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1、跟踪雷达风动误差的形成及校正方法课程设计名称： 自动控制原理课程设计 题 目： 跟踪雷达风动误差的形成 及校正方法 专 业： 电气自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 课程设计任务书一、 设计题目：跟踪雷达风动误差的形成及校正方法二、设计任务 1.分析雷达风动校正的原理 2.分析随动系统对风动误差的影响 3.计算随动系统对风动误差的影响三、设计计划 1.参考相关资料，消化设计内容 2.按要求完成设计任务 3.按课程设计的规范要求撰写设计报告四、设计要求指 导 教师： 教研室主任： 时 间：一 引言雷达在跟踪目标的过程中，由跟踪员操纵方位角()和高低角()摸球或手轮，通过随动系统产生角速度电压，
2、以此电压作为天线控制信号，控制天线扫描中心对准目标并与目标以相同的角速度运动。在野战条件下，阵风吹动天线或转动过程中的惯性影响，会使天线中心偏离目标，形成跟踪误差。由于扰动的不规则性，操纵员通常来不及调整跟踪速度以克服这种瞬时角度偏差。即使雷达坐标系统工作在自动跟踪状态，仍然会产生较大的测角误差。因此，必须在天线随动系统、坐标跟踪系统对风动误差进行校正。 二 跟踪雷达风动校正原理雷达跟踪目标通常有“手控”和“自动”两种方式。在手控跟踪方式下，坐标系统的跟踪波门被固定在波束扫描的中心位置，天线以一定的速度跟踪目标。坐标系统进入自动跟踪状态后，跟踪波门会自动跟随目标信号中心运动。在上述两种工作方式
3、下，天线随动系统始终为半自动控制，需靠跟踪员操纵、摸球或手轮使天线以一定的速度跟随目标运动，以保持目标信号始终位于波束中心。现以 角度平面为例分析风动误差的产生及校正过程。没有风动误差时，天线中心对准目标，坐标系统跟踪波门中心对准目标回波信号包络中心，如图1（a）、（b）所示。此时高低角坐标脉冲 （m）代表目标中心坐标。当有风动影响时，天线随风摆动，假定天线在高低角上向下摆一个角度，目标偏离在天线扫描中心的上方，坐标系统的角度坐标脉冲m不再对准回波包络中心，而是偏向左侧，如图1（a）、（b）中虚线所示。 图1风动误差原理图若不加校正，会使目标角度坐标脉冲在中心位置附近随风摆动，形成测角误差。即
4、使在自动跟踪状态，这种扰动的结果也会形成一种抖动噪声。为了减小风动误差的影响，跟踪雷达设备在无线随动、坐标跟踪及显示设备三部分设计了风动校正电路，如图2所示。在随动系统设计有“校正相位检波器”，此电路可以检测精示同步接收机D2与精示同步发送机D1之间的失调角，并转换成与失调角成比例的直流电压，此电压加到坐标系统的校正级，改变加到此较器锯齿波的平流电平，并与比较器的控制电压比较后，改变角度坐标脉冲的位置。 图2风动校正电路组成在上述假定的误差极性下，检波器输出负极性电压，校正级锯齿波直流电平上移，比较脉冲、跟踪波门、m脉冲右移重新与目标中心对齐，随动系统在天线摆动过程中形成精示同步接收机为发送机
5、的误差角，会通过放大执行电机使天线向风吹的相反方向转动，以克服风动效应。三 天线随动系统对风动误差的抑制能力的改善风动干扰对天线随动系统的影响可分解为3部分，即直流分量“一段时间内风动干扰的平均成份”、低频脉动分量和噪声分量。直流分量可使天线转速降低。此时由测速电机形成的负反馈电压亦减小，相应的控制电压作用增强，增大了执行电机转矩，使天线转速回升，从而消弱了风的影响。低频脉动分量可视为对自整角机附加了一个瞬时失调角，随动系统靠较大的放大倍数和较短的时间常数使其迅速消除这个失调角，由于有较强的负反馈，使得消除失调角的过程中不会产生追摆振荡。从风动干扰的效果分析，还存在一定的高频噪声。这种高频噪声
6、直接作用于天线，并通过机械反馈环节传到输入端。此噪声经过随动系统后，也受到一定的消弱。剩余部分可作为角噪声送入坐标跟踪系统。只要适当选择系统带宽，可使噪声干扰得到最大抑制效果。 下面根据随动系统的结构图和传递函数来分析系统对低频脉动分量和噪声分量的抑制能力。1 天线随动系统的传递函数天线随动系统的结构图如图3所示。 图3天线随动系统结构图将各部分传递函数代入，经过变换、化简后，得到闭环传递函数为 （1）2 速度反馈的作用与系数选择在随动系统中，由于机械惯性和转距滞后作用，当天线转到同步位置时，并不能立即停转，而是要冲过同步位置，并产生反向转矩，随着反向转矩增大天线转速下降到零。以后天线在反向转
