（机械电子工程专业论文）大型天线装配测调系统的研制.pdf

摘要 天线是雷达、通信等电子设备的重要组成部分，天线反射面的表面精度是影 响天线增益等电气指标的主要因素。因为大型天线反射面往往由几十，几百个反 射面拼装而成。所以天线面板的安装调整水平成为影响天线反射面表面精度的主 要因素之一。过去，传统的方式是装配人员根据实测数据凭经验对天线面板的位 置进于亍调整。这种方式导致天线面板安装定位时，调整次数较多，效率和精度较 低。 本文以大型天线面板的安装调整为背景，分析了大型天线面板的调整机理， 从而得出了天线面板的调整方法及调整量计算方法，并在此基础上开发了天线安 装测调软件系统，以指导天线面板的安装调整。该软件系统功能主要包括数据准 备，调整量计算和查询统计等。同时开发了相应的模拟测试软件，用于验证调整 算法的正确性和软件的可行性。开发的天线测调软件可以大大提高天线面板的安 装调整效率和装配精度，减少调整次数，具有很大的工程推广应用前景。 关键词：天线面板调整最佳吻合面半光程差法向偏差 a b s 仃a c t a n t e n n ai sa n i m p o r t a n tc o m p o n e n t o fe l e c t r o n i c d e v i c e ，s u c h a s r a d a r , c o m m u n i c a t i o nd e v i c e ，e t c t h es u r f a c ea c c u r a c yo fr e f l e c t i o np a n e li st h em a i nf a c t o r t oa f f e c tt h ee l e c t r i ci n d e xo ft h ea n t e n n a s i n c et h er e f l e c t i o np a n e lo f l a r g ea n t e n n ai s c o m p o s e d o fd o z e n so rh u n d r e d so f s i n g l eo n e s ，t h ei n s t a l l a t i o na n da d j u s t m e n tb e c o m e t h em a i nf a c t o rt oa f f e c ts u r f a c ea c c u r a c yo fr e f l e c t i o np a n e lo f l a r g ea n t e n n a i nt h e p a s t ，a s s e m b l yt e c h n i c i a na d j u s t e dt h ep o s i t i o no f a n t e n n ap a n e lm a n u a l l ya c c o r d i n gt o t h et e s td a t at h e d i s a d v a n t a g eo f t h i sm e t h o dw a sl o w e f f i c i e n c y , l o wp r e c i s i o na n dt o o m u c h a d j u s t m e n tt i m e s i nt h i s p a p e r , t h ea d j u s t m e n tt h e o r y o ft h ea n t e n n a p a n e l i s a n a l y z e d t h e a d j u s t m e n tw a ya n dc a l c u l a t i o nm e t h o d f u r a d j u s t m e n t v a l u ea r em a d eo nt h e b a c k g r o u n do f t h e i n s t a l l a t i o na n d a d j u s t m e n to f t h el a r g ea n t e n n a b a s e do n t h em e t h o d ， ak i n do fs o f t w a r es y s t e mi s d e v e l o p e df u rt h ei n s t a l l a t i o na n da d j u s t m e n to fl a r g e a n t e n n at og u i d et h ep r a c t i c a lw o r kt h ef u n c t i o n s & t h i ss o f t w a r ei n c l u d e p r e p a r i n g t h e d a t a ，c a l c u l a t i n gt h ea d j u s t m e n tv a l u ea n dl o o k i n g ”pt h er e s u l t s a tt h es a m et i m e , t h e t e s