CN104021243A - 有源相控阵雷达参数化建模及综合优化设计平台 - Google Patents

Abstract

一种有源相控阵雷达整机参数化建模及综合优化设计平台，该平台基于整机参数化建模及多学科优化设计理念，对雷达整机进行快速、精确建模，并利用ADS、ANSYS、FLO/EMC、ISIGHT等多个仿真软件对各组件电讯、热分布、冲击振动、电磁兼容、可靠性等电讯、结构和工艺进行全耦合仿真优化，以支持雷达总体性能指标的验证和综合改进。平台有效解决了目前有源相控阵雷达建模复杂，周期长，效率低，难以支持整机所有组件综合优化等问题，适用于国内各类有源相控阵雷达的研制或引进有源相控阵雷达关键核心组件的国产化研制，对于提高雷达整机各组件的设计效率，降低研制成本，加速装备设计和批生产过程等发挥有力的推动作用。

Description

有源相控阵雷达参数化建模及综合优化设计平台

技术领域

本发明专利涉及有源相控阵雷达的整机参数化建模和多学科优化设计领域。

背景技术

有源相控阵雷达在我国的地位和作用越来越重要，其核心组件种类多，结构复杂，技术指标要求高，涉及学科领域多，研制难度大。更为重要的是，有源相控阵雷达的各个组件都是独立研制，即使单个组件的指标达到要求，但在整机上联机工作时往往会出现由于各个组件之间的信号质量、时序控制、电磁兼容、可靠性等方面没有严格匹配而影响整机工作问题（比如对引进雷达的部分核心组件国产化，由于国产化组件的信号质量、时序、电磁兼容、可靠性等与进口组件不完全匹配或者同步，导致国产化组件在整机工作时会引起整机工作不正常甚至故障），因此，有源相控阵雷达的各个组件研制必须从整机角度考虑。如何提高有源相控阵雷达单个组件的研制效率和批生产成品率，降低研制成本，避免各个组件研制完成后影响整机运行的情况出现，这就必须依托相应的建模软件和多学科优化设计平台实现。然而，当前我国有源相控阵雷达建模复杂，周期长，效率低，对于各个组件的多学科优化大多数停留在独立的电讯分析、热分析、抗冲击振动分析、电磁兼容分析等，难以支持整机所有组件的综合优化。因此，开发一种能够支持雷达整机快速建模及基于电讯、结构、工艺的多学科优化平台，以支持有源相控阵雷达的总体性能指标的验证和改进，提高各个组件设计效率和批生产的成品率，是当前急需解决的一个重要问题。

发明内容

该发明所设计的高精度参数化建模及综合优化设计平台，能够对雷达整机进行快速、精确的参数化建模，同时利用各个仿真软件的特长进行联合仿真、优化，实现整机各组件间模拟信号、数字信号、时序信号、控制信号、热分布、振动冲击、可靠性等的全耦合仿真，模拟各组件在整机中的实际配合运行情况，实现基于整机综合性能和效能提升的电讯、结构和工艺等多学科优化设计，支持有源相控阵雷达的总体性能指标的验证和改进，对于提高组件的设计效率和批生产成品率，降低研制成本，加速装备设计和批量制造过程等发挥推动作用。

本发明采用的技术方案是：基于整机参数化建模和多学科综合优化的理念，结合PRO/E、ADS、QUARTUS、ANSYS、FLO/EMC、ISIGHT等专业软件的调用，开发了一套支持有源相控阵雷达整机参数化建模及多学科综合优化设计的平台，能够对各个组件进行快速、准确建模，同时进行电讯分析、热分析、冲击振动分析、电磁兼容分析、可靠性分析等全耦合仿真，实现对整机各组件电讯、结构、工艺的多学科优化设计。

本发明的有益效果是：适用于国内各类有源相控阵雷达的自主研制或者各类引进有源相控阵雷达关键核心组件的国产化，对提高组件的设计效率和批生产成品率，降低研制成本，加速装备设计过程和批量制造过程等发挥有力的推动作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图 1  总体结构框图

图2  系统主界面 

图3  模型生成单元界面

图4  信号分析单元界面

图5  环境分析及可靠性分析单元界面。

具体实施方式

图1为总体结构框图。平台由模型生成单元、信号分析单元、环境分析及可靠性分析单元、综合优化单元等构成，首先基于PRO/E软件对有源相控阵雷达进行整机参数化建模，然后采用ADS、QUARTUS软件进行电磁仿真，实现模拟信号、数字信号等全耦合分析；针对三维模型采用ANSYS、FLO/EMC等软件进行热分布、冲击振动、电磁兼容、可靠性仿真，最后用ISIGHT软件对各个组件进行多学科综合优化。系统主界面如图2。

