某雷达试验中测距误差偏大的分析

收稿日期： 修回日期：2010-04-05 2010-04-29 1 引言 2 雷达测距系统误差的主要来源 某跟踪雷达在跟踪距离标定物时，雷达的距离测量数 据稳定，且距离误差满足指标要求。而在进行零飞试验 时，雷达跟踪稳定。图1为试验中雷达测量距离与目标真 实距离的曲线。但测距系统误差为-5.1m，不满足指标要 求，通过对测距误差数据的分析，发现测距误差的大小随 距离的远近而变化，目标距离越远，误差越大，如图2所 示。为此，本文对影响该跟踪雷达距离系统误差随距离远 近变化的原因进行了分析，并对软件采取了相应的改进措 施，取得了良好效果。 该跟踪雷达采用的测距方法为脉冲测距法。它是通过测 量回波脉冲相对于发射脉冲的时间延迟而得到目标的径向距 离。脉冲测距方程为： ——（式1） 其中R(t)与 分别 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示目标的瞬时径向距离和回波脉 冲相对发射脉冲的时间延迟，C为无线电波在均匀介质中的 直线传播速度，约等于光速。 一般跟踪雷达可能产生的测距系统误差源主要有： （1）零距离设置误差。零距离设置是指当采样波门中 心对准目标回波中心时，距离计数器的指示值，这是一个固 图1 雷达距离测量值与真值曲线 某雷达试验中测距误差偏大的分析 崔傅平 （中国电子科技集团公司第20研究所，陕西 西安 710068） 摘 要：文章针对某跟踪雷达在试验中出现的距离系统误差偏大的现象，进行了理论分析和试验，确认误差源于大气介 质对电磁波传播的影响。通过进一步的研究，证明了原 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的距离修正系统不完善，并采取了相应的改进措施。试验 表明，改进后的雷达测距精度满足系统要求。 关键词：电磁波测距；大气折射率；测距系统误差 DOI：10.3969/j.issn.1671-6396.2010.14.004 AnAnalysis on Excessive Error in Range Measurement Trials of Certain Tracking Radar CUI Fu-Ping (The 20th Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Xi an,Shaanxi 710068) Abstract:Based on theoretical analysis and experimental trials upon the excessive error that came up in certain tracking radar range trials,it is affirmed that the error amount is attributed to the effects of air medium on radiation of electromagnetic-wave.With further study,inadequacy of the range revision system is checked in the original design and corresponding improvements are realized.The eventual trials validate that the improved radar range accuracy is up to satisfaction. Key words:Electromagnetic-wave range;Air refraction;Range system error ’ 图2 改进前雷达测距误差 06 中国西部科技 2010年05月（中旬）第09卷第14期 第211期总 。 定的系统误差。通过仔细标定，该项误差的剩余可以在1～ 2m之内。 （2）接收机延迟误差。接收机延迟主要由中频放大器 中级联滤波器引起，每级的延迟与其带宽的倒数成比例。 对于一个典型系统，它大约是脉冲宽度的两倍，这种延迟 固定量，通过精确校准修正后，剩余误差可忽略。 （3）光速转换误差。光速转换误差主要是由光速不稳 定引起。在计算距离时，光速C是用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 光速计算的。实际 上在地球大气中这个速度会有变化。在实际应用中，光速 通常与传播误差一起通过气象参数校正。 （4）传播误差。