天线罩测试误差与补偿本科毕业设计.docx

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1、毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：天线罩测试误差与补偿作者所在系部：电子与控制工程学院雷达，也被称为“无线电定位”，它能够通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标的方位、高度等信息。而雷达天线罩可以保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长其使用寿命。但天线罩在保护雷达的同时会对电磁波造成反射和折射，使其指向一个不真实的目标方向。本文针对上述的天线罩会对雷达测角造成影响的现象进行了原理剖析。搭建了适宜的暗室环境并对透过天线罩的电磁波进行了测试，最后对测试结果数据进行拟合并绘制出了图像。随后本文在理论分析与全面精细的天线罩测试数据

2、的基础上,研究了基于数据拟合方法的高效测试方法。并通过研究目前各种天线罩瞄准线误差补偿的方法，对比找出了一个较为精准的误差补偿方法。最终使用该方法并将补偿结果绘制出图像与补偿前图象进行对比,证明了该方法精准有效。关键词：雷达天线罩误差测试误差补偿AbstractRadar,alsoknownasradiopositioning,canilluminatethetargetandreceiveitsechobyemittingelectromagneticwaves,thusobtaininginformationabouttheorientationandheightofthetarget.T

3、heradarradomecanprotecttheantennasystemfromwindandrain,snow,ice,dustandsolarradiation,andreducethewear,corrosionandagingoftheantennasystem,andprolongitsservicelife.However,whileprotectingtheradar,theradomewillreflectandrefracttheelectromagneticwaves,makingitpointtoanunrealtargetdirection.Thispaperan

4、alyzestheprincipleofradaranglemeasurement.Thesuitabledarkchamberenvironmentisbuiltandtheelectromagneticwavespassingthroughtheantennacoveraretested,andfinallythetestresultdataismerged.Basedonthetheoreticalanalysisofdataandcomprehensiveantennapatchtestdata.Bystudyingvariousmethodsoferrorcompensation,w

5、efindamoreaccurateerrorcompensationmethod.Finallyusingthismethodandcomparingthecompensationresultswiththecompensationimage,itisprovedThismethodisaccurateandeffective.Keywords:Radarradomeerrortesterrorcompensation摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景及研究意义11.2 国内外研究概况31.2 .1国外研究概况31.3 .2国内研究概况41.3 本文完成的主要工作内容41

6、.4 小结5第2章测角及误差原理62.1雷达测角原理62.2天线罩造成误差的原理7第3章天线罩简介103.1 天线罩分类103.2 天线罩电性能指标11第4章天线罩测试过程134.1测试的必要性134.2 天线罩测试流程134.3 机械臂简介154.4 测试及数据处理软件164.5 测试后得到的数据174.6 本章小结18第5章天线罩误差补偿205.1 天线罩瞄准线误差补偿的主要问题205.2 机械修磨补偿法205.3 数学补偿方法21第6章补偿结果236.1测试数据图236.2补偿后的测试数据图24第7章结论与展望267.1主要结论267.2研究展望26致谢错误!未定义书签。参考文献28天线

7、罩误差测试与补偿第1章绪论1.1 课题背景及研究意义Radiodetectionandranging,中文翻译是无线电测距与侦查，他的简写就是雷达的英文音译单词Radar1意为通过实际应用无线电的技术理论来对目标达成勘探方位与测量距离的目的。在第二次世界大战期间雷达首次出现，并且在二战中一经应用就帮助英国在反空袭战中成功搜寻到了德军的飞机，对推动战争进程起到了重要作用。因此，自二战以来，以美、俄、法、英等国为首，世界上的各个发达强国几乎均将大力研发雷达技术作为本国的技术研发重点之一。在雷达技术初次应用于实际的第二次世界大战初期时段,雷达的应用场景和预期目标基本上就是通讯部队期望利用雷达探测技术

8、来达到能够快速精准的探测到敌机的方位和距离并且根据其速度来判断敌机到达的时间的目的。而随着时间的推移，无线电技术也在不断的发展与进步，所以雷达技术也在伴随着不断的发展。因此，对于现代雷达的要求功能和预期目标也越来越精细，越来越全面，不但要求雷达能够迅速截取探测到目标，还要在接收到目标的信号之后将信号传递至信息处理系统，然后快速对目标的方位信息、距离信息、俯角信息、仰角信息、速度信息等进行测量。在此基础上还要对目标一边持续进行扫描监视一边不断保持跟踪，以期望实现对目标的测绘、导航、显示出目标的形状样貌等一系列最新的功能。而要想达到这些目标看似复杂,然而实际上雷达最基本的原理其实就是通过利用目标对

9、电磁波的反射与折射来发现目标,从而对传回的信号进行分析处理之后得到测定目标的包括距离与方位，角度在内的一系列空间位置坐标。并且，值得我们注意的是：测算目标的方位以及距离长期以来也一直都是雷达最重要且最为基础基本的功能之一,因此精确快速的测量到目标的方位角以及距离也是在整个雷达测探过程中的一个重要部分,与此同时,该过程也是雷达的天线在接收到目标的反馈信号之后随后将要进行的信息分析处理这一过程中的核心要点之一。随着现代高科技的发展，雷达也不再单纯的被应用于军事当中，目前雷达也被广泛的应用于民用，例如民用飞机与航海的导航、气象勘测等领域。任何一项技术都不会独自的发展，受到了雷达发展的影响，雷达天线罩

