机动式空馈相控阵弹道精密测量雷达结构精度分析
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摘要
本文所涉及的弹道精密测量雷达是我国第一部可用于实战和靶场测量的采用透镜式空馈体制的车载机动式大型相控阵雷达，该雷达具有很高的测量精度、良好的机动性，对系统结构也提出了很高的精度要求。作为雷达测量精度重要组成部分的系统结构精度，既对测量精度有着重大影响，其本身又极易受各种误差的影响，因此必须对系统结构精度进行合理地分析与设计。
本文对该雷达系统结构精度进行了分析，对主要误差——天线平台变形进行了仿真分析。文中找出了影响系统结构精度的所有误差源，并采用极值法和统计法等方法进行了误差分配，提出系统的各组成部分的精度设计指标；文中还阐述了用于平台结构变形分析的有限元法基本原理和建模方法，建立了平台的有限元模型，利用I-deas软件进行了平台结构变形仿真分析，得到平台在各工况下的变形趋势，找出了设计方案的薄弱点，并据此修改了设计方案，提高了设计准确性，缩短了研制周期。
该雷达的研制成功填补了国内空馈相控阵体制雷达的空白，对今后我国同类产品的研制具有显著的指导意义。本文对雷达结构精度的分析和对平台的有限元分析方法，可供其他雷达进行结构精度设计与分析时参考。
A accurate trajectory survey radar, which is referred by this paper, is the first type of large mobile Optical-feed Phase Array trajectory survey radar in China. This radar can be used in battle and shooting range measure, and it has very high accuracy of survey and good flexibility. So the radar put forward a very high request to the accuracy of the system structure. The precision of the radar's system structure, which is one important part of the radar's survey accuracy, has the great effect on the survey accuracy, and it can be affected by many kinds of errors. So the precision of the radar's system structure must be analyzed and designed reasonably.
This paper analyzes the radar's system structure precision and does the computer simulation to analyze the distortions of the antenna platform that is the primary error of the radar's system structure. In this paper, all the error sources, which influence the system structure accuracy, are found out, and all the errors of the system structure are distributed by the methods of extremum principle and statistic. Based on these jobs, the accuracy design targets that must be performed by each part of the radar's structure system are pointed out.
Aim at the platform of the antenna, this paper elaborates the basic principle and the finite element calculation modeling method which be used for the analyses to the platform structure distortion, and sets up the finite element calculation model of antenna platform. Then by using the finite element software—I-deas, the trends of the platform structure distortion under each work condition is obtained, the weakness of the design is found out, and design is modified according to these analysis.
The successful development of this radar will fill up the local blank of the Optical-feed Phase Array radar field in China. It has an obvious instruction function to the same kind of the radar that will be developed in the future in China. The method of analysis to the radar's structure accuracy and the finite element analysis for the platform that is described in this paper can be used for the reference to other mobile radar when their system structure will be designed and analyzed.
本文对该雷达系统结构精度进行了分析，对主要误差——天线平台变形进行了仿真分析。文中找出了影响系统结构精度的所有误差源，并采用极值法和统计法等方法进行了误差分配，提出系统的各组成部分的精度设计指标；文中还阐述了用于平台结构变形分析的有限元法基本原理和建模方法，建立了平台的有限元模型，利用I-deas软件进行了平台结构变形仿真分析，得到平台在各工况下的变形趋势，找出了设计方案的薄弱点，并据此修改了设计方案，提高了设计准确性，缩短了研制周期。
该雷达的研制成功填补了国内空馈相控阵体制雷达的空白，对今后我国同类产品的研制具有显著的指导意义。本文对雷达结构精度的分析和对平台的有限元分析方法，可供其他雷达进行结构精度设计与分析时参考。
A accurate trajectory survey radar, which is referred by this paper, is the first type of large mobile Optical-feed Phase Array trajectory survey radar in China. This radar can be used in battle and shooting range measure, and it has very high accuracy of survey and good flexibility. So the radar put forward a very high request to the accuracy of the system structure. The precision of the radar's system structure, which is one important part of the radar's survey accuracy, has the great effect on the survey accuracy, and it can be affected by many kinds of errors. So the precision of the radar's system structure must be analyzed and designed reasonably.
This paper analyzes the radar's system structure precision and does the computer simulation to analyze the distortions of the antenna platform that is the primary error of the radar's system structure. In this paper, all the error sources, which influence the system structure accuracy, are found out, and all the errors of the system structure are distributed by the methods of extremum principle and statistic. Based on these jobs, the accuracy design targets that must be performed by each part of the radar's structure system are pointed out.
Aim at the platform of the antenna, this paper elaborates the basic principle and the finite element calculation modeling method which be used for the analyses to the platform structure distortion, and sets up the finite element calculation model of antenna platform. Then by using the finite element software—I-deas, the trends of the platform structure distortion under each work condition is obtained, the weakness of the design is found out, and design is modified according to these analysis.
The successful development of this radar will fill up the local blank of the Optical-feed Phase Array radar field in China. It has an obvious instruction function to the same kind of the radar that will be developed in the future in China. The method of analysis to the radar's structure accuracy and the finite element analysis for the platform that is described in this paper can be used for the reference to other mobile radar when their system structure will be designed and analyzed.
