有源相控陣?yán)走_(dá)參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種有源相控陣?yán)走_(dá)整機(jī)參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)基于整機(jī)參數(shù)化建模及多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，對(duì)雷達(dá)整機(jī)進(jìn)行快速、精確建模，并利用ADS、ANSYS、FLO/EMC、ISIGHT等多個(gè)仿真軟件對(duì)各組件電訊、熱分布、沖擊振動(dòng)、電磁兼容、可靠性等電訊、結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行全耦合仿真優(yōu)化，以支持雷達(dá)總體性能指標(biāo)的驗(yàn)證和綜合改進(jìn)。平臺(tái)有效解決了目前有源相控陣?yán)走_(dá)建模復(fù)雜，周期長(zhǎng)，效率低，難以支持整機(jī)所有組件綜合優(yōu)化等問(wèn)題，適用于國(guó)內(nèi)各類有源相控陣?yán)走_(dá)的研制或引進(jìn)有源相控陣?yán)走_(dá)關(guān)鍵核心組件的國(guó)產(chǎn)化研制，對(duì)于提高雷達(dá)整機(jī)各組件的設(shè)計(jì)效率，降低研制成本，加速裝備設(shè)計(jì)和批生產(chǎn)過(guò)程等發(fā)揮有力的推動(dòng)作用。
【專利說(shuō)明】有源相控陣?yán)走_(dá)參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及有源相控陣?yán)走_(dá)的整機(jī)參數(shù)化建模和多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]有源相控陣?yán)走_(dá)在我國(guó)的地位和作用越來(lái)越重要，其核心組件種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)指標(biāo)要求高，涉及學(xué)科領(lǐng)域多，研制難度大。更為重要的是，有源相控陣?yán)走_(dá)的各個(gè)組件都是獨(dú)立研制，即使單個(gè)組件的指標(biāo)達(dá)到要求，但在整機(jī)上聯(lián)機(jī)工作時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)由于各個(gè)組件之間的信號(hào)質(zhì)量、時(shí)序控制、電磁兼容、可靠性等方面沒(méi)有嚴(yán)格匹配而影響整機(jī)工作問(wèn)題(比如對(duì)引進(jìn)雷達(dá)的部分核心組件國(guó)產(chǎn)化，由于國(guó)產(chǎn)化組件的信號(hào)質(zhì)量、時(shí)序、電磁兼容、可靠性等與進(jìn)口組件不完全匹配或者同步，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)化組件在整機(jī)工作時(shí)會(huì)引起整機(jī)工作不正常甚至故障)，因此，有源相控陣?yán)走_(dá)的各個(gè)組件研制必須從整機(jī)角度考慮。如何提高有源相控陣?yán)走_(dá)單個(gè)組件的研制效率和批生產(chǎn)成品率，降低研制成本，避免各個(gè)組件研制完成后影響整機(jī)運(yùn)行的情況出現(xiàn)，這就必須依托相應(yīng)的建模軟件和多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)前我國(guó)有源相控陣?yán)走_(dá)建模復(fù)雜，周期長(zhǎng)，效率低，對(duì)于各個(gè)組件的多學(xué)科優(yōu)化大多數(shù)停留在獨(dú)立的電訊分析、熱分析、抗沖擊振動(dòng)分析、電磁兼容分析等，難以支持整機(jī)所有組件的綜合優(yōu)化。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠支持雷達(dá)整機(jī)快速建模及基于電訊、結(jié)構(gòu)、工藝的多學(xué)科優(yōu)化平臺(tái)，以支持有源相控陣?yán)走_(dá)的總體性能指標(biāo)的驗(yàn)證和改進(jìn)，提高各個(gè)組件設(shè)計(jì)效率和批生產(chǎn)的成品率，是當(dāng)前急需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]該發(fā)明所設(shè)計(jì)的高精度參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，能夠?qū)走_(dá)整機(jī)進(jìn)行快速、精確的參數(shù)化建模，同時(shí)利用各個(gè)仿真軟件的特長(zhǎng)進(jìn)行聯(lián)合仿真、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整機(jī)各組件間模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、時(shí)序信號(hào)、控制信號(hào)、熱分布、振動(dòng)沖擊、可靠性等的全耦合仿真，模擬各組件在整機(jī)中的實(shí)際配合運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)基于整機(jī)綜合性能和效能提升的電訊、結(jié)構(gòu)和工藝等多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，支持有源相控陣?yán)走_(dá)的總體性能指標(biāo)的驗(yàn)證和改進(jìn)，對(duì)于提高組件的設(shè)計(jì)效率和批生產(chǎn)成品率，降低研制成本，加速裝備設(shè)計(jì)和批量制造過(guò)程等發(fā)揮推動(dòng)作用。