08 － 0006 － 04相控阵雷达系统功能仿真及应用陶秋峰，谷雨，方韬，彭冬亮( 杭州电子科技大学信息与控制研究所，浙江杭州 310018)摘要: 在国土防空预警网优化问题的研究中，相控阵雷达具有频率捷变等特点和多目标跟踪能力，是构成国土防空预警网的重要组成部分。

以雷达组网、组网雷达资源管理及相关算法测试为背景，嵌入到雷达组网仿真平台中并获得实测数据，提供了一种相控阵雷达功能仿真方法，重点讨论了波位编排、目标检测和相控阵雷达的任务调度算法等模块的实现。

最后仿真系统对三个普通目标以及一个隐身目标在雷达扫描空域的搜索、验证、跟踪、失跟等雷达事件进行了仿真结果分析，验证了相控阵雷达系统和相关算法的有效性。

关键词: 相控阵雷达; 搜索; 跟踪; 功能仿真; 波位; 任务调度中图分类号: TN955文献标识码: BFunctional Simulation on Phased Array Ｒada r Sy st e m and its A pp li cat i o nTAO Qiu － f e n g ，G U Yu ，FANG T a o ，P E NG Dong － li an g( I nst i tute of I nf o rm at i o n and C o ntr o l ，H an g z h o u Dianz i U n i vers i ty ，H an g z h o u Z he ji an g 310018，C h i na)A BS T ＲA C T : Bas ed on the back ground of mu l t i － r adar network and resources management and re l ated a l g o r i thm ，i n order to embed in the radar network s i m u l at i o n p l atf o rm and o bta i n the m easured data ，th i s paper pres ents a funct i o n - al s i mu l at i o n of phased array radar ． A key d i sc uss i o n is put on the ach i evement of the beam arrangement m o de l ，tar - get detect i o n m o de l and phased array radar task sc hedu li n g a l g o r i thm m o de l ． S i mu l at i o ns are c o mp l eted for three common targets and a stea l th target in radar scann i n g a i rspac e to test the funct i o na li t i es ，s uc h as searc h i n g ，va li da - t i n g ，trac ki n g and l o s i n g ． S i mu l at i o n resu l ts verify the effect i veness of the phased array radar system and the c o rre - sp o nd i n g a l go r i thms ． KEY WO ＲDS: Phased array radar ; Searc h; T rac ki n g ; F unct i o na l s i m u l at i o n ; Beam p o s i t i o n ; Tas k sc hedu li n g相控阵雷达，文献［3］针对导弹防御系统中地基相控阵雷达系统的仿真应用，通过对相控阵雷达系统功能级仿真及相干视频信号级仿真方法的分析，给出了改进型功能级相控阵雷达仿真。

多功能相控阵雷达：接收信号模型仿真

其中目标回波和接收机噪声由系统产生而干扰信号则需要通过与电磁干扰场景系统间接口完成雷达信号和干扰信号的参数特征交互后在系统内部生成
多功能相控阵雷达：接收ห้องสมุดไป่ตู้号模型仿真
接收信号主要由目标回波、干扰信号、各类杂波以及接收机噪声四个子模块组成。《程序集|多功能相控阵雷达仿真系统》的专栏里主要考虑目标回波、干扰信号、接收机噪声三方面。其中，目标回波和接收机噪声由系统产生，而干扰信号则需要通过与电磁干扰场景系统间接口完成雷达信号和干扰信号的参数特征交互后，在系统内部生成。

相控阵天线方向图推导及仿真

相控阵天线方向推导及仿真1、推导线阵天线方向图公式一个接收线阵，由等间距为d 的N 个各向同性单元组成，那么在θ方向，相邻单元接收信号的相位差为Ф=2πdλsinθ，线阵排列情况如图1所示。

