雷达天线控制系统的设计

1、雷达天线限制系统设计摘 要本课题探讨的雷达天线限制系统要求具有定位和等速跟踪功能，定位限制要求精度高、响应快，等速跟踪限制要求转速平稳。早期的雷达天控系统大多采纳模拟电路实现，如需调整限制参数时，就要更换限制器中一些元件，同时受环境温度、外界干扰及元件老化等因素的影响，调整器参数都会发生改变，从而影响限制性能。一般的雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和限制设计两部分，这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采纳的设计方法是对结构系统和限制系统先分别设计，然后再依据要求进行调校，这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重，不能保证伺服系统总体的综合性

2、能最优。针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计和限制设计相分别的问题，提出一种结构和限制集成优化设计的模型，即采纳手轮限制和电路自动化限制相结合的方式完成。本文以雷达天线限制系统的研制为背景，设计了系统总体方案。雷达为机动型远程警戒雷达，天线在圆周360°方位中进行运转工作，在伺服系统中对天线的限制实现远程遥控和人工限制。工作中为了有效的消退云雨气象杂波的干扰，利用空间电磁场和目标的特性，在伺服系统中对云雨气象杂波的干扰实现线极化和原极化的转换限制。对于天线360°圆周运转状态，须要通过处理变换并把360°圆周运转的模拟方位信号转换为数字方位信号，同时为雷达各个

3、分系统供应出方位数据；通过方位处理可实现雷达寻北，对方位数据进行自动教北。天线在架设时应进行升降俯仰限制，通过限制可平安操作升降俯仰。关键词：雷达，天线，限制，精度，伺服Radar antenna control system designSummaryResearch of radar antenna control system requires a positioning and velocity tracking, positioning control requires high precision and fast response, speed speed tracking co

4、ntrol requirements, such as stable. Most of the early days of radar controlled systems used analog circuits, need to adjust control parameters, it is necessary to replace the controller components in and influenced by environmental factors such as temperature, outside interference and component agin

5、g effects, changes regulator parameters, thus affecting performance.General performance of radar antenna mainly depends on the level of its servo system design. Design of servo system design including design and control of two parts, interaction between these two parts are tightly coupled. General s

6、ystem design method is used to structure and control system design, respectively, and then adjusted according to the requirements, which often leads to long product development cycles, high cost, poor performance, structure of heavy, cannot ensure the overall performance of optimal servo system. For

7、 the radar antenna servo system design of structure and control design of phase separation problem, proposed a model of integrated optimization design of structure and control, using hand wheel completed the combination of control and automatic control circuit.With development of the radar antenna c

8、ontrol system in the background of this article, designing the general scheme of the system. Radar-Mobile early warning radar, antennas work running in a circle of 360 ° azimuth, remote control for antenna servo system of control and manual control. In order to be effective in eliminating Cloud

9、 and rain weather clutter interference using spatial characteristics of electro-magnetic fields and the target, Cloud and rain in a servo system of weather clutter jamming transition control for linear polarization and the polarization. Aerial 360 ° circle running condition, use the transform a

10、nd simulation of running in a circle of 360 ° azimuth direction of signal into a digital signal, while for the radar system with location data through North azimuth radar homing, on North azimuth data automatically, to teach. Elevator pitch control should be carried out when the erection of the

11、 antenna by controlling the safe operation of elevator pitch. Keywords：Radar,Antennas, Control, Precision, Servo1绪 论1.1课题背景及目的进几十年来，天线和雷达都有着惊人的发展，但基本原理没有重大突破。目前，天线的各种类型层出不穷，性能要求越来越高，应用领域不断扩展。军事装备和国民经济的迫切需求推动和牵引着天线理论和技术的日新月异的发展。在现代科学技术的众多领域中，自动限制技术起着越来越重要的作用。所谓自动限制，是指再没有人干脆参和的状况下，利用外加的设备和装置（称限制装置和限制器

12、），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动的依据预定规律运行。而近几十年来，自动限制技术的应用范围线已扩展到社会生活的各个领域中，已成为生活中不能缺少的组成部分。雷达天线的形态虽然千姿百态，但却有一个共同作用，即都是把电磁波集中起来形成波束实现定向辐射。只是由于各种雷达所用的无线电波波长不同，才使它们的呈现出千姿百态的差异。我们见到雷达天线在不停的转动，其实它是一个方位一个方位挨个的搜寻和探测目标。当天线转动时，集中起来的无线电波束也会随之转动。这样，当强大的波束扫描到空中目标时，依据雷达收到回波时天线所指示的方位，便可以知道目标的方位，并依据波束由雷达放射

