第一篇：二三維一體化CAD系統(tǒng)中工程圖紙自動生成技術(shù)的研究和實現(xiàn)
二三維一體化CAD系統(tǒng)中工程圖紙自動生成技術(shù)的研究和實現(xiàn)
摘要：本文結(jié)合具體實例對二三維一體化CAD系統(tǒng)中，工程圖紙的自動生成技術(shù)進(jìn)行了深入的探討，給出了剖切視圖和復(fù)雜視圖的具體算法，并介紹了二、三維雙向關(guān)聯(lián)和互驅(qū)動的相關(guān)技術(shù)。
關(guān)鍵詞： 二維 三維 一體化 CAD 工程圖紙 自動生成引言
隨著CAD基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高。設(shè)計人員不再僅僅滿足于借助CAD系統(tǒng)來達(dá)到“甩圖版”的目的。而是希望它能從本質(zhì)上減輕大量簡單煩瑣的工作量，使他們能集中精力于那些富有創(chuàng)造性的高層次思維活動中。由于三維CAD系統(tǒng)具有可視化好、形象直觀、設(shè)計效率高、以及能為CIMS工程中各應(yīng)用環(huán)節(jié)提供完整的設(shè)計、工藝、制造信息等優(yōu)勢，使其取代傳統(tǒng)的純二維CAD系統(tǒng)已成為歷史發(fā)展的必然。但是，由于經(jīng)濟(jì)實力、技術(shù)水平和習(xí)慣定勢等的影響，二維圖紙不僅不會在短期內(nèi)全部消亡，反而還會作為工程語言的載體長期存在并不斷發(fā)展。
據(jù)統(tǒng)計，從目前我國機(jī)械行業(yè)的CAD應(yīng)用狀態(tài)來看，基本呈現(xiàn)三角形結(jié)構(gòu)。占據(jù)三角形底部的是已被廣泛應(yīng)用的基于PC平臺的二維CAD系統(tǒng)，如：AutoDesk公司的AutoCAD系列，國內(nèi)華正的CAXA電子圖版、高華的GHCAD、凱思的PICAD等均擁有大量用戶群。高居三角形頂端的是少量基于UNIX工作站的純?nèi)SCAD系統(tǒng)，如：Euclid, Catia, Pro/E,SDRC/I-DEAS等高端產(chǎn)品。主要被一些大中型企業(yè)所采用，但因其價格、系統(tǒng)開放性、軟件本地化特性和用戶素質(zhì)要求等眾所周知的限制，多數(shù)企業(yè)并未使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。從企業(yè)應(yīng)用的實際需
求和市場分析來看，今后CAD的用戶類型分布將發(fā)展為：
◆從事純二維繪圖和設(shè)計的約占25%，以適應(yīng)上下游廠商對二維圖形數(shù)據(jù)的需要。
◆從事純?nèi)S設(shè)計的將小于25%,集中用于大型裝配設(shè)計和復(fù)雜工程分析。
◆既從事二維繪圖又從事三維設(shè)計的將大于50%,廣泛用于零部件及其一般裝配設(shè)計和分析。
目前國內(nèi)外各大CAD供應(yīng)商也都看到了這一發(fā)展態(tài)勢，相繼推出PC平臺的二、三維一體化系統(tǒng)解決方案。由此可見，研究基于PC平臺的二、三維一體化CAD系統(tǒng)軟件技術(shù)將具有廣闊的市場前景和現(xiàn)實意義。而根據(jù)三維CAD的模型數(shù)據(jù)源自動產(chǎn)生二維圖紙信息是其中一個重要研究方向。本文對基于三維CAD模型數(shù)據(jù)源自動生成二維圖紙和二、三維相互關(guān)聯(lián)
等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入的探討。并在國產(chǎn)二、三維一體化CAD系統(tǒng)“金銀花2000”中予以實現(xiàn)。二三維一體化系統(tǒng)簡介
當(dāng)用戶使用二、三維一體化CAD系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計時，首先在三維環(huán)境下開始設(shè)計工作，在“變量化的三維特征造型系統(tǒng)”的支持下，三維零件的設(shè)計變得即直觀又快捷。伴隨著零件的設(shè)計過程，三維統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)源（在SDRC的I-DEAS系統(tǒng)中也稱之為“主模型”）也就同時生成。利用這一數(shù)據(jù)源可進(jìn)行裝配件設(shè)計和許多后期試制工作，如進(jìn)行干涉檢查、物性計算、機(jī)構(gòu)分析、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析、真實感顯示等等。當(dāng)然，該數(shù)據(jù)源也是生成二維工程圖紙的唯一數(shù)據(jù)來源。三維統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)源不僅包括模型的幾何和拓?fù)湫畔⑦€包括特征、尺寸、公差、屬性、關(guān)系等信息。因此在生成圖紙時，不僅可以自動產(chǎn)生各種二維視圖等幾何數(shù)據(jù)，同時也可根據(jù)用戶需求生成各種標(biāo)注和屬性數(shù)據(jù)。由于采用了統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)源，為維護(hù)模型數(shù)據(jù)的一致性，三維模型的更改必須保證二維視圖和標(biāo)注的更新，反之，對二維投影幾何和尺寸的改變也必須更新三維模型，即：實現(xiàn)二、三維聯(lián)動，這也正是二、三維一體
化CAD系統(tǒng)的本質(zhì)所在。二維圖紙自動生成我們知道，一張傳統(tǒng)的二維圖紙上主要包括以下幾類信息：
◆點(diǎn)、線、圓、樣條曲線等各種幾何元素
◆尺寸、公差、粗糙度、基準(zhǔn)符號、焊接符號、零件標(biāo)號和文本注解等標(biāo)注信息
◆標(biāo)題欄、明細(xì)表、參數(shù)表等表格數(shù)據(jù)
其實，二維圖紙自動生成也主要集中在這幾方面。其中幾何元素是以視圖方式進(jìn)行創(chuàng)建和管理的。因此，以下主要研究視圖、標(biāo)注、屬性三個方面的自動生成技術(shù)。
3.1 視圖自動生成3.1.1 視圖分類
當(dāng)前國內(nèi)外PC平臺二、三維一體化CAD系統(tǒng)中一般將視圖分為如下幾類：基本視圖、向視圖、剖切視圖、截斷視圖、局部放大視圖等。
其中剖切視圖又可分為階梯剖、展開剖、旋轉(zhuǎn)剖（展開剖的一種特例），結(jié)果可為剖面圖和剖視圖。這種分類方法概念清晰，實現(xiàn)自動生成較為簡單，而且也能滿足大多數(shù)用戶的需要。但在實際工程表達(dá)中視圖是很復(fù)雜的，以上分類和生成方法并不能完全滿足用戶的需要。（如圖5中這些視圖我們在圖紙中經(jīng)常可以遇到，但目前市面上的該類CAD系統(tǒng)對自動生成它們大都無能為力，對這類視圖用戶往往不得不采用以前純二維系統(tǒng)的老方法--徒手繪制。本文提出“分割視圖”的概念并將視圖按圖1所示分類，通過分割視圖，用戶可以隨心所欲的創(chuàng)作出理想的視圖表達(dá)方式,包括由以上各種視圖組合而形成的組合剖切視圖和局部剖切視圖，半剖視圖等等復(fù)雜形式（詳細(xì)說明見后），從而徹底解決了二維視圖的自動生成問題。
3.1.2 視圖生成算法
二維視圖自動生成的基本原理是：三維實體在某一個觀察方向上經(jīng)過消陰計算和投影變換后，轉(zhuǎn)換到二維視圖坐標(biāo)中。觀察方向和視平面參數(shù)是由所要生成的目標(biāo)視圖確定的。由于視圖種類繁多，因此自動生成算法也不盡相同，但基本流程是一樣的。如圖2所示：圖中矩形虛線框內(nèi)為生成基本視圖和向視圖的原理圖也是其它各種視圖生成時必經(jīng)的過程，右邊是產(chǎn)
生剖切視圖的原理圖。以下分別進(jìn)行說明：
(1)基本視圖：是指那些不需要依賴于任何父視圖直接將三維實體在某一觀察方向上消陰并投影變換而成的視圖。例如：常見的主視圖、俯視圖、左視圖、右視圖、上視圖、下視圖以及軸測圖等。這些視圖均含有明確的投影方向信息。假設(shè)世界坐標(biāo)系(OXYZ)如右圖3所示：如果用戶希望沿X軸負(fù)向看去得到圖中長方體的主視圖，只要將矢量Vec1（-1，0，0）作
為主視圖的投影方向，YOZ平面作為視平面，Z軸作為向上Up矢量就可得到理想的結(jié)果。(其中xoy為二維視圖坐標(biāo)系)