雷达波束通过地球周围大气层时，由 于对流层和电离层折射指数随高度的变化而变化，因而使 波束弯曲，目标回波也产生了额外的时间延迟，从而引起 距离测量误差。 通过图1可以看出，雷达跟踪飞机的距离曲线平稳光 滑。且跟踪距离标定物稳定、准确，可排除零距离设置误 差、接收机延迟误差、光速转换误差的影响。由于距离系 统误差值的变化和目标距离的远近有关，考虑到该雷达是 从沿海地区S城市做完试验到西北地区J城市，两地的大气 条件差异很大，所以大气折射应该是引起距离误差随距离 变化的主要原因。 当电磁波在大气中传播时，由于大气介质分布不均匀 将造成电磁波折射。因此电磁波传播的路径不是直线而是 走过一个弯曲的轨迹。在正折射时电磁波传播途径形成一 个向下弯曲的弧线。当发生负折射时，电磁波传播途径将 形成向上弯曲的弧线。 由图3可以看出：虽然目标的真实距离是R，但因为电 磁波不是直线传播而是按曲线R传播。因此，测量所得的目 标距离是R而不是 ，目标回波产生了额外的时间延迟，这 就产生了一个距离误差 。 ——（式2） 所以，由距离自动跟踪系统测量出的距离值要经过修 正才能得到比较精确的距离测量值。 的大小和大气层对 电波的折射率有直接关系。大气中的电磁波的折射是由于 不同高度上传播速度的变化而引起的。折射指数是传播速 度的一个度量，定义为自由空间的速度除以具体问题中的 媒质的速度。大气中的传播速度与自由空间中的速度相比 差别很小。根据国际电信联盟，中等高度处表面折射指数 的平均值为1.000315。除了使用折射系数n，更为方便的是 使用一个修正参数，成为折射系数N，定义为 因此，折射指数n＝1.000315对应于折射系数N＝315。 在微波频段，空气折射系数N由经验关系给出： ——（式3） 式中：p为大气压，毫巴（1mm汞柱＝1.3332毫巴）； e为水蒸气压力，毫巴；T为绝对温度，K。 大气折射系数取决于气压、温度和水蒸气，其中水蒸 气在微波频段最重要。它极大地影响了微波的传播速度。 温度变化比气压变化影响更大。由于大气压p和水蒸气常数 e随地表的高度迅速减小，当温度减小很慢，折射系数一般 随高度减小。 以该雷达做试验的两个城市为例：该雷达在沿海S城市 试验时，根据以往的经验，折射指数取值为n＝1.000385。 S城市的年平均气压为101千帕，年平均湿度为70%，根据式 3计算出的折射指数n＝1.000372。J城市的年平均气压为 85千帕，年平均湿度为47%，根据式3计算出的折射指数 ＝ 1.000272。两地平均折射率有0.0001的变化，即每1Km折射 误差修正量就有0.1m的变化。而在西北地区J城市试验时， 未能对折射系数再做修正，导致在远距离区的距离误差比 较大。 所以对雷达的距离修正系统进行了改进，取当地的平 均折射指数 ＝1.000272作为新的距离修正系数，雷达系统 改进后，再次进行了精度校飞试验。由精密光测和雷达测 试设备获得目标真实距离，得到雷达跟踪距离系统误差为- 1.7m，误差曲线结果见图4。试验证明，改进后雷达的距离 系统误差指标满足系统的要求。 通过理论分析和试验，发现了造成某跟踪雷达测距系 统误差偏大的主要原因，并对软件进行了改进。改进后的 试验表明，原测距系统误差偏大的现象消除。这说明对问 题的分析是正确的，采用的解决方法是可行的。 3 原因分析 4 改进及试验结果 5 结束语 O s J R n n O 图3 大气折射对电磁波的影响 图4 改进后雷达测距误差 07 论 著 (下转第04页) 在屏蔽体中的感生涡流引起的。感生的涡流可以产生一个 反磁场抵消原干扰磁场，同时，涡流在屏蔽体内流动产生 热损耗。 电磁兼容性设计包括电路选择、元器件的选择、滤 波、屏蔽、接地、布局等。 选择零电压开关、零电流开关谐振技术或其他软开关 技术。在零电压谐振变换器中，功率开关上的电压波形为 准正弦，dv/dt小；在零电流准谐振变换中，流过功率开关 的电流为准正弦，di/dt小，这样就可以减小EMI电平。因 为干扰频谱窄，且集中在谐振频率附近，易于滤波器的设 计。 要特别注意降低功率开关的di/dt与dv/dt和减小整流 二极管噪声的缓冲电路的设计。 滤波是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付传导 干扰方面，具有明显的效果。欲削弱传导干扰，把EMI电平 控制在有关EMC标准 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的极限电平以下。除抑制骚扰源以 外，最有效的方法就是在电源输入和输出电路中加装EMI滤 波器。