[发明专利]天线罩系统结构一体化优化算法

说明书

本发明提供了一种天线罩系统结构一体化优化算法，属于天线罩设计技术领域，包括：通过远场计算，获取天线罩与天线参数，建立带罩天线系统的空间模型，计算相控阵天线单元激励电流；借助算子分离的思想，对天线罩结构参数和天线辐射参数采用不同的优化策略；利用变厚度天线罩优化方法对天线罩结构参数进行优化，并采用粒子群算法对天线辐射参数进行优化，实现天线罩系统结构的一体化优化。实验结果表明，与传统的变厚度天线罩优化算法相比，该算法的瞄准误差更低，透波率更高，有助于降低天线罩的总体设计难度。

技术领域

本发明属于天线罩设计技术领域，具体涉及一种天线罩系统结构一体化优化算法。

背景技术

天线罩作为机载雷达系统的重要组成部分，能够保护天线免受外界严酷环境的影响。因天线罩的安装位置接近天线，会导致天线辐射电波的折射与反射，进而影响到天线的性能。天线罩对天线性能影响的主要参数包括：瞄准误差(Boresight error，BSE)与透波率(transmission coefficient，TC)，前者体现的是天线罩对天线指向精度的影响程度，后者反映的是天线罩对天线作用距离的削弱程度。

在天线罩优化设计中，基于变厚度罩体的设计方法得到了广泛的使用，特别是对于结构特殊的机载或弹载罩而言，这种设计方法有助于实现罩体各个空间位置的最佳透波特性。最基本的变厚度设计方法通过计算天线罩壁局部的射线入射角，根据平板介质透射特性求解该位置的局部厚度。但这种方法没有考虑带罩天线的远场特性，计算精度有限。基于进化算法的天线罩设计方法更精确，如Hsu采用模拟退火方法优化了单层天线罩的瞄准误差，Carlin研究了基于替代模型的粒子群算法，提高了瞄准误差优化的的计算效率。Meng与Cheng分别用遗传算法和免疫克隆算法优化了天线罩的瞄准误差与透波率。Xu借助多目标粒子群算法，优化了天线罩的瞄准误差、传输损耗，并进一步优化了罩厚度的方差。文献依靠对阵列单元激励的调节，实现了天线罩瞄准误差的优化。以上研究仅对天线罩体或者仅对天线阵列单元进行单独优化，分别实现瞄准误差与透波率的优化。实际中，天线与罩作为一个整体的系统，不应将二者割裂开来，应考虑天线与罩的一体化优化设计。

因此，对天线罩壁结构优化是天线罩电性能设计的有效方法，因传统的变厚度天线罩优化算法仅对天线罩进行优化，无法实现对天线与罩的一体化优化。针对相控阵天线-罩系统，本申请提出一种天线罩系统结构一体化优化算法，实现瞄准误差与透波率的联合优化。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种天线罩系统结构一体化优化算法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

天线罩系统结构一体化优化算法，包括以下步骤：

利用天线罩的瞄准误差和透波率评价所设计天线罩的性能，这两个参数的获取均以天线-罩系统的远场计算为前提；根据设计指标确定天线罩与天线的基本参数，所述参数包括罩体形状、罩外部轮廓尺寸、罩壁结构、阵列单元数，建立相控阵天线-罩系统模型，具体包括以下步骤：

步骤1、通过远场计算，获取天线罩与天线参数，得到天线罩阵列单元，计算天线罩阵列单元的激励电流；

用一组无限长电流源代表罩内的阵列天线，每个阵元天线罩阵列单元的电流为：

其中，m为阵元序号，A与φ分别代表电流的幅度与相位，M为阵列单元数，e为自然常数，j为虚数单位；

步骤2、辐射场计算

步骤2.1、罩内辐射场

天线阵的辐射电场仅有z向分量，天线罩内表面第p个剖分单元处的入射电场为：