某车载雷达天线反射面结构设计研究

张燕 陕西省产品质量监督检验研究院 周立凡 陕西电子信息研究院有限公司

以前的雷达开发周期长、设计方法比较传统、成本高，它已经无法适应当前时代的发展。现在的车载雷达系统在行驶过程中雷达天线受到不同因素的影响，其的零件会受到损坏，为此为能够真实模拟出雷达在形式过程中的动态参数，在其中引进了虚拟样机技术，然后对其展开研究和探讨。

一、国内外车载雷达天线研究现状

（一）国内

在中国，雷达天线的发展是高度机密的。在我国的相应研究部门针对传统雷达系统的设计进行了大量研究，其中包括雷达天线、雷达升降机构和雷达调平装置的设计。它主要是通过分析方法和经验公式来应用的。近年来，虚拟样机技术的不断进步，相应采用有限元方法对雷达的单个部件如雷达罩、雷达机柜、雷达反射镜等进行分析，有的在CFD技术模拟风荷载流畅作用下，雷达天线进行了局部优化[1]；由于雷达系统是一种高度集成的机电系统，其特殊的安全性客观地使雷达系统在设计中相对保守；对于存在于雷达系统的问题，专业人员尚未形成完整的系统理论，只能通过经验定性解决；整个雷达系统的动态仿真刚刚开始，数值模拟的经验不够丰富。使用数值模拟结果仍有一些缺点，以指导新产品的设计和开发。基于以上情况，整个雷达系统的数值模拟需要进一步扩大，与船载雷达和卫星传承雷达相比，车辆传统雷达系统的发展更成熟，其应用范围更广泛。数值研究可以填补理论差距，指导雷达系统的设计，并为工程应用提供参考。我国的雷达经历了四个时期。一是从 1949 年到 1953 年。新的中国刚刚成立，其产业基地相对较弱。这时，我们主要启动了基本行业，对日本和美国留下的雷达进行了维护和研究，然后进入了试验阶段；二是初始发展阶段。从1953年底到20世纪60年代初，当前国民经济的初步发展。由于政治关系，该国主要用前苏联风格雷达和模仿前苏联风格雷达；三是在20世纪60年代初和20世纪70年代中期，当前独立研发实验系统的建立，新技术的应用，以及科研小组的持续增长，独立设计是在此阶段的标志；四是从70年代末到现在，是一个发展和完善的时期。在此期间，一些雷达技术突破了关键问题，产品种类不断增加，国际市场化做得很好。部分雷达技术已达到世界先进水平，打破了美国、俄罗斯和欧洲对雷达控制技术的垄断。传统的雷达系统主要是机械式的，即反射镜转动，而发射器、信号接收器、信号放大器、伺服系统和微波发生器不动。在反求工程原理的指导下，现代相控阵雷达应运而生。相控阵雷达是一种集相频转换器和信号处理器于一体的反射镜，其有着大容量，高功率。它可以在活动阵列中扫描电子，并且具有许多功能。它可以直接传输能量并在空中接收RF能量，并且还具有其他RF功能。然而，改进的线雷达的质量沉重和不方便。一旦攻击，整个发射机就会失去战斗性能。相对来说，雷达的两种工作方法很好，但当前虚拟风格技术的快速发展和强大的微电子技术，战争模式的变化，信息战争和速度要求正在加速。其已经逐渐的成为战场雷达的主流。美国海军部署了空间盾牌防御系统，它使用了相控雷达系统。现代相控阵雷达逐渐形成了多功能，传感器融合，高自动化程度，高灵敏度，隐身，防腐，雷达抗干扰，自动目标识别，战场IFF，高可靠性等的特点。研究方向国内雷达系统逐步过流向复合材料和精密引导，并在精密雷达的开发中，它逐渐实现了串行化，高可靠性等泛化和模块化。能够设计和制造与现代设计和分析概念的雷达，逐步整合科学研究产品。

