【摘 要】
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现代信息化战争中高精度兵器系统的需求日渐增高,而基于射频信号的仿真控制系统是最主要的测试方案之一。它依赖于目标回波信号模拟其特性以及作战环境中的复杂电磁情况。为
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现代信息化战争中高精度兵器系统的需求日渐增高,而基于射频信号的仿真控制系统是最主要的测试方案之一。它依赖于目标回波信号模拟其特性以及作战环境中的复杂电磁情况。为了减少场外实验次数,提高测试成功率,节约设计开发费用,半实物仿真系统应需而生。为了模拟高速运动的目标的回波信号,半实物仿真系统一般采用三元组作为一个测试组,通过不断改变三元组阵元的幅度相位参量来实现。由于测试系统天线口面的面积不能忽略,会产生近场效应偏差,简化模型的控制方程不再能准确复现目标位置,近场效应偏差的修正必不可少。本论文从基于全波数值算法的半实物仿真出发,研究近场效应修正的高速高效优化算法,并开发半实物系统的全波电磁仿真和误差修正优化算法为一体的软件分析平台,与实验测试结果相比较,检验了该方案的可行性。本文分析了半实物射频系统的重要性及近场效应修正的必要性。从近场效应偏差产生的原因出发,结合文献分析了已有的近场效应修正方法,并对它们进行研究比较,最终得出全波数值仿真与误差修正相结合的修正方案。优化算法首先采用GA遗传算法,全波仿真采用FDTD,分析了计算结果并与测试数据进行对比,发现三元组外点定位偏差较大,通过大量的计算和对计算数据汇总,对比实验结果发现:由于FDTD存在数值色散,累积误差影响了相位精度,不适合半实物仿真系统。因此采用频域的MOM算法。其计算结果与测试情况对比非常吻合。基于该算法计算了三元组不同定位点下多元参数数值变化对定位点的影响,总结了它们的变化规律。最后,依据分析结论,将优化算法替换为内德--米德方法,该方法能够大大减少优化次数,从而减小了优化算法反复调用全波仿真算法对计算效率带来的影响。由于全波仿真算法是多尺度电大问题,程序需要高性能处理器的支持。为了提高效率,开发中应用了并行技术,包括OpenMP及矩阵求解的并行等。分别开发了承载全波仿真程序的服务端以及基于优化算法的客户端,服务端高效并行计算,客户端灵活优化计算,提高了分析效率。
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