一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法及系统

摘要

本发明公开了一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法及系统，所述系统包括导引头天线电磁模型、天线罩电磁模型、T/R单元幅相仿真模块、幅相补偿模块和方向图仿真模块；天线电磁模型模拟导弹上的导引头工作；天线罩电磁模型模拟天线罩对导引头电磁波的影响；T/R单元幅相仿真模块仿真得到T/R单元幅度和相位值；并基于幅相补偿模块完成相控阵天线幅度和相位数据补偿；方向图仿真模块对补偿后的天线模型进行加罩后方向图仿真和数据处理。本发明通过仿真计算得到导引头天线和天线罩一体化的T/R单元幅度和相位变化量并进行数据拟合补偿，使导引头天线与天线罩匹配性能达到最优，解决导引头天线带天线罩后方向图畸变严重从而影响导弹正常跟踪的问题。

说明书

技术领域

本发明属于导弹打击舰船等移动目标武器领域，具体涉及一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法及系统。

背景技术

导弹天线罩是安装在导弹雷达导引头天线外面起保护作用的外罩，它既保护导引头天线免受高温高压等气动热环境影响，又为天线辐射电磁波提供电磁窗口，最大限度地保持导引头天线的电性能。弹道导弹由于飞行速度高，其天线罩面临非常严酷的力热环境，为保证天线罩在严酷的力热环境下不发生破坏并保护导引头天线等设备的正常工作，天线罩往往采用防热和加隔热的多层结构形式，且壁厚较厚。为了获得更高的升阻比，有些天线罩被设计为异型结构，以上因素均会导致天线罩电性能变差。

天线罩电性能变差会影响导引头天线的辐射性能，从而直接影响导弹的制导精度。导引头天线经过阵列单元的幅相优化设计，往往具备高增益、低副瓣和低零深的优异性能。天线罩材料的介电常数远高于空气介电常数，在导引头前端加天线罩会对导引头天线辐射的电磁波产生相位延迟，尤其在天线罩球头区域，由于天线罩厚度较厚且厚度变化不均匀，对电磁波产生的相位延迟变化较大，使得导引头天线原有的等相位面被打破，天线各阵列单元不再按照预定设计进行能量合成，使导引头天线带罩后的方向图出现增益降低、副瓣和零深抬高、零深位置偏离初始波位等明显畸变现象。方向图畸变会导致导引头最大探测距离减小，抗干扰性能变差，跟踪精度降低甚至无法正常跟踪目标。

以往设计中导引头天线与天线罩分别进行优化设计，在微波暗室测试得到天线罩瞄准误差数据，并由控制系统对瞄准误差进行补偿，把天线罩引起的差方向图的零深偏移量在控制系统层面消除掉，该补偿方法在方向图畸变不严重时可以消除天线罩对制导精度的影响，使头罩达到最优匹配。当方向图畸变严重到出现多个差波束零深和S参数多次过零时，会出现导引头无法正常跟踪目标的情况。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提供一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法及系统，可解决导引头天线加载天线罩后方向图畸变严重从而影响到导弹正常跟踪的问题。

技术方案：本发明提供了一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法，包括以下步骤：

(1)搭建弹道导弹天线罩头罩补偿仿真系统；所述仿真系统包括导引头天线电磁模型、天线罩电磁模型、T/R单元幅相仿真模块、幅相补偿模块和方向图仿真模块；

(2)T/R单元幅相仿真模块仿真得到T/R单元幅度和相位值；

(3)根据仿真得到的幅度、相位值，基于幅相补偿模块完成相控阵天线幅度和相位数据补偿；

(4)方向图仿真模块完成方向图仿真和数据处理：根据导引头天线口径场分布、各T/R单元的几何位置关系及仿真得到的幅度和相位补偿数据，采用偶极子作为T/R单元对导引头天线进行建模，得到导引头天线电磁模型；根据天线罩后端取样材料的介电性能测试结果，对天线罩几何模型进行介电性能赋值，得到天线罩电磁模型；按照导弹飞行时导引头天线与天线罩的相对位置关系进行天线罩和天线一体化建模；对补偿后的导引头天线电磁模型进行加载天线罩的方向图仿真和数据处理。

