《《毕业设计(论文)－抛物面天线误差测量软件系统的设计》.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《毕业设计(论文)－抛物面天线误差测量软件系统的设计》.doc（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武 汉 工 程 大 学 本 科 毕 业 设 计（ 论 文 ）摘 要随着现代科学技术的飞速发展，抛物面天线测量技术，在现代天线技术以及军事科研领域中的地位日益重要。本论文的主要工作是对抛物面天线设计其对应的测量系统软件，文中主要探讨和开发了抛物面天线误差测量系统的数据处理和显示软件。抛物面天线是目前比较常用的天线之一，其结构一般由反射面，天线支架，加强筋等组成。本论文针对抛物面天线的测量需求，设计完整的驱动方案、显示测量结果与计算方案。根据天线测量原理得到抛物面天线测量系统的总体框图，然后从硬件和软件两个方面实现了对抛物面天线误差测量系统的构建。硬件设计包括单片机控制的步进电机、天线测量放大器的
2、设计和数据采集电路的实现。软件部分包括单片机控制程序、单片机与主控计算机之间的串口通信以及接收数据处理模块，最后设计了测量可视化软件。抛物面误差评定软件研制是一项系统工程，涉及到测点布置方法、测点数量与误差关系、曲面拟合、重构模型和标准模型匹配、误差评定、软件功能规划、软件工具选择、软件编制等内容。使用本软件系统，能驱动抛物面误差测量装置完成指定的曲面测量任务，自动计算和显示均方根误差。关键词： 抛物面，误差，测量，软件，均方根误差。AbstractWith the rapid development of modern science and technology, parabolic an
3、tenna measurement techniques in modern antenna technology and military research in the field is more and more important. The main work of this paper is to design the corresponding parabolic antenna measurement system software, the paper focuses on the development of the parabolic antenna and error m
4、easurement system of data processing and display software.Parabolic antenna is one of the most commonly used. The composition generally has reflector, the antenna support, strengthen tendons and so on. Parabolic antenna measurement needs for a complete driver program design. And show measurement res
5、ults and calculation program. Measurement principles are based antenna parabolic antenna measuring overall system block diagram, from both hardware and software to build a parabolic antenna measuring system. Hardware design, including microprocessor controlled stepper motor, the antenna measurement
6、amplifier circuit design and data collection. Software components including the microprocessor control program, microcontroller and the serial communication between the host computer and receive data processing module, and finally design visualization software measurement. Parabolic error evaluation
7、 software development is a systematic project involving meter placement method, the number of measurement points and error relations, surface fitting, reconstruction model and the standard model matching, error evaluation, functional planning software, software tool selection, software programming a
8、nd so on. Use of this software system, the error measurement device can drive parabolic surface measurements to complete the assigned task, automatically calculate and display the root mean square error.Keywords: Parabolic，Error，Measure，Software，the root mean square error.目 录摘要1Abstract2目录4第一章 绪论51.