ts o t t w a r ei s d e v e l o p e d t o p r o v et h ea v a i l a b l e o fa l g o r i t h ma n ds o f t w a r e t h e d e v e l o p e d s o l a r w a r ec a n i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y a n d a s s e m b l ya c c u r a c y f o rt h e i n s t a l l a t i o no fa n t e n n a p a n e la n dr e d u c et h ea d j u s t m e n t t i m e s i ts h o u l dh a v eap o t e n t i a l a p p l i c a t i o np r o s p e c t i ne n g i n e e r i n gf i e l d k e y w o r d s ： a n t e n n a p a n da a j u s t m e n t t h eb e s tf i t t i n gs u r f a c e h a l f o p t i c a lp a t hd i f f e r e n c e t h en o r m a le r r o r 创新性声明 y s p 3 6 7 g 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：捡盘 关于论文使用授权的说明 同期：篮：羔 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部和部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人签名：盛盔 导师签名：鱼! 丝! 日期：生笪 日期：生丝： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 大型天线装配测调系统的研究意义 本论文的课题来源于国防基础科研项目“面天线虚拟制造技术”的分课题“天 线虚拟装配”部分。 通信、广播、电视、雷达和导航车无线电系统，都是通过无线电波传送信息 的，因此都需要有辐射和接收天线电波的装置。这种有效地辐射或接收无线电波 的装置称之为天线，它是无线电系统中不可缺少的组成部分。通常，天线通过馈 线与发射机或接收机相连。随着科学技术的发展，天线的形式愈来众多，其作用 愈来愈突出，结构愈来愈巧妙复杂。天线的理论分析工作也取得了很大的进展， 各种数值计算方法的应用使天线理论日臻完善。总之，天线本身已发展成为无线 电技术领域的一门独立学科。 随着空间探测、卫星通信和大型雷达发展，一些大型厘米波毫米波高效率天 线被广泛运用于各种领域f l 】。另外，随着射电望远镜的发展，为了更有效的探索一 些未知领域，捕捉来自遥远无限的太空信息，各国特别是一些经济发达、科技领 先的强国，都在可能的条件下，投入巨大的人力、物力建造大型射电望远镜1 2 j 。由 此可见，建造大口径高精度厘米波毫米波天线不但成为可能，而且也越来越必要。 在大型高精度天线系统设计中，天线反射面的表面精度是主要技术性能指标 之一，它直接影响着天线的电性能。随着天线口径的增大，工作频率的提高，对 天线反射面精度要求也越来越高。由于大口径天线反射面由几十个甚至几百个反 射面拼装而成，为获得较好的反射面表面精度，就必须合理调整各块面板，尽可 能使整个反射面的形状与理想反射面相吻合，这样才能满足电性能指标的要求口】。 故天线面板的安装调整水平成为影响天线反射面表面精度的主要因素之一。过去 传统的方法是装配人员根据实测数据凭经验对天线面板的位置进行调整，这种方 式导致天线面板安装定位时，调整次数较多，效率和精度较低，缺乏理论性和快 速性。特别当天线面板较多，精度要求较高的情况下，上述问题更加突出。 本文以大型抛物面天线和球面天线为应用背景，分析了大型抛物面和球面天 线面板的调整机理，得出了天线面板的调整方法和调整量计算方法，并在此基础 上开发了天线安装测调软件，用于指导天线面板的安装和调整，同时开发了相应 的模拟测试软件，验证了调整算法的正确性和软件的可行性。开发的天线测调软 件大大提高了天线面板的安装调整效率和装配精度，减少了调整次数，解决了天 线面板较多时，效率和精度较低，调整次数较多的问题，达到了天线面板精确快 速调整的目的。 大型天线装配测调系统的研制 1 2 大型天线的国内外发展现状 卫星通信等技术的迅猛发展及对深空探测领域的不断深入，大型厘米波毫米 波高效率天线已经成为必不可少的设备。特别在射电天文学方面，建造以大型天 线为主体的射电天文望远镜，不但显示了一个国家的经济实力，更重要的是显示 了一个国家的科技水平。 1 目前国际上已经建成的和正在建设的用于射电天文研究的大口径天线有：前苏 联的2 2 m ，德国的3 0 m 、6 4 m 、1 0 0 m ，日本的4 5 m ，澳大利亚的6 4 m ，美国的4 2 m 、 1 0 0 m ，3 0 5 m 等天线，使国际射电天文领域内的研究得到长足的发展。