CN104516348A - 一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置及校准方法 - Google Patents

一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置及校准方法 Download PDF

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring

Abstract

本发明公开了一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置及校准方法，包括射频仿真转台角位置校准模块，射频仿真转台角速率校准模块，射频阵列式目标喇叭位置校准模块，射频仿真转台角位置校准模块、射频仿真转台角速率校准模块和射频阵列式目标喇叭位置校准模块的数据信息通过数据采集装置传输至上位机。本发明通过三个模块的校准装置对射频寻的半实物仿真系统进行校准，从而解决了现有技术的校准易失真的问题，校准数据独立于被校系统，提高了校准数据的可信度，真实的反映了射频仿真系统的技术状态，通过喇叭位置校准模块，实现了喇叭位置和中心的校准，校准设备精度高、安装和校准方便、结构简单，校准方法简单，数据可靠，效率高。

Description

一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置及校准方法
技术领域
本发明涉及一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置及校准方法，属于仪器设备校准技术领域。
背景技术
射频半实物仿真系统的应用，既解决了全数字仿真虽然简单易行，但精度不高的问题，又克服了飞行试验虽然实时性高、结果可信度高，但试验有很大的局限性，其规模大、时间长、技术复杂、成本高，限制了试验次数，不可能以足够的试验次数来收集系统的性能数据等问题，射频半实物仿真系统促进了武器系统的技术进步，对提高武器系统的性能和可靠性起到了难以替代的作用，故对射频半实物仿真系统进行校准是十分重要的。
射频半实物仿真试验避开了全数学仿真的复杂性和不准确性，提高了仿真的精度和结果的可靠性，同时具有安全、高效、经济性和可多次重复使用等特点。射频仿真系统的建立，减低了试验成本和风险，在产品研制中起着越来越重要的作用。
射频半实物仿真系统主要由两部分构成：仿真转台和射频目标模拟系统。仿真转台是一种复杂的光机电一体化设备，仿真转台能够模拟各种姿态角运动，复现其运动时的各种动力学特性。射频阵列式目标仿真系统采用电路控制的方法来实现目标空间角度运动的仿真，射频半实物仿真系统广泛应用在航空、航天仿真和测试领域中，其量值准确与否直接关系到仿真系统检测结果的质量。
目前射频半实物仿真系统国内没有相应的规范和校准装置，校准依据一般采用相应的行业标准和供货及采购双方签订的技术协议，校准数据大多采用仿真系统自测的监控数据，采用此方法校准半实物仿真系统存在如下技术问题：
（1）射频仿真系统自测的监控数据来源于不同的反馈单元，在数据采集和传输中存在失真，故其数据与系统的真实技术状态存在一定的偏差，不能全面真实的反映射频半实物仿真系统的技术状态；
（2）射频仿真系统自测的监控数据不能对射频阵列式目标仿真系统的整列位置及阵列的中心进行校准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置及校准方法，校准设备精度高、安装和校准方便、结构简单，校准方法简单，数据可靠，不失真，能全面真实的反映射频半实物仿真系统的技术状态，以克服现有技术问题的不足。
本发明采取的技术方案为：一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，包括射频仿真转台角位置校准模块，射频仿真转台角速率校准模块，射频阵列式目标喇叭位置校准模块，所述射频仿真转台角位置校准模块、射频仿真转台角速率校准模块和射频阵列式目标喇叭位置校准模块的数据信息通过数据采集装置传输至上位机。