9、1 概述51.2 论文背景及国内外现状51.3 论文的主要工作7第二章 天线测量的基本理论与分析92.1天线基本理论92.1.1天线的作用与电磁散射92.1.1天线的电参数102.1.1天线的辐射特征参数112.2 天线测量的技术分析192.1.1天线测量的任务192.1.1天线测量的技术分析19第三章 软件系统设计263.1人机界面的设计263.1.1 信息产品的人机界面263.1.2 人机界面分析273.1.3 人机界面设计283.2 误差测量软件研制293.2.1 误差评定技术293.2.2 误差测量软件系统研制303.2.3 系统设计简图323.3 检测及校准方法323.4 均方根误差
10、的计算343.4.1 旋转抛物面模型343.4.2 软件的计算方法343.4.3 改进的变形表面误差算法353.5 抛物面误差测量系统操作界面图39第四章 结论41参考文献42致 谢43第一章 绪 论1.1 概述由抛物面反射器和位于其焦点处的馈源组成的面状天线叫抛物面天线。分为发射天线和接收天线两种，发射天线由馈源发出的球面电磁波经抛物面反射后，成方向性很强的平面波束向空间辐射，可以将无线信号直线发射到卫星或者其他抛物面接收天线。接收天线由抛物面反射器将垂直信号反射收集到馈源。其特点是结构简单，方向性强，工作频带宽。广泛用于微波，卫星通讯等领域。1.2 论文背景及国内外现状随着航空航天和电子通
11、讯技术的迅猛发展，对各种雷达及通讯系统的性能要求越来越高。天线是雷达、通信等无线电系统的关键部件之一，它的性能直接关系到整个系统的性能。天线测量技术，在现代天线技术以及军事科研领域中的地位日益重要。近场测量技术，在发达国家它不仅被认为是测量天线性能的有效方法，而且是研究新型天线的必备手段，并有向其它领域渗透的巨大潜力。近场扫描测量具有获得的信息量大、环境及电气随机干扰小、计算精度高、投资小、可全天候工作等一系列优点。因此，它为实现军用和民用天线的高精度自动化测试以及快速检测与调试，提供了先进的测试手段和计量标准。远场测量在实际应用中仍然占有重要地位。主要是由于近场测量不仅需要建立近场吸波实验室
12、，还需要高精度近场测量设备，目前国内只有大型研究机构才具有这种实验条件。所以一般天线测量在国内仍采用远场测量的方法，国内许多研究机构仍承担着远场测量任务。天线测量系统分为三个主要的部分：射频（RF）部分，机械与控制部分（扫描架，转台，控制器）以及软件数据处理和显示部分。本文主要讨论的是最后一部分即软件数据处理和显示部分。目前国际上提供成熟的天线测量系统的公司主要有美国的NSI，MIT，以色列的Orbit等公司。NSI公司在全球已有三百余套测试系统，系统集成技术成熟，在近场，远场，测试软件方面都有明显的优势，Orbit公司产品也具有很高的自动化程度并具有多种扩展接口。MIT公司则在远场转台方面有
13、独到之处。国内在天线近场和远场测量系统方面也有深入的研究。大约在上世纪七十年代末八十年代初，我国近场测量技术才开始起步。近年来，在一些大专院校和科研单位，研制和进口了不少近场测量系统。在大专院校方面，西安电子科技大学通过自行设计，于1987年研制成功了国内第一套平面近场扫描系统；北京理工大学研制了一套小型时域测量系统。在研究所和公司方面，中国电子科技集团公司第14研究所自行研制生产了采用激光测量设备的天线测量系统，并为航天部二院设计了天线测量系统；兵器部206所和航天504所引进了由以色列ORBIT公司生产的系统；成都29所和38所引进了由美国NSI公司生产的系统；航天501所也研制了自动球面
14、近场系统；海天天线科技公司已引进了法国Satimo公司的多探头球面测量系统。远场测量方面虽起步较早，但随着自动化和计算机技术的发展，自动测量系统也是这几年才涌现出来的。西安电子科技大学远场测量系统虽早已建成，但自动测量系统也是在2002完工；北京航空航天大学于2002年建成了新型微波毫米波幅相测试系统；国防科学技术大学于2004年构建了天线测量系统；台湾明新科技大学也在2004年建成了适用于小型天线的3维远场测量系统；西北工业大学于2005年建成了远场测量系统；哈尔滨工业大学于2005年完成了小型天线方向图测试系统的研制；南京航空航天大学2005年建成了基于GPIB总线的天线测量系统。研究所方
15、面主要是上海微波技术研究所的利用窄脉冲技术的天线远场测量系统。西安电子科技大学在天线测量的理论研究和工程实践上都取得了可喜的研究成果，并培养了一批高级人才。西安电子科技大学研制成功的天线测量系统经电子部组织专家鉴定，认为论正确、技术先进，填补了国内天线及目标特性近场测试的空白，达到八十年代国际先进水平。经过“八五”、“九五”和“十五”国防预研，在这一技术领域的理论研究、工程实践和系统集成方面都取得了一系列研究成果。其高精度自动测试系统集成技术研究推广应用于国内38所、722厂、西北工业大学、空军工程大学等十几家科研和生产单位。抛物面天线已广泛应用于卫星通讯、雷达技术、宇宙探索、地面跟踪及射电天文等现代技术领域中，其目的是保证天线电性能指标。在工程中，天线反射面在制造与安装时往往不能与原设计抛物面完全吻合，并且在各种外部因素如受自重、日晒、冰荷及风雨雪等作用也会发生变形，导致天线表面精度大大降低 。然而，天线电性能指标在很大程度上依赖于反射面表面精度，而表面精度又取决于背架和中心体的刚度、反射面的加工精度，以及反射面板装配的准确度，最终影响天线电性能指标要求的满足，如天线效率降低、副瓣电平变高及方向性变差等随着天线工作环境越来越复杂，工作频段愈来愈高，准确分析其变形反射面的表面精度就显得非常重要。大型通用有限元分析软件ANSYS在天线结构分析中有着广泛的应