图1 线阵排列示意图因为天线辐射方向图可以由天线上各种各样电流源辐射的单独贡献进行矢量叠加而得出，故各单元电压和为：E a =sin (ωt )+sin (ωt +ϕ)+sin (ωt +2ϕ)+⋯+sin⁡[ωt +(N −1)ϕ]将等式两边同时乘以2sin⁡(ϕ2)，根据积化和差、和差化积等相关数学公式，可得到如下公式：2sin (ϕ2)E a =cos (ωt −ϕ2)−cos (ωt +ϕ2)+cos (ωt +ϕ2)−cos (ωt −32ϕ)+⋯+cos (ωt +2N −32ϕ)−cos⁡(ωt +2N −12ϕ)整理得，2sin (ϕ2)E a =cos (ωt −ϕ2)−cos (ωt +2N−12ϕ)⁡⁡=2sin⁡(ωt +N −12ϕ)sin⁡(N2ϕ) 最终得到场强方向图，E a =sin⁡[ωt +(N −1)ϕ2⁄]sin⁡(Nϕ2⁄)sin⁡(ϕ2⁄)平方归一化后，得到辐射方向图（阵列因子）：|G a (θ)|=sin 2[Nπ(dλ)sinθ]N 2sin 2[π(dλ)sinθ]上式中，当(dλ)sinθ=0,±1,±2,···±n 时|G a (θ)|取得相等的最大值，但是我们只期望看到(dλ)sinθ=0的情况，取其他值产生的栅瓣是我们所不想见到的，为避免这种情况，特令d <λ。

前面的公式中认定主瓣指向为0°，当主瓣指向θ0方向时，则各向同性单元线阵的归一化辐射方向图为：G (θ)=sin 2[Nπ(dλ)(sinθ−sinθ0)]N 2sin 2[π(d λ)(sinθ−sinθ0)]此时，由于−2≤sin (θ)−sin (θ0)≤2，故防止产生栅瓣的条件为d <λ2⁄。

相控阵雷达天线模型及仿真

相控阵雷达天线模型及仿真邱丽原【摘要】The importance and the main difficulty of simulation of phased array antenna were given. And a modeling and simulating method was proposed. This method used array factor, directional factor and sidelobe suppression factor to re-spectively resolve the problems of beam configurations, antenna gain and the sidelobe and its change of directional dia-gram, and then synthesized. The simulation model after synthesizing was given. This simulation model ensured the theoreti-cal precision, optimized and reduced the steps and quantities of simulating calculations. Using the simulation model, a sim-ulation calculation instance of the radar antenna of AN/SPY-1D of Aegis system was given.%阐述了相控阵天线仿真的重要性，指出了相控阵天线仿真的主要困难。

提出了一种利用阵因子、方向性因子和旁瓣抑制因子分别解决仿真波束形状、天线增益、方向图旁瓣及其变化等3大问题，并进行综合建模和仿真，给出了综合后的仿真模型。

相控阵天线方向图仿真与分析

2019年海军航空工程学院学报2019第34卷第3期Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University V ol.34No.3文章编号：1673-1522（2019）03-0277-06DOI:10.7682/j.issn.1673-1522.2019.03.004相控阵天线方向图仿真与分析关成准1，张磊2，谭顺成2，叶文3（1.91411部队，辽宁旅顺116041；2.海军航空大学，山东烟台264001；3.国防大学联合勤务学院，北京100036）摘要：相控阵天线目前广泛应用于雷达中，促进了多目标、多任务雷达的发展。

但随着电扫描角度的变化，其诸多指标也随之变化，对雷达的性能产生直接影响，因而对相控阵天线方向图进行实时定量分析具有重要意义。

文章基于相控阵天线的基本原理，利用LabVIEW语言开发了相控阵天线方向图仿真软件。

软件设置了相控阵天线各影响参数的输入控件，通过图形和数值2种方式进行仿真结果的显示，并以表格文件存储。

通过不同条件下的仿真结果对比分析，软件可合理有效地对相控阵天线方向图进行实时定量的仿真分析，可应用于相控阵雷达的性能分析和评估中。

关键词：相控阵天线；LabVIEW；仿真分析中图分类号：TN95文献标志码：A雷达天线是雷达的重要组成部分，直接影响着雷达的探测距离、角度分辨率、抗干扰能力等[1]。

相控阵天线技术相对于传统的机械扫描雷达天线，具有扫描速度快、波束控制灵活的特点[2]，促进了多目标、多任务雷达发展；同时，由于其一般由很多固态TR组件组成分布式发射和接收机，具有可靠性高、稳定性好的优势。

