【正文】 形網(wǎng)格保障了模型保真度，比FDTD/FIT法具有更高的精度，同時(shí)具備FDTD/FIT在速度和內(nèi)存消耗上的優(yōu)勢(shì)。 縮減RCS設(shè)計(jì)與超寬帶RCS已有的RCS研究主要關(guān)注在頻域窄帶RCS，但隨著超寬帶雷達(dá)應(yīng)用于目標(biāo)探測(cè)以及縮減目標(biāo)RCS的設(shè)計(jì)需求，時(shí)域仿真也將成為RCS研究的重要手段。 FSS與天線罩的RCS計(jì)算特殊結(jié)構(gòu)或者稱之為結(jié)構(gòu)型材料在現(xiàn)代飛行器的隱身設(shè)計(jì)中越來越重要，頻率選擇性表面（FSS）就是一類重要的特殊結(jié)構(gòu)，由于其頻率選擇的特性，在天線罩上應(yīng)用廣泛，可降低帶外散射而又不影響帶內(nèi)電磁波的通過，對(duì)提升設(shè)備的生存能力極有意義。天線陣的模式散射計(jì)算定義方式在HFSS中仿真天線陣在工作頻點(diǎn)的單站RCS，紅色曲線為僅考慮結(jié)構(gòu)項(xiàng)的單站RCS，藍(lán)色曲線為同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)項(xiàng)和模式項(xiàng)在內(nèi)的單站RCS 天線罩的RCS仿真天線罩與天線互耦的問題包含許多復(fù)雜的近場(chǎng)效應(yīng)，全波有限元算法能夠?yàn)榻鼒?chǎng)解算提供必要的精度。結(jié)構(gòu)項(xiàng)散射是指天線的金屬外形結(jié)構(gòu)對(duì)于電磁波的散射。編織型復(fù)合材料 單元法建模 復(fù)合材料的RCS 天線（陣）的RCS仿真飛行器的散射主要由兩部分共享組成，一部分來自于外形及結(jié)構(gòu)，另一部分主要的來源就是雷達(dá)天線。在涂覆隱身設(shè)計(jì)中，軟件的仿真將大大的縮短材料選型和優(yōu)化的過程，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供足夠的理論和仿真數(shù)據(jù)支撐。4 復(fù)雜飛行器的外形隱身設(shè)計(jì)與RCS仿真采用FEBI和DDM技術(shù)，結(jié)合高性能計(jì)算機(jī)的硬件平臺(tái)能夠有效求解復(fù)雜飛行器的RCS仿真，并且單次仿真可得到數(shù)百入射角度下的單站RCS。目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積（RCS）的測(cè)試難度很大，滿足需求的測(cè)量環(huán)境少，且測(cè)量誤差難以評(píng)估，因此，采用數(shù)值仿真的方法一直是目標(biāo)特性研究的重要手段。 通信系統(tǒng)仿真通信系統(tǒng)需要在保證一定誤碼率的情況下，盡可能地提高傳輸數(shù)率和減低被截獲概率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)化。通常而言，雷達(dá)的射頻系統(tǒng)需要滿足低旁瓣，高頻譜純度和低噪聲系數(shù)的要求。 綜合射頻系統(tǒng)構(gòu)架ANSYS軟件具備機(jī)載綜合射頻系統(tǒng)的仿真能力，能夠完成通信，電子對(duì)抗，雷達(dá)和導(dǎo)航子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，以下為具體應(yīng)用說明。圖211. 多發(fā)射通道同時(shí)工作時(shí)接收機(jī)的抗干擾余量三、3 機(jī)載射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)載射頻系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)，電子對(duì)抗系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)情報(bào)交互，干擾/反干擾，目標(biāo)探測(cè)和定位。第二是不同發(fā)射通道之間的互調(diào)，發(fā)射頻譜耦合到其他發(fā)射通道中，與其通道內(nèi)的非線性器件（如PA等）也會(huì)互調(diào)，得到的互調(diào)產(chǎn)物會(huì)經(jīng)由該發(fā)射通道往外二次耦合至接收通道，進(jìn)而影響接收機(jī)靈敏度。在系統(tǒng)中的射頻元器件的線性/非線性參數(shù)也可以人為輸入或通過外部參數(shù)形式導(dǎo)入。EMIT軟件特有多重保真共址干擾預(yù)測(cè)技術(shù)可在復(fù)雜的射頻環(huán)境下快速診斷并定位射頻發(fā)射干擾源，可以幫助各總體單位實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容和射頻抗干擾預(yù)估定性分析。圖25 傾斜旋翼機(jī)降落過程中VHF機(jī)載天線的方向圖變化 系統(tǒng)級(jí)射頻干擾仿真平臺(tái)EMITANSYS公司多系統(tǒng)共址條件下的電磁兼容預(yù)估仿真分析軟件EMIT，用于仿真如飛機(jī)、艦船、衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、車輛等各種平臺(tái)，以及由它們組合構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)中多個(gè)收發(fā)信機(jī)及設(shè)備干擾冗余度的精確仿真、分析、設(shè)計(jì)與系統(tǒng)評(píng)估。