基于CATIA軟件的雷達(dá)罩建模仿真技術(shù)研究

邵紅　李濱輝　李寶鵬

摘 要：雷達(dá)罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，可保護(hù)天線工作狀態(tài)不受外界干擾。使用時各種損傷會對雷達(dá)罩的電性能產(chǎn)生影響，利用CATIA軟件對雷達(dá)罩進(jìn)行建模仿真是研究雷達(dá)罩的一種有效手段。

關(guān)鍵詞：CATIA 雷達(dá)罩 建模仿真

中圖分類號：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）01-0-01

隨著科技的發(fā)展，雷達(dá)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、航海等多個領(lǐng)域。雷達(dá)在使用過程中出現(xiàn)的各種損傷，會對雷達(dá)罩的電性能產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而影響信號的傳輸。利用CATIA軟件對雷達(dá)罩進(jìn)行建模仿真，在使用和設(shè)計雷達(dá)罩時可節(jié)約大量的成本和時間，是研究雷達(dá)罩的一種有效手段。

一、CATIA軟件的概述

CATIA是法國Dassault System公司于1975年起開始發(fā)展的一整套的3DCAD/CAM/CAE—體化軟件，涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、三維建模、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的生成到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程。CATIA廣泛應(yīng)用在航空、航天、造船和汽車等行業(yè)，可進(jìn)行各種常規(guī)的機(jī)械零部件的三維設(shè)計，也可設(shè)計球面、圓柱、圓錐、旋轉(zhuǎn)體、掃描面等常規(guī)曲面體方面及其組合，這種軟件使用起來簡單方便而且很直觀[1]。

二、雷達(dá)罩的特點(diǎn)與作用

雷達(dá)天線罩簡稱雷達(dá)罩，它的存在，延長了天線的使用壽命簡化了天線的結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)的重量。雷達(dá)罩是電磁波的窗口，它可保護(hù)天線工作狀態(tài)不受外部環(huán)境干擾，并提高天線的工作性能。雷達(dá)罩要求雷達(dá)罩對天線的電磁輻射特性影響最小，并且滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的要求，所以雷達(dá)罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響信號傳輸，進(jìn)而影響整個雷達(dá)系統(tǒng)的功能[2]。

三、雷達(dá)罩建模仿真

雷達(dá)罩是由天然或人造電介質(zhì)材料制成的覆蓋物，它在使用過程中會出現(xiàn)各種各樣的損傷，損傷面積的大小和損傷種類都可能會對雷達(dá)罩的電性能產(chǎn)生影響，所以雷達(dá)罩的損傷研究是很有必要的，而雷達(dá)罩的建模仿真是研究各種損傷的一種有效手段。

傳統(tǒng)的雷達(dá)罩模型有正切卵形、冪形、馮卡曼形等。CATIA軟件是飛機(jī)以及機(jī)械設(shè)計當(dāng)中的常用軟件，在雷達(dá)罩建模方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。以簡單的正切卵形雷達(dá)罩的建模為例，介紹CATIA的基本建模方法，正切卵形雷達(dá)罩的外形選擇因子為v=1.449，罩體沿Z軸放置，罩體底座位于XOY平面內(nèi)，則需要產(chǎn)生XOZ平面內(nèi)的正切卵形外形曲線，即

其中a為罩體底座半徑，b為罩體長度，x坐標(biāo)在0-a之間不等間隔采樣20個點(diǎn)左右，頂部采樣較密，計算得到z坐標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)，存儲在excel列表中，利用CATIA的宏定義功能將excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入CATIA，再利用CATIA的曲線擬合工具產(chǎn)生曲線，對于正切卵形雷達(dá)罩來說，只需將擬合產(chǎn)生的曲線沿著對稱軸旋轉(zhuǎn)掃描一周既可以得到雷達(dá)罩的曲面。圖1為經(jīng)過上述步驟建立的正切卵形雷達(dá)罩，從圖中可以看出所建立的罩體表面光滑平整。

對于復(fù)雜雷達(dá)罩來說，不能簡單的使用一條或者幾條曲線的旋轉(zhuǎn)得到曲面，需要結(jié)合軟件的脊線包絡(luò)的掃掠產(chǎn)生曲面，利用接縫命令連接不同曲面形成一個整體。圖2為CATIA建模產(chǎn)生的某機(jī)型吊艙雷達(dá)罩模型。

雷達(dá)罩屬于超大電尺寸物體，而損傷仿真研究需要對大量的不同模型進(jìn)行仿真，如果對實(shí)際的雷達(dá)罩進(jìn)行建模并仿真，不僅需要非常高的計算資源條件，而且需要花費(fèi)大量的仿真時間。所以可以將雷達(dá)罩等效成平板雷達(dá)罩，通過對平板雷達(dá)罩進(jìn)行仿真研究損傷對其電性能的影響。

采用工作在X波段的喇叭天線作為激勵，平板雷達(dá)罩剖分的網(wǎng)格大小為十分之一波長，仿真的精度為-30db。雷達(dá)工作在窄帶頻段9.4-9.8GHZ， 為了提高仿真速度，可以將最低工作頻段除以1.2，最高工作頻段乘以1.2，即仿真的頻段設(shè)置為8-12GHZ。平板雷達(dá)罩采用傳統(tǒng)的A夾層結(jié)構(gòu)，邊長大小為400mm×400mm，總厚度為7.2mm。用CATIA建模得到圖3為喇叭天線激勵模型，圖4為天線與平板雷達(dá)罩聯(lián)合仿真模型。通過仿真可以得出喇叭天線的增益為15.18dBi，-3dB波束寬度為29.1°，副瓣電平為-20.5dB。

結(jié)語

在以上建模的基礎(chǔ)上，可以提取雷達(dá)罩中心頻率f0 = 9.6GHZ處的電性能參數(shù)。并根據(jù)需求，對不同的損傷類型進(jìn)行建模仿真，提取該中心頻率f0 = 9.6GHZ處的電性能參數(shù)進(jìn)行比較并總結(jié)，可以大大節(jié)約時間和成本等資源。

參考文獻(xiàn)

[1]歐紫娟.基于CATIA建模的雷達(dá)引信目標(biāo)RCS計算及應(yīng)用[M] .南京理工大學(xué)，2013，14-17.

[2]何秉高等.基于激光雷達(dá)的CATIA造型技術(shù)研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，1（32）：14.