當(dāng)然，實際算法要復(fù)雜一些，因為三維消陰后，產(chǎn)生的是離散線段，必須先經(jīng)過擬合處理（具體方法可參閱參考文獻(xiàn)[2]）才能投影；在投影構(gòu)造視圖中的幾何元素時，必須同時考慮原三維對應(yīng)幾何點(diǎn)、邊、面的屬性問題。比如：在二維線段中記錄對應(yīng)三維邊、面的ID號以便修改模型重建視圖幾何時能匹配相關(guān)的標(biāo)注信息；記錄對應(yīng)三維邊、面的可見屬性以確定
是否用虛線表示物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。
(2)剖切視圖：是指用一個或幾個相交平面（特殊情況下也可能是曲面）切開三維實體，然后在指定方向上投影并進(jìn)行剖面填充所生成的視圖。這些相交平面（又稱剖切平面）可以由用戶在三維設(shè)計環(huán)境中創(chuàng)建，然后用來切分三維實體，這樣比較直觀。但在實際應(yīng)用中，這種做法對用戶反而不太方便，因為用戶在進(jìn)行二維設(shè)計時，更希望直接在圖紙上描述出剖切方式，由系統(tǒng)自動產(chǎn)生所要的剖切視圖。鑒于此，我們?yōu)橛脩籼峁┝酥苯釉诙S視圖內(nèi)創(chuàng)建剖切線生成剖視圖的方法。剖切視圖創(chuàng)建流程見圖2。下面通過一個實例（見圖4）介紹剖切視圖生成的具體算法。假定用戶已用前述基本視圖創(chuàng)建方法在圖紙中生成了視圖view1,然后在view1中畫一條直線line1（也可以是多段直線和曲線的組合等）,欲用line1自動切開
實體產(chǎn)生剖切視圖A-A，具體算法如下：
1）得到view1的（視點(diǎn)eye,目標(biāo)點(diǎn)target,up矢量）等投影參數(shù)；
2）計算實體從三維視平面投影變換到二維視圖view1所進(jìn)行的投影變換（cTrans1）和視窗變換(CTrans2)，則三維到二維的總變換：
cModelToViewTrans = cTransf1 * cTransf2；
3）由于二維視圖view1中剖切線A-A是由直線段line1構(gòu)成，只要將line1從view1中變換到三維視平面即可。假設(shè)該變換為cViewToModelTrans,顯然cViewToModelTrans就是
cModelToViewTrans 的逆變換，即有：
cViewToModelTrans = cModelToViewTrans.Inverse();
4）設(shè)line1變換到三維視平面后如圖示為LINE1，則有：
LINE1 = line1 * cViewToModelTrans;
5）同時將剖切線A-A的方向矢量vec1也變換到三維視平面即投影方向VEC1；
6)將直線邊LINE1沿圖中掃描方向VEC2掃描形成一平面FACE1;
7)用FACE1與原三維實體BODY1進(jìn)行布爾運(yùn)算，即用FACE1將BODY1剖切成上下兩部分;
8）根據(jù)VEC1的方向決定保留下半部分實體BODY2，刪除另一部分;
9)在剖切面（即圖中BODY2的上表面）內(nèi)搜索出邊環(huán)并記錄；
10）根據(jù)用戶指定的視圖定位點(diǎn)和投影方向VEC1等信息，創(chuàng)建新的剖切視圖view2;
11)對BODY2在視線方向上消陰、擬合并投影到BODY2到視圖view2中，產(chǎn)生所有投影幾何，并根據(jù)三維邊屬性對投影幾何賦屬性值；
12）將剖面線邊環(huán)同時投影到視圖view2中并填充剖面線。
以上是產(chǎn)生普通剖切視圖的算法，對于復(fù)雜視圖還需要對算法做局部修改。對于裝配件在填充剖面線時還必須區(qū)分不同零件分別填充。
(3)分割視圖：是指在基本視圖或剖切視圖的基礎(chǔ)上繼續(xù)剖分或切割而產(chǎn)生的視圖。由于所選父視圖的種類各異、分割線的構(gòu)成和方向不同、以及生成過程中的不同選項的組合可產(chǎn)生
各種復(fù)雜視圖，如：半剖視圖，局部剖切視圖，局部視圖等。
分割視圖的生成方法與剖切視圖基本一致，但是在上述算法的步驟7）處布爾運(yùn)算得到的兩部分實體并不是簡單的按照8）的方式保留一部分刪除另一部分。根據(jù)選項對兩部分進(jìn)行不
同的處理（如：一部分直接投影，另一部分進(jìn)行剖面填充）即可生成不同視圖種類，圖5是用此方法自動生成的幾種分割視圖的例子。
(4)其它視圖：主要包括局部放大圖、截斷視圖等，這些視圖的生成方法與剖切視圖也很相似，差別也主要集中在剖切后對實體的處理方式不一樣，此不再贅述。
3.2 標(biāo)注自動生成用戶在設(shè)計三維零部件的同時一般也會添加尺寸、標(biāo)注公差、粗糙度等，這些幾何參數(shù)和加工要求信息與幾何、拓?fù)湫畔⑼戎匾D紙設(shè)計時用戶當(dāng)然不愿意再去重復(fù)這些枯燥的操
作，因此一個好的系統(tǒng)也應(yīng)該提供自動生成標(biāo)注的能力。
生成標(biāo)注的基本思路可概括為：一一對應(yīng)、投影賦值、符合國標(biāo)。一一對應(yīng)是指二維標(biāo)注與三維標(biāo)注應(yīng)該是對應(yīng)的；投影主要是指標(biāo)注符號的幾何表示應(yīng)該從三維中投影到二維視圖；賦值即將尺寸的數(shù)值，公差、粗糙度的大小、類型等不變數(shù)值直接傳給對應(yīng)的二維標(biāo)注。由于圖紙中的各種標(biāo)注必須符合國標(biāo)，因此投影賦值后系統(tǒng)還必須進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)化處理和調(diào)整
才能生成既與三維標(biāo)注對應(yīng)又符合國標(biāo)的二維標(biāo)注。
由于尺寸的數(shù)量一般相對較多，在投影和標(biāo)準(zhǔn)化處理后還要考慮綜合布局的問題，使得尺寸間盡量無重疊、無干涉、分布清晰合理。
3.3 屬性值的生成屬性值主要指邊、面的唯一索引ID號、邊是否為相切邊或陰影邊、特征是否已隱藏、裝配件中相同零件或標(biāo)準(zhǔn)件的個數(shù)、零件的材料加工要求等等參數(shù)。這些參數(shù)在投影生成視圖幾何的過程中賦值（在上面基本視圖部分已經(jīng)提到）。雖然屬性值的生成方法比較簡單，而且對用戶來說一般也是透明的，但作為系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)人員如果能充分利用它們，就可大大提高圖紙生成和重建的準(zhǔn)確率。有些數(shù)據(jù)對于自動填充明細(xì)表、生成BOM報表以及標(biāo)注零件標(biāo)號也是非常重要的。
二、三維雙向關(guān)聯(lián)
由于二三維一體化CAD系統(tǒng)采用了統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)源，圖紙中的絕大多數(shù)信息都是根據(jù)三維模型自動生成的。因此二三維之間是一致的、相互關(guān)聯(lián)的。當(dāng)任何一方模型改變時，系統(tǒng)將向另一方發(fā)送更新消息，然后自動同步更新（當(dāng)然，用戶也可根據(jù)需要選擇放棄更新的操作）。對于設(shè)計人員來說，為了在設(shè)計后期細(xì)化、更正自己的設(shè)計意圖，或進(jìn)行變異設(shè)計等，一般只需要在二維或三維環(huán)境下簡單的修改某些尺寸參數(shù)，系統(tǒng)就可以自動更新所有相關(guān)零部件或圖紙。盡管操作很簡單，但重新生成的算法實現(xiàn)是很復(fù)雜的。我們在系統(tǒng)中采用唯
ID號的方式在重建過程中對幾何和標(biāo)注等信息進(jìn)行逐一匹配，實踐證明，效果相當(dāng)理想。限于篇幅，其具體算法另文闡述。結(jié)論
隨著PC機(jī)圖形圖象顯示和處理能力的增強(qiáng)以及CAD軟件基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，基于PC平臺的二、三維一體化CAD系統(tǒng)因其采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、二、三維的相關(guān)聯(lián)動、友好的用戶界面和低廉的成本贏得了設(shè)計人員的普遍歡迎。工程圖紙的自動生成與傳統(tǒng)的二維繪圖系統(tǒng)相比可極大的減輕設(shè)計人員的負(fù)擔(dān)和提高產(chǎn)品的設(shè)計效率。本文對工程圖紙的自動生成這一技術(shù)進(jìn)行了深入的探討，給出了一些具體算法，并在商品化CAD系統(tǒng)中全部予以驗證和實現(xiàn)，對于開發(fā)此類CAD系統(tǒng)有很好的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)范玉青、馮秀娟、周建華。CAD軟件設(shè)計。北京航空航天大學(xué)出版社 1996.9評測專家組。三維CAD/CAM軟件評測總結(jié)。計算機(jī)輔助設(shè)計與制造。1999(5)袁波、周昀、胡事民、孫家廣。基于三維模型的二三維一體化設(shè)計。計算機(jī)輔助設(shè)計與制造。1998(6)邵東。迎接MDA規(guī)模應(yīng)用的時代。SDRC中國通訊