HFSS可在一次仿真中同時(shí)求解多部天線的互耦，因此在天線布局的仿真和設(shè)計(jì)效率上有巨大的優(yōu)勢(shì)。2) 對(duì)任意三維結(jié)構(gòu)的全波頻域有限元、積分方程法求解器，以及最先進(jìn)的FEBI求解技術(shù)結(jié)合HPC技術(shù)，全面考慮飛行器及其裝載設(shè)備對(duì)系統(tǒng)各天線的影響，如方向圖的畸變以及各天線間的耦合效應(yīng)。 ANSYS針對(duì)整機(jī)天線布局的功能特點(diǎn)HFSS天線庫內(nèi)置多種天線類型，可滿足天線設(shè)計(jì)及總體部門的快速天線建模需求，HFSS軟件擁有業(yè)界最先進(jìn)的有限元求解器，其HFSSHPC模塊具備超線性加速比的DDM技術(shù)，結(jié)合HFSSIE模塊，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的混合算法FEBI，該方法是求解天線布局這類電大尺寸問題的最佳方法，可達(dá)到最佳效費(fèi)比。一、二、2 整機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)EMC設(shè)計(jì)的目標(biāo)是整個(gè)裝備上各分系統(tǒng)電子設(shè)備間能夠互相兼容正常工作，提高整系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，設(shè)計(jì)者關(guān)注的是以GJB1389A為基礎(chǔ)的系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性要求，如CE10CS10CS10CS11CS11CS11RE10RS103等。2）隱身功能增強(qiáng)是指要在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境中更好地隱蔽自身，這包括要能夠做到抗干擾、抗ARM、低截獲概率（LPI）以及更小的雷達(dá)散射截面（RCS）。圖19. 加載板載天線系統(tǒng)前后結(jié)果對(duì)比.. 機(jī)載雷達(dá)同無人機(jī)的一體化設(shè)計(jì)仿真雷達(dá)已經(jīng)成為武器裝備系統(tǒng)的核心。結(jié)構(gòu)的電磁特性需要利用電磁場(chǎng)仿真工具進(jìn)行電磁場(chǎng)計(jì)算，而參與輻射的信號(hào)能量大小則需要通過電路仿真計(jì)算。電磁仿真軟件應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)可分為三個(gè)層次：一是部件級(jí)的仿真，如單片集成電路、單天線、陣列天線、濾波器、功分器等；二是系統(tǒng)級(jí)的仿真，如天線與饋電網(wǎng)絡(luò)、天線罩、收發(fā)鏈路設(shè)計(jì)等；三是布局仿真，如機(jī)載天線系統(tǒng)、平臺(tái)電磁兼容設(shè)計(jì)等。例如，星載天線在環(huán)境溫度及大發(fā)射功率導(dǎo)致的電損耗熱源的混合作用下產(chǎn)生的溫度場(chǎng)導(dǎo)致形變，從而影響天線的電性能。 電磁、結(jié)構(gòu)、流體的多物理場(chǎng)仿真ANSYS向客戶提供基于統(tǒng)一平臺(tái)、同一個(gè)參數(shù)化整機(jī)模型的電磁、結(jié)構(gòu)、流體、乃至嵌入式系統(tǒng)的多個(gè)物理域仿真能力，能夠兼顧系統(tǒng)在外形、電磁、熱、結(jié)構(gòu)等多方面的需求，方便的在多個(gè)物理場(chǎng)仿真之間進(jìn)行協(xié)同驗(yàn)證和設(shè)計(jì)迭代。 工程仿真的重要角色 航空航天和國(guó)防工業(yè)的應(yīng)用之復(fù)雜，即便是實(shí)現(xiàn)精確仿真這類最基礎(chǔ)需求也需要高質(zhì)量的物理域仿真及系統(tǒng)建模和仿真能力，并輔助以高性能計(jì)算和自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)能力。比如在現(xiàn)有飛機(jī)上，前視紅外和微光電視旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、天線，甚至控制面的凸出物，不僅增加了飛機(jī)的氣動(dòng)阻力，而且增強(qiáng)了飛機(jī)的信號(hào)特征，從而使敵方傳感器很容易探測(cè)到無人機(jī)。單片集成技術(shù)可以極大提高各種傳感器和控制器的性能，并且大大降低其尺寸和費(fèi)用。圖11. 全球鷹無人機(jī)下一代無人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：多用途；模塊化；全隱身；自主式；高空長(zhǎng)航時(shí)。美國(guó)洛克希德格魯門公司制造，是一種高空長(zhǎng)航時(shí)無人偵察機(jī)，續(xù)航時(shí)間大于42小時(shí)，可以提供高質(zhì)量的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)大面積區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視。為順應(yīng)作戰(zhàn)運(yùn)用的變化，美軍在《空軍2025》報(bào)告中提出今后幾十年無人機(jī)的關(guān)鍵需求，明確了多任務(wù)平臺(tái)為戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)的下一個(gè)發(fā)展方向。