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基于射頻仿真實驗的微波暗室分析建模的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明對射頻仿真系統(tǒng)中的微波暗室環(huán)境進行了建模及分析，為進一步分析暗室對仿真系統(tǒng)的影響奠定基礎(chǔ)，隸屬于射頻系統(tǒng)半物理仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。針對導(dǎo)彈射頻仿真系統(tǒng)中使用的微波暗室，進行了目標(biāo)回波路徑的分析，給出了相應(yīng)的計算公式，為暗室誤差的計算提供了數(shù)值依據(jù)。在回波路徑分析的基礎(chǔ)上，利用光學(xué)反射定律，分別從直射路徑和反射路徑兩大方面對暗室內(nèi)的能量傳播進行了建模分析，并結(jié)合數(shù)值積分方法，對暗室靜區(qū)的能量進行了分區(qū)積分，給出了靜區(qū)四個象限的能量積分值。本發(fā)明給出了微波暗室的建模分析方法，并給出了具體的數(shù)值計算公式，為射頻仿真系統(tǒng)中的誤差分析提供了理論依據(jù)。
【專利說明】基于射頻仿真實驗的微波暗室分析建模
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利應(yīng)用于射頻系統(tǒng)半物理仿真實驗中，主要用于對微波暗室環(huán)境的分析及建模，為進一步分析微波暗室對仿真系統(tǒng)的影響奠定基礎(chǔ)。
【背景技術(shù)】
[0002]微波暗室是一種廣泛用于雷達測試、導(dǎo)彈導(dǎo)引仿真等系統(tǒng)中的半物理仿真設(shè)備。微波暗室作為射頻環(huán)境模擬設(shè)備，在射頻仿真實驗中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。微波暗室的性能主要體現(xiàn)為靜區(qū)的性能。靜區(qū)是暗室內(nèi)雜波干擾最小，近乎零回波的區(qū)域。靜區(qū)的性能主要包括靜區(qū)的大小、靜區(qū)度、交叉極化度、固有雷達截面和路徑損耗等參數(shù)。
[0003]雖然微波暗室可以模擬外太空的電磁環(huán)境，提供逼真的戰(zhàn)場環(huán)境，但由于墻壁的反射、設(shè)備的干擾等因素，微波暗室同樣會給射頻仿真實驗帶來一定的誤差。要分析此誤差的大小及對射頻仿真實驗造成的影響有多大，需要對微波暗室進行建模，從理論上分析誤差的大小。目前已有的文獻資料中，分析了利用幾何光學(xué)理論對暗室的建模方法，介紹了基于能量的靜區(qū)計算方法，還有基于惠更斯原理的分析方法，為暗室建模提供了充足的理論基礎(chǔ)。但這些文獻中，都只是對線型射頻陣列進行分析，并沒有對球面陣列做出建模分析。同時以上文獻中都只是對靜區(qū)進行了簡單的分析計算，并沒有給出具體實驗中靜區(qū)能量的分配關(guān)系。在導(dǎo)彈射頻仿真實驗中，球面陣列是模擬目標(biāo)運動的必需設(shè)備，而且安裝于靜區(qū)的導(dǎo)引頭雷達對目標(biāo)的測量需要利用靜區(qū)的能量分配。因此需要對球面陣列和靜區(qū)能量做具體的分析計算。本發(fā)明就是在此基礎(chǔ)上發(fā)明設(shè)計的，給出了具體的微波暗室建模理論及方法，為導(dǎo)彈射頻仿真系統(tǒng)提供了具體的分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了彌補現(xiàn)有的微波暗室建模分析的不足，本發(fā)明中提供了一種針對微波暗室中球面陣列的具體分析方法，并為雷達測角提供了計算基礎(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明提供的計算方法，可以很容易的為暗室建立模型并計算靜區(qū)能量和進行雷達測角。
[0005]本發(fā)明專利所解決的問題主要體現(xiàn)為兩點:一是針對微波暗室中的球面陣列，建立了基于俯仰角和偏航角的微波反射模型，具體分析了從射頻目標(biāo)到暗室靜區(qū)的回波路徑，提供了從射頻陣列發(fā)射到達靜區(qū)的能量的計算方法；二是針對雙平面單脈沖雷達，給出了靜區(qū)能量的分象限計算方法。根據(jù)模型，雷達放置于靜區(qū)當(dāng)中，雷達的四個波瓣分別相當(dāng)于靜區(qū)圓面的四個象限。根據(jù)到達靜區(qū)的能量，利用數(shù)值積分，可以分別得到四個象限的能量值。再利用脈沖雷達測角原理，可以得到當(dāng)前射頻目標(biāo)的俯仰角和偏航角的測量誤差。這樣就得到了暗室環(huán)境對射頻仿真系統(tǒng)的影響的量化分析結(jié)果，為進一步分析系統(tǒng)誤差奠定基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明的有益效果是通過具體分析射頻仿真系統(tǒng)的建模方法，可以提供詳細的仿真系統(tǒng)誤差結(jié)構(gòu)，為改進和提高仿真系統(tǒng)仿真性能提供依據(jù)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0008]圖1是微波暗室的整體結(jié)構(gòu)布局。