第二篇：淺談三維CAD技術(shù)在教學(xué)和設(shè)計中的應(yīng)用
淺談三維CAD技術(shù)在教學(xué)和設(shè)計中的應(yīng)用
湖南省勞動人事學(xué)校張志明
摘要：CAD技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，是計算機(jī)技術(shù)在工程設(shè)計、機(jī)械制造等領(lǐng)域中最有影響的一項高新應(yīng)用技術(shù)。CAD系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法與生產(chǎn)模式發(fā)生了深刻的變化，已經(jīng)產(chǎn)生、必然繼續(xù)產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：三維CAD技術(shù)；設(shè)計和生產(chǎn)的一體化；教學(xué)與設(shè)計
現(xiàn)代化教學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新是21世紀(jì)職業(yè)學(xué)校和企業(yè)競爭的焦點(diǎn)之所在，而產(chǎn)品創(chuàng)新既是技術(shù)創(chuàng)新的主要組成部分，也是技術(shù)創(chuàng)新的物化成果和集中體現(xiàn)，同時現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵。
一、CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢
了解CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢對推廣應(yīng)用技術(shù)是十分重要的，有利于CAD方案設(shè)計、選型適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。總的來說，CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢有以下幾方面：
(1)基于32/64位微機(jī)的Windows操作系統(tǒng)平臺的CAD系統(tǒng)倍受歡迎，象Pro/E、I-DEAS等運(yùn)行于工作站的軟件也紛紛推出微機(jī)版。
(2)二維繪圖與三維實體建模一體化，基于特征的參數(shù)化設(shè)計軟件應(yīng)當(dāng)是CAD系統(tǒng)的主要功能要求。同時要求CAD與CAPP、CAM、CAE信息集成，提供符合IGES、STEP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型。
(3)基于Windows/Objects/Wcb的技術(shù)解決方案是當(dāng)前CAD軟件的一個重要特點(diǎn)，也就是要求CAD軟件能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下支持協(xié)同設(shè)計、異地設(shè)計和信息共享。
(4)支持并行設(shè)計的產(chǎn)品數(shù)字管理(PDM)一體化集成。
(5)CAD系統(tǒng)的智能化、可視化和標(biāo)準(zhǔn)化。
二、現(xiàn)代化教學(xué)已充分認(rèn)識到多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，并使之廣泛應(yīng)用，而三維CAD技術(shù)對教學(xué)也有很大的幫助
1、在教學(xué)很多課程需要實物模型幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用實物或者教師自制簡單模型。存在的問題是實物攜帶困難，根據(jù)教學(xué)需要更改模型的可操作性也不大，自制模型簡單，缺少變化，并且要花費(fèi)教師的很多時間，沒有經(jīng)驗的年輕教師完成這項工作也有困難。如果沒有模型，僅僅依靠講解，這樣要想把一個立體結(jié)構(gòu)講清楚又是很困難的事情，對于缺少對實物感官認(rèn)識的學(xué)生理解沒有模型的講解不是一個簡單的事情，這個過程很容易出現(xiàn)偏差。
2、教學(xué)中存在的另一個問題是傳統(tǒng)的教學(xué)模型更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學(xué)模型已不能滿足教學(xué)和科技時代不斷進(jìn)步的需要，傳統(tǒng)教學(xué)模型基本上不能夠修改，更換時的問題是新模型或?qū)嵨锍杀靖撸f模型基本沒有再利用的價值。
3、三維CAD技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用完全可以避免傳統(tǒng)教具的缺點(diǎn)，它在具有實物教具直觀，容易理解的優(yōu)點(diǎn)的同時，克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難，模型修改方便，添加新模型的成本低（計算機(jī)建模），學(xué)生根據(jù)自己的理解也可自己和建立新模型，達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。另一方面，使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能不斷了解新技術(shù)，也為之將來走向社會打下良好的基礎(chǔ)。
三、三維CAD設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)
1、設(shè)計手段的計算機(jī)化。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)已離不開計算機(jī)的參與和支持，計算機(jī)已成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的必備工具，這一點(diǎn)已經(jīng)被現(xiàn)代企業(yè)、學(xué)校在計算機(jī)應(yīng)用的實際情況所證實。三維CAD技術(shù)正是充分發(fā)揮計算機(jī)優(yōu)勢的有力工具。
2、設(shè)計范疇的擴(kuò)大化。現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計概念已不僅是產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)、性能、工藝等的設(shè)計，還應(yīng)包括與之相關(guān)的一切過程。而三維CAD技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)，能夠為后續(xù)的CAE（計算機(jī)輔助分析系統(tǒng)）；CAM（計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)）；NCP（數(shù)控編程系統(tǒng)）；PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）等提供完整統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，大大地簡化后續(xù)工作，優(yōu)化整個設(shè)計過程。
3、設(shè)計過程的并行化和智能化。局域網(wǎng)和INTERNET的普及，已使絕大多數(shù)人認(rèn)識到，網(wǎng)絡(luò)將是二十一世紀(jì)發(fā)展的首選工具。一個大中
型產(chǎn)品的設(shè)計不是一個人或少數(shù)幾個人就能夠完成的，而網(wǎng)絡(luò)將這種設(shè)計任務(wù)的并行性的可能性大大提高。三維CAD技術(shù)使得設(shè)計人員之間的交流更容易，減少了交流過程中的不必要錯誤，網(wǎng)絡(luò)交流更直觀。