13、到目标和由目标反射回到雷达所须要的时间、电波在空间的传播速度，就可以计算出雷达和目标之间的距离。雷达天线限制系统有两种工作状态，一种是当雷达还有捕获到飞机时，要有雷达手操作，通过设计的自动限制系统使天线旋转去搜寻飞机，这是雷达的搜寻过程。其次种状态时当天线捕获到目标时，由雷达天线作自动跟踪飞机的运动，系统处于自动跟踪的状态。1.2雷达天线限制系统的探讨现状随着电子、计算机、自动化等技术对武器装备性能的影响程度越来越大，车载天线稳定跟踪平台技术的探讨始终是国内外各探讨单位和大公司关注的热点。在国外发达国家，如美、英等国的先进武器系统中，运用微惯性传感器的天线稳定跟踪平台得到了广泛的应用，美国的

14、坦克、英国的“挑战者”坦克、俄罗斯的 坦克等都采纳了不同类型的天线稳定跟踪平台。国内有公司和院所等单位在研制车载天线系统，但大多局限于各自行业的应用，而且大都不能满意部队的大放射功率、强抗风性、低温等要求，部队某单位也在研制同类系统，但还没有成熟产品的大量应用。比较有代表性的有：（）基于激光陀螺捷联惯导组合的天线限制系统该系统是由重庆巴山仪器厂开发的一种新的卫星天线的稳定和跟踪系统。系统采纳激光陀螺惯性导航系统（）的数学平台，给出天线相对于地理坐标系的限制信号，使天线稳定在地理坐标系中不受机座运动的干扰，同时系统中还有协助的自动极值搜寻限制，天线在跟踪时的误差达到最小。（）基于国产微机械传感器

15、的卫星电视天线限制系统清华高校导航工程中心从 年起先研制微机械惯性器件，在此基础上研制了一套基于微机械器件的卫星电视接收天线姿态稳定系统。它采纳惯性姿态测量和场强自动组合的方式来稳定跟踪天线，系统由微机械姿态测量模块、伺服限制机构和天馈子系统组成，全部数据处理和限制功能由一个嵌入式工控机完成。微机械惯性姿态测量模块被固结于天线反射面上，用于实时测量天线的姿态和角速度。当其姿态偏离设定值时，伺服限制机构刚好进行调整，为了克服惯性器件的漂移，还同时运用了场强自动跟踪技术来保持天线精确地指向目标卫星，即始终保持场强最大。（）基于单片机技术的卫星天线自动跟踪限制系统复旦高校专用集成电路于系统国家重点试

16、验室开发了一套卫星天线自动跟踪限制系统，模转换器采集仰角、方位角和 信号，经过坐标转换后驱动电机旋转。随着现代电视转播、卫星电视接收、车船用移动天线通讯以及运钞车、公安、消防、石油、地质、野外这样等行业的发展，迫切须要一种性价比高的移动天线通讯系统。这种移动天线通讯系统的关键技术同样在于车载天线平台的稳定和跟踪实力，能否很好的隔离载体（汽车、火车、轮船等）的运动（凹凸速、紧急启动、停止、转弯等）对天线平台的姿态影响，并在各种气象、环境下保证车载天线始终高精度对准卫星，实现连续卫星通信，是此系统成败的关键。1.3 课题探讨内容及要求本文综合考虑了雷达天线在限制过程中的精确度，以及便利性，充分运用

17、机械及限制理论，将机械限制和电子限制综合运用于本设计。应用所学的机械和电气方面的学问，完成该装置的设计，选型结合现行主流配置进行整体设计；设计出主要零部件。 2雷达天线限制系统原理2.1原理简述用来精确地跟随或复现某个过程的反馈限制系统。又称随动系统。在许多状况下，伺服系统专指被限制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈限制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）精确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈限制系统没有原则上的区分。它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动限制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机改变的，

18、并要求输出位置能够朝着减小直至消退位置偏差的方向，刚好精确地跟随指令位置的改变。位置指令和被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了干脆驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并胜利应用在雷达天线。伺服系统的精度主要确定于所用的测量元件的精度。此外，也可实行附加措施来提高系统的精度，采纳这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器和转轴啮合的测角线路称精读数通道，干脆取自转轴的测角线路称粗读数通道。因此可依据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。本设