在滤波电路中，选用穿心电容、三端电容、铁氧体 磁环，能够改善电路的滤波特性。 适当的设计或选择合适的滤波器，并正确地安装滤波 器是抗干扰技术的重要组成部分，具体措施如下：（1）在 交流电输入端加装电源滤波器。所有的电源滤波器都必须 接地，因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作 用。一般的接地方法除了将滤波器与金属外壳相接之外， 还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连，接 地阻抗越小滤波效果越好。另外，滤波器应尽量安装在靠 近电源入口处，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出 端。（2）在电源输出端加输出滤波器。加装高频电容，加 大输出滤波电感的电感量及滤波电容的容量，可以抑制差 模噪声。如果把多个电容并联，效果将会更好。 在使用滤波器的时候，我们还必须注意以下几点： （1）滤波器必须有良好的屏蔽，屏蔽体与电源良好搭接。 （2）输入滤波器应装在输入端口处，输出滤波器应装在输 出端口处，并远离内部电磁发射很强的电感器、功率开关 等。若可能的话，尽可能作为一个独立部件与电源合理连 接。（3）滤波器的输入、输出线不能交叉，应采用屏蔽线 或相互间设置屏蔽层。（4）滤波器内部的元件，自身要进 行良好的电磁屏蔽和接地处理，以免流过滤波器接地导线 的短路电流造成有害电磁辐射。（5）滤波电感的铁芯最好 采用罐型或者环型，若用其他形状可加短路环或磁屏蔽。 线圈采用单层或分段式绕法，小电流时可采用蜂房绕制的 多层线圈。共轭线圈不能采取双线并绕，应是对称的两个 独立线圈。（6）应选用高频特性好的电容器。 必须注意电路中的接地问题，因为公共阻抗耦合主要 通过公共地阻抗进行。如果接地没有处理好，可能会对电 路引入很大的地干扰，从而使电路不能正常工作。能够连 在一起的地应尽量连在一起，接地点尽量粗一点，还可以 尽量加粗地线宽度，减少环路电阻。若地线很细或者接地 点很小，接地电位则随电流的变化而变化，使抗噪声性能 变坏。 （1）元器件的布局。在设计电路时，通常骚扰源和受 扰电路由于受到工作条件的限制而难以避免。这时，应尽 量将相互关联的元器件摆放在一起，以避免因器件离的太 远而造成印制线过长所带来的干扰；再者将输入信号和输 出信号尽量放置在引线端口附近，以避免因耦合路径而产 生的干扰。 （2）散热片的安装。考虑到可能恶化电路运行状态的 功率器件发热问题，可以给功率器件安装散热片，既能散 热，又可以减小电磁噪声。为了使功率开关管和散热器能 有良好的热传导，常在功率开关管与散热器之间抹上导热 性能良好的绝缘硅胶（为了保证有良好的绝缘，常常还在 中间垫绝缘垫片，防止散热片带电）。这些硅胶和绝缘垫 片相当于在功率管和散热片之间串联了耦合电容Ck。因 此，功率开关管在快速开断时产生的电磁噪声就会通过 Ck耦合到散热片上面。从防止各个开关管之间的噪声相互 串扰的角度来考虑，最好是每个功率管用一个独立的散热 片，而不是几个功率开关管公用一个散热片。 根据对EMC设计和应用的要求不同，利用屏蔽、滤波、 接地等技术，可采用综合 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 来完成EMC设计和实施。 3 电磁兼容防护实施 3.1 软开关技术 3.2 滤波 3.3 接地 3.4 其他减少电磁干扰的方法 4 总结 参考文献： [1] 张青山,赵万章,张雪峰.电磁兼容与系统可靠性设计[J].吉林 大学学报.2009,27(3):229～234. [2] 白 运 芳 .电 磁 兼 容 与 电 磁 兼 容 设 计 [J].无 线 电 工 程.2008,38(11):34～36. [3] 姚 琳 .解 决 电 磁 兼 容 需 要 综 合 方 案 [J].今 日 电 子.2006,12:125～126. 04 中国西部科技 2010年05月（中旬）第09卷第14期 第211期总 由于我国地域广阔、环境复杂，大气 折射率的变化较大，所以使用电磁波测距时要充分考虑到 当地、当时的大气因素，需要测量和计算出准确的大气折 射指数，才能提高电磁波测距的精度。 参考文献： [1] 楼宇希.雷达精度分析[M].北京:国防工业出版社,1979. [2] 王德纯,丁家会,程望东.精密跟踪雷达测量技术[M].北京:电子 工业出版社,2006. [3] 焦中生.气象雷达原理[M].北京:气象出版社,2005. (上接第07页)