以下是国际 上典型的大型天线的应用实例1 4 1 1 5 1 。 ( 1 ) 美国国家射电天文台的1 0 0 米射电望远镜，位于西弗吉尼亚的g r e e n b a n k ，这 是世界上最大的可移动地单一碟形射电望远镜。如图1 1 所示。 图1 1 美国1 0 0 m g b 射电望远镜 g b t 由2 0 0 4 块板组成，面板通过在面板角上的微型驱动活塞执行机构( 1 i t t l e m o t o r - d r i v e np i s t i o n s ) 进行安装和调整，执行机构如图1 2 所示。安装后，测调人 员进行校准，如图1 3 所示。 图1 2 天线面板安装调整执行机构 第一章绪论 图1 。3 测调人员校准天线面板 ( 2 ) 澳大利亚国家射电天文台似u s t r a l i an a t i o n a lr a d i oa s t r o n o m yo b s e r v a t o r y ) l 拘6 4 米碟形射电望远镜，位于新南威尔士州帕凯斯，它有4 3 层高，合计7 2 5 7 吨，工作 波长7 毫米。如图1 4 所示。 图1 4 澳大利亚帕凯斯6 4 米射电望远镜 ( 3 ) 六十年代，美国在中美洲的波多黎各阿雷西博天文台( a r e c i b oo b s e r v a t o r y ) 利用一个天然洼池建造了直径达3 0 5 米的球面射电望远镜，它是顺着山坡固定在 地表面上的，不能转动，这是世界上最大的单孔径射电望远镜。m e c i b o 射电望远 镜反射面板由3 8 7 7 8 块小面板组成。如图1 5 所示。 图1 5 美国阿雷西博天文台3 0 5 米球面射电望远镜 ( 4 ) 1 9 5 5 年，英国在曼彻斯特焦德雷尔班克天文台( m a c h e s t e rj o d r e l lb a n k o b s e r v a t o r y ) 建成直径7 6 2 m 的全可动抛物面射电望远镜。并在1 9 5 7 年跟踪苏联 !查型蒌垡茎墼型塑薹堕丝婴型 发射的第一颗人造地球卫星时发挥了重要的作用，如图1 6 所示。现在正在对此天 线安装新的反射面，对天线面板进行高精度的调整，同时对轨道和基座进行整修。 图1 6 英国焦德雷尔班克7 6 m 射电望远镜 ( 5 ) 现在，在意大利撒丁岛( s a r d i n i a ) 的卡利亚里( c a g l i a r i ) 正在建设的6 4 m 抛 物面射电望远镜。它预计工作频段在3 0 0 m h z 至1 0 0 g h z ，如图1 ，7 所示。 图1 7 意大利正在建设的6 4 m 抛物面射电望远镜 2 我国在大型高精度天线的研究方面也有了很快的发展。8 0 年代后陆续建成几台 投资过千万元的中型设备：青海德令哈1 3 7 米毫米波天线、上海余山2 5 米射电望 远镜和乌鲁木齐南山2 5 米射电望远镜。这些设备虽然处于目前国际上的中、小水 平，但它们在巡视与监测等课题方向都作出了国际水平的成果嘲口 9 3 1 9 。在天线生 产方面，与我们合作的单位5 4 所和3 9 所大力发展新技术，天线及伺服技术水平 已迈入了国际先进行列l 。 ( i ) 青海德令哈紫金山天文台1 3 3 米毫米波天线是我国第一台大型毫米波天线( 工 作波长2 6 毫米，1 1 5 g h z ) ，它是标准卡式抛物面天线，地平式安装，主面直径 1 3 7 m ，主反射面由7 2 块成型面板拼合而成，表面精度7 0 微米，如图1 8 所示。该 望远镜装备了自行研制的超导s i s 接收机，工作频段为8 5 - 1 5 g h z ，用于进行银河 系内分子云与恒星形成研究、行星状星云研究、恒星晚期演化研究、星际介质物 理、星际分子谱线巡天等现代天文学和天体物理若干前沿领域的天文观测研究。 该望远镜曾发现了1 0 0 多个新的水脉泽和2 0 0 个银河恒星形成区的高速气流外流 源。望远镜设备对全世界研究人员开放使用，先后有日本、巴西、俄罗斯、德国、 第一章绪论 荷兰等国家和地区的研究人员使用该设备。 ( 2 ) 上海余山和乌鲁木齐的两台2 5 m 射电望远镜正式加入e v n ( 欧洲v l b i 网) 成为国际一流设备的一部分。上海余山射电望远镜天线口径2 5 米，天线形式卡塞 林式，主反射面精度0 6 5 m ，如图1 9 所示。 图1 8 青海1 3 7 毫米波天线 图1 , 9 上海余山2 5 米射电望远镜 ( 3 ) 中国电子科技集团第5 4 所是从事通信测控技术规模最大的研究所之一，其中 天线伺服专业部大力发展新技术，在卫星通信天线领域，自7 0 年代首先研制成功 我国第一个1 5 米卫星通信地球站天线以来，先后研制、生产了c 波段、k u 波段卫 星通信地球站系列天线以及车载、船载、机载等形式的卫通天线。在测控天线领 域，开发了l 1 2 4 g h z 全频段工作的面天线技术，毫米波高速高精度测控天线技 术。图1 1 0 所示为5 4 所研制的1 1 米卫 星通信天线。