19、计雷达天线限制系统事实上就是随动系统在雷达天线上的应用。系统的原理图如图2-1所示。图2-1 雷达天线限制系统原理图2.2 系统的组成从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪限制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、可逆功率放大器、执行机构。以上四部分是该系统的基本组成，在所采纳的详细元件或装置上，可采纳不同的位置检测器，直流或沟通伺服机构等等。现在对系统的组成进行分析：1、受控对象：工作机械（雷达天线）。2、被控量：角位置。3、干扰：主要是负载改变（及）。4、给定值：指令转角。5、传感器：由电位器测量、，并转化为、。6、比较计算：两电位器按电桥连

20、接，完成减法运算（偏差）。7、限制器：放大器，比例限制。8、执行器：直流电动机及减速箱。2.3 工作原理现在来分析该系统的工作原理。由图2-1可以看出，当两个电位器和的转轴位置一样时，给定角和反馈角相等，所以角差，电位器输出电压，电压放大器的输出电压，可逆功率放大器的输出电压，电动机的转速，系统处于静止状态。当转动手轮，使给定角增大，则，电动机转速，经减速器带动雷达天线转动，雷达天线通过机械机构带动电位器的转轴，使也增大。只要，电动机就带动雷达天线超着缩小偏差的方向运动，只有当，偏差角，系统才会停止运动而处在新的稳定状态。假如给定角减小，则系统运动方向将和上述状况相反。此处省略 NN

21、NNNNNNNNNN字。如须要完整说明书和设计图纸等.请联系在线扣扣：九七一九二零八零零 另供应全套机械毕业设计下载！全部设计都已通过答辩致 谢时间如梭，光阴似箭，丰富、充溢的求学生活即将成为过去，在此，我诚心感谢所以关切支持我的老师、亲人和挚友，并向他们表示崇高的敬意。在这半年的设计学习中，我得到了王飞老师的细心指导和帮助，从设计的选题、开题论证、资料的收集整理，到正式的设计、撰写修改，无不渗透着王老师的心血和汗水，在此表示诚心的感谢！同时和同学和老师间的沟通也让我受益匪浅。通过设计，我深深的感受到了自己学问的浅薄。学海无涯，在将来的学习中我肯定会更加的勤奋、虚心。在这里我向在高校期间教育我

22、、帮助我的各位老师表示最真诚的谢意!祝老师们身体健康、万事如意！由于时间仓促，自己水平有限，同时缺乏阅历，设计中的不足和错误在所难免，恳请各位老师和同学指责指正，提出珍贵看法。参考文献1模拟电子线路，林春景主编，机械工业出版社，出版时间：2010.42电子线路设计应用手册，张友汉 主编，福建科学技术出版社，出版时间： 2000.73李顺芬.高机动雷达天线的设计探讨J.电子机械工程,2005(4):35-37. 4王霞云.便携式雷达天线结构分析J.现代电子技术,2005(14):118-119. 5杨学惠.某米波情报雷达天线座和自动调平系统设计J.电子机械工 程,2008,24(1):34-36

23、,56. 6牛忠文,程海平.雷达天线误差的一种测量方法J.电子机械工程,2005,21(6)7胡寿松.自动限制原理M.第4版.北京：科学出版社，2001.8姚樵耕、俞文根.电气自动限制M.第1版.北京：机械工业出版社，2005.9梅晓榕、兰朴森.自动限制元件及线路M.哈尔滨：哈尔滨工业高校出版1993.10陈夕松、汪木兰.过程限制系统M.北京：科学出版社，2005.11孟浩、王芳.自动限制原理（第四版）全程辅导M.大连：辽宁师范高校出版社，2004.12吴益飞机载天线跟踪系统设计及工程实现硕士学位论文南京理工高校13任天惠等雷达天线伺服系统的实时仿真舰船电子工程第 期4崔守样，蔡锦达全数字式沟

24、通伺服驱动器在自动限制系统中的应用，工业仪表和自动扮装置曹继光雷达天线结构静力分析江汉石油学院学报第 卷16陈伯时电力拖动自动限制系统北京；机械工业出版社，17郭庆鼎，王成元沟通伺服系统北京：机械工业出版社，18肖英奎等.伺服系统好用技术.北京：化学工业出版社.2004.219刘金馄先进 限制及其 仿真第 版北京：电子工业出版社，20 陈向明机载天线跟踪系统的设计和实现，南京理工高校硕士论文，21 TOUMI K Y. Modeling, design and control integration：Anecessary step in mechatronicsJ. IEEE/ASME Tra

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