UAS的主要功能包括： 信息獲?。?攻擊及支援； 奪取戰(zhàn)場(chǎng)電磁權(quán)； 提供預(yù)警及通信中繼能力； 目標(biāo)指引； 戰(zhàn)場(chǎng)輸送?！叭蝥棥睙o人偵察機(jī)由美國(guó)諾斯羅普“全球鷹”可通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈把偵察到的圖像信息實(shí)時(shí)傳輸給地面站，該機(jī)能在20000米的高度準(zhǔn)確識(shí)別停放在地面上的各種飛機(jī)、導(dǎo)彈和車輛的類型。波音公司為美國(guó)空軍研制的X45無人戰(zhàn)斗機(jī)，武器系統(tǒng)采用內(nèi)掛設(shè)計(jì)，機(jī)身中線兩側(cè)各有一個(gè)武器艙，能夠根據(jù)作戰(zhàn)需要攜帶JDAM和小型精密制導(dǎo)炸彈等。片級(jí)集成是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以將信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)控制、信息處理、化學(xué)和物理敏感元件、液壓和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及輻射的產(chǎn)生和探測(cè)等集成在一片3/8in薄片上。負(fù)載和飛機(jī)機(jī)體低水平集成的結(jié)果是機(jī)體更大、空中待命時(shí)間更短（ 由于更大的阻力導(dǎo)致飛行效率降低）、生存力降低。各種有源和無源傳感器不一定只給單一的通信、電子戰(zhàn)、雷達(dá)、敵我識(shí)別或?qū)Ш较到y(tǒng)提供信號(hào)，天線和傳感器分布可能覆蓋了75%的飛機(jī)蒙皮，可以提供從幾兆赫到光頻范圍（ 光波覆蓋的頻譜范圍，包括紅外、可見光、紫外等，通常可達(dá)到吉赫，太赫）的孔徑。 然而，想要在未來依然保持競(jìng)爭(zhēng)力，單靠將這些各領(lǐng)域的仿真技術(shù)做精做深是不夠的，還需要一系列關(guān)鍵的建模、仿真、設(shè)計(jì)和知識(shí)管理能力，從而真正做到改進(jìn)整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)流程。ANSYS在物理域仿真方面提供的主要能力如下：? 電磁、結(jié)構(gòu)、流體多個(gè)物理域及其耦合仿真；? 電路/電磁場(chǎng)雙向耦合仿真；? 高性能計(jì)算；? 多學(xué)科優(yōu)化；圖12 Workbench平臺(tái)下的多物理場(chǎng)仿真機(jī)現(xiàn)今，在許多科研單位，建模和仿真數(shù)據(jù)的在工程師之間傳遞經(jīng)常是封閉且效率很低的，這也經(jīng)常成為誤差和不確定性的源頭，因?yàn)樵诓煌浖ぞ咧g傳遞模型經(jīng)常導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。圖13 通過電磁場(chǎng)仿真得到的天線電損耗分布ii圖14 溫升導(dǎo)致的應(yīng)力場(chǎng)分布圖15 形變前后的天線電性能（遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖）變化綜上所述，無人機(jī)的電子系統(tǒng)涉及很寬的頻段，為了避免各分系統(tǒng)之間的干擾以及與結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)之間的干涉，必須在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行系統(tǒng)性的規(guī)劃，系統(tǒng)仿真在規(guī)劃中的地位顯而易見。對(duì)于片上集成電路系統(tǒng)，涉及到信號(hào)完整性、電源完整性、數(shù)?；旌想娐泛碗姶偶嫒?電磁干擾問題，基于傳統(tǒng)“路”的概念的方法已經(jīng)不能適應(yīng)技術(shù)的需要。圖18. 系統(tǒng)級(jí)仿真 考慮板載影響前后的天線方向特性如圖45所示。這就要求雷達(dá)方向特性具有更低的副瓣、更高的增益、更寬的工作帶寬、更低的掃描跟蹤角度。利用HFSS，可以實(shí)現(xiàn)有限大陣列的快速仿真分析、反射面天線的混合求解計(jì)算、近遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、陣列天線雜散電平分析、大規(guī)模陣列天線的并行計(jì)算、天線罩與天線的協(xié)同仿真等，其中平臺(tái)對(duì)天線方向特性的影響如圖45所示圖16. 無人機(jī)平臺(tái)對(duì)機(jī)載雷達(dá)天線性能的影響 綜合而言，隨著大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)電子系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)已是大勢(shì)所趨，尤其是智能蒙皮設(shè)計(jì)，需要部件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和平臺(tái)級(jí)的協(xié)同仿真，節(jié)省資源、提高效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵性突破。