（二）国外

在国外，美国雷达的设计和制造都是数字和复合材料，特别是纯硅，光纤，玻璃纤维增强塑料等技术广泛应用于相控阵雷达。因此，匹配材料结构的谐振频率和固有频率，并且结构的重量大大降低。蜂窝结构在地雷达三个元素基座中的应用，雷达天线具有强烈的环境适应性。在电性能方面，它可以获得更高的频带，并且具有良好的屏蔽和电信号的传输性能。美国研究人员开发了磁性材料。这种材料在损失的前提下使美国雷达更便宜。在相位阵列雷达中，特别是在载体中，通过被动矿井从被动矿井开发到固态有源阵列雷达的相控阵雷达，其特征在于大量的发射器分配系统和柔性数字光束；特别是光纤的应用相控阵雷达中的技术使整个相控制的无线电性能实现了良好的基础，以进一步降低体积，重量，成本和提高可靠性和可维护性。综上所述，国外在雷达系统设计中采用CAE仿真技术，然后采用到了一些现代设计的方法，同时总结了大量工程实践经验，在结构设计和优化方面技术已经成熟[3]。此外，国外在雷达新材料方面取得了新突破，新材料和复合材料在雷达中的应用也取得了初步成果。这方面的研究才刚刚起步，研究还不成熟。除了新材料的研发，国外在结构设计中应用虚拟风格技术也取得了新的突破。在未来，雷达正在沿重量轻，小型化，泛化，模块化和集成方向发展，特别是在相控制辐射中。辐射源有三种：USAN/SPS48E，英国的AWS 9和S1840，意大利的职位30s和荷兰的T系列；德国戴姆勒公司和梅赛德斯奔驰航空公司公司开发了激光检测雷达。美国军队和空军开发了红外传感器激光引导雷达和三维成像技术雷达，在战争和实际应用中已经获得了一个良好的效果。

二、虚拟样机技术的应用

（一）简析虚拟样机技术

21世纪以来动态仿真技术被不断发展，虚拟技术就是其中之一，其基础是建立在传统的经典物理、现代计算方法和计算机上，依照计算机辅助设计和计算机辅助分析，继而剖析机械系统的运动学，精确地计算坐标，系统的速度和加速度，随时求解生成方程，确定各部分所需的力和反作用力，获得系统的运动特性后，可以与相关软件交互，建立可视化的集成工程仿真系统。通过虚拟风格技术，机械工程师可以在机械设计，机械分析，机械控制，机械加工等领域共享工程通信平台，从而减少传统机械设计师的劳动，大大简化了产品的过程，缩短循环，减少成本，且可以使得产品质量和综合性能得到改善。虚拟样机技术与CAD技术的有机结合使计算机辅助设计进一步完善和发展，应用前景广阔，这项技术的普及使人们能够在设计中看到产品，感受自己的研发过程，交互能力进一步提高，设计、过程，虚拟原点技术在工程技术中的应用有着模块化、集成化、应用化的特点[4]。

（二）概述车载天线动力学

汽车是一种复杂的系统，具有多种自由度。配备汽车天线的越野车是一种复杂的动态耦合系统，具有多种自由度。汽车和天线的性能基于合理的物理力学模型。汽车机械性能的研究更智能，多样化，最初形成了汽车处理舒适性分析的理论体系。仿真研究从2自由度悬架系统到5自由度汽车，甚至29自由度汽车动力学仿真研究，大多是在传统经典力学、迪迪埃定律、牛顿定律、动量定律、拉格朗日定律的基础上，推导出动力学微分方程的数学模型，而现代动力模型法是在传统经典力学的基础上，运用多种现代算法，加入微分方程和方差方程，结合现代计算方法，建立相应的动力方程，车辆的一些特殊部件，如弹簧、减振器、轮胎等，都是非线性系统，在实际的建模和相应的模型仿真中，或多或少地把它们看作线性系统，或者把物体的某些参数，如刚度、阻尼等看作线性变化，由于非线性理论在实际的研究和发展中没有大的突破，对非线性问题的研究只是通过统计线性问题对非线性问题的一般表达。从模型的控制性和准确性来看，由于评价体系的差异，非阻力因素太多，没有相应的标准。对于复杂非线性模型的获取和控制，由于对一些复杂的元件进行了过多的简化，失去了原有的特性，导致了原有的情况以及实验与仿真之间的差距过大。汽车中的液体成分也表现出高度的非线性。由于液体本身的特性，如密度、粘度等，在非线性控制方面存在不足。在车用天线上，有多种车用枪和车用火箭。车装天线方面，车炮和车装火箭炮的型号很多，造型的程度比较大，一般都是用军用越野车装载天线，所以在性能方面存在很大差异，如装载、驾驶以及加工性能，所以越野车商用软件公司应加强对模型仿真方面的分析工作，如悬架系统属于单个模块研究方向，且不是完全非线性的，匹配系统中包括越野车和天线，所以影响天线系统之一因素就是车辆仿真失真。

三、结束语

由上可知，我国车载天线动力学还处在一个起步阶段，在传统建模法以及模态分析法的前提下结合到非线性建模方法与控制，然后将车辆底盘与天线系统适当进行匹配，是未来研究的重点。