基于CATIA软件的雷达罩建模仿真技术研究

邵红　李滨辉　李宝鹏

摘 要：雷达罩作为雷达系统的重要组成部分，可保护天线工作状态不受外界干扰。使用时各种损伤会对雷达罩的电性能产生影响，利用CATIA软件对雷达罩进行建模仿真是研究雷达罩的一种有效手段。

关键词：CATIA 雷达罩 建模仿真

中图分类号：TN957 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）01-0-01

随着科技的发展，雷达广泛应用于飞机、导弹、航海等多个领域。雷达在使用过程中出现的各种损伤，会对雷达罩的电性能产生不良影响，进而影响信号的传输。利用CATIA软件对雷达罩进行建模仿真，在使用和设计雷达罩时可节约大量的成本和时间，是研究雷达罩的一种有效手段。

一、CATIA软件的概述

CATIA是法国Dassault System公司于1975年起开始发展的一整套的3DCAD/CAM/CAE—体化软件，涵盖了产品从概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成到生产加工成产品的全过程。CATIA广泛应用在航空、航天、造船和汽车等行业，可进行各种常规的机械零部件的三维设计，也可設计球面、圆柱、圆锥、旋转体、扫描面等常规曲面体方面及其组合，这种软件使用起来简单方便而且很直观[1]。

二、雷达罩的特点与作用

雷达天线罩简称雷达罩，它的存在，延长了天线的使用寿命简化了天线的结构，减轻了结构的重量。雷达罩是电磁波的窗口，它可保护天线工作状态不受外部环境干扰，并提高天线的工作性能。雷达罩要求雷达罩对天线的电磁辐射特性影响最小，并且满足战术技术指标的要求，所以雷达罩作为雷达系统的重要组成部分，其性能直接影响信号传输，进而影响整个雷达系统的功能[2]。

三、雷达罩建模仿真

雷达罩是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，它在使用过程中会出现各种各样的损伤，损伤面积的大小和损伤种类都可能会对雷达罩的电性能产生影响，所以雷达罩的损伤研究是很有必要的，而雷达罩的建模仿真是研究各种损伤的一种有效手段。

传统的雷达罩模型有正切卵形、幂形、冯卡曼形等。CATIA软件是飞机以及机械设计当中的常用软件，在雷达罩建模方面有着得天独厚的优势。以简单的正切卵形雷达罩的建模为例，介绍CATIA的基本建模方法，正切卵形雷达罩的外形选择因子为v=1.449，罩体沿Z轴放置，罩体底座位于XOY平面内，则需要产生XOZ平面内的正切卵形外形曲线，即

其中a为罩体底座半径，b为罩体长度，x坐标在0-a之间不等间隔采样20个点左右，顶部采样较密，计算得到z坐标对应的数据，存储在excel列表中，利用CATIA的宏定义功能将excel数据导入CATIA，再利用CATIA的曲线拟合工具产生曲线，对于正切卵形雷达罩来说，只需将拟合产生的曲线沿着对称轴旋转扫描一周既可以得到雷达罩的曲面。图1为经过上述步骤建立的正切卵形雷达罩，从图中可以看出所建立的罩体表面光滑平整。

对于复杂雷达罩来说，不能简单的使用一条或者几条曲线的旋转得到曲面，需要结合软件的脊线包络的扫掠产生曲面，利用接缝命令连接不同曲面形成一个整体。图2为CATIA建模产生的某机型吊舱雷达罩模型。

雷达罩属于超大电尺寸物体，而损伤仿真研究需要对大量的不同模型进行仿真，如果对实际的雷达罩进行建模并仿真，不仅需要非常高的计算资源条件，而且需要花费大量的仿真时间。所以可以将雷达罩等效成平板雷达罩，通过对平板雷达罩进行仿真研究损伤对其电性能的影响。

采用工作在X波段的喇叭天线作为激励，平板雷达罩剖分的网格大小为十分之一波长，仿真的精度为-30db。雷达工作在窄带频段9.4-9.8GHZ， 为了提高仿真速度，可以将最低工作频段除以1.2，最高工作频段乘以1.2，即仿真的频段设置为8-12GHZ。平板雷达罩采用传统的A夹层结构，边长大小为400mm×400mm，总厚度为7.2mm。用CATIA建模得到图3为喇叭天线激励模型，图4为天线与平板雷达罩联合仿真模型。通过仿真可以得出喇叭天线的增益为15.18dBi，-3dB波束宽度为29.1°，副瓣电平为-20.5dB。

结语

在以上建模的基础上，可以提取雷达罩中心频率f0 = 9.6GHZ处的电性能参数。并根据需求，对不同的损伤类型进行建模仿真，提取该中心频率f0 = 9.6GHZ处的电性能参数进行比较并总结，可以大大节约时间和成本等资源。

参考文献

[1]欧紫娟.基于CATIA建模的雷达引信目标RCS计算及应用[M] .南京理工大学，2013，14-17.

[2]何秉高等.基于激光雷达的CATIA造型技术研究[J].长春理工大学学报（自然科学版），2009，1（32）：14.