3 9 所也是生产大型天线的 主要研究所，已经成功研制了口径1 0 m 、 1 2 m 、1 5 m 和2 0 m 天线，在上海及广州 的用于国际卫星通信的两台2 0 m 天线就 是3 9 所研制的，这两台天线主反射面由 三圈面板组成，内圈1 6 块，中圈外圈各 3 2 块，共计8 0 块。该天线主反射面由以 图1 1 05 4 所研制的1 1 米卫星通信天线 中心体为基础的背架结构支撑，中心体是 一个外接圆直径为6 5 0 0 m m 、高1 7 0 0 m m 的正十六边形棱柱体。 3 查阅大量的文献资料，我们发现国外记录大型高精度天线有关调整方面的内容 非常少。而在国内，通过对3 9 所和5 4 所现有天线调研可知，目前对于中等精度 天线面板是测调人员借助光学经纬仪检测系统得到实测数据，然后凭经验对天线 面板进行空间位置的调整，调整机构分别为长条孔调整和球面连杆机构调整，而 5 4 所正在设计中的高精度球面天线的调整机构拟为较精密的球面连杆机构。 综上所述，显示了国内外大型高精度天线在卫星通信，空间探测等相关领域 中不可替代的地位和作用。同时也反映出了对于天线面板调整方法进行理论研究 6大型天线装配涮调系统的研制 的迫切性。 1 3 本文主要工作 在我们查阅了国内外文献后，发现关于大型天线单块面板调整的相关资料非 常少，基本没有现有的调整策略方案。而对于调整方法的软件实现更是末见提及。 本文以大型抛物面和球面天线为应用背景，分析了天线面板的安装调整特点，得 出了天线面板的调整模型，开发了天线面板装配测调系统，给天线面板安装调整 以理论指导。这将提高天线面板的安装调整效率和装配精度，减少调整次数，具 有很大的工程推广应用前景。本文主要完成了以下工作： 1 分析了大型抛物面天线和球面天线的结构特征和安装调整特点，通过最优化计 算方法，分别得出了抛物面和球面天线单块面板测调的方法和调整量的计算方法 以及整面精度的计算方法； 2 在需求分析和所建计算模型基础上，开发出了实用的天线安装测调软件系统， 以指导天线面板的安装和调整。该系统包括基本数据、分块数据和靶标理论坐标 导入功能，靶标实测坐标导入功能，靶标误差及装配精度计算功能，面板调整量 计算功能，数据的查询统计功能和三维显示功能； 3 为了验证调整量算法的正确性和安装测调软件的可行性，同时开发了模拟测试 软件，并且对调整量计算结果和装配精度进行了认真详细的分析。实践证明了该 软件的有效性、可靠性及其快速性。 第二章天线装配测调软件开发 第二章天线装配测调软件开发 2 1 系统流程 2 1 1 系统流程图 根据天线装配测调方案的制定，以天线面板调整量计算模型为基础，开发了 天线面板测试数据处理和面板安装指导软件，可与电子经纬仪等高精度测量仪器 相结合，应用于大型天线面板的实际安装调整工作中。此软件的主要部分流程如 下所示： f 开始 天线面板初调，初装 基本参数，分块参数，理论坐标导入 调整各板 各面板调箍点调整量计算 天线面板靶标测量数据导入 计算各靶标实际坐标与理论坐标间的误差 计算装配精度oz d 各面板最佳吻合面吻合l! 达到要求? i i 结束 图2 1 系统工作流程图 2 1 2 系统流程简介 1 天线面板初调与初装： 天线面板安装前，单块面板均需经过严格测量，满足面板加工精度要求。同 时，天线反射面背架也需进行测量调整。在此基础上，就可对各个天线面板进行 初步安装，以保证面板基本到位。初装过程中面板圆周方向一般出经纬仪等仪器 辅助调整，以保证面板安放不致扭曲，而面板径向一般由钢带尺或面板本身的安 装孔保证。 2 基本参数，分块参数，理论坐标导入： 天线面板初装后，则需对每块天线面板位置进行进一步精密调整。首先，输 大型天线装配测调系统的研制 入天线的一些参数，例如天线的基本参数，分块参数和理论坐标，作为后面计算 的基础。 3 天线面板靶标测量数据导入： 基本参数获得后，通过电子经纬仪等精密测量装置对天线面板上的靶标进行 位置测量，测量后的坐标数据导入到数据库中。 4 计算各靶标实际坐标与理论坐标间的误差： 根据天线的基本参数、分块参数和靶标的理论坐标、测量坐标，可以计算出 靶标误差，作为调整点调整量计算的基础。 5 计算装配精度： 根据已知计算出的靶标误差数据，可以计算出天线面板总的装配精度。检查 装配精度是否达到设计要求，如果达到要求，面板调整任务结束。否则，进行调 整点调整量的计算。 6 各面板最佳吻合面吻合： 通过已经导入的理论、测量坐标和计算出的误差结果，可以计算出各面板的 最佳吻合面参数，为调整量的计算准备数据。 7 各面板调整点调整量计算： 根据以上过程得出的数据，采用天线面板调熬量计算模型，可以计算出靶标 调整点的具体切向和法向调整量，提供给天线面板调整人员，借助于调整机构， 调整各板。 7 8 调整各板： 以上述计算调整量为基础借助于面板四周的微调机构，对面板位置进行切向 和法向微量调整。调整后再对面板进行测量，得到面板调整后的测量数据，计算 精度是否达到要求，如此反复直到满足精度要求为止。 2 2 菜单层次 根据相同的功能分在同一个菜单下的原则，主控窗体的菜单结构包括四大菜 单项，整面测调菜单，查询统计菜单，帮助菜单和退出菜单。针对实际高精度天 线面类型主要为抛物面和球面，故相继开发了抛物面和球面天线安装测调软件。 