基于数值法的天线罩散射特性的分析与优化设计

摘要

天线罩是安装在天线、飞行器或雷达外部的罩体。它的作用有两个，一是具有保护作用，保护天线罩内的物体，和外部环境相对隔绝，二是保持天线的电性能，保证其能正常工作。本文针对具有旋转对称性的电大尺寸天线罩的优化设计问题，提出了一种旋转体方法和遗传算法的混合方法，结合旋转体矩量法的高效计算优势，以缩减RCS为目标，利用超椭球曲线函数拟合天线罩的母线，运用遗传算法对介质参数和母线参数进行了优化设计，为设计低RCS天线罩提供了一种有效的技术手段。 本文首先阐述了研究工作的时代背景与现实意义，以及旋转体方法、遗传算法和天线罩的发展历史和现阶段国内国外的研究动态，接着概述了本文的研究内容和贡献，然后对本文整体的结构进行了介绍。 矩量法是本文的重要基础，本文首先回顾了基于积分方程的矩量法的基本原理及其一般求解过程。从等效原理开始，分别介绍了金属体和均匀介质体的表面积分方程（SIE）的推导过程，RWG基函数的原理，推导了其公式，数值实验表明，矩量法对积分方程的求解结果准确。 然后，详细介绍了BoR-MoM的基本思路，旋转体基函数的原理和形式，阐述了旋转体奇异性的处理方法，给出了模式数选择的公式。然后介绍了用于求解光滑旋转体目标的谱积分方法（BoR-SIM）。通过理想导体球、涂敷导体球、介质罩等算例，考察了BoR-MoM和BoR-SIM方法计算旋转体的准确性和高效性。 接着，详细介绍了遗传算法的基本知识、算法流程步骤，然后阐述了改进的遗传算法，即在传统的遗传算法上，利用精英分组策略和灾变算法避免遗传算法的解陷入局部极值。专用的优化函数算例的结果表明，该遗传算法性能良好。 最后，介绍了一种模拟各种天线罩外形的技术方法，即超椭球族曲线函数拟合法。然后利用BoR-MoM和遗传算法相结合的方法，对天线罩的介质参数，母线参数进行了分析与优化。算例结果表明，该方法所得到的新的天线罩外形，有效地缩减了天线罩的RCS，为不同层面的工程需求提供了有效的解决方案。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.3 本文的研究内容与贡献

1.4 本论文的结构安排

第二章 矩量法的基本原理

2.1 表面积分方程的选取

2.1.1 金属体的表面积分方程

2.1.2 均匀介质体的表面积分方程

2.2 矩量法的基本原理

2.2.1 RWG基函数

2.2.2 雷达散射截面的计算

2.2.3 数值算例

2.3 本章小节

第三章 旋转体结构分析

3.1 序言

3.2旋转体矩量法

3.2.1 旋转体矩量法的基函数

3.2.2 旋转体矩量法的矩阵元素

3.2.3 理想导体和均匀介质方程的矩阵形式

3.2.4 旋转体矩量法模式数的选择

3.3 旋转体散射问题数值算例

3.3.1 理想导体球

3.3.2 金属导弹

3.3.3 涂敷导体球

3.4 旋转体结构的谱积分方法

3.4.1 旋转体谱积分法

3.4.2 多层旋转体的表面积分方程

3.4.3 表面电流展开

3.4.4 旋转体谱积分方法的矩阵形式

3.4.5 旋转体谱积分法的矩阵元素

3.4.6 旋转体远场方向图的计算

3.4.7 旋转体谱积分法的数值算例

3.5 本章小结

第四章 改进的遗传算法介绍

4.1 遗传算法简介

4.1.1 遗传算法概述及特点

4.1.2 遗传算法的基本概念

4.1.3 传统遗传算法的基本流程

4.2 改进的遗传算法

4.3 改进的遗传算法程序的性能测试

4.4本章小结

第五章 天线罩的分析与优化设计

5.1 引言

5.2 天线罩表面曲线方程的拟合

5.3 天线罩的瞄准误差

5.4天线罩的介质参数分析与优化

5.4.1 Sears-Haack外形天线罩介质参数的分析与优化

5.4.2 正切卵形天线罩介质参数的分析与优化

5.4.3 双层冯卡门天线罩介质参数的分析与优化

5.5.1 天线罩的母线参数

5.5.2 算例

5.6 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果