基于射频仿真实验的微波暗室分析建模的制作方法
【专利摘要】本发明对射频仿真系统中的微波暗室环境进行了建模及分析，为进一步分析暗室对仿真系统的影响奠定基础，隶属于射频系统半物理仿真【技术领域】。针对导弹射频仿真系统中使用的微波暗室，进行了目标回波路径的分析，给出了相应的计算公式，为暗室误差的计算提供了数值依据。在回波路径分析的基础上，利用光学反射定律，分别从直射路径和反射路径两大方面对暗室内的能量传播进行了建模分析，并结合数值积分方法，对暗室静区的能量进行了分区积分，给出了静区四个象限的能量积分值。本发明给出了微波暗室的建模分析方法，并给出了具体的数值计算公式，为射频仿真系统中的误差分析提供了理论依据。
【专利说明】基于射频仿真实验的微波暗室分析建模
所属【技术领域】
[0001]本发明专利应用于射频系统半物理仿真实验中，主要用于对微波暗室环境的分析及建模，为进一步分析微波暗室对仿真系统的影响奠定基础。
【背景技术】
[0002]微波暗室是一种广泛用于雷达测试、导弹导引仿真等系统中的半物理仿真设备。微波暗室作为射频环境模拟设备，在射频仿真实验中发挥着至关重要的作用。微波暗室的性能主要体现为静区的性能。静区是暗室内杂波干扰最小，近乎零回波的区域。静区的性能主要包括静区的大小、静区度、交叉极化度、固有雷达截面和路径损耗等参数。
[0003]虽然微波暗室可以模拟外太空的电磁环境，提供逼真的战场环境，但由于墙壁的反射、设备的干扰等因素，微波暗室同样会给射频仿真实验带来一定的误差。要分析此误差的大小及对射频仿真实验造成的影响有多大，需要对微波暗室进行建模，从理论上分析误差的大小。目前已有的文献资料中，分析了利用几何光学理论对暗室的建模方法，介绍了基于能量的静区计算方法，还有基于惠更斯原理的分析方法，为暗室建模提供了充足的理论基础。但这些文献中，都只是对线型射频阵列进行分析，并没有对球面阵列做出建模分析。同时以上文献中都只是对静区进行了简单的分析计算，并没有给出具体实验中静区能量的分配关系。在导弹射频仿真实验中，球面阵列是模拟目标运动的必需设备，而且安装于静区的导引头雷达对目标的测量需要利用静区的能量分配。因此需要对球面阵列和静区能量做具体的分析计算。本发明就是在此基础上发明设计的，给出了具体的微波暗室建模理论及方法，为导弹射频仿真系统提供了具体的分析方法。
【发明内容】
[0004]为了弥补现有的微波暗室建模分析的不足，本发明中提供了一种针对微波暗室中球面阵列的具体分析方法，并为雷达测角提供了计算基础。根据本发明提供的计算方法，可以很容易的为暗室建立模型并计算静区能量和进行雷达测角。
[0005]本发明专利所解决的问题主要体现为两点:一是针对微波暗室中的球面阵列，建立了基于俯仰角和偏航角的微波反射模型，具体分析了从射频目标到暗室静区的回波路径，提供了从射频阵列发射到达静区的能量的计算方法；二是针对双平面单脉冲雷达，给出了静区能量的分象限计算方法。根据模型，雷达放置于静区当中，雷达的四个波瓣分别相当于静区圆面的四个象限。根据到达静区的能量，利用数值积分，可以分别得到四个象限的能量值。再利用脉冲雷达测角原理，可以得到当前射频目标的俯仰角和偏航角的测量误差。这样就得到了暗室环境对射频仿真系统的影响的量化分析结果，为进一步分析系统误差奠定基础。
[0006]本发明的有益效果是通过具体分析射频仿真系统的建模方法，可以提供详细的仿真系统误差结构，为改进和提高仿真系统仿真性能提供依据。【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0008]图1是微波暗室的整体结构布局。
[0009]图2是暗室静区的坐标表示及划分形式。
[0010]图3为暗室坐标系示意图。
[0011]图4为直射路径下的回波路径分析(侧视图)。
[0012]图5是右侧墙面反射下的回波路径分析(俯视图)。
[0013]图6为右侧墙面反射路径能量分析图(俯视图)。
[0014]图7为上侧墙面反射路径能量分析图(侧视图)。
【具体实施方式】[0015]图1是本发明的研究对象，这里的微波暗室包括射频阵列、吸波材料、雷达导引头、转台及控制计算机等组成。射频阵列是半径为R的球面，吸波材料贴满了暗室内壁的所有墙面。雷达导引头安装于转台上，由转台模拟导弹的姿态运动。雷达导引头位于暗室的静区中。暗室的静区可视为一个半径为r的圆面，如图2所示。雷达采用双平面单脉冲雷达，发射的微波有四个波瓣，因此其横截面可视为四个象限，标示为图2所示的A、B、C、D四个部分。为了对暗室进行建模，首先应当建立坐标系，如图3所示。暗室坐标系以转台回转中心为坐标原点0，X轴指向射频阵列，Y轴指向上，Z轴由右手定则确定。按此坐标系，射频阵列上的模拟目标与坐标原点的连线相对于XOZ平面的夹角为俯仰角Θ，相对于XOY平面的夹角为偏航角(方位角)P，在图3中给出了这两个角更直观的说明。
[0016]下面开始介绍本发明中解决的第一个问题，分析从射频目标到暗室静区的回波路径，为计算暗室误差奠定基础。暗室内的微波传输路径可抽象为五条路径:直射路径，右侧墙面反射路径，左侧墙面反射路径，上侧面反射路径，下侧面反射路径。这五条路径又可分为两大类，即直射路径和反射路径。下面分别针对这两类路径进行分析计算。图4所示为直射路径的示意图，很显然图中OP即为直射路径，其长度为球面阵列的半径R。
[0017]图5所示为右侧墙面反射路径的示意图。图中从P点发射的射频信号，经右侧墙面上的P’点反射到达静区的转台回转中心0，此时投影到X轴和Y轴方向的距离均不变，改变的只是在Z轴上的投影。根据光学反射定律，P点关于右侧墙面的对称点为Q，因此P点到O点的距离在Z轴上的投影值与Q点到O点的距离在Z轴上的投影值相等。所以P点在Z轴上的等效坐标值为
[0018]2xf^-zl + Z=10.5-Z(I)
V 2 y
[0019]因此经右侧墙面反射时的等效传输路径为
[0020]R2 = ^jx2+Y2 +(10.5— Z):(2)
[0021]同理可得，左侧墙面反射时的等效传输路径为
[0022]Ri = λ2 +Y2 + (-10,5-Zf(3)
[0023]上侧面反射时的等效传输路径为[0024]
【权利要求】
1.一种微波暗室的建模方法，微波暗室中包括射频阵列、吸波材料、转台等设备，用于导弹射频仿真，其特征是:主要从直射路径和反射路径两大方面进行分析，反射路径包括左、右、上、下四个侧面的反射，提供具体的路径计算公式，在路径分析基础上利用光学反射定律和能量积分方法，对从射频阵列到达静区的能量进行积分，并将静区分为A、B、C、D四个象限，分别计算出了四个象限的能量积分值。
【文档编号】G01S7/40GK103728603SQ201410021567
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】吴云洁, 王建敏, 张武龙, 张昊雯 申请人:北京航空航天大学