模型生成单元界面如图3所示，该单元嵌入PRO/E软件，实现整机各组件的零部件建模和三维模型装配，生成ANSYS、FLO/EMC、ISIGHT等软件可接受的几何模型，实现雷达各个组件快速、准确的参数化建模。这里采用参数化理念开发快速建模平台，平台基于规则、装配树和PRO/E设计实现。首先制定有源相控阵雷达的组件规则，确定PCB板、芯片、零部件、盖板等的装配规则，该规则可根据用户的需求进行更改；在此基础上，开发基于WINDOWS的参数化建模平台，结合SQL Server2000、C++ Builder进行数据库建立和可视化操作界面设计，包括特征库、零部件库、组件库等数据库以及外形尺寸、材料属性、零部件数量等参数输入，系统可自动进行各组件的盖板、侧板、顶板、底板、PCB板、射频线缆、芯片、连接器、支撑件、接插件等快速建模。

信号分析单元界面如图4所示，系统在建模后将结果直接导入信号分析单元，该单元采用ADS、QUARTUS软件对模型的内部电路进行电讯分析，包括对所有电路的模拟信号、数字信号、时序信号、控制信号等进行建模、仿真，尤其是考虑信号传输过程中电磁串扰、时序信号传输延时等机电热作用时的性能指标影响情况，在实际环境影响下的模拟、数字和时序信号等全耦合设计，计算结果作为各组件的同步综合优化依据。其中，ADS软件用于PCB板级电路的仿真设计，包括T/R组件、数字接收机、信号产生、信号处理等系统的所有电路仿真，以确定各个组件在同时工作时的信号质量是否满足需求；QUARTUS软件对所有组件之间的时序信号、控制信号、检测信号、同步信号、时钟信号等进行精确仿真，以判定各个组件在整机上的运行能否严格保持同步。

环境分析及可靠性分析单元界面如图5所示，该单元对各个组件的内部电路和组件之间进行热分析、冲击振动分析、电磁兼容分析、可靠性分析，通过分析计算的结果，能够准确描述有源相控阵雷达的各组件间的电磁串扰、热传导、受冲击振动等情况，以此作为各组件的综合优化依据。ANSYS软件对各组件的热设计、结构设计进行综合有限元分析，FLO/EMC软件对组件级、系统级模块进行电磁兼容仿真，以确定在整机条件下的所有组件之间的匹配度，为各组件的电讯、结构改进提供支持；同时，该单元还能够支持各个电路、组件和系统的可靠性分析，采用贝叶斯网络和动态故障树相结合的方法，对任何一个或多个要素影响组件或整机可靠性的概率进行计算，包括天线阵面、接收机系统、发射机系统、信号产生系统等分系统的电路、结构等分系统的可靠性指标（包括平均无故障时间或使用寿命等各项指标），有效识别各个组件或整机设计的薄弱环节，为雷达整机的研制提供技术支持。综合优化单元是将模型生成单元、信号分析单元、环境分析及可靠性分析单元所得结果反馈至ISIGHT软件，以此依据进行整机所有组件的同步优化，优化参数包括组件的结构、尺寸、材料、线缆、布局和安装位置等，最终实现对各个组件的电讯、热传递、抗冲击振动、电磁兼容、可靠性等指标的综合优化。

Claims (3)

1.有源相控阵雷达参数化建模及综合优化设计平台，其特征是：采用参数化理念开发快速建模平台，平台基于规则、装配树和PRO/E设计实现，能够对有源相控阵雷达整机进行快速、准确建模。

2.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达参数化建模及综合优化设计平台，其特征是：采用ADS、ANSYS、FLO/EMC等软件联合仿真，实现各个组件的电讯分析、热分析、冲击振动分析、电磁兼容分析、可靠性分析，以便对整机各组件间模拟信号、数字信号、时序信号、控制信号、热分布、振动冲击、电磁兼容、可靠性等进行全耦合仿真。

3. 根据权利要求1所述的有源相控阵雷达参数化建模及综合优化设计平台，其特征是：将ANSYS、FLO/EMC等软件联合仿真优化所得结果反馈至ISIGHT软件，以此为依据进行整机所有组件的同步优化，优化参数包括组件的结构、尺寸、材料、线缆、布局和安装位置等，最终实现对各个组件基于电讯、热传递、抗冲击振动、电磁兼容、可靠性等指标的多学科综合优化。