雷达天线控制系统频域辨识与仿真方法研究

王铮 付佳

【摘要】 本文主要针对当前雷达天线系统仿真动态效果差、滞后误差大等问题，从频域辨识和仿真分析两个方面着手，采用最小二乘法和增广矩阵法对控制系统仿真进行优化与完善，以此来为日后此方面的研究工作提供一定的参考依据。

【关键词】 雷达天线控制系统 频域辨识 仿真方法

近年来，电子技术、计算机技术以及自动化技术的广泛应用使得雷达天线控制系统得到了进一步完善，大幅度提升了追踪精度。尽管如此，在目前系统仿真中却仍然存在一些有待解决的问题直接影响了控制系统的应用效果，因此，采取有效的方法将这些问题解决势在必行，需要引起相关部门的高度重视。

一、雷达天线控制系统频域辨识

1.1雷达天线控制系统模型构建

为了使本次研究更具参考价值，在研究对象的选择上，笔者选用了小型天线精密跟踪雷达，此类雷达在对天线控制系统进行设计的时候，通常采用三闭环负反馈控制模式，分别为电流环反馈、速度环反馈和位置换反馈。在该模式下，系统控制无论是方位支路还是俯仰支路，其控制模式都是一样的，所以，文章在进行频域辨识的时候，主要以方位支路为主，通过完成数字仿真，达到快速仿真的目的。

1.2系统频域辨识方法

想要从根本上实现天线控制系统快速仿真，首要任务就是获得系统模型。由于本文所研究的小型天线精密跟踪雷达在内部结构上比较复杂，且元件繁多，所以，在频域辨识中若选择的方法不科学，很容易产生负载效果和积累误差。为了避免上述问题发生，本次研究采用的是系统辨识建模方法。具体实施过程中，首先要获取真实、可靠的系统测试数据，数据获取之后，就可以利用系统的频率特性来辨识系统，常用的方法主要有三种，即估计逼近法、子空间法和最小二乘法。其中，最常用的方法就是最小二乘法，该方法不仅程序简单、运算量小，而且辨识结果精准，具有参考性。

利用最小二乘法进行频域辨识的时候，我们将试验信号的幅度设定为5V，低频频率w变化范围设定为：0-150rad/s，并在此基础上以对数幅度和输入测试信号频率为幅频特性的纵坐标和横坐标。为了提高辨识的准确性，笔者在坐标曲线上采集了15个测试数据进行分析，分析结果表明，辨识模型的结果与实际测试数据对比效果十分拟合，说明该辨识模型具有较高的精准度。由此可见，采用最小二乘法进行雷达天线控制系统频域辨识，可以有效解决系统滞后误差大这一问题，为后续仿真工作的开展奠定了坚实的基础。

二、雷达天线控制系统仿真方法

控制系统完成频域辨识之后，接下来就是开展系统仿真。在雷达天线控制系统仿真阶段，为了能够顺利实现系统快速仿真，提高仿真的实效性与真实性，本次研究尽可能从现实应用的角度出发，采用增广矩阵仿真方法进行研究。所谓增广矩阵，主要指的是在原有系数矩阵的基础上，在右边加入新的一列，这一列是线性方程组的等号右边的值。利用增广矩阵进行系统仿真，首先我们要确定系统控制信号产生的响应，结合小型天线精密跟踪雷达的特点，我们将输入信号的阶跃响应作为控制信号响应。具体算法原理如下：

上述公式表述的是一个单输入—单输出的连续系统的函数，通过相应转换，我们可以得到A、B、C三个矩阵，分别为系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵。对于三类矩阵的运算，本次研究主要采用蒙特卡洛仿真方法，其过程大致分为7个步骤：（1）将系统传递函数模型转化为状态空间方程，转换后可得出以下三个等式：x（t）=Ax（t）+Bu（t）、y（t）=Cx（t）、x（0）=x0；（2）对A、B、C三类矩阵进行科学设定，即A为增广状态矩阵、B为增广输入矩阵、C为增广输出矩阵；（3）在上述基础上形成增广矩阵；（4）设定仿真步长T为0.0015s、最大仿真步数N为200，以及计eAT；（5）计算xn+12yn+1；（6）仿真到步数N（7）输出仿真步数yn+1。为了提高仿真结果的可靠性，本次研究共进行了400次相同条件下增广矩阵法仿真。矩阵运算完成之后，根据运算结果我们可以得出，当雷达天线控制系统在0.18s左右的时候，整体系统的运行便可以处于相对稳定的状态，各项性能指标也可以满足要求。由此可见，这种仿真方法可以顺利完成系统快速仿真，且具有较好效果。与此同时，也验证了数字仿真方法的正确性与有效性，提高了仿真结果的可信度。结语：从本文的分析我们能够看出，作为雷达的重要组成部分，天线控制系统性能的高低直接影响着雷达的追踪精度。所以，提高天线控制系统性能，优化系统仿真技术至关重要，文章中采用的最小二乘法和增广矩阵法不仅能够简单有效的实现频域辨识，而且对高效仿真目标的实现也具有现实意义。同时，上述两种方法的应用对日后复杂雷达仿真系统的研究也具有一定的参考价值。

参 考 文 献

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[3] 董艳，杨崇斌，朱庆洪，熊金平. 雷达天线腐蚀研究进展[J]. 装备环境工程. 2013（03）

[4] 李世明. 雷达天线车活动式防护房设计[J]. 机械工程师. 2013（09）