10、的应用前景也日趋开阔。雷达天线罩通常被用于保护天线罩内部的雷达天线系统，使其免遭于外界环境当中的风沙、腐蚀、辐射等恶劣损坏影响，从而使得其内部的雷达设备能够正常进行工作的一种防护设备。在天线罩的庇护下，外界恶劣条件不易干扰到罩内的雷达天线系统，辐射或者酸性环境对雷达天线所能成腐蚀以及磨损被天线罩大大减少。因此雷达天线的的工作环境就相比未加罩的状态更加稳定，这也就相当于天线罩延长了雷达天线的使用寿命，并且使得天线能够保持住可靠的工作性能。不仅如此，如果是安装在导弹上的雷达，天线罩还能够消除因为导弹高速飞行所可能给雷达带来的高温高压，空气动力负荷和风力矩等一系列问题，这就相当于减少了运动过程中的摩

11、擦力，那么因此原本需要用来驱动天线的功率就可以减少了。而功率需求降低了那么我们就可以减轻导弹的重量以及惯量了，可谓收益无穷。而对于一些大型的观测雷达，由于雷达天线罩体积庞大，日常的维护雷达天线设备的人员甚至还可以在天线罩内开展工作，这样无论是雷达天线还是工作人员都可以避免遭受外界恶劣环境的影响，不仅明显的延长了雷达工作器件的使用寿命还显著改善了在罩内进行相关操作人员的工作环境。用一种类比的方法来解释的话，在天线罩内部雷达天线的工作频段范围内，天线罩大致类似于一个可供目标所反射的电磁信号进行穿梭的透明窗户所起到的作用“叫雷达天线罩一般由高硅氧玻璃纤维、石英纤维等材料复合而成，这些材料不仅能够满足

12、天线罩所需的电性能要求，还能够提供优秀的力学性能支持。正是由于上述的雷达天线罩的种种优点，在雷达系统当中天线罩的地位显得相当重要,天线罩的性能优劣完全会直接影响到未来雷达能否准确的测量道目标的方位角度。然而，天线罩虽然保护了雷达天线不受腐蚀等影响,但是它也会对其造成一些不利的影响。比如受材料因素影响，雷达天线罩会在雷达进行收发电磁波的时候对雷达天线所辐射的电磁波产生物理干扰，如造成反射或者折射等，虽然可能只是很小的一部分，但是这也足以引起展现雷达电磁波方向性的旁瓣回波发生变化或者增加,进而对测量结果造成不良的偏差。而造成这种结果的原因通常都是由于雷达天线罩对电磁波的传输造成了插入相位延迟（即输

13、入信号与输出信号的相位差）或者折射反射，这才使得天线罩令雷达电磁波束产生了变化与偏移。而电磁波波束主瓣偏移所造成的主要后果就是会造成雷达方向偏移,使得雷达对目标进行的跟踪瞄准误差增加。如果是固定位置的目标那么这种误差会相对小一些，但是如果目标是在时刻不断地进行着运动的（例如敌机），那么这时雷达就要时刻保持对彼此之间相对角度与距离都在不断地改变的目标的跟踪。所以目标所反馈的电磁波在传输到雷达天线罩时候的相对角度也会跟随着不停变化，因此通过天线罩的电磁波辐射并不会在同一角度与位置进入天线罩，这个入射的角度与位置会时刻变化。之前我们提到雷达所探测到的目标位置（即视在位置）和雷达的实际位置之间是存在着

14、一个角度偏差的U4I,而这个角度就是所谓的雷达天线罩所造成的瞄准线误差。而这个瞄准线误差会在雷达与目标相对位置变化的同时也发生着变化。如果某一时刻瞄准线误差超过了一定的限度,那么这就会导致实际对雷达的定位出现巨大误差。因此，我们需要尽可能的降低这种瞄准线误差【叫从而来提升雷达测试的精准度。本文根据雷达天线罩给雷达造成测试误差的原理,依托对天线罩进行详细的电气性能测量（例如天线罩介质材料的电性能测量，由于天线罩对电磁波在传输时引起反射从而造成的角度带来的瞄准误差曲线测量等）从而得到的数据，通过研究当前已经广泛应用的天线罩瞄准误差曲线的补偿方法，在整合天线罩测试数据的基础上，进行数据的理论分析,目

15、标研窕出基于数据拟合法的一种高效的雷达天线罩测试方法。并且通过实验测得数据与补偿后数据的对比验证来证明这种补偿方法是高效且可行的。1.2 国内外研究概况1.2.1 国外研究概况在20世纪的40年代，结合电磁波的传播特性，威洛比米勒凯迪和路易斯亚历山大特纳对穿过雷达天线罩进行传播的电磁波进行了研究。他们推导出了在平板天线上面的电磁波传播以及反射的公式，但是这种方法的局限性很大，缺乏通用性，因为使用这种方法时每一种不同结构的天线罩都必须分别的去推导与之相对应的公式。在20世纪的50年代末期,坤恩和巴勒斯在波场理论的基础上提出了等效传输线理论,该方法基于薄微带的假设，将波导等传输线等效为长线，引入了

16、模式电压和模式电流的概念，并利用微积分思想来推导出了传输线的模型，简化了原本需要在电磁波传输的过程中进行多次多层且复杂的平板求解问题的繁琐过程。在20世纪的60年代，伴随着计算机运算和建模能力的不断提高，有关于天线罩的相关理论研究成果也日益丰硕，大体的发展经过了如下几个阶段：首先是对于较为简单的平面雷达天线罩模型,吉尔康伊尔发明了可以对其传输特性进行分析与运算的二维射线跟踪法，这种方法将由天线信号源辐射出的电磁波视作一条射线，并把电磁波的反射面类比为源信号传播的镜像面，并通过几何关系准确地找到对应的路径。这种方法影响深远，在后来被人们广泛的应用到无线电波传输特性的研窕之中。在此之后，对于三维的雷达天线罩模型,塔维斯基于之前的研究成果,又发明出了三维射线跟踪法来对其进行电性能的测量,并且将这