[0009]圖2是暗室靜區(qū)的坐標(biāo)表示及劃分形式。
[0010]圖3為暗室坐標(biāo)系示意圖。
[0011]圖4為直射路徑下的回波路徑分析(側(cè)視圖)。
[0012]圖5是右側(cè)墻面反射下的回波路徑分析(俯視圖)。
[0013]圖6為右側(cè)墻面反射路徑能量分析圖(俯視圖)。
[0014]圖7為上側(cè)墻面反射路徑能量分析圖(側(cè)視圖)。
【具體實施方式】[0015]圖1是本發(fā)明的研究對象，這里的微波暗室包括射頻陣列、吸波材料、雷達導(dǎo)引頭、轉(zhuǎn)臺及控制計算機等組成。射頻陣列是半徑為R的球面，吸波材料貼滿了暗室內(nèi)壁的所有墻面。雷達導(dǎo)引頭安裝于轉(zhuǎn)臺上，由轉(zhuǎn)臺模擬導(dǎo)彈的姿態(tài)運動。雷達導(dǎo)引頭位于暗室的靜區(qū)中。暗室的靜區(qū)可視為一個半徑為r的圓面，如圖2所示。雷達采用雙平面單脈沖雷達，發(fā)射的微波有四個波瓣，因此其橫截面可視為四個象限，標(biāo)示為圖2所示的A、B、C、D四個部分。為了對暗室進行建模，首先應(yīng)當(dāng)建立坐標(biāo)系，如圖3所示。暗室坐標(biāo)系以轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點0，X軸指向射頻陣列，Y軸指向上，Z軸由右手定則確定。按此坐標(biāo)系，射頻陣列上的模擬目標(biāo)與坐標(biāo)原點的連線相對于XOZ平面的夾角為俯仰角Θ，相對于XOY平面的夾角為偏航角(方位角)P，在圖3中給出了這兩個角更直觀的說明。
[0016]下面開始介紹本發(fā)明中解決的第一個問題，分析從射頻目標(biāo)到暗室靜區(qū)的回波路徑，為計算暗室誤差奠定基礎(chǔ)。暗室內(nèi)的微波傳輸路徑可抽象為五條路徑:直射路徑，右側(cè)墻面反射路徑，左側(cè)墻面反射路徑，上側(cè)面反射路徑，下側(cè)面反射路徑。這五條路徑又可分為兩大類，即直射路徑和反射路徑。下面分別針對這兩類路徑進行分析計算。圖4所示為直射路徑的示意圖，很顯然圖中OP即為直射路徑，其長度為球面陣列的半徑R。
[0017]圖5所示為右側(cè)墻面反射路徑的示意圖。圖中從P點發(fā)射的射頻信號，經(jīng)右側(cè)墻面上的P’點反射到達靜區(qū)的轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心0，此時投影到X軸和Y軸方向的距離均不變，改變的只是在Z軸上的投影。根據(jù)光學(xué)反射定律，P點關(guān)于右側(cè)墻面的對稱點為Q，因此P點到O點的距離在Z軸上的投影值與Q點到O點的距離在Z軸上的投影值相等。所以P點在Z軸上的等效坐標(biāo)值為
[0018]2xf^-zl + Z=10.5-Z(I)
V 2 y
[0019]因此經(jīng)右側(cè)墻面反射時的等效傳輸路徑為
[0020]R2 = ^jx2+Y2 +(10.5— Z):(2)
[0021]同理可得，左側(cè)墻面反射時的等效傳輸路徑為
[0022]Ri = λ2 +Y2 + (-10,5-Zf(3)
[0023]上側(cè)面反射時的等效傳輸路徑為[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種微波暗室的建模方法，微波暗室中包括射頻陣列、吸波材料、轉(zhuǎn)臺等設(shè)備，用于導(dǎo)彈射頻仿真，其特征是:主要從直射路徑和反射路徑兩大方面進行分析，反射路徑包括左、右、上、下四個側(cè)面的反射，提供具體的路徑計算公式，在路徑分析基礎(chǔ)上利用光學(xué)反射定律和能量積分方法，對從射頻陣列到達靜區(qū)的能量進行積分，并將靜區(qū)分為A、B、C、D四個象限，分別計算出了四個象限的能量積分值。
【文檔編號】G01S7/40GK103728603SQ201410021567
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】吳云潔, 王建敏, 張武龍, 張昊雯 申請人:北京航空航天大學(xué)