抛物面和球面天线安装测调软件的菜单层次相同，具体菜单层次表示如下： 整面测调查询统计帮助退出 基本数据设定基本数据使用说明 分块数据设定面板测调数据书关于 天线面板测调三维图形显示 注：十号为分页显示方式展开。 。 第二章天线装配测调软件开发 9 2 3 主要功能介绍 2 3 1 整面测调 1 基本数据设定： 用于坐标系和目标面基本数据设定。整个界面包括基本编辑功能。抛物面测 调软件录入内容包括：工程名称，设计坐标系，目标抛物面顶点坐标x ，y ，z ， 焦距h ，备注。球面测调软件录入内容包括：工程名称，设计坐标系，目标球面 反射面顶点坐标x ，y ，z ，球面半径r 。备注。按“应用”后，录入数据存入数 据库。 2 分块数据设定： 用于对分块数据进行设定。整个界面有基本编辑功能。输入内容包括： 程 名称，圈号，每圈块数，内圈直径，外圈直径，一号面板夹角，备注。 3 天线面板测调( 4 个分页) ： ( 1 ) 靶标理论坐标导入分页： 用于手工输入面板上靶标的理论坐标值。输入界面有基本编辑功能。输入内 容包括：工程名称( 选择) ，圈号( 选择) ，块号( 选择) ，靶标编号( 选择) ，理 论坐标x l i ，y l i ，z l i ，是否为调整点。 ( 2 ) 靶标测量坐标导入分页： 用于手工输入面板上靶标的测量坐标值。输入界面有基本编辑功能。输入内 容包括二工程名称( 选择) ，测量次数( 递增) ，圈号( 选择) ，块号( 选择) ，靶 标编号( 选择) ，实测坐标x c i ，y c i ，z c i 。 ( 3 ) 靶标误差及装配精度计算分页： 界面中有“工程名称”和“测量次数”选择框，选择且按“计算”按钮后， 计算机计算每个靶标的误差和整面的装配精度，并且将数据显示于表格中。显示 内容如下：圈号，块号，靶标编号，误差x i ，a z i ，半光程差6 ，是否为 调整点。界面左边显示整面的装配精度均方根oz p 。按“存储”按钮后，误差和 精度数据存入数据库中。按“数据导出”按钮，可以将表格中显示的数据转换成 文本格式，导出到w o r d 文档中。两种天线的装配精度定义有所不同，球面天线无 半光程差6 ，具体详情请见第三章。 ( 4 ) 单板吻合法调整量计算分页： 界面中有“工程名称”和“测量次数”选择框，选择且按“计算”按钮后， 计算机按照调整策略计算每板调整点调整量，数据自动存入数据库，并且显不于 表格中。显示内容如下：圈号，块号，靶标编号( 对应调整点处) ，调整量a n i ， t i 。按“清空”按钮后，上述存入数据库中相关的计算结果被清除。界面中有“计 算调整后数据”按钮，此按钮点击后计算机计算得出调整后的精度和靶标坐标值。 1 0大型天线装配测调系统的研制 按“数据导出”按钮，可以将表格中显示的数据转换成文本格式，导出到w o r d 文 档中。两种天线的调整策略和调整量计算方法有所不同，具体详情请见第三章。 2 3 2 查询统计 1 基本数据： 表格显示对应基本数据及分块数据。上下分别显示“整面基本参数”表和“分 块基本参数”表。表中数据仅供查询。 2 面板测调数据( 3 个分页) ： ( 1 ) 对应测量次号数据分页； 表格显示对应理论数据和测量数据，界面中有“工程名称”和“测量次数” 选择框。上下分别显示“靶标理论数据”表和“靶标测调数据”表。 ( 2 ) 对应分块历史数据分页： 界面中有“工程名称”，“圈号”和“块号”选择框，选择且“确定”后，表 格显示面板测调时，该分块号的调整点调整量的所有历史记录数据。显示内容包 括：测量次数，靶标编号，理论x l i ，y l i ，z l i ，实测x c i ，y c i ，z c i ，误差a x i ， y i ，a z i ，半光程差6 ，调整量a n i ，n 。按“数据导出”按钮，可以将表格 中显示的数据转换成文本格式，导出到w o r d 文档中。球面天线无半光程差6 。 ( 3 ) 装配精度历史数据分页： 界面中应有“工程名称”选择框，选择且“确定”后，表格显示浚天线的装 配精度历史数据。显示内容包括：测量次数，装配精度oz d 。右边是图形显示， 显示所有测量次数下的装配精度曲线。 3 三维图形显示( 2 个分页) ： ( 1 ) 天线分块显示分页： 以三维图形方式显示天线面板的分块情况和位置关系。 ( 2 ) 天线测调显示分页： 以三维图形方式显示天线面板调整前后的位置情况。 2 3 3 帮助 1 使用说明：该软件的详细使用说明。 2 关于：该软件的版权信息。 2 3 4 退出 退至w i n d o w s 操作系统。 2 4 开发技术要点 2 4 1 数据库设计 数据库设计是指利用现有数据库管理系统针对具体的应用对象，构造合适的 第二章天线装配测调软件开发 数据库模型，建立数据库及其应用系统，以便有效的存取数据，满足各类用户的 需求。从本质上讲，数据库设计的过程就是将数据库系统与现实世界进行密切的 有机的协调一致的结合过程。 数据库的设计一般包括需求分析( 数据需求分析与处理需求分析) ，概念设计， 逻辑设计，物理设计等几个阶段记】。