为了提高作战能力，现代舰艇和飞机大量装备了相控阵体制雷达[3-4]。

但相控阵雷达在提高雷达性能的同时，由于其工作机理的原因，造成了其应用的复杂性，如随着电扫描角度的变化，其波束宽度、增益、副瓣等均发生变化，对于雷达的探测距离、角度分辨率、测角精度以及抗干扰能力均产生实时的影响[5-7]。

雷达侦察设备功能仿真数学模型

雷达辐射源到达方向角的测量与信号进入角和接收机测向体制有关。在雷达侦察设备功能仿真模型中我们可以简化此测向模型 ,综合考虑侦察设备的测向性能 ,直接根据辐射源和侦察设备的位置信息计算辐射源到达此侦察设备的到达角 ,再将此真值与按照侦察设备性能模型产生的测向误差叠加 ,得到一个辐射源方向测量值。 2. 2. 3 截获判断仿真模型
2 仿真数学模型设计方案
2. 1 应用背景雷达侦察设备功能仿真又称作系统截获信号能力仿真、
系统方案仿真。仿真仅关心所选择的系统在信号的探测、截
—5—
获、存储等方面能否与实际的输入信号密度相匹配 ,而不涉
及各分系统的具体构成及具体的处理步骤。这类仿真不要
求详细了解每个信号经过接收机各级后的辐射特性、频率特
当我们对雷达侦察设备的截获判断能力进行仿真时 ,通常需要考虑以下因素 :雷达辐射源等效辐射功率 ( Pt ) 、脉冲
载频 ( fRF ) 、脉宽 (τPW ) 、脉冲到达角 (θTOA )以及侦察设备的接收机天线增益 ( Gr ) 、灵敏度 ( Prm in )等。仿真判断流程如下 :
1)频域截获能力判断 :当雷达辐射源的工作频率符合雷
The M a thema tic M odel for Radar Reconna issance Equ ipm en t Functiona l S im ula tion
ZHAO X ing - yun1 , L I Hua2 , TAN G Xue - fei1
(1. University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Sichuan 610054, China; 2. Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, NEWL , Chengdu Sichuan 610036, China)

相控阵天线仿真分析报告

2X2相控阵天线仿真分析温州大学张文杰（wjzhg@）一、仿真分析软件HFSS13.0二、基本单元天线特性作为相控阵天线的基本单元，贴片天线的结构如下：2.1如下图，单元天线的回波损耗约‐20dB，中心频率0.889GHz2.2天线的增益方向图最大增益约7.2dB，最大辐射方向在Z轴方向，。

‐3dB夹角约81°.天线输入阻抗约（40+j2）ΩZ=（0.8+j0.04）X50=(40+j2)Ω三、2X2相控阵天线的模拟分析3.1相控阵天线布局四个单元呈矩形分布：上面二个，下面二个。

上面二个天线的中心矩为160mm（X方向,矢量U） ; 上下二个天线的中心矩为130mm（y方向，矢量V）。

z方向为平面法线方向。

设垂直矢量为U，水平矢量为V。

V矢量保持相位为0°不变，U矢量可在-90°到90°之间通过移向控制板设定或连续扫描。

理想状态下，即忽略连线及功率分配器阻抗适配引入的损耗和天线间相互干扰的情况下，几种典型情况仿真分析如下。

3.2 UV矢量同相位情况UV矢量同相位均为0°，天线总增益约13dB,X,Y方向‐3dB夹角为47°左右3.3 U 矢量为90°时U 矢量为90°时，天线总增益约12dB ，X 方向‐3dB 夹角为61°（‐52~9°），Y 方向约57°（‐30~27°）。

见下图。

3.4 V矢量为0°U矢量为‐90°时V矢量为0°U矢量为‐90°时，天线总的最大增益约12dB。

‐3dB角X方向59.5°（‐9.5~50°），Y方向约57°（‐30~27°）3.5 相控阵天线主要特点总结1、当V 矢量保持相位0°不变，U 矢量相位在‐90~90°之间扫描时，‐3dB 辐射角约为102°（‐52~50°）。