所述射频仿真转台角位置校准模块包括多面棱体和自准直仪，所述多面棱体固定连接在射频仿真转台的台面上，与射频仿真转台同轴，所述光自准直仪读数头对准多面棱体反射镜面中心上，固定在固定支撑座上，采用多面棱体和自准直仪，通过自准直仪上位机进行读数，直接测量射频仿真转台角位置误差，能够方便的实现校准操作，校准进度高，数据准确，安装方便。
所述射频仿真转台角速率校准模块包括圆环光栅，所述圆环光栅包括光栅环和光栅头，安装在光栅安装座上，与射频仿真转台的台面相连接，与射频仿真转台同轴，所述光栅头对准光栅环，通过数据采集装置将数据传给上位机，在上位机的数据处理软件进行数据处理，得到半实物仿真系统的速率误差、速率稳定性，圆环光栅精度高，安装方便，数据传输准确，校准精度高，操作方便。
所述射频阵列式目标喇叭位置校准模块包括全站仪，所述全站仪镜头对准目标喇叭，全站仪对目标喇叭进行位置及角度测量，得到射频阵列式目标喇叭位置信息，通过后期的数据处理软件分析，得到射频阵列式目标喇叭的中心位置信息及喇叭之间的位置数据，全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统，校准精度高，操作方便，设备易于安装。
所述多面棱体采用23面棱体和自准直仪分辨率为0.1秒，在成本和精度方面能够满足试验校准要求。
所述光栅安装座包括光栅环法兰和光栅头法兰，所述光栅环法兰固定连接在芯轴上，所述芯轴固定连接在旋转座接头上，所述光栅头法兰通过轴承连接在芯轴上，通过防尘罩固定连接在固定支架上，采用芯轴连接旋转座接头连接圆环光栅，实现了圆环光栅的安装方便，校准精度高，安装座刚性和强度高，不影响圆环光栅的读数。
一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置的校准方法，包括射频仿真转台角位置校准方法、射频仿真转台角速率校准方法和射频整列式目标喇叭位置校准方法。
所述射频仿真转台角位置校准方法，包括多面棱体和自准直仪组成的射频仿真转台角位置校准模块，所述多面棱体固定连接在射频仿真转台的台面上，与射频仿真转台同轴所述光自准直仪读数头对准多面棱体反射镜面中心上，固定在固定支撑座上，并将其与连接有上位机的数据采集装置相连接，其步骤包括如下：
（1）将自准直仪对准多面棱体的第一面，记录自准直仪的读数；
（2）根据多面棱体的角度，将射频仿真转台顺时针旋转相应的角度，记录自准直仪读数；
（3）重复步骤（1）和（2）将所有多面棱体的所有面检测完毕，记录相应面的自准直仪读数；
（4）达到起始检测面时，逆时针旋转射频仿真转台，检测完多面棱体的所有面，并记录相应的自准直仪读数；
（5）最后将上位机接收的数据利用校准软件进行数据处理，实现对射频仿真角位置参数的校准。
所述射频仿真转台角速率校准方法，包括圆环光栅，所述圆环光栅包括光栅环和光栅头，安装在光栅安装座上，与射频仿真转台的台面相连接，所述光栅头对准光栅环，并将其连接到与连接有上位机的数据采集装置相连接，上位机与数据采集装置通过无线发射接收模块连接，其步骤包括如下：当射频仿真转台运动时，时基电路立即开始计时，同时测角装置记录角速率校准装置转动的角度，通过数据采集与处理系统记录和分析数据，得到角速率参数指标，与射频仿真转台输入的角速率参数指标进行比较，实现对射频仿真转台角速率参数的校准。
所述射频阵列式目标喇叭位置校准方法，包括全站仪，所述全站仪镜头对准目标喇叭，并将其连接到与连接有上位机的数据采集装置相连接，其步骤包括如下：通过对阵列式目标喇叭角度和距离的测量，记录相应的数据，将上位机接收的数据，通过数据分析及处理，得到阵列的中心及各个喇叭之间的位置和角度关系，实现对射频阵列式目标的校准。
本发明的有益效果：与现有技术相比有如下效果：
