第一篇：学位论文与科技写作-雷达技术对飞机进行定位测距
雷达技术对飞机进行定位测距
摘要：简要回顾一下这些日子比较热门的话题，关于马航MH370航班以及飞机上239名人员失踪的事件。本文主要综述有关于雷达技术的发展史以及雷达是如何对飞机进行定位测距的，介绍了几种先进雷达的体制和技术的基本原理以及国外的先进雷达应用情况，综述了雷达现有的技术对飞机定位测距存在的问题与状况。
关键词：马航MH370；雷达技术；定位测距；飞机
雷达（Radar）是英文 “Radio Detection and Ranging”缩写的译音，意思是无线电检测和定位。近年来更广义的Radar的定义为：利用电磁波对目标检测/定位/跟踪/成像/识别。雷达是战争中关键的侦察系统之一，它提供的信息是决策的主要基础。雷达可用于战区侦察，也可用于战场侦察。装有雷达导引头的导弹、灵巧炸弹能精确地、有效地杀伤目标。在反洲际弹道导弹系统，反战术弹道导弹系统中，雷达是主要的探测器。雷达技术在导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘测、飞机定位等方面都起到了重要作用。下面简要叙述雷达技术发展简史。1 雷达技术发展历史
雷达技术首先在美国应用成功。美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船，1933年6月利用连续波干涉雷达首次检测到飞机。该种雷达不能测距。以下为具体发展史：
1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。
1864年马克斯威尔（James Clerk Maxwell）推导出可计算电磁波特性的公式。
1886年赫兹（Heinerich Hertz）展开研究无线电波的一系列实验。1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。
1897年汤普森（JJ Thompson）展开对真空管内阴极射线的研究。1904年侯斯美尔（Christian Hülsmeyer）发明电动镜（telemobiloscope），是利用无线电波回声探测的装置，可防止海上船舶相撞。
1906年德弗瑞斯特（De Forest Lee）发明真空三极管，是世界上第一种可放大信号的主动电子元件。
1916年马可尼（Marconi）和富兰克林（Franklin）开始研究短波信号反射。
1917年沃森瓦特（Robert Watson-Watt）成功设计雷暴定位装置。1922年马可尼在美国电气及无线电工程师学会（American Institutes of Electrical and Radio Engineers）发表演说，题目是可防止船只相撞的平面角雷达。
1922年美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。
1924年英国阿普利顿和巴尼特通过电离层反射无线电波测量赛层（ionosphere）的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。
1925年贝尔德（John L.Baird）发明机动式电视（现代电视的前身）。
1925年伯烈特（Gregory Breit）与杜武（Merle Antony Tuve）合作，第一次成功使用雷达，把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。
1931年美国海军研究实验室利用拍频原理研制雷达，开始让发射机发射连续波，三年后改用脉冲波。
1935年法国古顿研制出用磁控管产生16厘米波长的撜习窖捌鲾，可以在雾天或黑夜发现其他船只。这是雷达和平利用的开始。
1936年1月英国W.瓦特在索夫克海岸架起了英国第一个雷达站。英国空军又增设了五个，它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。
1937年马可尼公司替英国加建20个链向雷达站。1937年美国第一个军舰雷达XAF试验成功。
1937年瓦里安兄弟（Russell and Sigurd Varian）研制成高功率微波振荡器，又称速调管（klystron）。1939年布特（Henry Boot）与兰特尔（John T.Randall）发明电子管，又称共振穴磁控管（resonant-cavity magnetron）。
1941年苏联最早在飞机上装备预警雷达。
