重力作用下天线反射面变形及其调整角度的确定

以结构力学分析为基础,根据最佳吻合抛物面的概念,应用矢量叠加原理推导出了大型天线反射面重力变形随俯仰角变化的数学表达式.针对天线表面精度在某仰角调整好而在另一仰角变差的问题,给出了求解反射面精度最佳调整角的优化计算方法.通过分析某工程12 m圆抛物面天线在多工况下的表面误差,及其与ANSYS软件计算结果的比较,证明了所推公式的正确性.数值计算结果表明:此方法能够得到合理的重力预调角.在工程上应用此方法设计和建造大型反射面天线,可提高反射表面的精度,改善天线系统的整体性能.     

集中负载对大口径天线反射面精度的影响

本文详细介绍了集中负载对天线反射面精度的影响,建立了66m天线结构有限元模型,依据模型分析结果,对集中负载引起的天线主面误差进行了分析和数值计算;引入保型设计概念,对集中负载的承载点进行了优化设计,提出了对集中载荷作用分散化、变形均匀化的处理方式。该方法在66米天线上的成功应用,证明了其可以有效的提高天线反射面精度,保障了探月二期任务的圆满完成。该方法对大口径、高精度反射面天线的研制有重要的指导意义。     

高精度窄波束二次雷达指向精度补偿

相控阵天线的指向精度对雷达系统的精度有非常重要的影响。影响天线指向精度的因素很多,包括移相器量化单位误差、TR 单元间的物理结构、安装位置误差等。为了确保二次雷达的量测精度,天线的指向精度必须高于雷达系统的测向精度。本文制定出一种高效的指向误差补偿方案。该方案不仅可以大幅度减小指向误差,而且可以节约修正指向误差时间和人员的投入。     

65m射电望远镜天线结构指向精度分析与设计

针对国内口径最大、精度最高的65 m射电望远镜天线,分析计算了其结构指向精度。介绍了轨道组合、枢轴组合和测角装置等关键部件的精度设计过程和结构误差,以及其他重力和环境因素引起的误差。通过结果分析、现场实测和长期工作,证明了天线结构设计指向精度的均方根误差达到11.8″,去掉系统误差,天线指向精度的均方根误差有望达到2″的精度。     

65m天线结构主反射面面形精度分析

为掌握各外荷载对反射面表面形状的影响,为促动器提供调控依据,确保巨型射电望远镜结构在运营期间良好的工作性能,以上海65 m天线结构为研究对象,对其主反射面面形精度问题展开研究。首先阐述了反射面最佳吻合抛物面的求解方法及面形精度的计算方法;其后介绍了主反射面最佳安装调整角的求解方法,并给出了最佳安装调整角度;最后,分析了结构自重、风、温度作用对反射面面形精度的影响,并给出了分析结果,分析时考虑了不同俯仰角、不同风速、非均匀温度场及反射面板的影响。结果表明:主反射面最佳安装调整角为48.9°,由此求得重力荷载下的精度最大值为0.73 mm,对应俯仰角为5°;日照非均匀温度场作用对于天线结构面形精度的影响接近重力影响,不容忽视;而工作风速和均匀温度场作用下的精度较重力产生的影响小很多,有数量级的差异。该分析方法和结果也为该类全可动天线结构设计及面形精度分析提供了相应的参考,具有借鉴意义。     

TM65 m天线基础和轨道沉降及对天线指向的影响

天马望远镜（简称TM65 m）所建地区属于软土层,为保证望远镜高指向精度,需要坚实的基础支撑高精度的方位轨道平面。2012年7月~2015年7月,基于精密水准测量系统,采用闭合法对基础沉降及轨道面精度共进行了11次测量。测量数据表明基础沉降逐渐趋于均匀沉降,轨道面均方根误差为0.47 mm。测量结果显示天线的基础沉降和轨道面高程随方位角的变化具有相关性,说明基础沉降直接影响了轨道面的精度。采用实验、仿真和理论相结合的方法分析轨道面不平度引起的天线方位轴在东西和南北方向的误差。首先,线性插值测量的轨道不平度数据,提取某方位角对应的天线方位滚轮6支点的高程,然后将高程差作为约束边界条件施加到有限元模型上,最终仿真分析获得不同方位角下方位轴的倾斜量。同时,利用安装在天线座架上的电子倾斜仪对轨道面不平度进行测量,建立了倾斜仪x和y向输出数据与方位轴倾斜及对应方位角的关系模型,经拟合计算得到方位轴的倾斜量随方位角的变化关系曲线。仿真和理论分析结果具有很好的一致性,轨道面不平度对指向精度的影响在4内,分析结果为天线指向模型修正提供了依据。     

基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正

针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题,提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型,在全视场区域内均匀选取若干点,比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差,通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后,指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad,平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad,并且当俯仰角较小时,修正效果较好;在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后,最大指向偏差变为1.51 mrad,平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度,对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。     

