一种基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法与流程

本发明涉及共形阵列建模技术领域，具体涉及一种基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法。

背景技术：

近年来，为满足诸如通信平台、雷达观测平台等其他综合电子平台的要求，天线不断改善外形以降低天线对平台空气动力学性能的影响，共形阵列天线(conformalantennaarray，caa)因为有利于提高雷达平台的隐身性能和武器装备的作战性能而成了研究热点。

共形阵是指在固定的载台表面按一定规律排布阵列单元，阵列表面和载台表面相吻合的天线。相较于平面阵，共形阵显著提高空间利用率。平面阵扫描角较大时天线口径面积因cosθ规律被压缩，增益降低；阵元间耦合的变化导致天线辐射功率锐减直到功率被完全抵消并出现“扫描盲点”。而共形阵阵元排布与载体共形，最大指向沿着曲面法向，指向更加多元化，可实现扫描角较大时保持优良性能。

在世界范围内，大型的地面相控阵雷达载体多为圆柱体、半球体及椎体等规则旋转体。然而日益增长的军事与通信需要促使复杂形状共形阵的出现。突出代表是以色列的“费尔康”雷达系统，它可用普通民航客机进行改装，在机鼻、机尾和机身两侧加装面全固态点扫描相控阵雷达实现了全空域覆盖，有效消除了机身、机翼、机尾的遮挡和干扰。采用“费尔康”系统预警机性能优越，可提供360度全向覆盖，能够全方位搜索和监视陆地、水面和空中目标。但随着载体平台外形的复杂性不断提高，现有的共形阵列建模方法对任意曲面的建模普遍速度较慢、阵元排布时间长、建模精确度低。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法，包括步骤；

s1，在选定的反射曲面上依据阵元模型优化获得各阵元的尺寸，所述阵元整体共形于所述反射曲面；

s2，对所述反射曲面剖分网格，每个所述网格的两维尺寸与平面阵元间距对应设置；

s3，以任一所述阵元作为原点建立基础坐标系，获得所述反射曲面上各所述网格的网格信息；

s4，对应各所述网格的中心处建立方形平台，所述平台与所述反射曲面结合为一体；

s5，对位于原点处的所述阵元进行旋转操作和平移操作；

s6，在所述基础坐标系内，对每个所述阵元进行所述旋转操作和所述平移操作，获得整个共形阵列。

较佳的，所述网格的两维尺寸均大于所述平面阵元间距。

较佳的，所述网格信息为各所述网格的中心坐标、法向方向矢量、各节点坐标及参考方向矢量。

较佳的，所述参考方向矢量与所述网格的两个相邻节点连线方向一致。

具体的，所述步骤s4中，所述平台上表面尺寸与所述阵元下表面尺寸一致，且所述平台上表面垂直于所述法向方向矢量。

较佳的，所述步骤s5中，所述阵元旋转的过程为，使所述阵元最大辐射方向与所述网格的法向方向重合，所述阵元下表面对应边与所述参考方向一致。

较佳的，所述步骤s5中，所述阵元平移的过程为，所述阵元平移至所述网格的中心位置，所述阵元几何中心与所述网格中心重合；所述阵元沿着所述网格的所述法向方向矢量平移，直到所述阵元下表面与所述平台上表面重合。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明任意曲面共形阵列建模方法显著提高曲面阵列建模的效率，在大幅度减少阵元排布时间的同时也提高了建模的精确度，其中包括每个阵元的相位中心位置及极化方向，便于后期对天线性能的测试及调试。

