星载有源相控阵天线可靠性建模与分析

发布时间：2021-02-14 22:38

　　针对星载有源相控阵天线可靠性建模不准确问题,研究了天线阵系统的失效判据并提出了一种表决冗余的故障相关系统"树联"可靠性模型。该模型利用树结构的层次关系描述系统内各单元间的关联,将系统正常工作判据等效为每层单元的冗余约束。在此基础上,通过引入条件概率,并以递归的方式给出了系统可靠度的计算方法。同时,还提出了一种基于蒙特卡洛的系统可靠度模拟方法。最后,以某星载有源相控阵雷达天线为例,对模型及算法进行了验证。结果表明,"树联"可靠性模型较传统模型更准确,且解析值与蒙特卡罗仿真结果吻合较好。 

【文章来源】：雷达科学与技术. 2020,18(02)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

有源相控阵天线系统组成示意图

为形象化描述，利用MATLAB软件对相控阵幅度方向图进行仿真计算，假设信号频率为10GHz，相邻天线单元间距为30mm，单元数量分别为12,24,36时，方向图如图2所示，可见有源相控阵天线单元数量对其辐射强度和波束宽度影响很大，同一频率下阵元数量和天线间距越大波束就越窄。对于相控阵雷达而言，辐射功率和波束宽度是重要的功能指标，而辐射功率又与有源相控阵的功率源T/R组件及阵元数量相关。因此，在评估相控阵天线系统可靠性时，可使用T/R组件允许失效数作为系统功能正常与否的判据。一般而言，对于地面相控阵天线，其组件的冗余量设置为10%，而星载相控阵天线该比例通常为5%[3]。2 天线阵系统可靠性建模

为此，这里依据层次建模的思想[13]，提出一种表决冗余的故障相关系统“树联”可靠性模型。该模型利用树形结构描述有源相控阵天线系统中各单元的层级关联，同时通过树结构中的父、子节点约束系统中各单元间的控制范围。如图3所示为天线阵的系统可靠性框图，图中M为系统总层数；Ni为第i层单元的总数量（该层单元按顺序编号记为i-1到i-Ni);Ri为第i层单元的可靠度；Ki为第i层单元与其父节点单元数量的比值。“树联”可靠性模型构建顺序为自顶向下，模型具备以下特点：

【参考文献】：
期刊论文
[1]有源相控阵可靠性分析及设计[J]. 邓林,邓明,张成伟,何文波.  装备环境工程. 2012(02)
[2]n/k（G）表决冗余多阶段任务系统可靠性优化模型[J]. 胡涛,俞建.  系统工程与电子技术. 2012(01)
[3]机载有源相控阵天线阵的可靠性研究[J]. 熊年生,黄正英.  雷达科学与技术. 2009(04)
[4]机载相控阵雷达天线阵的可靠性新模型[J]. 丁定浩,李健.  雷达科学与技术. 2006(02)



本文编号：3033981