(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210793483.X (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 中国舰船研究设计中心 地址 430064 湖北省武汉市武昌区张之洞 路268号 (72)发明人 吴为军　陈亮　陶理　曾宪亮　 奚秀娟　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 刘琰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰 耦合预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于子阵分解的相控阵 天线共址电磁干扰耦合预测方法， 包括以下步 骤： 步骤1、 通过多层快速多极子方法， 分析相控 阵天线阵元阵中辐射特性； 步骤2、 采用一致性几 何绕射理论进行求解， 分析平台结构直射路径、 反射路径和绕射路径效应， 求解过程包括路径追 踪和场值追踪， 得到平台复杂结构影 响下的电磁 干扰场分析结果； 步骤3、 对相控阵天线发射天线 阵元到接收天线的直射路径、 反射路径和绕射路 径的电磁干扰耦合场进行矢量合成， 得到总电场 矢量， 进而计算接收天线耦合的电磁干扰能量。 本发明兼顾了全波求解方法的精度高和 高频方 法的速度快的优点， 在保证求解精度的同时， 获 得较快的求解速度， 且对计算硬件资源要求不 高。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115292896 A 2022.11.04 CN 115292896 A 1.一种基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其特征在于， 用于预 测平台结构上的相控阵天线到 接收天线之间的共址电磁干扰耦合， 该 方法包括以下步骤： 步骤1、 通过多层快速多极子方法， 采用多层分组方式进行计算， 包括上行和下行两个 过程， 上行过程中计算所有层中非空组的外向平 面波展开函数， 下行过程从第二层开始， 通 过平移和反插值操作逐层递推得到其余各层的内向波函数， 直至到达最高层， 得到相控阵 天线阵元阵中辐射特性分析 结果； 步骤2、 根据相控阵天线阵元阵中辐射特性分析结果， 采用一致性几何绕射理论进行求 解， 分析平台结构直射路径、 反射路径和绕射路径效应， 求解过程包括路径追踪和场值追 踪， 得到平台复杂结构 影响下的电磁干扰场分析结果， 包括直射路径、 反射路径和绕射路径 的电磁干扰耦合场； 步骤3、 对相控阵天线发射天线阵元到接收天线的直射路径、 反射路径和绕射路径的电 磁干扰耦合场进行矢量合成， 得到相控阵天线发射天线阵元在接 收天线处的总电场矢量， 进而计算接收天线 耦合的电磁干扰能量。 2.根据权利要求1所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述 步骤1中的方法具体为： 多层快速多极子方法MLFMA的计算流程共分为上行和下行两个过程， 其中上行过程包 括最高层的多级子展开、 子层向父层的逐层聚合过程， 在上行至第二层时， 各远亲组进行转 移计算； 上行过程中计算所有层l＝2, …,L中非空组的外向平 面波展开函数， L表 示MLFMA的 总层级数； 随后开始下行过程， 下行过程包括父层 向子层的多级配置、 同层远亲组间的转移计算 直至到达最高层后进行场展开操作； 从第二层开始， 通过平移和反插值操作逐层递推得到 其余各层的内向波函数， 直至到达最高层， 由此完成MLFMA的下行过程； 下行过程中的运算 是计算内向波的展开 函数。 3.根据权利要求1所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述 步骤2中路径追踪的方法具体为： 首先根据计算目标或者场景的全景包围盒， 确定入射平面波的虚拟孔径面大小； 然后 在距离目标一定远的地方构建虚拟孔径面， 并划分它以构建射线管矩阵； 射线从虚拟孔径 面出发， 进入场景； 跟踪每一根射线， 遍历场景中的所有面元， 以确定射线与 物体相交位置， 并将相交信息和路径保存； 然后产生新的反射和绕射射线， 继续跟踪它们， 若其与物体相 交， 则再次求交， 否则舍弃该射线； 如此递归跟踪所有的射线， 指导所有射线离开场景或能 量衰减到一定阈值， 即完成所有射线的路径寻迹追踪。 4.根据权利要求1所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述 步骤2中场值追踪的方法具体为： 根据路径追踪算法， 获得的平台结构影响下的， 相控阵天线发射天线到接收天线的直 射路径、 反射路径和绕射路径， 计算接收天线处的电磁干扰耦合场。 5.根据权利要求4所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述 直线路径的求 解方法具体为： 对于直射路径 的电磁干扰耦合场追踪求解， 单根射线表示一束像散波， 依据能量守恒 定律， 当源点位置在S点， 场点位置在R点， 两点之间的距离为d， 推出射线走过路径长度为d权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115292896 A 2后的场强大小为： 其中， E(R)为场点R处的电场强度， E(S)为源点S处的电场强度， 入射波阵面的两个主曲 率半径分别为ρ1和ρ2， k为传播常数， e‑jkd表示相位因子 。 6.根据权利要求4所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述反射路径的求 解方法具体为： 对于反射路径 的电磁干扰耦合场追踪求解， 根据几何光学原理， 反射平面和入射平面 位于同一平面内， 反射角与入射角相等； 根据金属面切向电场连续的边界条件， 设W是物体 表面的反射点， 源点位置在S点， 场点位置在R点， 反射波阵面的两个主曲率半径 分别为ρ1和 ρ2， d是反射 点W到场点R的之间路径长度； 在场点R处的反射场表示 为以下形式： 其中， Er(R)为场点R处的反射电场强度， Ei(S)为源点S处的入射电场强度， k为传播常 数， 为并矢反射系数。 7.根据权利要求4所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述绕射路径的求 解方法具体为： 对于绕射路径 的电磁干扰耦合场追踪求解， 采用一致性绕射理论UTD分析绕射场的求 解； 根据U TD理论， 绕射场公式为： 其中， 和 为绕射点处绕射场矢量向平行于绕射平面的方向和垂直于绕射平面 的 方向做投影， D//和D⊥分别为平行于绕射平面方向和垂直于绕射平 面方向的绕射系数， 和 分别为绕射点处的入射场矢量向平行于入射平面的方向和垂直于入射平面的方向做投 影， A(s)为空间衰减因子， e‑jβ s表示相位因子 。 8.根据权利要求1所述的基于子阵分解的相控阵天线共址电磁干扰耦合预测方法， 其 特征在于， 所述 步骤3中计算接收天线 耦合的电磁干扰能量的方法具体为： 根据电磁干扰耦合场追踪求解， 获得在平台结构影响下， 相控阵天线发射天线阵元到 接收天线的直射路径、 反射路径和绕射路径的电磁干扰耦合场， 然后对这些路径场进行矢 量合成， 从而求得相控阵天线发射天线阵元在接收天线处的总电场矢量Ei_total； 根据接收天线的天线口径， 计算接收电磁干扰耦合能量Pi为： 其中， Ei_total为相控阵天线发射天线第i个阵元在接收天线处的总电场矢量， G为接收天 线在总电场矢量Ei_total方向对应的天线增益， η为波阻抗常数， λ为计算频率对应的波长；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115292896 A 3