附图说明

图1为本发明基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法的流程示意图；

图2为本发明基于局部平面的任意曲面剖分网格后曲面示意图。

图中数字表示：

1-天线；2-反射曲面；21-网格；22-平台。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为本发明基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法的流程示意图；本发明基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法，包括步骤；

s1，在选定的反射曲面2上依据阵元模型优化获得各阵元1的尺寸，所述阵元1整体共形于所述反射曲面2；

具体的，各所述阵元1下表面下表面为平面，形状可为矩形、圆形或其他任意图形；所有所述阵元1的下表面通过平台22固定于所述反射曲面2使所述阵元1整体共形于所述反射曲面2；所述阵元1尺寸均相同，所述阵元1的上表面和下表面尺寸均需小于平面阵元间距；

s2，对所述反射曲面2剖分网格，每个所述网格21的两维尺寸dx和dy与所述平面阵元间距对应设置；

s3，以任一所述阵元1作为原点建立基础坐标系，获得所述反射曲面2上各所述网格21的网格信息；

s4，对应各所述网格21的中心处建立方形所述平台22，所述平台22与所述反射曲面结合为一体；

s5，对位于原点处的所述阵元1进行旋转操作和平移操作；

s6，在所述基础坐标系内，对每个所述阵元1进行所述旋转操作和所述平移操作，获得整个共形阵列。

较佳的，所述网格21的两维尺寸dx和dy均略大于所述平面阵元间距。

在本实施例中，所述平台22设置在所述阵元1的下部。

具体的，步骤s1中，所述阵元模型优化可通过遗传算法和有限元电磁计算方法相结合实施，获得所述阵元1的阵元下表面尺寸及各组成部分尺寸；所述遗传算法为通过杂交和变异将最优变量信息传递给当前变量的优化方法。

具体的，所述阵元模型优化过程为将需要优化的仿真模型参数作为遗传算法的变量进行优化，并设置迭代次数和收敛精度；将初始变量值带入电磁仿真脚本中计算得仿真结果，所述初始变量值为从仿真模型参数直接获取的数值，仿真结果和仿真目标结合转化为适应度值；将取得最佳适应度值的变量信息通过遗传和变异的方式加入到当前各变量中，并再次进行下一步迭代，不断往复，直至取得符合条件的解或达到设置的迭代次数。

较佳的，所述网格信息为各所述网格21在所述基础坐标系内的中心坐标、法向方向矢量、各节点坐标及参考方向矢量。

较佳的，所述参考方向矢量与所述网格21的两个相邻节点连线方向一致。

具体的，步骤s4中，所述平台22上表面尺寸与所述阵元1下表面尺寸一致，且所述平台22上表面垂直于对应所述网格21的所述法向方向矢量。

较佳的，步骤s5中，所述阵元1旋转的具体过程为，使所述阵元1最大辐射方向与所述网格21的所述法向方向矢量重合，所述阵元1下表面对应边与对应所述网格21的所述参考方向矢量一致。

较佳的，步骤s5中，所述阵元1平移的具体过程为，所述阵元1平移至所述网格21的中心位置，所述阵元1几何中心与所述网格21中心重合；所述阵元1沿着所述网格21的所述法向方向矢量平移，直到所述阵元1下表面与所述平台22上表面重合。

具体的，如图2所示，点a、点b、点c、点d为所述阵元的四个节点。

任意曲面共形阵设计重点在于阵元排布，不同排布对应不同栅格，类似于对所述曲面进行网格剖分。

本发明可通过对复杂曲面的网格剖分，所述网格剖分过程可通过hypermesh，comsol等软件实施。通过对曲面模型的输入再设置所需网格参数后可输出所有网格信息。并进一步的通过电磁仿真技术进行脚本建模；若已获得共形阵中每个阵元的位置、极化方向等信息，可通过电磁建模脚本完成全阵面建模。

本发明任意曲面共形阵列建模方法在建模过程中对任意曲面进行剖分网格，并将网格信息用于电磁仿真脚本的编写。微带形式阵元需要固定平台，本发明在曲面上建立多个与曲面一体的平台，将阵元放置于对应平台上。故本发明任意曲面共形阵列建模方法显著提高曲面阵列建模的效率，在大幅度减少阵元排布时间的同时也提高了建模的精确度，其中包括每个阵元的相位中心位置及极化方向，便于后期对天线性能的测试及调试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。