基本设计步骤如下图所示： 总体信息需求 盘 理需求 图2 2 数据厍设计步骤 1 _ 需求分析： 需求分析阶段主要是获得用户对所要建立数据库的信息要求和处理要求的全 面描述，通过调查研究，了解用户业务流程，与用户取得对需求的一致认识，通 过需求的收集和分析整理得出系统需求说明书。此说明书主要包括数据流图、数 据字典的雏形表格、各类数据的统计表格、系统功能结构图和必要的说明。在天 线装配测调软件数据库中，按照作用可以将数据大体分为基本信息数据，测量数 据和计算结果数据三大类。 ( 1 ) 基本信息数据类是用户直接通过界面手工输入或者自动从已有的数据文档中 导入数据库的数据，它包括了天线的所有基本的参数。这些数据包括： 1 ) 天线的基本参数( 包括整面数据，分块数据) ，通过界面手工输入： 2 ) 天线面板靶标的理论数据，通过手工输入或文件导入。 ( 2 ) 测量数据类是通过测量设备测得一批面板靶标位置数据，然后将这批数据经过 数据转换生成所需的数据。它可以通过文件导入或者手工输入获得。 ( 3 ) 计算结果数据类是通过基本信息数据和测量数据而计算出的数据。这些数据包 括： 1 ) 面板的靶标误差和装配精度数据，通过基本信息数据和测量数据计算求 得： 2 ) 面板的调整点调整量数据，通过已经计算出来的误差求得。 2 大型天线装配测调系统的研制 以上数据在系统中的流程如图2 3 所示。 2 数据库概念设计 数据库概念设计阶段是在需求分析的基础上，通过收集的信息和数据来确定 实体、属性及它们之间的联系，将各个用户的局部视图合并成一个总的全局视图， 形成独立于计算机系统和具体的数据库管理系统( d b m s ) 的反映用户观点的概念 模式。 概念设计中最著名的方法是e - - r ( e n t i t y - r e l a t i o n s h i p ) 方法，它直接从现 实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用实体联系图( 即e - - r 图) ，表示 数据库概念模式。利用e - - r 方法进行概念设计，首先需要确定实体，属性及联系 三种成分，然后按以下三步进行： ( 1 ) 局部e r 模式设计： 在充分考虑各个用户观点的基础上，设计局部e - - r 模式。图2 4 是天线装配 测调软件数据库其中的一个e r 模型。 ( 2 ) 全局e r 模式设计： 将局部e - - r 图综合成全局e - - r 图，并在此过程消除属性冲突( 包括类型、 取值范围、取值单位的冲突) ，结构冲突( 如作为实体又作为联系或属性、同一实 第二章天线装配测调软件开发 体其属性成分不同等) 和命名冲突( 如同事物在不同部门中取得名称不一样) ，最 终形成能被所有用户认同的统一概念模型。 图2 4 局部e - - r 模型 ( 3 ) 将全局e r 模式进行优化，尽量消除各种冗余。 一个好的全局e r 模式除能反映用户功能需求外，还应满足下列条件：实体 类型个数尽可能少，实体类型所含属性尽可能少，实体类型问联系无冗余，e r 模式优化就是要达到这三个目的。 3 数据库逻辑设计 逻辑设计的任务，就是把概念设计所用的e r 模型转变成特定的d b m s 可以 处理的数据库逻辑结构。在关系数据库中，逻辑设计过程就是把e - - r 图按规则转 换为关系模型，即对关系模式进行规范化处理，模式评价和模式优化。 将e r 模型向关系数据模型转换有以下规则： 1 ) 一个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的 键就是关系的键； 2 ) 一个联系类型转换成一个关系模式，参与该联系类型的各实体的键以及联 系属性转换成关系的属性。 把抛物面天线装配测调软件数据库的e r 概念模型改为关系模型，可得出以 下模型( 以下属性有下划线的表示为实体的键) ； ( 1 ) 整面基本参数表( 兰提名整，设计坐标系，目标抛物面顶点坐标x ，y ，z ，焦 距h ，备注) ( 2 ) 分块基本参数表( 工程名鏊：圈曼，每圈块数，内圈直径，外圈直径，一号板 大型天线装配测调系统的研制 夹角，备注) ( 3 ) 靶标理论数据表( 王程名益：圈曼：基呈：塑拯编墨，是否为调整点，理论 x l i ，y t i ，z l i ) ( 4 ) 靶标测调数据表( 王程名箍。测量次数。圈呈：基墨：靶拯编墨，实测x c i ， y c i ，z c i ，误差x i ，y i ，z i ，半光程差6 ，是否为调整点) ( 5 ) 装配精度数据表( 王猩名夔：测量这数，装配精度0z p ) ( 6 ) 单板吻合面数据表( 互程名鏊。测量次数：圈曼：缝呈，吻合面数据x w p ，y w p ， z w p ，q w x ，q w y ，h w ) ( 7 ) 单板吻合法法向偏差和投影坐标数据表( 工程名盐：测量次数：圈墨：扭量： 塾拯绚量，是否为调整点，实测点到吻合面法向偏差，法线方向余弦l ，r f l 。n ，实 测点投影坐标x n ，y n ，z n ，误差x n ，y n ，a z n ) ( 8 ) 单板吻合法调整量数据表( 工程名盗：测量i 筮数：圈量：扭呈：翌拯缟呈，是 否为调整点，调整量n i ，t i ) ( 9 ) 调整后吻台面参数表( 工程名鏊：测量次数：圈呈：璺呈，调整后吻合面参数 x t c p ，y k o ，z 坤，q t x f p ，q 够节，h t q ，) ( 1 0 ) 调整后靶标坐标数据表( 工程名鏊：测量迭数：圈曼：缝墨：靶拯编呈，调整 后坐标x t ，y t ，z t 。