进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：

T/R单元幅相仿真模块控制天线罩按照方位和俯仰±60°，球头影响区间隔0.5°，锥身间隔2°的要求进行转动，依次切换各T/R单元工作状态，得到该扫描角下所有T/R单元的幅度和相位值，进行下一个扫描角的仿真。

进一步地，所述步骤(3)实现过程如下：

幅相补偿模块将每个T/R单元带罩前后的幅度和相位方向图分别对比处理得到幅度变化表A和相位变化表B，并对A和B分别进行多项式拟合，拟合后数据曲线与仿真值的最大偏差需满足拟合公式指标要求条件，即幅度偏差不超过0.2dB，相位偏差不超过4°；将拟合后的公式取负号后添加到相控阵天线T/R单元初始幅相表中，消除掉天线罩对相控阵天线方向图的影响：

I(α,β)＝A(α,β)χ

其中，χ为T/R单元序列号，α为方位扫描角，β为俯仰扫描角，A(α,β)、B(α,β)、C(α,β)、D(α,β)、E(α,β)、F(α,β)、a(α,β)、b(α,β)、c(α,β)、d(α,β)、e(α,β)、f(α,β)为方位角α，俯仰角β下的拟合系数。

进一步地，所述步骤(4)实现过程如下：

方向图仿真模块进行网格划分时最大网格应不大于天线工作波长的1/12；对天线罩球头影响区进行网格加密时，最小网格不小于天线工作波长的1/20；方向图仿真模块通过改变天线的幅度和相位控制波束扫描，得到相控阵天线的和方向图与差方向图，对带罩前后的方向图数据处理得到天线罩透波率、瞄准误差和舰船目标偏离天线电轴的角度S；其中，S的正负号代表舰船目标偏离电轴的方向；透波率为带罩后与带罩前和方向图最大增益的比值，瞄准误差为带罩后与带罩前差方向图零深的偏移量；S为：

其中，K

基于相同的发明构思，本发明还提供一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真系统，包括导引头天线电磁模型、天线罩电磁模型、T/R单元幅相仿真模块、幅相补偿模块和方向图仿真模块；所述导引头天线电磁模型模拟导弹上的导引头工作；所述天线罩电磁模型模拟天线罩对导引头电磁波的影响；所述T/R单元幅相仿真模块仿真得到T/R单元幅度和相位值；所述幅相补偿模块拟合仿真得到的幅度、相位值，生成补偿数据并对导引头天线进行数据补偿；所述方向图仿真模块根据导引头天线口径场分布及各T/R单元的几何位置关系，采用偶极子作为T/R单元对导引头进行建模；根据制作天线罩的透波特性，由复合材料的介电参数对天线罩模型进行几何建模赋值；按照导引头天线的相对位置关系对天线罩和天线进行一体化建模；对补偿后的导引头天线电磁模型进行加载天线罩的方向图仿真和数据处理。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过仿真计算得到导引头天线和天线罩一体化的T/R单元幅度和相位变化量并进行数据拟合补偿，使导引头天线与天线罩匹配性能达到最优，解决导引头天线带天线罩后方向图畸变严重从而影响导弹正常跟踪的问题。

附图说明

图1为弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明提供一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1：搭建弹道导弹天线罩头罩补偿仿真系统。