（1）設(shè)計和生產(chǎn)的一體化。計算機(jī)技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用已從以往的計算、繪圖和制造發(fā)展到當(dāng)今的三維建模、虛擬制造、智能設(shè)計及CAD／CAE／CAM集成階段。三維參數(shù)化設(shè)計軟件作為當(dāng)今最先進(jìn)的CAD軟件，在發(fā)達(dá)國家與工程設(shè)計有關(guān)的各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。比如：美國福特公司為迎接21世紀(jì)而制定的革命性的技術(shù)發(fā)展計劃《FORD2000》，應(yīng)用三維CAD技術(shù)后將新型汽車開發(fā)周期從18個月壓縮到12個月，減少了90％的實物模型，減少新產(chǎn)品的設(shè)計更改50％以上，減少新汽車試制成本50％，提高投資收益30％。波音公司新一代777客機(jī)生產(chǎn)中實現(xiàn)了“無圖紙設(shè)計”，其先進(jìn)的CAD／CAM技術(shù)，走在了全世界的前面。
（2）強(qiáng)調(diào)顧客參與化。新世紀(jì)需求的產(chǎn)品內(nèi)涵是一組能滿足消費(fèi)需求的理解，需求是產(chǎn)品存在和發(fā)展的先決條件。那么一個優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)充分考慮消費(fèi)者的意見，應(yīng)盡力讓消費(fèi)者參與到設(shè)計中來，這樣就必須讓消費(fèi)者充分理解設(shè)計者的設(shè)計意圖，而一個消費(fèi)者大多數(shù)不具備理解產(chǎn)品圖紙的專業(yè)知識，這時設(shè)計的直觀性就顯得非常重要。
（3）追求產(chǎn)品的精神功能和環(huán)保性。這一點(diǎn)是在設(shè)計者思想重視的同時，依靠設(shè)計能力的和設(shè)計質(zhì)量的提高來保證的。
（4）分行業(yè)進(jìn)行基礎(chǔ)件、標(biāo)準(zhǔn)通用件的二維和三維建庫工作。目前，二維建庫的工作已較成熟，三維實體設(shè)計是發(fā)展方向，二維與三維相互結(jié)合應(yīng)是國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用CAD的一種模式。
四、對CAD應(yīng)用人才的培養(yǎng)
CAD技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于人才。企業(yè)應(yīng)首先注意加強(qiáng)CAD技術(shù)應(yīng)用人才的培養(yǎng)。企業(yè)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)是應(yīng)用好軟件，解決實際問題。高等院校和科研單位的人才重點(diǎn)是開發(fā)。一般來說，中小型企業(yè)自己培養(yǎng)CAD技術(shù)的開發(fā)人才是不適宜的。應(yīng)走合作開發(fā)應(yīng)用的道路。
現(xiàn)代三維CAD技術(shù)正逐步走向成熟，微機(jī)平臺技術(shù)也已開始在實踐中發(fā)揮作用，并且以其對硬件要求不高，操作簡便，容易上手，價格較
低（國產(chǎn)“金銀花“MDA系統(tǒng)價格已低于￥5000）等優(yōu)點(diǎn)，已被學(xué)校和中小型企業(yè)接受，希望這種技術(shù)能夠為學(xué)校和企業(yè)帶來效益，提高學(xué)校和企業(yè)的整體設(shè)計能力，在二十一世紀(jì)的技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)揮作用。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 路清獻(xiàn)AUTOCAD2004教程電子工業(yè)出版社，2006.[2] 張小寧深化推廣應(yīng)用CAD技術(shù)存在的問題郵電出版社，2003.作者簡介：張志明、執(zhí)教于湖南省勞動人事學(xué)校（湖南技師學(xué)院），中專高講、省級專業(yè)帶頭人、國家級骨干教師、赴德進(jìn)修教師。研究方向：機(jī)械制造、設(shè)計、模具及數(shù)控。
第三篇：在Excel中根據(jù)身份證號碼自動生成出生生日期和性別
在Excel中根據(jù)身份證號碼自動生成出生生日期和性別
【身份證號判斷性別的方法】 18位的看倒數(shù)第二位，奇男偶女； 15位的看倒數(shù)第一位，奇男偶女。假如：身份證所在的列為C2
首先要判斷該身份證的長度，在excel中使用len函數(shù)來獲取len(C2)
如果是18位的就取第17位，即倒數(shù)第二位，Excel中使用mid函數(shù)還獲取指定位置開始，指定長度的字符串，如果是15位的就去最后一位也就是第15位 =If(len(C2)=15,mid(C2,15,1),mid(C2,17,1))
獲取到這個數(shù)后，再判斷該數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)就可以得出性別了，excel中使用mod函數(shù)實現(xiàn) =IF(MOD(IF(LEN(C2)=15,MID(C2,15,1),MID(C2,17,1)),2)=1,“男”,“女”)獲取年齡的函數(shù)如下：
=DATEDIF(TEXT((LEN(C2)=15)*19&MID(C2,7,6+(LEN(C2)=18)*2),“00-00-00”),TODAY(),“y”)
在Excel中根據(jù)身份證號碼自動生成出生生日期和性別 根據(jù)身份證號碼自動生成出生生日期 方法一：
15位身份證號：*** 輸出出生日期1979/06/05 =CONCATENATE(“19”,MID(E2,7,2),“/”,MID(E2,9,2),“/”,MID(E2,11,2))公式解釋： a.MID(E2,7,2)為在身份證號碼中獲取表示年份的數(shù)字的字符串
b.MID(E2,9,2)為在身份證號碼中獲取表示月份的數(shù)字的字符串 c.MID(E2,11,2)為在身份證號碼中獲取表示日期的數(shù)字的字符串
d.CONCATENATE(“19”,MID(E2,7,2),“/”,MID(E2,9,2),“/”,MID(E2,11,2))目的就是將多個字符串合并在一起顯示。
18位身份證號：***521 輸出出生日期1979/06/05 =CONCATENATE(MID(E2,7,4),“/”,MID(E2,11,2),“/”,MID(E2,13,2))方法二：
15位身份證號：*** 出生日期790605 =IF(LEN(E3)=15,MID(E3,7,6),MID(E3,9,6))18位身份證號：***521 出生日期790605 =IF(LEN(E3)=15,MID(E3,7,6),MID(E3,9,6))公式解釋：
LEN(E2)=15：檢查E2單元格中字符串的字符數(shù)目，本例的含義是檢查身份證號碼的長度是否是15位。
MID(E2,7,6)：從E2單元格中字符串的第7位開始提取6位數(shù)字，本例中表示提取15位身份證號碼的第7、8、9、10、11、12位數(shù)字。
MID(E2,9,6)：從C2單元格中字符串的第9位開始提取6位數(shù)字，本例中表示提取18位身份證號碼的第9、10、11、12、13、14位數(shù)字。
=IF(LEN(E2)=15,MID(E2,7,6),MID(E2,9,6))：IF是一個邏輯判斷函數(shù)，表示如果額E2單元格是15位，則提取第7位開始的6位數(shù)字，如果不是15位則提取自第9位開始的6位數(shù)字。根據(jù)身份證號碼自動生成性別： 方法一：
在C列輸入身份證號，在B列填寫性別，可以在B2單元格中輸入公式“=IF(MOD(IF(LEN(C2)=15,MID(C2,15,1),MID(C2,17,1)),2)=1,“男”,“女”)”，其中： LEN(C2)=15：檢查身份證號碼的長度是否是15位。MID(C2,15,1)：如果身份證號碼的長度是15位，那么提取第15位的數(shù)字。
MID(C2,17,1)：如果身份證號碼的長度不是15位，即18位身份證號碼，那么應(yīng)該提取第17位的數(shù)字。
MOD(IF(LEN(C2)=15,MID(C2,15,1),MID(C2,17,1)),2)：用于得到給出數(shù)字除以指定數(shù)字后的余數(shù)，本例表示對提出來的數(shù)值除以2以后所得到的余數(shù)。
IF(MOD(IF(LEN(C2)=15,MID(C2,15,1),MID(C2,17,1)),2)=1,“男”,“女”)：如果除以2以后的余數(shù)是1，那么B2單元格顯示為“男”，否則顯示為“女”。
15位身份證，看最后一位，奇男偶女；18位的，看第17位數(shù)，也是奇男偶女。方法二：