误差x t ，y t ，z t ，半光程差6 ) 4 数据库物理设计 数据库物理设计是指对给定的关系数据库模式选取一个最适合应用环境的物 理结构的过程。数据库的物理设计完全依赖于给定的计算机系统和具体选用的 d b m s 。一般来说，数据库物理设计包括： ( 1 ) 存储记录结构设计，包括记录的组成，数据项的类型、长度，以及逻辑记录到 存储记录的映射； ( 2 ) 确定数据存放位置，可以把经常同时被访问的数据组合在一起，以满足性能需 求； ( 3 ) 存取方法的设计，存储路径分为主存储路径和辅存储路径，前者用于检索，后 者用于辅助键检索： ( 4 ) 完整性和安全性考虑，应在完整性、安全性、有效性和效率性进行分析，作出 权衡。 2 4 2 数据库连接 1 d e l p h i 数据库的连接 d e l p h i 是b o r l a n d 公司开发的可视化软件开发系统。d e l p h i 系列软件的工作平 台相当广泛，可以工作于w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s9 8 、w i n d o w sn t 、w i n d o w s2 0 0 0 以及w i n d o w s x p 下，编程所用的语言为结构化程度相当高的o b j e c tp a s c a l 语言。 o b j e c tp a s c a l 语言具有高度清晰的结构，高效率的优化系统，是一种简单易学，但 第二章天线装配测调软件开发 又不乏其作为优秀编程语言的特点。同时，由于d e l p h i 采用了内置高速的优化编 译器，使得程序的编译、链接速度快得惊人。另外d l e p h i 系列另一个广受欢迎的 原因是其强大的数据库开发功能。因此，我们选用d e l p h i 开发工具来开发数据库。 开发的数据库应用程序只有和数据库建立连接，才能存取数据库中的数据， 所以数据库的连接在数据库应用程序开发中占有重要的地位。d e l p h i 中的应用程 序主要是通过b o r l a n d 公司开发的数据库引擎b d e ( b o r l a n dd a t a b a s ee n g i n e ) 来 访问数据库的，它的特点是速度快，支持类型广泛，易于使用。b d e 作为一个中问 件，一方面连接着d e l p h i 中的各种数据库操作对象，如t d a t a b a s e 、t t a b t e 、t q u e r y 等，另方面又连接着各种数据的驱动程序，它是连接应用程序和数据库的桥梁。 一般而言，b d e 通过三种方式来连接各种数据库。第一种方式是通过i n p r i s e 公司的驱动程序直接连接数据库；第二种方式是通过s q ll i n k s 提供的驱动程序来 连接s q l 型的数据库，如s q ls e r v e r ；第三种方式是利用o d b c 来连接那些既无 内置驱动程序，又无s q ll i n k s 驱动程序的数据库。d e l p h i 数据库的连接如下图所 示： 图2 5 数据库连接 天线装配测调软件的数据库所选用的是具有o d b c 接口的m sa c c e s s 数据库。 具体连接方式如图2 6 所示。m sa c c e s s $ 是一种非常普及的数据库管理系统，使用 a c c e s s 可以创建数据库，可以通过窗体提供的工具输入数据到数据库，可以使用 查询设计和通过s q l 实现查询。 、 大型天线装配测调系统的研制 窗体 数据梗块 幽2 6d e l p h i 应用程序与a c c e s s 数据厍的连接 2 d e l p h i 数据模块与a c c e s s 数据库表的连接 d e l 曲i 通过b d e 来控制读取a c c e s s 数据库，在与数据库连接时首先要进行 b d ea d m i n i s t r a t o r 配置数据库，然后进行o d b c 的连接。 n ) b d ea d m i n i s t r a t o r 配置 b d ea d m i n i s t r a t o r 是b d e 的配置程序，主要对d e l p h i 应用程序使用的别名 进行管理、配置驱动程序及配置时间、日期、数字等其它信息。b d e a d m i n i s t r a t o r 界面中的左栏内有两个选项卡：d a t a b a s e 和c o n f i g u r a t i o n 。d a t a b a s e 选项卡内列出 的是当前使用的数据库别名，选中某个别名后，这个别名的相关配置参数消息就 列在右栏，增加新的别名的方法是：单击右键，在弹出的菜单上选n e w 命令，在 输入别名前要选择别名所用的驱动程序。根据连接数据库的方式不同，配置各种 参数的情况也不同，本文选择了a c c e s s 数据库格式只需要设置s y s t e md a t a b a s e 参 数，在为别名指定一个m d b 文件。