（1）本发明通过三个模块的校准装置对仿真转台和射频目标模拟系统的喇叭位置进行校准，从而解决了现有技术的射频仿真系统的校准精度低的问题，使校准数据独立于被校系统，通过直接校准，提高了校准数据的可信度，真实的反映了射频仿真系统的技术状态，通过全站仪对喇叭位置进行校准，解决了现有技术中的喇叭位置阵列位置和阵列中心不能校准的问题；
（2）本发明所采用的数据传输为有线和无线两种方式，通过无线传输方式解决了高速状态下容易使线缠绕的问题，大大节约了安装时间，提高了校准效率。
（3）本发明的校准设备精度高、安装和校准方便、结构简单，校准方法简单，数据可靠。
附图说明
图1为本发明的校准示意图；
图2为本发明的角位置校准示意图；
图3为本发明的角速率校准示意图；
图4为本发明的目标喇叭位置校准示意图；
图5为本发明的光栅安装座结构示意图；
图6为图5的仰视图。
具体实施方式
如图1~6所示, 一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，包括射频仿真转台角位置校准模块，射频仿真转台角速率校准模块，射频阵列式目标喇叭位置校准模块，所述射频仿真转台角位置校准模块、射频仿真转台角速率校准模块和射频阵列式目标喇叭位置校准模块的数据信息通过数据采集装置传输至上位机，通过三个模块将射频仿真转台的角位置数据、角速率数据以及射频阵列式目标喇叭位置数据传递到数据采集装置，显示到上位机上，通过上位机的数据处理软件，能够将各数据进行校准，实现方便快捷精确的校准。
所述射频仿真转台角位置校准模块包括多面棱体和自准直仪，所述多面棱体通过夹具固定连接在射频仿真转台的台面上，调整位置使得多面棱体与射频仿真转台同轴，所述光自准直仪读数头对准多面棱体反射镜面中心上，固定在固定支撑座上，采用多面棱体和自准直仪，能够方便的实现校准操作，校准进度高，数据准确，安装方便。
所述射频仿真转台角速率校准模块包括圆环光栅，所述圆环光栅包括光栅环和光栅头，安装在光栅安装座上，与射频仿真转台的台面相连接，与射频仿真转台同轴，所述光栅头对准光栅环，圆环光栅精度高，安装方便，数据传输准确，校准精度高，操作方便。
所述射频阵列式目标喇叭位置校准模块包括全站仪，所述全站仪镜头对准目标喇叭，全站仪对目标喇叭进行位置及角度测量，得到射频阵列式目标喇叭位置信息，通过后期的数据处理软件分析，得到射频阵列式目标喇叭的中心位置信息及喇叭之间的位置数据，全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统，校准精度高，操作方便，设备易于安装。
所述多面棱体采用23面棱体和自准直仪分辨率为0.1秒，在成本和精度方面能够满足试验校准要求。
所述光栅安装座包括安装光栅环10的光栅环法兰11和安装光栅头9的光栅头法兰12，光栅头9采用三读数头，所述光栅环法兰11固定连接在芯轴13上，所述芯轴13固定连接在旋转座接头14上，旋转座接头14下端设置有与射频仿真转台台面固定连接的缺口，沿圆周分布多个，便于固定和定位，测试更精确，所述光栅头法兰12通过轴承15连接在芯轴13上，通过设置在光栅环法兰11上的防尘罩16固定连接在固定支架17上，固定支架17放置在地面上，采用芯轴13连接旋转座接头14连接圆环光栅，实现了圆环光栅的安装方便，校准精度高，安装座刚性和强度高，不影响圆环光栅的读数。
一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置的校准方法，包括射频仿真转台角位置校准方法、射频仿真转台角速率校准方法和射频整列式目标喇叭位置校准方法。
实施例1：所述射频仿真转台角位置校准方法，包括23面棱体和分辨率为0.1秒光电自准直仪，组成的射频仿真转台角位置校准模块，所述多面棱体固定连接在射频仿真转台的台面上，与射频仿真转台同轴所述光自准直仪读数头对准多面棱体反射镜面中心上，固定在固定支撑座上，并将其与连接有上位机的数据采集装置相连接，其步骤包括如下：
（1）将自准直仪对准多面棱体的第一面，记录自准直仪的读数；
