舰载相控阵雷达建模与仿真

雷张华++党晓方++张军

摘 要文章首先对舰载相控阵雷达的研究背景和意义作了简单的介绍；然后阐述了相控阵天线模型、海杂波模型和数据处理模型的建模方法；最后通过软件仿真验证了天象方向图和滤波误差。

【关键词】相控阵天线 海杂波模型 数据处理

1 背景和意义

海上作战在现代战中的作用日益凸显，舰载相控阵雷达是承担着对空中来袭目标的捕获、跟踪等任务，而运用软件的方式在计算机上进行雷达模块建模和仿真则是对实际系统进行部分理论研究的有效手段。本文使用Visual Studio 2005平台则能生成模块的动态链接库DLL文件，仿真速度快、兼容性好。

2 舰载相控阵模型

2.1 天线模型

舰载相控阵雷达采用的是相控阵天线，特点是天线波束的快速扫描，可以实现高搜索数据率和跟踪数据率。本文采用均匀分布式平面相控阵天线采用N行M列的平面天线阵，单元间距分别为d2与d1。

平面相控阵雷达天线的方向图函数，为第（i，k）单元的幅度加权系数， 为阵内相位差，通过改变相位差实现相扫。

2.2 海杂波模型

海杂波模型是选取0至6级的海情级数SS计算海面散射系数σ0，即为雷达后向散射截面积的密度，结合雷达方程考虑在软件仿真中，入射余角θr大于临界角θc时，σc取1，否则取，采用Morchin修正模型：

2.3 数据处理模型

数据处理模型对信号处理得到的目标测量信息进行后期处理，由数据预处理、航迹处理（起始、关联、维持、终结）、跟踪滤波。由于Kalman滤波算法的增益系数是动态得到，可实时估计目标的滤波信息和预测信息，将此结果输出。

3 仿真数据分析

仿真系统在设计时运用了C++语言中“class类”的概念，对组件实行命名，且结构简洁、接口数据查询简单，从而实现模块化建模。

class DLLI MODEL：public baseModel

{ public： //基本函數

MODEL （）； //构造函数，对模块进行初始化

void initial（）； //初始化函数，读取初始化参数

void run（）； //运行函数，完成组件的运行工作

void terminate（）； //终止运行函数，对仿真过程引起的变化清理，调用一次

～rdRadar（）； // 析构函数

public： //运行时的输入接口定义区

public： //内部参数定义区}；

假设阵元数40*40，方位和俯仰维扫描范围均是（-20°，20°），天线中心指向为（0°，0°），载频fc=1e9Hz。

如图1，分别加了矩形窗和海明窗，看出加矩形窗产生最高的增益和最窄的半功率波束宽度，但要以很高的副瓣为代价；而加海明函数时，主瓣增益下降，副瓣降低，但主瓣波束展宽，可根据不同的需求选择不同的窗函数。

如图2，使用Kalman滤波器在搜索跟踪目标的初期滤波误差较大，经过一段时间，滤波误差趋于平稳，此法适用于机动目标，滤波误差小，精度高。

4 结束语

本文给出了软件代码框架，可以实现标准化、模块化的建模；通过仿真画出了天线方向图和滤波误差图，具有较高的工程实用价值。

参考文献

[1]尚军平.相控阵天线快速测量与校准技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[2]王雪松，肖顺平，冯德军，赵锋等. 现代雷达电子战系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]张艳艳，董普靠等.雷达数据处理软件模块化研究[J].火控雷达技术，2013，42（02）：15-18.

作者简介

雷张华（1990-），女，助理工程师（硕士）。

作者单位

西安电子工程研究所 陕西省西安市 710100