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于整機(jī)參數(shù)化建模和多學(xué)科綜合優(yōu)化的理念，結(jié)合PRO/E、ADS、QUARTUS、ANSYS、FLO/EMC、ISIGHT等專業(yè)軟件的調(diào)用，開(kāi)發(fā)了一套支持有源相控陣?yán)走_(dá)整機(jī)參數(shù)化建模及多學(xué)科綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的平臺(tái)，能夠?qū)Ω鱾€(gè)組件進(jìn)行快速、準(zhǔn)確建模，同時(shí)進(jìn)行電訊分析、熱分析、沖擊振動(dòng)分析、電磁兼容分析、可靠性分析等全耦合仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)各組件電訊、結(jié)構(gòu)、工藝的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:適用于國(guó)內(nèi)各類有源相控陣?yán)走_(dá)的自主研制或者各類引進(jìn)有源相控陣?yán)走_(dá)關(guān)鍵核心組件的國(guó)產(chǎn)化，對(duì)提高組件的設(shè)計(jì)效率和批生產(chǎn)成品率，降低研制成本，加速裝備設(shè)計(jì)過(guò)程和批量制造過(guò)程等發(fā)揮有力的推動(dòng)作用。
[0006]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0007]圖1總體結(jié)構(gòu)框圖 圖2系統(tǒng)主界面
圖3模型生成單元界面 圖4信號(hào)分析單元界面 圖5環(huán)境分析及可靠性分析單元界面。
【具體實(shí)施方式】
[0008]圖1為總體結(jié)構(gòu)框圖。平臺(tái)由模型生成單元、信號(hào)分析單元、環(huán)境分析及可靠性分析單元、綜合優(yōu)化單元等構(gòu)成，首先基于PR0/E軟件對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行整機(jī)參數(shù)化建模，然后采用ADS、QUARTUS軟件進(jìn)行電磁仿真，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)等全耦合分析；針對(duì)三維模型采用ANSYS、FL0/EMC等軟件進(jìn)行熱分布、沖擊振動(dòng)、電磁兼容、可靠性仿真，最后用ISIGHT軟件對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行多學(xué)科綜合優(yōu)化。系統(tǒng)主界面如圖2。
[0009]模型生成單元界面如圖3所示，該單元嵌入PR0/E軟件，實(shí)現(xiàn)整機(jī)各組件的零部件建模和三維模型裝配，生成ANSYS、FLO/EMC、ISIGHT等軟件可接受的幾何模型，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)各個(gè)組件快速、準(zhǔn)確的參數(shù)化建模。這里采用參數(shù)化理念開(kāi)發(fā)快速建模平臺(tái)，平臺(tái)基于規(guī)則、裝配樹(shù)和PR0/E設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。首先制定有源相控陣?yán)走_(dá)的組件規(guī)則，確定PCB板、芯片、零部件、蓋板等的裝配規(guī)則，該規(guī)則可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行更改；在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于WINDOWS的參數(shù)化建模平臺(tái)，結(jié)合SQL Server2000、C++ Builder進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)建立和可視化操作界面設(shè)計(jì)，包括特征庫(kù)、零部件庫(kù)、組件庫(kù)等數(shù)據(jù)庫(kù)以及外形尺寸、材料屬性、零部件數(shù)量等參數(shù)輸入，系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行各組件的蓋板、側(cè)板、頂板、底板、PCB板、射頻線纜、芯片、連接器、支撐件、接插件等快速建模。
[0010]信號(hào)分析單元界面如圖4所示，系統(tǒng)在建模后將結(jié)果直接導(dǎo)入信號(hào)分析單元，該單元采用ADS、QUARTUS軟件對(duì)模型的內(nèi)部電路進(jìn)行電訊分析，包括對(duì)所有電路的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、時(shí)序信號(hào)、控制信號(hào)等進(jìn)行建模、仿真，尤其是考慮信號(hào)傳輸過(guò)程中電磁串?dāng)_、時(shí)序信號(hào)傳輸延時(shí)等機(jī)電熱作用時(shí)的性能指標(biāo)影響情況，在實(shí)際環(huán)境影響下的模擬、數(shù)字和時(shí)序信號(hào)等全耦合設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果作為各組件的同步綜合優(yōu)化依據(jù)。其中，ADS軟件用于PCB板級(jí)電路的仿真設(shè)計(jì)，包括T/R組件、數(shù)字接收機(jī)、信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)處理等系統(tǒng)的所有電路仿真，以確定各個(gè)組件在同時(shí)工作時(shí)的信號(hào)質(zhì)量是否滿足需求；QUARTUS軟件對(duì)所有組件之間的時(shí)序信號(hào)、控制信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)、同步信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)等進(jìn)行精確仿真，以判定各個(gè)組件在整機(jī)上的運(yùn)行能否嚴(yán)格保持同步。