如果你是想在Excel表格中，從輸入的身份證號碼內(nèi)讓系統(tǒng)自動提取性別，可以輸入以下公式： =IF(LEN(C2)=15,IF(MOD(MID(C2,15,1),2)=1,“男”,“女”),IF(MOD(MID(C2,17,1),2)=1,“男”,“女”))公式內(nèi)的“C2”代表的是輸入身份證號碼的單元格。
第四篇：閱讀教學(xué)中的三維目標(biāo)及其實現(xiàn)的方法和策略
小學(xué)英語閱讀教學(xué)中的三維目標(biāo)及其實現(xiàn)的方法和策略
一、小學(xué)英語閱讀教學(xué)中的三維目標(biāo)
（一）知識與技能目標(biāo)
1． 能區(qū)分英語簡單句的基本形式和表意功能。
能夠正確認(rèn)讀英語簡單句，理解其含義，初步對句型結(jié)構(gòu)有所感知，如：there be 句型、be going to …, be interested in …, would like …祈使句等句型等
2． 能借助圖片讀懂簡單的句型、對話、故事、短文、篇章等。
能充分利用閱讀材料中的插圖更準(zhǔn)確地理解句型、對話、故事、短文、篇章等。
3.能正確朗讀所學(xué)句型、對話、故事、短文、篇章等。
能用正確的語音、語調(diào)及按照意群斷句來朗讀學(xué)過的句型、對話、故事、短文、篇章等。
4.能按照意群閱讀文章，并理清文章層次關(guān)系。
意群，即一個句子可根據(jù)意思和語法結(jié)構(gòu)分成若干小段，每一小段稱之為一個意群。意群可以是一個詞、一個詞組或短語，也可以是并列句的一個分句或復(fù)合句的一個主句等。能夠借助按照意群閱讀文章來理清文章的層次關(guān)系并提高閱讀速度。
5． 能采用跳讀、找讀等閱讀方法提高閱讀速度
能采用略讀的方法快速閱讀，找出最重要的信息，理解文章大意。
6． 能采用跳讀、找讀、猜詞意等閱讀方法進(jìn)行閱讀理解。
能采用精讀的方式進(jìn)行閱讀理解；能夠根據(jù)情境、上下文、推測故事或段落等情節(jié)；能夠根據(jù)上下文、構(gòu)詞法、句法功能等猜詞意進(jìn)行閱讀理解。
（二）過程與方法目標(biāo)
1． 能與他人合作，共同完成閱讀任務(wù)
在閱讀中，能夠積極從參與閱讀活動，與他人或小組合作，共同完成為閱讀材料取名字，或者概括文章大意等任務(wù)。
2． 能主動向老師或同學(xué)請教
在閱讀中遇到發(fā)音不準(zhǔn)、生詞、句子意思不明、閱讀材料背景不詳?shù)壤щy時，能夠積極主動向老師和同學(xué)請教。
3． 能夠集中注意力，認(rèn)真思考閱讀材料的內(nèi)容
能夠集中精神專心閱讀，不受干擾，認(rèn)真思考。
4． 在閱讀教學(xué)中嗎，能利用簡單的學(xué)生英漢詞典等工具書查找不認(rèn)識的單詞。
在閱讀過程中遇到生詞時，懂得必要時嘗試?yán)迷~典或電腦查詢有關(guān)詞匯或語句的準(zhǔn)確含義，進(jìn)而準(zhǔn)確理解閱讀材料。
（三）情感態(tài)度價值觀目標(biāo)
1． 能體會閱讀的樂趣，樂于接受英語讀物。
能夠認(rèn)識到閱讀日常生活緊密聯(lián)系，通過閱讀可以增長知識、開拓視野、陶冶情操；能夠體會到閱讀的樂趣，樂于接觸英語讀物。2． 通過閱讀書信、電子郵件日記等，體會到英語在生活中的作用。
能夠通過閱讀書信、電子郵件、日記等，感受到英語在生活中的用處，并樂于接觸日常生活中的其他英語，如高速路標(biāo)識、廣告、說明等。
3． 通過閱讀懂得各種道理，如環(huán)境、愛護(hù)動物、珍惜時間等。
能夠通過閱讀體會到問斬的深層含義，懂得各種道理，如保護(hù)環(huán)境、愛護(hù)動物、珍惜時間、熱愛勞動、遵守公德等。
5． 樂于接觸并了解異國文化
認(rèn)識到學(xué)習(xí)語言的目的是為了溝通，只有了解所學(xué)語言國家的文化，才能夠使溝通更便利，以避免不必要的障礙。
二、在閱讀教學(xué)中實現(xiàn)三維目標(biāo)整合的方法和策略
小學(xué)階段英語閱讀教學(xué)策略采用以下教學(xué)方法：（1）速記教學(xué)法；（2）整體教學(xué)法；（3）背景知識介紹法；（4）對比閱讀法；（5）語義構(gòu)圖法即聯(lián)想法；（6）討論教學(xué)法；（7）線索教學(xué)法；（8）結(jié)構(gòu)分析法等。
1． 速記教學(xué)法
速記教學(xué)法即快速瀏覽閱讀材料，采用略讀、跳讀、找讀等閱讀方法提取關(guān)鍵信息。此方法適用范圍較廣泛，各個年段及不同問題的閱讀教學(xué)均可采用速記教學(xué)法。如閱讀Marie Curie 的一段文字： This is Marie Curie.She has short wavy hair and big bright eyes.She is pretty.Marie is a famous scientist from Poland.She is very good at maths and science.Marie’s father is her teacher.教師可以要求學(xué)生快速瀏覽本段文字，找出描寫Marie Curie 的外貌、職業(yè)、國籍、特長等關(guān)鍵信息，然后兩人或小組為單位進(jìn)行交流、討論。2． 整體教學(xué)法
小學(xué)高年級段開始出現(xiàn)說明文類的閱讀材料，對此類文章，教師可以抓住main idea, 分析topic sentence 等進(jìn)行閱讀教學(xué)，讓學(xué)生從整體上縱觀全文結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。
如學(xué)習(xí)There is a park near mu home.這樣一個單元是，教師向讓學(xué)生觀看課件顯示的一些社區(qū)公共設(shè)施的圖片，如“cake shop, hairdresser…”等。呈現(xiàn)“This is my neighbourhood.” 然后請學(xué)生閱讀文章，快速找出文章講的主要是什么，是誰的社區(qū)。使學(xué)生先對要閱讀的內(nèi)容有初步的整體感知，再請學(xué)生精讀文章完成課件中呈現(xiàn)的 True or false 練習(xí)。最后請學(xué)生畫畫自己的社區(qū)，并在小組內(nèi)互相介紹。
3． 背景知識介紹法
背景知識是英語文化的一部分。挖掘英語文化，并將這種文化融入到外語教學(xué)中，是將英語作為一門活脫脫的語言進(jìn)行教學(xué)體現(xiàn)。英語閱讀理解是背景知識與語篇信息相互作用的結(jié)果，背景知識與語篇知識越吻合，理解率就越高。在閱讀教學(xué)中，教師要注意調(diào)動學(xué)生已有的背景知識，同時又要幫助學(xué)生增加背景知識的積累。
背景知識的范圍廣泛，小學(xué)階段涉及以下幾種：（1）中西餐文化知識；（2）地名、節(jié)日知識；（3）科普知識；（4）地理、人文知識；（5）電子郵件、邀請卡知識等。
在介紹具體事物、風(fēng)土人情和科學(xué)知識的說明文中，背景知識介紹法應(yīng)用的較為普遍。
如學(xué)習(xí)A western meal and a Chinese meal 這樣的課文時，教師先詢問學(xué)生有關(guān)食物名稱的詞匯，然后引導(dǎo)學(xué)生將他們說出的詞匯進(jìn)行分類并以板書的形式呈現(xiàn)；然后，教師介紹中西餐具和食物種類是有差別的。通過背景知識的介紹，調(diào)動學(xué)生閱讀的興趣及欲望，然后再安排學(xué)生閱讀文章，理解文章含義；最后，給學(xué)生適當(dāng)補(bǔ)充西餐餐具擺放及西餐用餐的相關(guān)知識，從而進(jìn)一步擴(kuò)充了學(xué)生知識積累。4.對比閱讀法
小學(xué)階段的閱讀材料比較簡單，篇幅較短，但在高年級階段偶爾會出現(xiàn)相對較長的文章。
在記敘家人、朋友與周圍人的日常活動、興趣愛好、節(jié)假日活動和說明季節(jié)點(diǎn)、世界及環(huán)境保護(hù)等話題中，對比閱讀教學(xué)較為適合。
如學(xué)習(xí)Save our planet 這樣的課文時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察圖片，先說一說圖片中的內(nèi)容，然后給出“plant more trees, cut down too many trees” 等詞組和短語，請學(xué)生閱讀詞組和短語，并將其和圖片一一對應(yīng)。最后進(jìn)行對比，總結(jié)出什么是應(yīng)該做的，什么是不應(yīng)該做的。
五、語義構(gòu)圖法（聯(lián)想法）