（2）根据多面棱体的角度，将射频仿真转台顺时针旋转相应的角度，记录自准直仪读数；
（3）重复步骤（1）和（2）将所有多面棱体的所有面检测完毕，记录相应面的自准直仪读数；
（4）达到起始检测面时，逆时针旋转射频仿真转台，检测完多面棱体的所有面，并记录相应的自准直仪读数；
（5）最后将上位机接收的数据利用校准软件进行数据处理，实现对射频仿真角位置参数的校准。
上述方法校准前，需找准中心，将23面棱体和测试夹具安装在射频仿真转台的台面上。在测试夹具上安装杠杆千分表，使杠杆千分表表头与23面棱体的内孔接触，记下杠杆千分表的示值，旋转射频仿真转台，分别记下0度、90度、180度、270度杠杆千分表的示值，采用对径法，使23面棱体的轴线与被测转台的旋转轴线重合，通过测试夹具的调节机构，使23面棱体的工作面与被测台面平行。
实施例2：所述射频仿真转台角速率校准方法，包括圆环光栅，所述圆环光栅包括光栅环和光栅头，安装在光栅安装座上，与射频仿真转台的台面相连接，所述光栅头对准光栅环，并将其连接到与连接有上位机的数据采集装置相连接，上位机与数据采集装置通过无线发射接收模块连接，其步骤包括如下：当射频仿真转台运动时，时基电路立即开始计时，同时测角装置记录角速率校准装置转动的角度，通过数据采集与处理系统记录和分析数据，得到角速率参数指标，与射频仿真转台输入的角速率参数指标进行比较，实现对射频仿真转台角速率参数的校准。
上述方法考虑到射频仿真转台的速率范围宽，分辨率高，故选择一个直径为229mm的圆光栅，型号为RESM20USA229，圆光栅接口装置型号为Si-NN-0100和Si-NN-0040，分辨率分别为0.2μm和0.5μm，圆光栅读数头采用SR050A。
校准装置光栅头的读数系统采用三读数头设计，其中一对读数头采集角度信号，另一读数头实现高速的校准，通过双读数头减少偏心误差。双读数头可对静态和动态轴承偏移的影响进行补偿，从而实现±2秒的整体安装误差。双读数头的增量信号组合在一起，对控制器而言就像一个独立的高精度光栅，消除了偏心误差，剩余的误差仅为刻划线误差和周期误差，这两种误差都非常小，可使校准装置达到较高的测角精度。
校准装置角速率校准采用定角计时方式，角度采集圆光栅的移动角位置，时间采集晶振的时间。角速率校准的关键是同步问题,对同步信号取自一稳定度的100MHz晶振源( 10- 6 /天)。
考虑到校准系统使用的便捷性，数据处理选用研华的PC/104板卡，测角系统的计数接口板也选用基于PC/104总线的技术接口板，通过数据线连接到笔记本电脑，在上位机上运行测试软件、处理测试数据。
实施例3：所述射频阵列式目标喇叭位置校准方法，包括0.1秒的徕卡TCR1201全站仪，所述全站仪镜头对准目标喇叭，并将其连接到与连接有上位机的数据采集装置相连接，其步骤包括如下：通过对阵列式目标喇叭角度和距离的测量，记录相应的数据，将上位机接收的数据，通过数据分析及处理，得到阵列的中心及各个喇叭之间的位置和角度关系，实现对射频阵列式目标的校准。
通过计量技术机构对校准装置进行校准，校准装置的测角误差为2秒，速率稳定性最高为1×10-6。在射频仿真实验室进行现场试验，通过对射频仿真系统的校准数据分析， 证明该套校准装置及校准方法适用于开展对射频仿真系统的校准。

Claims (10)

1.一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，其特征在于：包括射频仿真转台角位置校准模块，射频仿真转台角速率校准模块，射频阵列式目标喇叭位置校准模块，所述射频仿真转台角位置校准模块、射频仿真转台角速率校准模块和射频阵列式目标喇叭位置校准模块的数据信息通过数据采集装置传输至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，其特征在于：所述射频仿真转台角位置校准模块包括多面棱体和自准直仪，所述多面棱体固定连接在射频仿真转台的台面上，与射频仿真转台同轴，所述光自准直仪对准多面棱体反射镜面中心上。
