[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的有源相控阵天线形面重构方法

说明书

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的有源相控阵天线形面重构方法，包括：确定有源相控阵天线结构参数，建立有限元模型；通过模态分析得到天线的固有频率、位移和应变模态；建立多类型测量信息下的状态空间方程和离散状态空间方程，估计激励值；数据更新，更新此时刻天线的真实状态值；对时间状态进行更新，预测出下时刻天线的状态值，重复卡尔曼滤波迭代过程直至达到时间离散段数；估计出每一时刻天线的真实状态，继而重构出时域内天线整个阵面的形变。本发明根据天线少数点的测量信息，重构整个阵面的形貌特征，提高了后续重构精度，使重构结果更加准确，保障天线服役性能稳定可靠。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种基于多类型传感器和卡尔曼滤波的有源相控阵天线形面重构方法。本发明主要根据天线少数点的测量信息，在含有系统与测量噪声的情况下，重构整个阵面的形面信息，为后续有源相控阵天线的动力学建模、天线阵面的调整及电性能的实时补偿奠定基础，以保障天线服役性能。

背景技术

随着天线技术近年来的快速发展，有源相控阵天线以波束的快速扫描、高速灵活的波束调度、信号能量的分配与转换、自适应调整等技术为雷达发展开辟了更广阔的空间。目前有源相控阵天线已广泛应用于侦查干扰、星载成像、地面防空等领域中，成为当今雷达发展的主流。

随着军事需求的不断发展和变化，有源相控阵天线主要朝超宽带、多功能、轻量化和一体化的方向发展。有源相控阵天线本身是一个复杂的柔性结构，随着天线朝多功能一体化的方向发展，当其受到外界载荷作用时，有源相控阵天线形面将发生变化，导致天线电性能的恶化，因此在服役中如何快速准确的获得天线的形面信息是后续电性能改善的重要前提。在实际工程中，由于天线单元数量大及安装位置的限制，不可能在所有位置安装传感器，所以如何通过少量测量点的信息重构整个阵面的形面信息是有源相控阵天线研究的重要课题之一。

目前，结构动态响应重构主要分为两类方法：：(1)基于模态分析的响应重构，如Xiao-Hua Zhang,You-Lin Xu,Song-ye Zhu,Dual-type sensor placement for multi-scale response reconstruction,Mechatronics,2014,24:376–384.中基于模态分析融合了两种传感器的重构理论；(2)基于传递率的响应重构，如Ribeiro A,Silva J,Maia N.Onthe generalisation of the transmissibility concept[J].Mechanical Systems andSignal Processing,2000,14(1):29-35.中首次进行频域内动态响应重构方法的研究。

发明内容

基于上述问题，本发明建立了基于卡尔曼滤波的重构方法，通过卡尔曼滤波方法结合有限元模态理论，利用状态空间方程实现重构。此发明将滤波概念引入重构中，可有效的滤除系统和测量噪声，同时该方法还考虑了多类型测量信息的情况，可有效的提高重构精度同时更加适用于工程实际。

实现本发明目的的技术解决方案是，一种基于卡尔曼滤波的有源相控阵天线形面重构方法，该方法包括下述步骤：

(1)确定有源相控阵天线模型的结构参数及材料属性，用ANSYS软件建立天线APAA有限元模型；

(2)通过ANSYS软件对APAA有限元模型进行模态分析，并根据模态分析结果，分别提取天线模态的固有频率w、位移模态Φ和应变模态Ψ；

(3)利用步骤(2)得到的天线模态分析结果，建立包含位移d、应变ε和加速度a多类型测量信息下天线的状态空间方程；

(4)将系统(建模误差)和测量噪声加入步骤(3)中建立的连续状态空间方程并将其转化为离散形式，建立含噪声情况下天线的离散状态空间方程；