語義構(gòu)圖法又稱聯(lián)想法。閱讀前，教師把文章的主題說明，然后引導(dǎo)學(xué)生圍繞主題展開聯(lián)想，使其頭腦中的相應(yīng)圖式知識處于激活狀態(tài)，為進(jìn)一步加工儲存信息準(zhǔn)備條件，并使學(xué)生產(chǎn)生適當(dāng)?shù)念A(yù)期。當(dāng)預(yù)期與材料內(nèi)容相吻合時，學(xué)生便會快速有效地理解材料。
如學(xué)生“How do you learn?” 這個內(nèi)容時，教師板書“How do you learn?” , 然后舉例說明 “I learned a lot from the Internet.How do you learn?” 引導(dǎo)學(xué)生調(diào)動以往的知識經(jīng)驗，說出“ I learned a lot from TV programme/ newspaper…” 等句型，初步學(xué)習(xí)并運(yùn)用新句型。在對所要閱讀的材料進(jìn)行先期感知后，再組織學(xué)生進(jìn)行全文的閱讀理解，理清每個段落的主要意思，最后得出本課要闡明的主題。
六、討論教學(xué)法
運(yùn)用討論教學(xué)法的關(guān)鍵在于設(shè)疑并正確引導(dǎo)，將學(xué)生分成組，各組站在不同的立場，把握觀點(diǎn)。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的辯證觀及自由、大膽運(yùn)用英語表達(dá)自己的看法。同時，又把教學(xué)放在英語語言環(huán)境中，創(chuàng)設(shè)交際表達(dá)的情景，從而充分調(diào)動了學(xué)生的參與性、主動性、創(chuàng)造性。例如“We are going to visit the Great Wall” 講述的是小動物們正在討論要去哪里及怎樣去那里旅游的有趣故事。教學(xué)時，教師先指導(dǎo)學(xué)生采用略讀或找讀的方法提取關(guān)鍵信息，將動物們要去的目的地及所選擇的交通工具一一理清。故事結(jié)尾提出小貓和小猴將要騎自行車去游覽加拿大多倫多的國家電視塔，針對這一設(shè)想是否可行，由學(xué)生兩人一組或小組內(nèi)進(jìn)行討論，各自發(fā)表自己的觀點(diǎn)。
七、線索教學(xué)法
小學(xué)階段的線索教學(xué)法通常被用在記述文體中。記述文包括以記人為主的記述文和以寫事為主的記述文。主要涉及個人情況、興趣愛好、日常活動、節(jié)假日活動、旅游和交通等。閱讀教學(xué)時應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生抓住幾個要素：5W(who, when , where, why, when)，How 以及時間順序展開的閱讀。
八、結(jié)構(gòu)分析法
結(jié)構(gòu)分析法即通過閱讀材料分成合理的層次，然后再逐層或者逐段進(jìn)行深入理解。
第五篇：振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用..
西安電子科技大學(xué)《雷達(dá)原理》論文
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
專業(yè)：
信息對抗技術(shù)
學(xué)生姓名：石星宇 02123010
柯煒鑫 02123049 張宇新 02123060 指導(dǎo)教師：
魏
青
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
目錄
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用...............................................1
一、自動測角系統(tǒng)簡介.............................................................................1 1.1圓錐掃描雷達(dá)簡介..........................................................................1 1.2單脈沖雷達(dá)簡介..............................................................................1
二、振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的優(yōu)勢...............................2 2.1角度跟蹤精度..................................................................................2 2.2天線增益和作用距離......................................................................2 2.3角度信息的數(shù)據(jù)率..........................................................................3 2.4抗干擾能力......................................................................................3 2.5復(fù)雜程度..........................................................................................3
三、振幅和差單脈沖雷達(dá)自動測角原理.................................................3 3.1角誤差信號......................................................................................3 3.2角誤差信號的產(chǎn)生..........................................................................5 3.3角誤差信號的轉(zhuǎn)換..........................................................................6 3.4自動增益控制..................................................................................6 3.5整體結(jié)構(gòu)..........................................................................................7
四、振幅和差單脈沖雷達(dá)自動測角仿真...................................................7
五、振幅和差單脈沖雷達(dá)的應(yīng)用...............................................................9 附錄.............................................................................................................10
第 1 頁
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、自動測角系統(tǒng)簡介
在火控系統(tǒng)中使用的雷達(dá)，必須快速連續(xù)地提供單個目標(biāo)(飛機(jī)、導(dǎo)彈等)坐標(biāo)的精確數(shù)值，此外在靶場測量、衛(wèi)星跟蹤、宇宙航行等方面應(yīng)用時，雷達(dá)也是觀測一個目標(biāo)，而且必須精確地提供目標(biāo)坐標(biāo)的測量數(shù)據(jù)。
為了快速地提供目標(biāo)的精確坐標(biāo)值，要采用自動測角的方法。自動測角時，天線能自動跟蹤目標(biāo)，同時將目標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)送到計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
