本發(fā)明涉及雷達(dá)天線，尤其涉及一種考慮陣元位姿的相控陣天線電性能計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著高增益、窄波束、低副瓣等要求的提出，有源相控陣天線（active?phasedarray?antennas，apaa）因其波束靈活捷變、掃描速度快、抗干擾能力好等特點(diǎn)，在現(xiàn)代通信、測(cè)控反導(dǎo)等領(lǐng)域地位逐漸提升，從而有了更為廣泛的應(yīng)用。為了分析不確定性因素對(duì)相控陣天線的影響，需要在傳統(tǒng)有源相控陣天線機(jī)電耦合模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行陣元位姿和激勵(lì)電流不確定性因素耦合區(qū)間建模；并在此基礎(chǔ)上對(duì)耦合模型進(jìn)行快速求解，從而去分析各不確定性因素對(duì)有源相控陣天線電性能的影響。

2、相關(guān)方法包括利用區(qū)間分析方法來對(duì)相控陣天線的陣面結(jié)構(gòu)的基本尺寸和公差帶進(jìn)行優(yōu)化，分析了電磁場(chǎng)中參數(shù)的不確定性傳播，并分析了不確定性參數(shù)對(duì)t/r組件幅相的影響規(guī)律；還包括一種基于代理模型的有源相控陣天線電性能區(qū)間確定方法、一種快速計(jì)算有源相控陣天線電性能區(qū)間的先驗(yàn)知識(shí)算法以及一種基于區(qū)間分析的統(tǒng)計(jì)方法，用于分析相控陣天線陣元激勵(lì)幅相的隨機(jī)誤差和公差對(duì)方向圖的影響。

3、然而，相關(guān)方法對(duì)于相控陣天線不確定性因素的研究主要集中在分析誤差對(duì)天線性能的影響，并未深入挖掘其他不確定性因素的影響機(jī)理，導(dǎo)致未能建立合適的不確定性因素機(jī)電熱耦合模型并實(shí)現(xiàn)陣元位姿與激勵(lì)電流不確定性作用的有源相控陣天線電性能快速計(jì)算。這使得無法針對(duì)天線的實(shí)際服役環(huán)境下的電性能變化進(jìn)行天線設(shè)計(jì)，需要在多個(gè)仿真軟件中對(duì)天線多個(gè)方面的性能進(jìn)行仿真，導(dǎo)致相關(guān)方法考慮陣元位姿與激勵(lì)電流不確定性對(duì)電性能影響的天線設(shè)計(jì)步驟繁瑣、計(jì)算量大、效率低，不利于天線設(shè)計(jì)工作的開展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種考慮陣元位姿的相控陣天線電性能計(jì)算方法及系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確地分析不確定性因素對(duì)相控陣天線電性能的影響，進(jìn)而提高相控陣天線電性能的計(jì)算效率與計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2、本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是：一種考慮陣元位姿的相控陣天線電性能計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、根據(jù)相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素，構(gòu)建相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型；

4、對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式；

5、基于區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，確定相控陣天線的功率方向圖，進(jìn)行相控陣天線電性能計(jì)算，得到相控陣天線電性能計(jì)算結(jié)果。

6、進(jìn)一步，所述根據(jù)相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素，構(gòu)建相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型這一步驟，其具體包括：

7、根據(jù)相控陣天線的電磁波疊加原理，構(gòu)建相控陣天線的理想場(chǎng)強(qiáng)方向圖，所述相控陣天線具有若干陣元；

8、根據(jù)相控陣天線的理想場(chǎng)強(qiáng)方向圖，確定相控陣天線最終方向圖的影響參數(shù)；

9、根據(jù)相控陣天線最終方向圖的影響參數(shù)，確定相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素；

10、結(jié)合相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素，構(gòu)建相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型。

11、進(jìn)一步，所述相控陣天線的理想場(chǎng)強(qiáng)方向圖的表達(dá)式具體如下所示：

12、；

13、上式中，表示相控陣天線的理想場(chǎng)強(qiáng)方向圖，表示相控陣天線的陣元個(gè)數(shù)，表示第號(hào)陣元，表示第號(hào)陣元的空間相位分布因子，表示第號(hào)陣元的輻射方向圖，表示第號(hào)陣元的激勵(lì)電流，表示激勵(lì)電流的幅度，表示激勵(lì)電流的相位，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線和軸之間的夾角，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線在平面上投影與軸之間的夾角，表示虛數(shù)單位。

14、進(jìn)一步，所述根據(jù)相控陣天線最終方向圖的影響參數(shù)，確定相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素這一步驟，其具體包括：

15、獲取相控陣天線最終方向圖的影響參數(shù)，所述相控陣天線最終方向圖的影響參數(shù)包括陣元不確定影響因素與激勵(lì)電流不確定影響因素，所述陣元不確定影響因素包括陣元位置不確定性因素與陣元在坐標(biāo)軸方向偏轉(zhuǎn)量的不確定性影響因素，所述激勵(lì)電流不確定影響因素包括激勵(lì)電流幅度不確定影響因素和激勵(lì)電流相位不確定影響因素；

16、將陣元位置不確定性因素通過區(qū)間的方式進(jìn)行表示，得到相控陣天線口面場(chǎng)相位分布的不確定性表達(dá)式；

17、將陣元在坐標(biāo)軸方向偏轉(zhuǎn)量的不確定性影響因素通過區(qū)間的方式進(jìn)行表示，得到相控陣天線陣元輻射方向圖的不確定性表達(dá)式；

18、整合相控陣天線口面場(chǎng)相位分布的不確定性表達(dá)式與相控陣天線陣元輻射方向圖的不確定性表達(dá)式，得到相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素；