1943年美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，可将运动中的飞机柏摄下来，他胶发明了可同时分辨几十个目标的微波预警雷达。
1944年马可尼公司成功设计、开发并生产「布袋式」（Bagful）系统，以及「地毡式」（Carpet）雷达干扰系统。前者用来截取德国的无线电通讯，而后者则用来装备英国皇家空军（RAF）的轰炸机队。
1945年二次大战结束后，全凭装有特别设计的真空管──磁控管的雷达，盟军得以打败德国。
1947年美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。50年代中期美国装备了超距预警雷达系统，可以探寻超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。
1959年美国通用电器公司研制出弹道导弹预警雷达系统，可发跟踪3000英里外，600英里高的导弹，预警时间为20分钟。
1964年美国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人造地球卫星或空间飞行器。
1971年加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达。与此同时，数字雷达技术在美国出现。2 雷达定位的技术原理 2.1 具体描述
雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。电磁波同声波一样，遇到障碍物要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此，雷达用的是微波波段的无线电波。雷达有一个特制的可以转动的无线，它能向一定的方向发射不连续的无线电波。每次发射的时间约为百万分之一秒，两次发射的时间间隔大约是万分之一秒，这样，发射出去的无线电波遇到障碍物时，可以在这个时间间隔内反射回来被无线接收。根据公式2S=ct来确定障碍物的距离S，再根据发射无线电波的方向和仰角，便可以确定障碍物的位置了。这个就是雷达技术对飞机位置进行定位的原理，如图1-1所示。
图1-1 雷达定位技术图
2.2 雷达信号问题-关于马航MH370
雷达信号分成两部分，分别是一次雷达和二次雷达，空管一般使用二次雷达。二次雷达对应的机载设备就是应答机，工作时，地面必须首先给出一个1030MHz的询问信号，然后由飞机自动回复1090MHz的应答信号，其中包含了飞机的高度、速度、机油、发动机转速等一系列信息。
理论上，飞行员发出危险信号非常容易，用应答机发射代码，7500代表劫机、7600代表通讯故障、7700代表故障。二次雷达是被动雷达，如果飞机上应答机故障或者人为关闭，那么地面上的雷达信号也就消失了。但是即便在这种情况下，在一定范围内，地面的一次雷达仍然能够搜索到飞机—— 一次雷达是主动搜索，不需要飞机配合，虽然屏幕上无法显示这架飞机，但它会以点的形式，记录飞机的飞行轨迹。一次雷达一般作为军用，并且是24小时不间断工作。民用空管系统也有一次、二次雷达合装的，但由于一次雷达使用成本高，空管局可能会有选择地使用。而且，两种雷达同时搜索不到的情况非常少见，除非是飞机遭遇故障导致应答机停止工作，且飞机在急速下降，因为即便是一次雷达低空搜索也会遭到干扰。
一些专家分析，其中的原因是，不止亚洲国家，很多国家都缺少对海上空域甚至部分陆上空域的雷达覆盖，高端精密的雷达设备一般被部署在内陆敏感区域，而次敏感区域或不敏感区域的雷达覆盖存在空白区。路透社援引分析人士的话报道，在东南亚一些地区，乃至东南亚以外的一些发展中国家，或者在地缘政治不敏感的地区，空防系统通常并非铁板一块。3 当代雷达的主要特点/优点
现代雷达具有的特点：同时多功能、高灵敏度、隐身、反隐身、雷达 ECCM、自动目标识别、高可靠性等。4 雷达结构与工作原理 4.1 雷达结构
各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分：发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。接收发射是核心。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。4.2 工作原理
雷达所起的作用和眼睛相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速，差别在于它们各自占据的波段不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。