弹道导弹天线罩头罩补偿仿真系统，包括：导引头天线电磁模型、天线罩电磁模型、T/R单元幅相仿真模块、幅相补偿模块和方向图仿真模块。T/R单元幅相仿真模块仿真得到各T/R单元在不同扫描角下的幅度和相位值。幅相补偿模块拟合仿真得到的幅度、相位值，生成补偿数据并对导引头天线进行数据补偿。方向图仿真模块的功能根据导引头天线口径场分布及各T/R单元的几何位置关系，采用偶极子作为T/R单元对导引头进行建模；根据制作天线罩的透波特性，由复合材料的介电参数对天线罩模型进行几何建模赋值；按照导引头天线的相对位置关系对天线罩和天线进行一体化建模；对补偿后的天线模型进行加载天线罩的方向图仿真和数据处理。

步骤2：T/R单元幅相仿真模块仿真得到T/R单元幅度和相位值。

天线罩球头影响区结构变化剧烈，在仿真时球头影响区扫描范围内应加密仿真。T/R单元幅相仿真模块控制天线罩按照方位和俯仰±60°，球头影响区间隔0.5°，锥身间隔2°的要求进行转动，依次切换各T/R单元工作状态，得到该扫描角下所有T/R单元的幅度和相位值；然后进行下一个扫描角的仿真。

步骤3：幅相补偿模块完成相控阵天线幅度和相位数据补偿。

幅相补偿模块将每个T/R单元带罩前后的幅度和相位方向图分别对比处理得到幅度变化表A和相位变化表B，对A和B分别进行多项式拟合，拟合后数据曲线与仿真值的大偏差满足幅度偏差不超过0.2dB，相位偏差不超过4。将拟合后的公式取负号后添加到相控阵天线T/R单元初始幅相表中，消除掉天线罩对相控阵天线方向图的影响：

I(α,β)＝A(α,β)χ

其中，χ为T/R单元序列号，α为方位扫描角，β为俯仰扫描角，A(α,β)、B(α,β)、C(α,β)、D(α,β)、E(α,β)、F(α,β)、a(α,β)、b(α,β)、c(α,β)、d(α,β)、e(α,β)、f(α,β)为方位角α，俯仰角β下的拟合系数。

步骤4：方向图仿真模块完成方向图仿真和数据处理。

方向图仿真模块进行网格划分时最大网格应不大于天线工作波长的1/12；对天线罩球头影响区进行网格加密时，最小网格不小于天线工作波长的1/20；方向图仿真模块通过改变天线的幅度和相位控制波束扫描，得到相控阵天线的和方向图与差方向图，对带罩前后的方向图数据处理得到天线罩透波率、瞄准误差和S参数数据，其中S参数数值大小代表舰船目标偏离天线电轴的角度大小，S参数正负号代表舰船目标偏离电轴的方向；是和差通道式导引头天线寻的制导过程中，驱使天线伺服转动的基础。透波率为带罩后与带罩前和方向图最大增益的比值，瞄准误差为带罩后与带罩前差方向图零深的偏移量；S为：

其中，K

通过对比补偿前后的天线罩透波率、瞄准误差和S参数的斜率及线性区等指标可以对头罩补偿的效果进行评估。至此，完成天线罩头罩幅相补偿仿真。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种弹道导弹天线罩头罩幅相补偿仿真系统，包括导引头天线电磁模型、天线罩电磁模型、T/R单元幅相仿真模块、幅相补偿模块和方向图仿真模块。其中，导引头天线电磁模型模拟导弹上的导引头工作；天线罩电磁模型模拟天线罩对导引头电磁波的影响；T/R单元幅相仿真模块仿真得到T/R单元幅度和相位值；幅相补偿模块拟合仿真得到的幅度、相位值，生成补偿数据并对导引头天线进行数据补偿；方向图仿真模块根据导引头天线口径场分布及各T/R单元的几何位置关系，采用偶极子作为T/R单元对导引头进行建模；根据制作天线罩的透波特性，由复合材料的介电参数对天线罩模型进行几何建模赋值；按照导引头天线的相对位置关系对天线罩和天线进行一体化建模；对补偿后的导引头天线电磁模型进行加载天线罩的方向图仿真和数据处理。