专利名称：基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法
技术领域：
本发明属于雷达散射截面减缩技术领域，特别是一种基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法。
二
背景技术：
随着探测技术的发展，目标雷达散射截面RCS的减缩无疑具有重大的军事意义。要对大型阵列天线进行有效地隐身设计，必须依赖强有力的电磁散射计算方法。以往针对阵列天线散射特性的研究工作，多借助于矩量法等数值算法或者基于数值算法的商用软件，然而当阵列天线规模过大时，此类方法将要耗费大量的计算资源和时间。应用传统的方法对大型阵列天线雷达散射截面的减缩面临着挑战，首先难以获得设计初值，即使已获得非常接近最优值的初值，如果仅应用电磁仿真软件对多参量(假设参量为η)进行优化，是非常耗时的，因为耗时与2n成正比，这对设计参量比较大的阵列天线优化而言是难以实现的。 空间映射方法是结合电路仿真快速性与电磁仿真准确性的新优化方法，它作为一种优化方法为解决复杂、高成本电磁仿真优化问题带来了全新的思想(J.w.Bandler, R.M.BiernackijShao—hua Chen, et al.Space mapping technique for electromagneticoptimization.1EEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1994, 42(12):2536-2544.)。然而对于结构比较复杂的目标，由于粗模型不存在解析表达式或等效电路不易于描述，传统的空间映射方法将不再收敛，无法实现大型阵列天线雷达散射截面的减缩。
三
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速稳定的基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，该方法内存消耗低且简单易行。实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，步骤如下:第I步，建立阵列天线模型，令单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场；第2步，由第I步所得阵列天线的总散射场，根据方向图乘积法推导出阵列天线的雷达散射截面公式，建立阵列天线空间映射粗模型，优化粗模型并确定粗模型的最优设计
参量;第3步，细模型采用全波分析矩量法，通过参量提取使得粗模型的响应逼近细模型的响应，建立粗模型参量与细模型参量的映射关系；第4步，利用第2步中粗模型的最优设计参量和第3步中所建立映射关系的逆映射得到细模型的预测参量，对细模型的预测参量进行仿真验证，判断所得响应是否满足设计要求，如果不满足，对所建立的粗模型参量与细模型参量的映射关系进行迭代更新，同时不断获取细模型新的预测参量并进行仿真验证，直到所得响应满足设计要求。
本发明与现有技术相比，其显著优点:(I)对设计的参数整体优化:针对空间映射算法，只需找到粗模型和细模型参数空间的映射关系；(2)节省优化时间:由于把许多优化工作放到粗模型中来完成，用最少的高成本细模型仿真次数来获得满意的优化效果，所以本方法在保证结果精确性的前提下大大节省了时间；(3)操作简单:对所建立的两参量空间之间的映射关系进行不断更新、改善，同时不断对细模型新的预测设计参量进行验证，直到获得优化设计值满足要求。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
四
图1是本发明阵列天线结构示意图。图2是本发明实施例中基于空间映射的天线单站RCS曲线与不优化时等间距的天线单站RCS的比较图。
五
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。结合图1，本发明基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，步骤如下:第I步，建立阵列天线模型，令单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场。
(1.1)如图1所示建立阵列天线模型，建立MXN元半波偶极子阵列天线，M行、N列均等间距分布，其中M、N均为正整数；以(m，n)表示阵列天线中的第m行、第η列的天线单元，以第(1，I)个天线 单元为坐标原点，以第I列天线单元为χ轴，以第I行天线单元为I轴，以垂直于阵列天线向上方向为ζ轴建立坐标系xyz,设坐标系xyz中任意一点的俯仰角为Θ，水平角为声。(1.2)忽略阵列天线中各天线单元之间的互耦，令沿Θ方向极化的单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场，具体如下:(1.2.1)令沿Θ方向极化的单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，磁流密度为0，则第(m，n)个天线单元的散射场￡:.,,(*)如下:
权利要求
1.一种基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，其特征在于，步骤如下: 第I步，建立阵列天线模型，令单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场； 第2步，由第I步所得阵列天线的总散射场，根据方向图乘积法推导出阵列天线的雷达散射截面公式，建立阵列天线空间映射粗模型，优化粗模型并确定粗模型的最优设计参量; 第3步，细模型采用全波分析矩量法，通过参量提取使得粗模型的响应逼近细模型的响应，建立粗模型参量与细模型参量的映射关系； 第4步，利用第2步中粗模型的最优设计参量和第3步中所建立映射关系的逆映射得到细模型的预测参量，对细模型的预测参量进行仿真验证，判断所得响应是否满足设计要求，如果不满足，对所建立的粗模型参量与细模型参量的映射关系进行迭代更新，同时不断获取细模型新的预测参量并进行仿真验证，直到所得响应满足设计要求。
2.根据权利要求1所述基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，其特征在于，第I步所述建立阵列天线模型，令单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场，具体步骤如下: (1.1)建立阵列天线模型，建立MXN元半波偶极子阵列天线，M行、N列均等间距分布，其中M、N均为正整数；以(m，n)表示阵列天线中的第m行、第η列的天线单元，以第(1，I)个天线单元为坐标原点，以第I列天线单元为X轴，以第I行天线单元为I轴，以垂直于阵列天线向上方向为ζ轴建立坐标系xyz，设坐标系xyz中任意一点的俯仰角为Θ，水平角为φ ； (1.2)忽略阵列天线中各天线单元之间的互耦，令沿Θ方向极化的单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场。
3.根据权利要求2所述基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，其特征在于，第(1.2)步所述确定阵列天线的总散射场，具体步骤如下: (1.2.1)令沿Θ方向极化的单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，磁流密度为O，则第(m，n)个天线单元的散射场￡:.,,(*)如下:
4.根据权利要求1所述基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，其特征在于，步骤2中所述根据方向图乘积法推导出阵列天线的雷达散射截面公式，建立阵列天线空间映射粗模型，优化粗模型并确定粗模型的最优设计参量，具体步骤为: (2.1)将第I步中得到的不考虑互耦的阵列天线的总散射场Es(k)，代入到雷达散射截面RCS公式，得阵列天线的RCS:
5.根据权利要求1所述基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，其特征在于，步骤3中所述细模型采用全波分析矩量法，通过参量提取使得粗模型的响应逼近细模型的响应，建立粗模型参量与细模型参量的映射关系，具体如下: (3.1)在细模型中验证阵列天线的RCS，采用全波分析方法矩量法实现，待求解的优化设计问题定义为:
6.根据权利要求1所述基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法，其特征在于，步骤4中所述利用第2步中粗模型的最优设计参量和第3步中所建立映射关系的逆映射得到细模型的预测参量，对细模型的预测参量进行仿真验证，判断所得响应是否满足设计要求，如果不满足，对所建立的粗模型参量与细模型参量的映射关系进行迭代更新，同时不断获取细模型新的预测参量并进行仿真验证，直到所得响应满足设计要求，具体为: (4.1)令细模型第一次的参量值xf(1)等于粗模型的最优参量值即:
全文摘要
本发明公开了一种基于空间映射的阵列天线雷达散射截面减缩方法。步骤如下建立阵列天线模型，令单位幅度均匀平面波照射到阵列天线上，确定阵列天线的总散射场；根据方向图乘积法推导出阵列天线的雷达散射截面公式，建立阵列天线空间映射粗模型，优化粗模型并确定粗模型的最优设计参量；细模型采用全波分析矩量法，通过参量提取使得粗模型的响应逼近细模型的响应，建立粗模型参量与细模型参量的映射关系；利用粗模型的最优设计参量和所建立映射关系的逆映射得到细模型的预测参量，如果细模型的预测参量不满足设计要求，对映射关系进行迭代更新，直到细模型的预测参量满足设计要求。该方法对设计的参数整体优化，在保证精确性的前提下节省了时间。
文档编号G06F17/50GK103246781SQ20131018664
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月17日 优先权日2013年5月17日
发明者陈如山, 丁大志, 樊振宏, 徐娟, 沙侃, 叶晓东, 李兆龙, 盛亦军 申请人:南京理工大学