测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。
测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。4.3 雷达测距原理
雷达工作时，发射机经天线向空中发射一串重复周期一定的超高频发射脉冲信号的电磁波，其传播性能与光波比较接近。如果在电磁波传播的途径上有目标存在，那么雷达就可以接收到由目标反射回来的超高频发射脉冲回波信号。电磁波测定目标的距离，是依据电磁波在传播中所遵循的规律达到的，即：电磁波在均匀介质中是直线传播的；电磁波在传播中遇到目标（障碍物）会发生反射；电磁波在均匀介质中是匀速传播的。由于电磁波传播的速度C=3×108m/s或C=300m/ms，所以，只要准确测出电磁波往返的时间△t，则可用下式求得物标的距离：
D=△t•C/2
或
D（m）=150×△t（ms）
在实际使用中，雷达是根据物标在扫描线上的回波到荧光屏中心的长度来测定到物标的距离，当发射的脉冲波被物标反射回来为天线所接受的同时，使正在扫描中的光点产生较强的辉光，因而在扫描线上的某一相应位置便形成了物标的回波。只要知道回波影象离荧光屏中心的距离，根据扫描线的总长度代表的时间，即可通过距标圈测出物标的距离来。5 影响雷达定位的误差
5.1 回波影象失真而产生的误差
观测点回波中心的方位，基本不受回波展宽的影响。但如果测定岬角的突出端或片状物标的一侧，由于波束有一定宽度，测物标一侧的方位时将产生1/2水平波束宽度的误差（如图1）oa和ob为物标边缘的真实方位线，oa′和 ob′为从荧光屏影象观测的方位线，较真实方位线各自向海的方向偏移1/2水平波束宽度角。如图5-1所示。
图5-1 回波影象失真而产生的误差
5.2 倾斜误差
当物体倾斜时，雷达天线旋转平面与水平面不一致，测定方位时将产生倾斜误差。在图3中，设ADBC为船在正平状态时天线旋转平面，AD′BC′为船舶倾斜角θ时的天线旋转平面。两旋转平面的交角也为θ。设天线由OA方向转至OE方向，当物体舶倾斜时，天线的水平方向为OF（即OE在水平方向上的投影），产生了∠FOE的方位误差。如图5-2所示。
图5-2 倾斜误差示意图
5.3 天线同步误差
天线发射脉冲波束的主轴方向和荧光屏上扫描线方向不一致，则产生相当于该差角的方位误差。出航前应对方向是否精确同步进行认真检查。检查的方法是同时测定某远距离物标的雷达方位和罗经方位，用比较法求得雷达方位的误差予以修正。如果同步误差很大，则应按照雷达使用说明书进行调整。5.4 辉点大小产生的误差
辉点过大或增益过大都能使物标影象轮廓变大，因而使测量距离产生误差。在有效半径为6英尺（15.24厘米）的荧光屏上，假设辉点的直径0.9毫米，则它在各距离范围所占距离见表1。
表1 辉点大小直径与距离大小数据关系
范围 距离范围（海里）辉点所占距（米）数据1 数据2 数据3 1 11 22 65
数据4 15 164
数据5 30 327 讨论与小结
综上所述，雷达对飞机进行定位技术在目前还是存在一些问题的，不够成熟。但是雷达技术发展也是十分迅速的。关于这次马航MH370事件无法定位问题的原因是很多的，而雷达除了自身不足之外也是受距离，障碍物等多方面影响的。就未来来看，雷达定位技术会发展得越来越完善。
参考文献
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第二篇：关于邹教授对高质量科技论文写作与投稿讲座的总结
关于邹教授对高质量科技论文写作与投
稿讲座的总结
讲座时间：2011-10-12晚上7：00~9：00
参加人员：学工办主任伍主任、科技协会全体全体会员、志愿者协会、能源学院全体新生
讲座概述：讲座主要是讲述高质量科技论文写作的必要性（为什么要讲科技写作）、写作准备和如何投稿。让全体新生对高质量科技论文写作与投稿有初步的认识了解，为能更好地写出高质量论文稿作准备。讲座产生的影响：此次讲座不仅让新生们对高质量论文写作与投稿有了初步的认识，为以后的高质量论文写作打下基础，更让所有的参加人员收获颇丰，让我们都能向着完美的学术论坛进军，写出更完美的高质量科技论文。
此次讲座的优点：邹教授用简单易明的话语、用PPT技术为我们清晰明了的作了一次论文写作与投稿，其中的讲座的列举、画图、列表等手法更值得我们借鉴。
此次讲座的缺点：此次讲座的唯一不足就在于讲座过程中，秩序没有抓好。有同学中途擅自离场，在讲座进行到最后时刻部分同学当先起立活动，遭到教授的批评。希望以后不会再发生类似的情况。
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