3.根据权利要求1所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的速率校准装置，其特征在于：所述射频仿真转台角速率校准模块包括圆环光栅，所述圆环光栅包括光栅环和光栅头，安装在光栅安装座上，与射频仿真转台的台面相连接，与射频仿真转台同轴，所述光栅头对准光栅环。
4.根据权利要求1所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，其特征在于：所述射频阵列式目标喇叭位置校准模块包括全站仪，所述全站仪对准目标喇叭。
5.根据权利要求2所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，其特征在于：所述多面棱体采用2等23面棱体和分辨率为0.1秒的光电自准直仪。
6.根据权利要求3所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置，其特征在于：所述光栅安装座包括光栅环法兰（12）和光栅头法兰（11），所述光栅环法兰（12）固定连接在芯轴（13）上，所述芯轴（13）固定连接在旋转座接头（14）上，所述光栅头法兰（11）通过轴承（15）连接在芯轴（13）上，通过防尘罩（17）固定连接在固定支架（16）上。
7.采用1～6中所述的任一一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置的校准方法，其特征在于：包括射频仿真转台角位置校准方法、射频仿真转台角速率校准方法和射频阵列式目标喇叭位置校准方法。
8.如权利要求7所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置的校准方法，其特征在于：所述射频仿真转台角位置校准方法，包括多面棱体和自准直仪组成的射频仿真转台角位置校准模块，所述多面棱体固定连接在射频仿真转台的台面上，与射频仿真转台同轴所述光自准直仪对准多面棱体上，固定在固定支撑座上，并将其与连接有上位机的数据采集装置相连接，其步骤包括如下：
（1）将自准直仪对准多面棱体的第1面，记录自准直仪的读数；
（2）根据多面棱体的角度，将射频仿真转台顺时针旋转相应的角度，记录自准直仪读数；
（3）重复步骤（1）和（2）将所有多面棱体的所有面检测完毕，记录相应面的自准直仪读数；
（4）达到起始检测面时，逆时针旋转射频仿真转台，检测完多面棱体的所有面，并记录相应的自准直仪读数；
（5）最后将上位机接收的数据利用校准软件进行数据处理，实现对射频仿真角位置参数的校准。
9.如权利要求7所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置的校准方法，其特征在于：所述射频仿真转台角速率校准方法，包括圆环光栅，所述圆环光栅包括光栅环和光栅头，安装在光栅安装座上，与射频仿真转台相连接，所述光栅头对准光栅环，并将其连接到与连接有上位机的数据采集装置相连接，上位机与数据采集装置通过无线发射接收模块或网线连接，其步骤包括如下：当射频仿真转台运动时，时基电路立即开始计时，同时测角装置记录角速率校准装置转动的角度，通过数据采集与处理系统记录和分析数据，得到角速率参数指标，与射频仿真转台输入的角速率参数指标进行比较，实现对射频仿真转台角速率参数的校准。
10.如权利要求7所述的一种用于射频寻的半实物仿真系统的校准装置的校准方法，其特征在于：所述射频阵列式目标喇叭位置校准方法，包括全站仪，所述全站仪对准目标喇叭，并将其连接到与连接有上位机的数据采集装置相连接，其步骤包括如下：通过对阵列式目标喇叭角度和距离的测量，记录相应的数据，将上位机接收的数据，通过数据分析及处理，得到阵列的中心及各个喇叭之间的位置和角度关系，实现对射频阵列式目标的校准。
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