某型地基相控阵天线指向系统性误差分析

相控阵天线的指向精度决定着雷达系统对目标的探测精度,甚至会影响跟踪、截获目标的成败。以一种地基相控阵天线为例,详细分析了机电混合扫描天线的指向系统性误差来源：1)热形变导致的单元间距误差,2)空气折射,3)伺服机械转动误差,4)天线内部温度场变化等。从理论上分析了上述因素对天线指向精度的影响,并提出了完整的远场误差校准方法和误差修正流程。试验结果表明,误差来源分析准确,所提出的校准方法可以明显改善天线指向精度,从而提高雷达系统跟踪精度和威力,对于地基乃至移动平台相控阵天线的设计与应用具有重要的参考价值。     

考虑馈源位置误差的面天线机电耦合优化设计

 针对面天线结构设计中存在的机电分离以及忽视馈源位置误差的问题,从机械电磁两场耦合的角度,将反射面天线主面误差和馈源位置误差统一到天线方向图的远场计算公式中,从而可以研究包含馈源支撑结构在内的天线结构参数对主要电性能（包括增益、副瓣、波瓣宽度、指向精度等）的影响。利用该公式建立了包含馈源支撑结构参数的天线整体机电耦合优化模型,通过某8米天线的仿真对比表明了该耦合优化模型的优点,最后将该优化模型应用于某40米大型反射面天线,取得了满意的效果。     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。     

一维综合孔径微波辐射计海温反演精度研究

星载一维综合孔径微波辐射计(1D-ASMR)利用天线阵代替传统辐射计的大天线,具有高空间分辨率 和多入射角观测特点,是未来海温遥感的重要载荷。为评估1D-ASMR 亮温测量误差EMb 对海温反演精度的影响以 及为卫星系统的设计提供依据,文中构建了1D-ASMR 亮温仿真模型,采用多元线性回归算法(Multiple Linear Regression, MLR),定量研究了1D-ASMR 海面温度反演误差随入射角和EMb 的变化规律。其中,该1D-ASMR 工作频点为 6. 9 GHz、10. 65 GHz、18. 7 GHz、23. 8 GHz 和36. 5 GHz,极化方式为水平极化和垂直极化,入射角范围为0°~65°,EMb 范围为0~1 K。结果表明:海面温度反演误差随入射角的变化趋势受EMb 的影响,大入射角对应的反演误差低于小 入射角。采用控制变量法,分别研究不同频点EMb 对海面温度反演的影响,可得:在同一入射角下,反演误差会随着 各个频点EMb 的增大而增大,但当EMb 的大小超过0. 5 K 时,反演误差随着EMb 的增大而增大的趋势会明显减缓 且6. 9 GHz 的EMb 对海温反演误差的影响最大。     

Peak gain of a Cassegrain antenna with secondary position adjustment

For an enclosed Cassegrain antenna, the loss of peak gain and beam deviation due to structural deformations of the primary reflector and rigid body displacements of the secondary reflector and of the feed are computed from the combined changes in the radio frequency (RF) path length. As the antenna moves in elevation, the position of the secondary reflector may be adjusted mechanically to minimize the loss of peak gain; a general method for the computation of the magnitude of such adjustments and of their effects on the gain and pointing of the system is presented. Numerical results are obtained for a particular case of a 45-ft diameter antenna designed for operation at 95.5 GHz RF for which the computed peak gain of the antenna varies significantly with the elevation angle. The results indicate that the loss of peak gain as the antenna moves in elevation can be substantially reduced by mechanical adjustment of the position of the secondary reflector.     

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。     

Peano分形加载单极子辐射性能的研究

对有限地板尺寸和介质填充情况下Peano分形加载单极子天线的辐射特性进行了研究.利用HFSS分析了地板尺寸和填充介质材料对天线反射系数、辐射方向图和增益的影响.仿真表明:随着地板尺寸的减小,天线的阻抗带宽和增益明显减小,H面方向图变化不大,而E面方向图的半功率波束宽度增大,波束仰角减小;填充材料的介电常数过大会导致天线性能的恶化.在分析研究的基础上,设计并研制了地板尺寸为220mm×220mm的一阶和二阶Peano分形加载单极子天线.天线分别实现了45°和36°的波束仰角,50°和45°的半功率波束宽度.仿真与实测结果均表明凋节地板尺寸是控制Peano分形加载单极子天线E面半功率波束宽度和波束仰角的一种简单而有效的方法.     

A deformable subreflector for the Haystack radio telescope

A deformable subreflector was designed and implemented to compensate for part of the gravity deformations of the primary reflector of Haystack, a 37-m-(120-ft-)diameter Cassegrain radio telescope. This was done to allow it to operate at 100+ GHz, as compared to the 1-to-10 GHz range for which it was originally designed. The design, analysis, construction, testing, and the results of preliminary measurements of performance are presented. The deformable subreflector consists of a fiberglass shell, supported on an aluminum back structure. The homologous components of deformations are compensated for by optimal positioning of the subreflector, which can be displaced axially and laterally, and tilted. The deformation modes of the subreflector compensate for astigmatic deformations of the back structure of the primary, and for part of the symmetric and anti-symmetric components of gravity sag of the panels of the primary reflector. Analyses show that, due to the deformable subreflector, the surface RMS due to gravity has been reduced from 494 mm (19.4 mil) down to 146 mm (5.7 mil), as the antenna travels over its operating range of 15 to 70 degrees elevation. Combining the reduced gravity effects with surface adjustment and thermal errors results in a predicted combined surface error of 250 mm (9.8 mil), at the extremes of the operating range.<>     