有源相控阵雷达天线结构设计

有源相控阵雷达天线结构设计CHANG Wenkai;HU Longfei;CHEN Dongyu;LI Lixian;LI Liang【摘要】相控阵雷达天线作为一种涉及多个学科知识的复杂机械电子学设备,其结构设计必须依靠系统的设计方法.以某车载相控阵雷达天线为例,提出了其结构设计中需要考虑的核心关键因素,并对各关键因素的设计方法进行了研究,系统地叙述了该类天线的结构设计方法.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2019(037)007【总页数】6页(P33-37,42)【关键词】有源相控阵天线;结构设计【作者】CHANG Wenkai;HU Longfei;CHEN Dongyu;LI Lixian;LI Liang【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TN957.80 引言有源相控阵雷达天线分为模拟有源相控阵天线和数字有源相控阵天线，前者采用移相器、馈线等模拟器件，波束合成在阵面完成，后者采用接收机前移的方式使用DDS 移相来产生信号的相移。

数字相控阵天线虽是前沿的高新技术，但其成本高且可靠性低，所以模拟相控阵天线仍是军用雷达发展和应用的主流。

模拟相控阵天线经过多年的发展，电气及结构基础技术已基本成熟，后续高集成、小体积和易维护将是主要发展方向，也是本文的研究重点。

1 总体设计相控阵天线结构设计作为一种复杂的机械电子学设计，融合了机、电、磁和热等多学科知识[1]，因此总体设计应首先明确阵面电气硬件构成、阵面电气网络结构和系统散热等关键技术需求，如图1所示。

图1 设计流程然后基于可维修性中的可接近性思想，以高集成和小体积为目标对硬件进行总体布局设计，力求结构简单、维修快速可达。

2 互联设计相控阵天线属于典型的阵列重复式天线结构，因此系统网络结构的研究一般都是基于阵面级、子阵(阵列)级和组件级进行划分。

相控阵天线阵面的网络主要包括射频网络、控制网络和电源网络，这些网络直接决定了阵面的总体结构，互联设计主要研究各网络内部及网络间互联关系。

相控阵雷达仿真技术研究

既包含振幅又包含相干视频信号 ,复现这种信号的发
射、在空间传播、经散射体、杂波与干扰信叠加、以及在
接收机内进行处理的全过程。尽管我们无论何时都可
以利用线性叠加的方法 ,对各个单元进行组合或重新排
列 ,从而省掉某些计算 ,但我们还是可以直接对雷达系
图 3 雷达的功能仿真流程图在进行雷达对抗试验中 ,雷达面临的目标和环境
1 相控阵雷达概述
1. 1 相控阵雷达的特点相控阵雷达具有灵活的多波束指向及驻留时间、
可控的空间功率分配及时间资源分配等特点 ,能够同时完成搜索及对多目标的精确跟踪。可在计算机控制下通过改变相控阵天线中每个天线单元上信号的幅度相位分布 , 高速改变天线波束的波瓣宽度 , 副瓣位置 , 副瓣电平 , 天线副瓣凹口的数目与位置等 , 使相控阵雷达具有多种工作的灵活性和自适应能力 [1 ] 。
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第 4期
童维健 ,等 :相控阵雷达仿真技术研究
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2. 2. 2. 1 相控阵雷达系统的功能级仿真功能级仿真的基本思路是从信号功率的角度 ,运
比 ,就可以大概确定虚警概率和检测概率 ,再对雷达的检测过程进行功能仿真试验 [ 5 ] 。
用雷达方程、干扰方程、干扰 /抗干扰原理、运动学方程
统中实际信号的流通情况进行仿真。只要所提供的基本的目标模型和环境模型足够好 ,就可以使相干视频信号仿真的精度很高。换句话说 ,相干视频信号的逼真
是比较复杂的。能否检测到目标回波 ,主要取决于检度 ,主要是受目标模型和雷达环境模型的限制 [ 5 ] 。
测时的信噪比。由雷达检测曲线可知 ,只要知道信噪
相控阵雷达除了以上主要功能外 ,还具有重量轻、固有冗余度、波束扫描速度快而且灵活、抗干扰能力高等特点。 1. 2 相控阵雷达的主要战技术指标