[0011]環(huán)境分析及可靠性分析單元界面如圖5所示，該單元對(duì)各個(gè)組件的內(nèi)部電路和組件之間進(jìn)行熱分析、沖擊振動(dòng)分析、電磁兼容分析、可靠性分析，通過(guò)分析計(jì)算的結(jié)果，能夠準(zhǔn)確描述有源相控陣?yán)走_(dá)的各組件間的電磁串?dāng)_、熱傳導(dǎo)、受沖擊振動(dòng)等情況，以此作為各組件的綜合優(yōu)化依據(jù)。ANSYS軟件對(duì)各組件的熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合有限元分析，F(xiàn)LO/EMC軟件對(duì)組件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)模塊進(jìn)行電磁兼容仿真，以確定在整機(jī)條件下的所有組件之間的匹配度，為各組件的電訊、結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供支持；同時(shí)，該單元還能夠支持各個(gè)電路、組件和系統(tǒng)的可靠性分析，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)故障樹(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)任何一個(gè)或多個(gè)要素影響組件或整機(jī)可靠性的概率進(jìn)行計(jì)算，包括天線陣面、接收機(jī)系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)等分系統(tǒng)的電路、結(jié)構(gòu)等分系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)(包括平均無(wú)故障時(shí)間或使用壽命等各項(xiàng)指標(biāo))，有效識(shí)別各個(gè)組件或整機(jī)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，為雷達(dá)整機(jī)的研制提供技術(shù)支持。綜合優(yōu)化單元是將模型生成單元、信號(hào)分析單元、環(huán)境分析及可靠性分析單元所得結(jié)果反饋至ISIGHT軟件，以此依據(jù)進(jìn)行整機(jī)所有組件的同步優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)包括組件的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、線纜、布局和安裝位置等，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)組件的電訊、熱傳遞、抗沖擊振動(dòng)、電磁兼容、可靠性等指標(biāo)的綜合優(yōu)化。
【權(quán)利要求】
1.有源相控陣?yán)走_(dá)參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，其特征是:采用參數(shù)化理念開(kāi)發(fā)快速建模平臺(tái)，平臺(tái)基于規(guī)則、裝配樹(shù)和PRO/E設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)τ性聪嗫仃嚴(yán)走_(dá)整機(jī)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確建模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源相控陣?yán)走_(dá)參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，其特征是:采用ADS、ANSYS, FLO/EMC等軟件聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件的電訊分析、熱分析、沖擊振動(dòng)分析、電磁兼容分析、可靠性分析，以便對(duì)整機(jī)各組件間模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、時(shí)序信號(hào)、控制信號(hào)、熱分布、振動(dòng)沖擊、電磁兼容、可靠性等進(jìn)行全耦合仿真。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源相控陣?yán)走_(dá)參數(shù)化建模及綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，其特征是:將ANSYS、FLO/EMC等軟件聯(lián)合仿真優(yōu)化所得結(jié)果反饋至ISIGHT軟件，以此為依據(jù)進(jìn)行整機(jī)所有組件的同步優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)包括組件的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、線纜、布局和安裝位置等，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)組件基于電訊、熱傳遞、抗沖擊振動(dòng)、電磁兼容、可靠性等指標(biāo)的多學(xué)科綜合優(yōu)化。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104021243SQ201410216489
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】高玉良, 張路, 萬(wàn)建崗, 毛滔, 蘇彥華, 鄧靜, 周艷 申請(qǐng)人:萬(wàn)建崗