基于双极化圆阵天线的多路径干涉仪测向研究

当低空掠海反舰导弹攻击目标舰船时,因为海面多路径散射波的存在,导致舰船上传统的相关干涉仪测向不准,从而不能有效反击拦截导弹。提出了一种基于双极化圆盘阵列天线的多路径相关干涉仪的测向方法,其工作原理为(假设反舰导弹天线是垂直极化方式)当圆盘阵列天线选择垂直极化方式时,干涉仪接收到导弹直达和海面多路径散射的混合信号;当圆盘阵列天线选择水平极化时,干涉仪仅接收到海面多路径总散射信号。在仿真中,根据相关干涉仪算法和多信号分类(MUSIC)算法,可以画出混合信号和总散射信号的空间坐标分别为方位角3°,4°,俯仰角82°,86°,然后比较两者空间向量之间的关系,得出导弹的空间坐标方位角小于3°,俯仰角小于82°,最后通过最小方差无失真响应(MVDR)空域滤波和波束形成算法抑制干扰信号的影响, 通过仿真可以看出总散射信号方位角被抑制大约23 dB,俯仰角被抑制大约17 dB,并通过与仿真场景中导弹的实际空间坐标进行比较,可看出该方法依然存在一定的差距,但也为消除散射多路径对测向的影响提供一种思路与方法。     

65m射电望远镜天线静动力学分析

介绍了65 m天线结构的基本情况,分析了用于有限元分析的基本矩阵方程和65 m天线的载荷和边界条件。对65 m天线进行了静力学和动力学分析,得到了在典型仰角下的天线精度和谐振频率。同时,对天线进行了强度分析,得到了不同仰角和不同工况下的安全系数。结果表明：天线结构在给定条件下,能够满足设计需要,不会产生破坏,为该工程的结构设计提供了依据。     

65m射电望远镜天线结构力学分析

介绍了65 m天线结构的基本情况,给出了用于有限元分析的基本矩阵方程和65 m天线的载荷和边界条件,根据天线结构形式建立了有限元分析模型,并通过对建立的天线模型进行静力学和动力学分析,得到了在典型仰角下的天线精度和谐振频率。同时,对天线模型进行了强度分析,得到了不同仰角和不同工况下的安全系数。结果表明:天线结构在给定条件下能够满足设计需要,不会产生破坏,为该工程的结构设计提供了依据。     

Gravitational deformation of a reflector antenna measured with single-receiver holography

Holographic measurements of deformations in a large antenna reflector are described. The deformations were brought about by changing elevation angle and gravitational loading. A phase-switching arrangement was used, which allowed a single, already installed and operating receiver to be shared by both the main antenna signal and a reference signal. Natural H/sub 2/O masers in our galaxy were used as signal sources, and a reference antenna was attached rigidly to the antenna under test so as to move with it. Observing techniques are described that accommodate changes in source elevation angles and antenna feed position while acquiring a data set.     

Land vehicular propagation channel characterization of BGAN system

This paper summarizes the results of a measurement campaign, which set out to characterize Inmarsat's broadband global area network extension (BGAN‐X) L‐band land vehicular (LV) channels as a function of elevation angle and candidate antenna systems. Measurements were conducted with three types of directional antennas on motorway routes around London using Inmarsat's Indian Ocean Region (IOR), Atlantic Ocean Region‐East (AOR‐E) and Atlantic Ocean Region‐West (AOR‐W) satellite transmissions, corresponding to elevation angles of, respectively, ～7.5°, ～13° and ～30°. Simultaneous recordings of data on two types of directive receivers enabled correlation of several channel parameters. Statistics were used to refine a baseline model that derived BGAN‐X LV channel parameters by scaling the statistics obtained from an omni‐directional antenna receiver. The measurements demonstrate that Ricean mean and Ricean factor vary significantly over the chosen routes at elevation angles below ～13°. Further, the Doppler shift of the direct path can be predicted accurately. A qualitative analysis indicates that the multi‐path Doppler spread is generally (not always) caused by uniform scattering around the vehicle over short distances and undergoes spatial filtering due to the receiver antenna. A technique was established to derive statistics of a two‐state Markovian channel model at any specified fading threshold by gathering tracking system state, thereby allowing one to ascertain service expectations and operational parameters such as connection time‐out of a packet‐switched system or reliability threshold of a circuit‐switched system. The technique was used to identify and select appropriate routes, particularly for the IOR and the AOR‐W regions. Data analysis is in progress to establish the reason for the slow variations of signal mean at low‐elevation angles in Ricean conditions and to derive appropriate statistical models. Furthermore, image processing of the video recordings is expected to reveal the extent of optical and RF fades correlation. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.