7、矩作用下运动，如此往复，就产生了追摆振荡。阵风吹动天线时，在正常转动的基础上产生一附加失调角，由此失调角再产生控制电压消除此失调角，由于上述同样原因，也会产生追摆振荡。为了克服追摆振荡，系统在执行电机转出轴上装一测速电机，当执行电机转动时，测速电机也一起转动并输出一个幅度正比于转速的交流电压，其相位与控制电压相反，它产生的转矩总是阻止天线转动，可以消弱追摆振荡。随动系统通常采用双支路自整角机结构，其静态误差可以做得很小（小于1分）因此，动态误差主要由速度误差决定。采用正反馈支路可较好地克服速度误差的影响。因此,系统通常在通过正反馈保证精度的同时合理选择速度负反馈系数，达到抑制风动干扰的目的。
8、为此，系统在设置正反馈系数为0.351的情况下，以0.135、0.269、0.359、0.465设置速度负反馈系数，用MATLAB语言中的step( )、impulse( )命令分别做出闭环系统的阶跃相应和脉冲响应如图4所示。 图4系统阶跃响应、脉冲相应曲线为使系统保持较高的稳定性和较快的反应速度，通常应工作在接近临界阻尼的欠阻尼状态，从图中看Tm=0.359时较为合适。而在图4（b）的脉冲响应曲线中Tm取0.3590.465时克服风动追摆的效果较好，综合考虑，可取Tm=0.359。对应于Tm=0.135、0.269、0.359、0.465，输出噪声误差分别为5.365、2.537、1.879
9、、1.443。可见附加极点越小，Tm越大，则阶过渡过程越大（天线跟踪速度减慢），同时对噪声的抑制能力增强。同样在保证系统反应速度的情况下，取Tm=0.359可较好地抑制风动噪声的影响。3 角度跟踪系统对风动噪声的抑制情况风对天线不规则扰动可引起目标的角坐标抖动，因此等效为一定幅度的角度噪声。此噪声作用于角度跟踪系统后使角度信号包络中心发生不规则的抖动，角度鉴别器输出电压也产生随机分量，由于角度跟踪系统带宽的限制，输入端噪声干扰经过系统后，会有一定的抑制。试验表明，风动噪声的频谱密度可由下式近似表示： （2）式中N为由跟踪目标类型表示的常数；TN=0.0265 s，相当于6周/秒的转角频率。由S
10、()可得到相关函数Ra(): （3）同时，可得到以长度和角度表示的风动噪声均方差为 例如对中型机N取1.34 rad/s，斜距Rm取25 km，可得： 考虑到天线方向性的影响，以及高放、中放、检波、视放、角度鉴别器对角度噪声相关函数的改变情况，其输出端以度表示的方差C2Aa为 （4）对于中型机1/s，,ms代入上式得： 可见经过跟踪系统后，对风动误差具有一定的抑制作用，坐标跟踪系统通常采用校正网络来平滑角度误差。在保证坐标系统调整速度、超调量的前提下，尽量增大校正网络的时间常数，可以使角误差大大减小。例如对于一个阻容式平滑网络当平滑系数（0）=0.113时，其角噪声误差1.3170.113（分
11、2）=0.149（分2）。可基本消除风动噪声对测角系统的影响。结论：在随动系统中，由于机械惯性和转距滞后作用，当天线转到同步位置时，并不能立即停转，而是要冲过同步位置，并产生反向转矩，随着反向转矩增大天线转速下降到零。以后天线在反向转矩作用下运动，如此往复，就产生了追摆振荡。阵风吹动天线时，在正常转动的基础上产生一附加失调角，由此失调角再产生控制电压消除此失调角，由于上述同样原因，也会产生追摆振荡。为了克服追摆振荡，系统在执行电机转出轴上装一测速电机，当执行电机转动时，测速电机也一起转动并输出一个幅度正比于转速的交流电压，其相位与控制电压相反，它产生的转矩总是阻止天线转动，可以消弱追摆振荡。随
12、动系统通常采用双支路自整角机结构，其静态误差可以做得很小（小于1分）因此，动态误差主要由速度误差决定。采用正反馈支路可较好地克服速度误差的影响。因此,系统通常在通过正反馈保证精度的同时合理选择速度负反馈系数，达到抑制风动干扰的目的。经过跟踪系统后，对风动误差具有一定的抑制作用，坐标跟踪系统通常采用校正网络来平滑角度误差。在保证坐标系统调整速度、超调量的前提下，尽量增大校正网络的时间常数，可以使角误差大大减小。设计体会：通过本次设计，我了解了跟踪雷达风动误差的形成，学会了对误差进行校正的方法。同时，在设计的过程中我查阅了大量的资料，极大的增加了自己对于自动控制原理这门课的理解，同时对随动系统的系
13、统结构，传递函数的分析方法，以及校正的方法都有了深刻的认识。在设计的过程中，由于我的水平有限，懂的东西很少，所以在设计的时候需要经常问同学或者上网查资料，这就更加的让我明白了自己知识的匮乏性，在信息时代，知识的匮乏是致命的，我们必须不断的学习、学习再学习，增加自己的知识，用知识来武装自己，让我们在以后的学习和生活中能够走的更好。感谢我们学校、学院为我们安排了这么好的一次设计周，在今后的学习中我会加强理论和实践的结合，通过不断的摸索来弥补自己在自动控制方面的差距。参考文献：1黄忠霖.控制系统MATLAB计算与仿真.北京：国防工业出版社.20012王顺晃,舒迪前.智能控制系统及应用.北京：机械工业出版社.19993李友善.自动控制原理.修订版.北京：国防工业出版社.19894胡寿松.自动控制原理.北京：科学出版社.20013