和自動測距需要有一個時間鑒別器一樣，自動測角也必須要有一個角誤差鑒別器。當(dāng)目標(biāo)方向偏離天線軸線(即出現(xiàn)了誤差角)時，就能產(chǎn)生一誤差電壓。誤差電壓的大小正比于誤差角，其極性隨偏離方向不同而改變。此誤差電壓經(jīng)跟蹤系統(tǒng)變換、放大、處理后，控制天線向減小誤差角的方向運(yùn)動，使天線軸線對準(zhǔn)目標(biāo)。
用等信號法測角時，在一個角平面內(nèi)需要兩個波束。這兩個波束可以交替出現(xiàn)(順序波瓣法)，也可以同時存在(同時波瓣法)。前一種方式以圓錐掃描雷達(dá)為典型，后一種是單脈沖雷達(dá)。
1.1圓錐掃描雷達(dá)簡介
圓錐雷達(dá)的針狀波束的最大輻射方向偏離天線旋轉(zhuǎn)軸一個角度，當(dāng)波束以一定的角速度繞天線軸旋轉(zhuǎn)時，波束最大輻射方向就在空間畫出一個圓錐，故稱圓錐掃描。
波束在作圓錐掃描的過程中，繞著天線旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，因天線旋轉(zhuǎn)軸方向是等信號軸方向，故掃描過程中這個方向天線的增益始終不變。當(dāng)天線對準(zhǔn)目標(biāo)時，接收機(jī)輸出的回波信號為一串等幅脈沖；如果目標(biāo)偏離等信號軸方向，則在掃描過程中波束最大值旋轉(zhuǎn)在不同位置時，目標(biāo)有時靠近有時遠(yuǎn)離天線最大輻射方向，這使得接收的回波信號幅度也產(chǎn)生相應(yīng)的強(qiáng)弱變化。
由此實現(xiàn)對目標(biāo)的探測，從而完成在角度上對目標(biāo)的自動跟蹤。1.2單脈沖雷達(dá)簡介
單脈沖雷達(dá)是一種精密跟蹤雷達(dá)。它每發(fā)射一個脈沖，天線能同時形成若干個波束，將各波束回波信號的振幅和相位進(jìn)行比較，當(dāng)目標(biāo)位于天線軸線上時，第 1 頁
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
各波束回波信號的振幅和相位相等，信號差為零；當(dāng)目標(biāo)不在天線軸線上時，各波束回波信號的振幅和相位不等，產(chǎn)生信號差，驅(qū)動天線轉(zhuǎn)向目標(biāo)直至天線軸線對準(zhǔn)目標(biāo)，這樣便可測出目標(biāo)的高低角和方位角，從各波束接收的信號之和，可測出目標(biāo)的距離，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的測量和跟蹤。
二、振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的優(yōu)勢
由第一小節(jié)我們知道，自動測角系統(tǒng)中常見的雷達(dá)體制有圓錐掃描式雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)等，但相比之下，振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中有較大的優(yōu)勢。
2.1角度跟蹤精度
與圓錐掃描雷達(dá)相比，單脈沖雷達(dá)的角度跟蹤精度要高得多。主要有以下兩點(diǎn)原因：
第一，圓錐掃描雷達(dá)至少要經(jīng)過一個圓錐掃描周期后才能獲得角誤差信息，在此期間，目標(biāo)振幅起伏噪聲也疊加在錐掃調(diào)制信號(角誤差信號)上形成干擾，而自動增益控制電路的帶寬又不能太寬，以免將頻率為錐掃頻率的角誤差信號也平滑掉，因而不能消除目標(biāo)振幅起伏噪聲的影響，在錐掃頻率附近一定帶寬內(nèi)的振幅起伏噪聲可以進(jìn)入角跟蹤系統(tǒng)，引起測角誤差。而單脈沖雷達(dá)是在同一個脈沖內(nèi)獲得角誤差信息，且自動增益控制電路的帶寬可以較寬，故目標(biāo)振幅起伏噪聲的影響可以基本消除。
第二，圓錐掃描雷達(dá)的角誤差信號以調(diào)制包絡(luò)的形式出現(xiàn)，它的能量存在于上、下邊頻的兩個頻帶內(nèi)，而單脈沖雷達(dá)的角誤差信息只存在于一個頻帶內(nèi)。故圓錐掃描雷達(dá)接收機(jī)熱噪聲的影響比單脈沖雷達(dá)大1倍。單脈沖雷達(dá)的角跟蹤精度比圓錐掃描雷達(dá)的要高一個量級，約為0.1~0.2密位。
2.2天線增益和作用距離
單脈沖雷達(dá)在增益利用方面比圓錐掃描雷達(dá)好。單脈沖用和波束測距，差波束測角，合理設(shè)計饋源可使和波束的增益與差波束的增益同時最大，因而使測距測角性能最佳。在相同天線增益、發(fā)射功率、接收機(jī)噪聲系數(shù)情況下，單脈沖雷達(dá)比圓錐掃描雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)，測距精度高。并且，圓錐掃描雷達(dá)的角跟蹤靈敏度和作用距離不能同時最大，兼顧兩者性能，權(quán)衡選擇波束參數(shù)，只能做到角跟蹤靈敏度和作用距離約為最大值的88%。
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振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.3角度信息的數(shù)據(jù)率
單脈沖雷達(dá)比圓錐掃描雷達(dá)高。單脈沖雷達(dá)理論上只要一個脈沖就可獲得一次角信息，數(shù)據(jù)率為fr(脈沖重復(fù)頻率)。而圓錐掃描雷達(dá)必須經(jīng)過一個圓錐掃描周期才能獲取一次角信息。圓錐掃描一周內(nèi)至少需4個脈沖，因而理論數(shù)據(jù)率是fr/4，考慮到調(diào)制包絡(luò)信號不失真，通常需要10個脈沖以上，所以實際數(shù)據(jù)率小于fr/10。
2.4抗干擾能力
圓錐掃描雷達(dá)易受敵方的回答式干擾。因為敵方接收到的圓錐掃描雷達(dá)發(fā)射信號也是正弦調(diào)制信號，只需要取出調(diào)制包絡(luò)，進(jìn)行倒相放大，然后去調(diào)制高頻信號再發(fā)射回來，圓錐掃描雷達(dá)接收此信號后，天線軸線就跟蹤到錯誤方向上。而單脈沖雷達(dá)沒有回答式干擾的影響。
2.5復(fù)雜程度
單脈沖雷達(dá)在結(jié)構(gòu)上和技術(shù)上復(fù)雜，需要多個性能完善的寬頻帶饋源和高頻和差比較器，多路接收機(jī)要求性能一致，如果各路相位和振幅不平衡，會使測角靈敏度降低并加大測角誤差，因而單脈沖雷達(dá)技術(shù)復(fù)雜，加工工藝要求高。
由此可見，要求精密跟蹤尤其是遠(yuǎn)程精密跟蹤雷達(dá)，常用單脈沖體制。下面主要介紹振幅和差單脈沖雷達(dá)自動測角的原理。
三、振幅和差單脈沖雷達(dá)自動測角原理
對于振幅和差單脈沖雷達(dá)的自動測角原理，我們可以用下示框圖用來理解：
3.1角誤差信號
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雷達(dá)天線在一個角平面內(nèi)有兩個部分重疊的波束，如圖一（a）所示，振幅和差式單脈沖雷達(dá)取得角誤差信號的基本方法是將這兩個波束同時收到的信號進(jìn)行和、差處理，分別得到和信號與差信號。與和、差信號相應(yīng)的和、差波束如圖一(b)、(c)所示。其中差信號即為該角平面內(nèi)的角誤差信號。由圖一(a)可以看出；若目標(biāo)處在天線軸線方向(等信號軸)，誤差角ε=0，則兩波束收到的回波信號振幅相同，差信號等于零。目標(biāo)偏離等信號軸而有一誤差角ε時，差信號輸出振幅與ε成正比而其符號(相位)則由偏離的方向決定。和信號除用作目標(biāo)檢測和距離跟蹤外，還用作角誤差信號的相位基準(zhǔn)。
角誤差信號多是利用和差比較器產(chǎn)生。和差比較器(和差網(wǎng)路)是單脈沖雷達(dá)的重要部件，由它完成和、差處理，形成和差波束。用得較多的是雙T接頭，如圖二所示，它有四個端口；Σ(和)端、Δ(差)端和1、2端。假定四個端都是匹配的，則從Σ端輸入信號時，1、2端便輸出等幅同相信號，Δ端無輸出；若從1、2端輸入同相信號，則Δ端輸出兩者的差信號，Σ端輸出和信號。
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3.2角誤差信號的產(chǎn)生
發(fā)射時，從發(fā)射機(jī)來的信號加到和差比較器的Σ端，故1、2端輸出等幅同相信號，兩個饋源被同相激勵，并輻射相同的功率，結(jié)果兩波束在空間各點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)同相相加，形成發(fā)射和波束F如圖一（b（??）此時，發(fā)射脈沖的方向圖函數(shù)為：
F?(?)?F(???)?F(???)