在b d e 配置程序的c o n f i g u r a t i o n 选项卡下，列 出了支持的数据库格式，n a t i v e 节点内包括内置本地驱动程序和s q ll i n k s 两种； 在o d b c 下列出了安装在o d b c 下的驱动程序。在右栏内，可以看到所有d l l 文件程序。在所有的配置参数中，恰当的配置对于中文环境来说非常重要。 ( 2 ) 连接o d b c 数据库 o d b c 连接数据库的方法很简单，只要我们在o d b c 管理器中建立一个d s n 数据源，那么在b d ea d m i n i s t r a t o r 中，便可以看到这个d s n ，这个d s n 已被b d e 当作别名来处理了。使用o d b c 连接数据库的方法主要分为以下两步： 1 ) 安装o d b c 驱动 大多数的数据库的软件系统都已带了一个客户端的o d b c 的驱动程序的软件 包，一般情况下，安装了客户软件后，o d b c 管理器内便包含了该d b m s 的驱动 程序。 2 ) 配鬣d s n 因为选择o d b c 方式，所以在连接到数据库前，需要设置o d b cd s n 参数。 我们配置d s n 主要是指定数据库的名称，选择数据库的类型。在管理器中，使用 添加按钮，便可以增加d s n 。一般地，可以增加两种d s n ，一种是当前用户的 第二章天线装配测调软件开发 d s n ，这些d s n 位于本机，其他用户不能使用；另外一种是系统的d s n ，可以被 所有的用户使用。本软件数据库的d s n 配置使用的是用户d s n 。 2 4 3 软件结构设计 软件结构设计主要是根据用户的需求和数据库的要求来决定软件所能够实现 的功能，并对这些功能进行分类，将近似的功能放置在一起形成一个模块化的结 构，而整个应用程序也就由这些模块化的结构组成，根据实际工程需要，针对抛 物面天线和球面天线的不同特点，分别开发了相应的测调软件。两个软件系统均 采用d e l p h i 开发，独立运行。它们的模块结构基本相同，如下图所示。 天线测调系统 数据准备 li调整量计算li查询统计 基本数据ji 靶标理论坐ll 误差及ll 调整量il 基本 分块数据il 标和实测坐| i 装配精ii 计算 ii 数据 设定 ii标导入il 度计算ljlj 面板 测调 数据 三维 图形 显示 图2 7 系统模块图 1 数据准备 数据准备包括数据设定和靶标坐标导入部分。数据设定部分包括基本数据设 定和分块数据设定。靶标坐标导入部分包括靶标理论坐标导入和靶标测量坐标导 入。 ( 1 ) 基本数据设定指设置坐标系和天线反射面基本几何参数。分块数据设定指设置 分块的天线面板分块的几何参数。模块结构图如下所示。 图2 8 基本数据分块数据设定模块结构图 对数据库中的记录进行各种操作之前，例如录入基本数据操作之前，首先必 须指定所要访问的数据库。访问数据库最常用的两个b d e 数据访问控件是t t a b l e 和t q u e r y a 其中，t q u e r y 控件建立在s q l 基础上。s q l ( s t r u c t u r e d q u e r y l a n g u a g e ) 大型天线装配测调系统的研制 是一种通用的，符合工业标准的关系数据库语言。它提供了许多任务命令，因为 主要的关系数据库管理系统都支持s q l 语言，所以用s q l 编写的程序具有可以移 植的优点。因此，我们使用t q u e r y 控件通过s q l 对数据库进行访问。为了动态 访问数据库，在运行期来指定s q l 语句。因为s q l 属性是一个t s t r i n g s 对象，所 以指定s q l 语句就是使用t s t r i n g s 的方法改变s q l 属性值。以下是一段访问基本 参数表的代码实例。 w i t hq b a s i c d a t ad o b e g i n c l o s e ； 关闭t q u e r y 控件 s q l c l e a r ；清除原有语句 s q l a d d ( s e l e c t + f r o m 整面基本参数表) ；加入新语句 o p e n ；执行s q l 语句 e n d ； 对某一条记录进行修改或删除时，需要在数据集中定位需要修改的记录，并 使该记录成为当前记录。我们使用了函数l o c a t e ( c o n s tk e y f i e l d s ：s t r i n g ；c o n s t k e y v a l u e s ：v a r i a n t ；o p t i o n s ：t l o c a t e o p t i o n s ) ：b o o l e a n ；v i r t u a l 完成定位功能。如果找到 了符合条件的记录，就将搜索到的记录作为当前记录，并返回t r u e ；如果没有找到 匹配的记录，返回f a l s e 。例如，修改某一分块记录前的查询定位代码如下所示： q b l o c k d a t a l