在上图的例子中,ANSYS软件采用仿真层次化的项目管理方式,使用场路协
同仿真的方法,将放大器,移相器,衰减器等射频电路和天线放在同一个项目中进行仿真,并将各个衰减系数,相移角度等关键参数设置成变量进行自动扫描,从而形成不同的天线波束,以满足通信,雷达和电子对抗应用对于波束形状的不同要求
3.1.2 雷达系统仿真
雷达通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。通常而言,雷达的射频系统需要满足低旁瓣,高频谱纯度和低噪声系数的要求。利用ANSYS软件,可以仿真包括雷达波形生成,发射通道,传播路径,目标RCS,反射路径,接收通道,信号处理在内的完整射频链路, 对于射频通道指标的要求和分配有显著的指导意义。
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LFM雷达仿真框图和天线接收到的波形 经过信号处理后得到两个目标回波射频通道带宽的增加导致更多噪声
上述例子描述了一个典型的线性调频(LFM)雷达所接收到的真实回波信号,
包含混叠在一起的两个目标回波以及背景杂波,可以看到射频通道的带宽的增加会导致底噪显著抬升。
雷达接收机部分的射频通道后可以使用算法模型,从而可以研究在真实射频通道指标(如滤波特性,非线性指标和响应速度等)下,被杂波干扰的不同雷达波形的实际表现,从而指导雷达系统的设计。
3.1.3 通信系统仿真
通信系统需要在保证一定误码率的情况下,尽可能地提高传输数率和减低被截获概率,从而实现对数据链的优化。通信一般会使用各种先进调制方式,提高频谱利用率,减少不同信道之间的干扰和泄漏,因此射频通道的性能对通信系统的整体表现产生重要影响。ANSYS提供了多种通信系统的接收机的模型,能够方
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便的改变
MPSK调制通信系统
进入放大器的频谱放大器输出的频谱误码率和输入功率的关系
从ANSYS软件的仿真结果可以看到放大器的非线性会导致显著的相邻信道
功率泄漏,从而影响误码率的指标,从而可以帮助设计人员改进前端射频功率控制算法和电路,以提高通信系统性能。
4.1. 无人机的隐身设计
目标电磁散射特性的研究利用电磁波与目标相互作用所产生的各种信息为雷达准确的获得目标的特征参数,推导其形状、体积、姿态, 为对目标进行分类、辨别与识别奠定了基础,对我国国防现代化建设有着重要意义,也是计算电磁学的重要研究领域之一。
目标的雷达散射截面积(RCS)的测试难度很大,满足需求的测量环境少,且测量误差难以评估,因此,采用数值仿真的方法一直是目标特性研究的重要手段。随着雷达隐身、反隐身技术的不断发展,目标特性的研究也不断面临新的挑战,因此成为对仿真新技术需求最为迫切的应用领域之一。
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仿真技术是目标特性研究的主要手段,目前国内外在仿真的计算方法、建模技术、以及工程实际应用方面出现了若干研究热点,如特殊结构、特殊材料的目标特性研究、天线阵和天线罩RCS的研究、RCS的时域瞬态研究等。以下结合业界最权威的仿真技术对其应用进行逐一说明。
4.1.1 复杂飞行器的外形隐身设计与RCS仿真
采用FE-BI和DDM技术,结合高性能计算机的硬件平台能够有效求解复杂飞行器的RCS仿真,并且单次仿真可得到数百入射角度下的单站RCS。
4.1.2 介质涂覆材料的隐身设计及仿真
涂覆吸波材料已经在飞行器隐身方面应用了多年,由于涂覆材料一般为薄层介质,属性复杂,多层的涂覆结构更加给模拟带来了挑战,其仿真具有非常大的应用价值,在涂覆材料的选择和涂覆位置的选择上,具有直接的指导作用,对优化飞行器的设计指标具有非常重大的意义。HFSS软件具有方便的薄层模拟功能,能方便的仿真此类涂覆材料问题,可有效解决涂覆吸波材料的问题。
如图所示的弹体,分析其在雷达波正对鼻锥方向入射下的弹体表面电流分布,分别分析了不涂覆,涂覆材料a,涂覆材料b三种不同情况下的情形,从分析结果很容易看到不同的涂覆材料和涂覆方式会带来不同的效果,其表面电流的改变很明显,通过计算其回波,可轻易判断涂覆材料的效果好坏。在涂覆隐身设计中,软件的仿真将大大的缩短材料选型和优化的过程,为实际设计提供足够的理论和仿真数据支撑。
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4.1.3 复合材料的隐身特性仿真
复合材料也是隐身设计中经常采用的方法,但由于复合材料相比金属材料,其属性更加复杂,仿真和计算都具有相当的难度。HFSS软件具有强大的基于函数的建模功能,基于主从边界的单元法适合模拟此类材料问题。单元法-采用Floquet端口配合周期性边界条件,利用Floquet模式理论,通过单元电性能综合得到整个周期性排列的阵列的电性能。
编织型复合材料单元法建模复合材料的RCS
4.1.4 天线(阵)的RCS仿真
飞行器的散射主要由两部分共享组成,一部分来自于外形及结构,另一部分主要的来源就是雷达天线。由于天线/天线阵的强电磁敏感性,在雷达波的照射
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