引文
[1]张光义．相控阵雷达系统．第1版．北京：国防工业出版社，1994
[2]谢建华．相控阵雷达技术及其在防空系统中的应用．战术导弹技术．2001(1)：46～58
[3]杨秀芝，陈家祯．系统精度分析方法．福州大学学报(自然科学版)．2000(5)：42～46
[4]闫群等．机械系统精度分配与评价方法的研究．林业机械与木工设备．2002(8)：21～23
[5]杜永强，胡进．舰载三坐标雷达测向误差估计及其修正方法．现代雷达．1998(5)：21～25
[6]陈建军等．多工况下天线结构的可靠性优化设计．机械科学与技术．2002(3)：373～376
[7]谭贵红．机动型雷达平面阵列天线的结构设计．现代电子．2001(3)：47～62
[8]袁海平．雷达机械结构现代设计方法初探．电子机械工程．2000(3)：8～10
[9]周勤．机动式雷达天线座系统设计探讨．电子机械工程．2002(6)：56～58
[10]王若谷等．雷达天线座有限元分析及优化设计．现代雷达．1998(6)：81～86
[11]吴连元，董建荣．惯性制导平台台体有限元分析．中国惯性技术学报1994(2)：60～66
[12]张铁山等．CAD／CAE技术在汽车车架设计中的应用．上海工程技术大学学报2001(3)：216～220
[13]张铁山等．轻型汽车车架动态有限元分析．南京理工大学学报(自然科学版)．2001(6)：588～592
[14]李德信等．SX360型自卸车车架有限元分析模型的建立及动静态特性分析．机械科学与技术．2002(3)：380～384
[15]黎西亚等．车架有限元分析技术发展综述．专用汽车．2001(1)：13～15
[16]黎西亚等．重型越野车车架扭转刚度分析．湖北航天科技．2003(1)：20～25
[17]李德军等．反“Z”型重型汽车车架的有限元分析．济南大学学报．1994(1)：66～68
[18]陈龙，周孔亢．载重汽车车架强度分析与试验研究．机械强度．2002(1)：148～150
[19]冯国胜．汽车车架结构参数的优化设计．汽车技术．1994(3)：6～11
[20]王伟等．汽车车架的静态强度分析．郑州工业大学学报．2000(3)：15～8
[21]邓楚南，何天明．半挂车车架有限元强度分析．武汉汽车工业大学学报．1997(4)
[22]薛彩军等．机械结构静动态性能协同分析方法研究．工程设计学报．2002(4)：183～186
[23]杨汝清主编．现代机械设计——系统与结构．第1版．上海：上海科学技术文献出版社，2000
[24]蒋庄德主编．机械精度设计．第1版．西安：西安交通大学出版社，2000
[25]景旭文主编．互换性与测量技术基础．第1版．北京：中国标准出版社，2002
[26]张荣瑞．尺寸链原理及其应用．第1版．北京：机械工业出版社，1986
[27]陈莉杰，姜波，耿瑞，刘兆东．大型构件热变形检测中温度梯度的影响及克服方法．机械工程师．2003(5)：52～54
[28]高俊强等．建筑物沉降观测精度指标的研究．南京建筑工程学院学报．2001(1)：21～26
[29]冯健康．相控阵天线波束指向精度的测试方法．火控雷达技术．1995(3)：47～60
[30]付原．相控阵天线的光电轴匹配探讨．火控雷达技术．1998(9)：25～29
[31]周勒．雷达天线平台高精度调平装置的结构设计分析．电子机械工程．1999(5)：61～63
[32]王勋成等．有限元基本原理与数值方法．北京：清华大学出版社，1996
[33]王成焘等．现代机械设计——思想与方法．第1版．上海：上海科学技术文献出版社，1999
[34]Structual Dynamics Research Corp, Ⅰ-DEAS~(TM)Design Reference Guide, 1997
[35]Structual Dynamics Research Corp, Ⅰ-DEASTM Student Guide, 1997
[36]姚曙光．板梁组合结构的Ⅰ-deas软件有限元建模研究．机车电传动．2002(6)：22～24
[37]Structual Dynamics Research Corp, Ⅰ-DEAS~(TM)Simulation User's Guide, 1997
[38]傅思良，袁文辉．Ⅰ-DEAS实体建模中有关自由边问题的研究．机械研究与应用．2002(1)：53～54
[39]Ali R, Hedes J L, Mills B, Structural analysis of frames, Automobile Engineering, 1970
[40]Thiel W., Katehi L.P.B., Saber K A hybrid approach for modeling complex antenna systems on vehicular platforms 2003 IEEE MTT-S International 2003:2097～2100
[2]谢建华．相控阵雷达技术及其在防空系统中的应用．战术导弹技术．2001(1)：46～58
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[12]张铁山等．CAD／CAE技术在汽车车架设计中的应用．上海工程技术大学学报2001(3)：216～220
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[15]黎西亚等．车架有限元分析技术发展综述．专用汽车．2001(1)：13～15
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[29]冯健康．相控阵天线波束指向精度的测试方法．火控雷达技术．1995(3)：47～60
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[38]傅思良，袁文辉．Ⅰ-DEAS实体建模中有关自由边问题的研究．机械研究与应用．2002(1)：53～54
[39]Ali R, Hedes J L, Mills B, Structural analysis of frames, Automobile Engineering, 1970
[40]Thiel W., Katehi L.P.B., Saber K A hybrid approach for modeling complex antenna systems on vehicular platforms 2003 IEEE MTT-S International 2003:2097～2100