接收時，回波脈沖同時被兩個波束的饋源所接收。兩波束接收到的信號振幅有差異，但相位相同。這兩個相位相同的信號分別加到和差比較器的1、2端。
其中，和信號的振幅為
E??kF?(?)[F(???)?F(???)]?kF?(?)2
式中F，而差信號的振幅為（?F（?-?）?F（???）??）E??kF?(?)[F(???)?F(???)]?kF?(?)F?(?)式中F?(?)?F(???)?F(???)。
現(xiàn)假定目標(biāo)的誤差角為?，則差信號波束為E??kF?(?)F?(?)。
在跟蹤狀態(tài)下，?很小，可以將F?(?)展開成麥克勞林級數(shù)并忽略高次項，則可得
2??E??4kF?(0)?'??E???4kF?(0)F?(0)?兩式作比得：
E?F?'(0)?????? E?F?(0)所得結(jié)果表示，在一定的誤差角范圍內(nèi)，差信號的振幅E?與誤差角?成正比。
以上得出了角誤差信號的大小，而角誤差信號的相位則由E1,E2中的強(qiáng)者決定，哪個回波信號更強(qiáng)，則角誤差信號偏向哪邊。
綜上所述，?端輸出的差信號的振幅表明了目標(biāo)誤差角的大小，其相位則表
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示目標(biāo)偏離天線軸線的方向。
3.3角誤差信號的轉(zhuǎn)換
和差比較器Δ端輸出的高頻角誤差信號還不能用來控制天線跟蹤目標(biāo)，必須把它變換成直流誤差電壓，其大小應(yīng)與高頻角誤差信號的振幅成比例，而其極性應(yīng)由高頻角誤差信號的相位來決定。這一變換作用由相位檢波器完成。為此，將和、差信號通過各自的接收通道，經(jīng)變頻中放后一起加到相位檢波器上進(jìn)行相位檢波，其中和信號為基準(zhǔn)信號。
相位檢波器的輸出為
??KdU???KdU???? ??0其中Ud正比于E?，?為和、差信號之間的相位差。
相位檢波器輸出為正或負(fù)極性的視頻脈沖(?=π為負(fù)極性)，其幅度與差信號的振幅即目標(biāo)誤差角ε成比例，脈沖的極性(正或負(fù))則反映了目標(biāo)偏離天線軸線的方向。把它變成相應(yīng)的直流誤差電壓后，加到伺服系統(tǒng)控制天線向減小誤差的方向運(yùn)動。
3.4自動增益控制
前面我們介紹了自動測角的原理，但實際上還有許多性能需要改善。為了消除目標(biāo)回波信號振幅變化(由目標(biāo)大小、距離、有效散射面積變化引起)對自動跟蹤系統(tǒng)的影響，需要采用自動增益控制。
由和支路輸出的和信號產(chǎn)生自動增益控制電壓。該電壓同時去控制和差支路的中放增益，這等效于用和信號對差信號進(jìn)行歸一化處理，同時又能保持和差通道的特性一致。
可以證明，由和支路信號作自動增益控制后，和支路輸出基本保持常量，而差支路輸出經(jīng)歸一化處理后其誤差電壓只與誤差角ε有關(guān) 第 6 頁
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而與回波幅度變化無關(guān)。
3.5整體結(jié)構(gòu)
接下來我們以單平面振幅和差單脈沖雷達(dá)的組成為例，分析其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述原理，可畫出單平面振幅和差單脈沖雷達(dá)的基本組成方框圖，如圖三所示。系統(tǒng)的簡單工作過程為：發(fā)射信號加到和差比較器Σ端，分別從1、2端輸出同相激勵兩個饋源。接收時，兩波束的饋源接收到的信號分別加到和差比較器的1、2端，Σ端輸出和信號，Δ端輸出差信號(高頻角誤差信號)。和、差兩路信號分別經(jīng)過各自的接收系統(tǒng)(稱為和、差支路)。中放后，差信號作為相位檢波器的一個輸入信號，和信號分三路：一路經(jīng)檢波視放后作為測距和顯示用；另一路用作和、差兩支路的自動增益控制，再一路作為相位檢波器的基準(zhǔn)信號。和、差兩中頻信號在相位檢波器進(jìn)行相位檢波，輸出就是視頻角誤差信號，變成相應(yīng)的直流誤差電壓后，1天線方向圖加到伺服系統(tǒng)控制天線跟蹤目標(biāo)。和圓錐掃描雷達(dá)一樣, 進(jìn)入
天線增益F(?)0.90.80.70.60.50.40.30.20.10-20-15-10-50角度/?5101520角跟蹤之前，必須先進(jìn)行距離跟蹤，并由距離跟蹤系統(tǒng)輸出一距離選通波門加到差支路中放，只讓被選目標(biāo)的角誤差信號通過。
四、振幅和差單脈沖雷達(dá)自動測角仿真
假設(shè)兩個波束的方向性函數(shù)完全相同，記為F???，兩波束相對天線軸線的偏角為?。仿真中，偏角???3?，半功率波束寬度?3dB?7.5?，采用雙向工作的高斯函數(shù)作為天線方向性函數(shù)，因此有
F????e
?2.8?22?0.5
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和差波束方向性函數(shù)分別為：
F?????F??????F????? F?????F??????F?????
其方向函數(shù)圖如下所示：
和、差波束方向圖1.51和波束天線方向圖天線增益F(?)0.50差波束天線方向圖-0.5-1-20-15-10-50角度/?5101520
由原理分析可知，差信號振幅為E??kF????F????，當(dāng)跟蹤目標(biāo)是出現(xiàn)誤差角?時，差信號的振幅變?yōu)镋??kF????F????。由于跟蹤狀態(tài)下?很小，將F????展開成泰勒級數(shù)并忽略高次項，則有
E??kF????F?'?0???kF?2?????
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式中F?????F??0?；??F?'?0?/F??0?。由上式可知，在一定范圍的誤差角度范圍內(nèi)，差信號的振幅與誤差角度成正比。
????仿真時，我們假設(shè)誤差角度????，?，得到如下誤差角度與誤差電壓關(guān)
?66?系圖，符合理論推導(dǎo)。
從誤差角度與誤差電壓的關(guān)系圖中我們可以看出，在跟蹤狀態(tài)下，當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)天線軸向之間存在一定誤差角時，接收天線會產(chǎn)生相應(yīng)的誤差電壓。而誤差電壓的大小反映了誤差角的大小，誤差電壓的極性反映了目標(biāo)偏離天線軸向的方向。此時，該誤差電壓將驅(qū)動雷達(dá)天線靠近目標(biāo)，使得誤差角接近于零，從而實現(xiàn)自動測角（目標(biāo)跟蹤）。
五、振幅和差單脈沖雷達(dá)的應(yīng)用
單脈沖雷達(dá)作為一種精密跟蹤雷達(dá)，可以精確快速地提供目標(biāo)坐標(biāo)的精確位置，早在60年代就已廣泛應(yīng)用于火控系統(tǒng)中。
而目前使用的單脈沖雷達(dá)基本上都實現(xiàn)了模塊化、系列化和通用化，具有多目標(biāo)跟蹤、動目標(biāo)顯示、故障自檢、維修方便等特點(diǎn)，于是也被更多地應(yīng)用于軍用以及民用上。
美國、英國、法國和日本等國軍隊大量裝備單脈沖雷達(dá)，主要用于目標(biāo)識別、靶場精密跟蹤測量、彈道導(dǎo)彈預(yù)警和跟蹤、導(dǎo)彈再入彈道測量、火箭和衛(wèi)星跟蹤、武器火力控制、炮位偵察、地形跟隨、導(dǎo)航、地圖測繪等；在民用上主要用于中交
誤差電壓/V86420-2-4-6x 10-4誤差角度與誤差電壓關(guān)系圖通管制。
-8-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.1誤差角度/?0.20.30.40.5第 9 頁
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
附錄：
clear all,close all,clc N=2^14;
%采樣點(diǎn)數(shù) r3dB=7.5;
%半功率波束寬度 e=linspace(-pi/6,pi/6,N);
%誤差角度范圍 r=linspace(-20,20,N);
%角度范圍（橫坐標(biāo)）F=exp(-2.8*(r./r3dB).^2);
%天線方向圖函數(shù)
F1=exp(-2.8*((3-r)./r3dB).^2);
%兩波束相對天線軸線偏角+-3° F2=exp(-2.8*((3+r)./r3dB).^2);F_sigema=F1+F2;
%和波束 F_derta =F1-F2;
%差波束 E_sigema=F_sigema.^2;
%和場強(qiáng) E_derta =F_sigema.*F_derta;
%差場強(qiáng)
F_derta1=diff(F_derta);
%差波束的一階導(dǎo)數(shù) yita=max(F_derta1)/max(F_sigema);E_derta1 =max(F_sigema)^2*yita*e;
%差信號振幅 subplot(311)plot(r,(F),'b',r,(F1),'r',r,(F2),'g')grid on
xlabel('角度/theta'),ylabel('天線增益F(theta)')title('天線方向圖')subplot(312)plot(r,(F_sigema),'r',r,(F_derta),'g')第 10 頁
振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用
grid on
xlabel('角度/theta'),ylabel('天線增益F(theta)')title('和、差波束方向圖')subplot(313)plot(e,E_derta1)xlabel('誤差角度/theta'),ylabel('誤差電壓/V')title('誤差角度與誤差電壓關(guān)系圖')grid on
axis([-pi/6 pi/6-0.8e-3 0.8e-3])
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