19、將激勵(lì)電流幅度不確定影響因素和激勵(lì)電流相位不確定影響因素分別通過區(qū)間的方式進(jìn)行表示，得到激勵(lì)電流幅度區(qū)間量與激勵(lì)電流相位區(qū)間量；

20、整合激勵(lì)電流幅度區(qū)間量與激勵(lì)電流相位區(qū)間量，得到相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素。

21、進(jìn)一步，所述相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型的表達(dá)式具體如下所示：

22、；

23、上式中，表示相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型，表示相控陣天線的陣元個(gè)數(shù)，表示第號(hào)陣元，表示第號(hào)陣元的空間相位分布因子，表示相控陣天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量，表示相控陣天線陣面溫度載荷，表示隨機(jī)裝配不確定性，表示不確定性載荷，表示有源相控陣天線多源不確定性因素導(dǎo)致的陣元位置不確定性引起的空間相位分布區(qū)間量，分別表示激勵(lì)電流不確定性導(dǎo)致的電流幅度區(qū)間量和電流相位區(qū)間量，表示第號(hào)陣元的輻射方向圖，表示陣元指向不確定性影響下的輻射方向圖，表示陣元在坐標(biāo)軸方向上存在區(qū)間偏轉(zhuǎn)量，表示第號(hào)陣元的位置矢量，表示第號(hào)陣元的初始位置矢量，表示第號(hào)陣元的位置矢量的變化量，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線和軸之間的夾角，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線在平面上投影與軸之間的夾角，表示虛數(shù)單位。

24、進(jìn)一步，所述對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式這一步驟，其具體包括：

25、對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行劃分處理，得到幅度項(xiàng)與相位項(xiàng)；

26、基于幅度項(xiàng)不確定影響因素下，對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到相控陣天線幅度項(xiàng)不確定性的區(qū)間上下確界；

27、基于相位項(xiàng)不確定影響因素下，對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行矩形柵格的陣元排布計(jì)算，得到相控陣天線相位項(xiàng)不確定性的區(qū)間上下確界；

28、結(jié)合相控陣天線幅度項(xiàng)不確定性的區(qū)間上下確界與相控陣天線相位項(xiàng)不確定性的區(qū)間上下確界，得到區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式。

29、進(jìn)一步，所述區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式具體如下所示：

30、；

31、上式中，表示區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，表示相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖的區(qū)間上界，表示相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖的區(qū)間下界，表示相控陣天線幅度項(xiàng)不確定性的區(qū)間上界，表示相控陣天線幅度項(xiàng)不確定性的區(qū)間下界，表示相控陣天線相位項(xiàng)不確定性的區(qū)間上界，表示相控陣天線相位項(xiàng)不確定性的區(qū)間下界，表示陣面上陣元的最大行數(shù)，表示陣面上陣元的最大列數(shù)，表示當(dāng)前陣元所在行數(shù)，表示當(dāng)前陣元所在列數(shù)，表示第行、第列的陣元幅度項(xiàng)，表示第行、第列的陣元相位項(xiàng)，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線和軸之間的夾角，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線在平面上投影與軸之間的夾角，表示虛數(shù)單位。

32、進(jìn)一步，所述基于區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，確定相控陣天線的功率方向圖，進(jìn)行相控陣天線電性能計(jì)算，得到相控陣天線電性能計(jì)算結(jié)果這一步驟，其具體包括：

33、對(duì)區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式進(jìn)行模的平方計(jì)算，得到相控陣天線的功率方向圖；

34、將相控陣天線的功率方向圖通過區(qū)間的方式進(jìn)行表示，得到區(qū)間表示下的功率方向圖不確定性表達(dá)式；

35、將區(qū)間表示下的功率方向圖不確定性表達(dá)式代入至基于區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，構(gòu)建相控陣天線電性能計(jì)算模型；

36、對(duì)相控陣天線電性能計(jì)算模型進(jìn)行求解，得到相控陣天線電性能計(jì)算結(jié)果。

37、進(jìn)一步，所述相控陣天線的功率方向圖的表達(dá)式具體如下所示：

38、；

39、上式中，表示相控陣天線的功率方向圖，表示區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，表示區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性的共軛表達(dá)式，表示陣面上陣元的最大行數(shù)，表示陣面上陣元的最大列數(shù)，表示當(dāng)前陣元所在行數(shù)，表示當(dāng)前陣元所在列數(shù)，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線和軸之間的夾角，表示遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的之間連線在平面上投影與軸之間的夾角。

40、本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是：一種考慮陣元位姿的相控陣天線電性能計(jì)算系統(tǒng)，包括：

41、第一模塊，用于根據(jù)相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素，構(gòu)建相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型；

42、第二模塊，用于對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式；

43、第三模塊，用于基于區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，確定相控陣天線的功率方向圖，進(jìn)行相控陣天線電性能計(jì)算，得到相控陣天線電性能計(jì)算結(jié)果。

44、本發(fā)明方法及系統(tǒng)的有益效果是：本發(fā)明通過考慮相控陣天線的陣元位姿不確定影響因素與相控陣天線的激勵(lì)電流不確定影響因素，更貼合工程實(shí)際，保證了電性能計(jì)算結(jié)果的精確度，提高了有源相控陣天線的設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而構(gòu)建相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型，并對(duì)相控陣天線機(jī)電熱多源不確定性因素耦合模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到區(qū)間表示下的相控陣天線場(chǎng)強(qiáng)方向圖不確定性表達(dá)式，進(jìn)行相控陣天線電性能計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確地分析不確定性因素對(duì)有源相控陣天線電性能的影響，提高了針對(duì)性調(diào)控天線性能的效率。