CN107064897A - 一种rcs测试用车载扫描架控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RCS测试用车载扫描架控制系统，将扫描架构安装在可移动的车上，通过控制器的控制，实现工作状态下，天线架轴线垂直地面，天线可分别沿天线架轴线和载车车身做竖直升降和水平平移两个自由度的直线位移调整，操作灵活。天线自身还可以实现左右方位方向角位移姿态调整；储存或运输状态下，天线架可绕垂直车身侧面某一轴线90°翻转，以方便天线架储存、防雨与车辆的安全运输。

Description

一种RCS测试用车载扫描架控制系统

技术领域

本发明涉及测量与控制领域，尤其涉及一种RCS测试用车载扫描架控制系统。

背景技术

雷达目标和散射的能量可以表示为一个有效面积和入射功率密度的乘积，这个面积通常称为雷达散射截面积(radar cross-section，RCS)。RCS测试用扫描架系统用于实现各种天线辐射特性测试及目标RCS测试研究，在实际使用中，RCS测试用扫描架系统都是室内固定式的，不能运输的同时使用也不方便。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种RCS测试用车载扫描架控制系统，安装在汽车上，以满足二维扫描架车载运输以及RCS测量的需要。

本发明提供的一种RCS测试用车载扫描架控制系统，其改进之处在于，所述车载扫描架控制系统包括：

水平架3，固定设置在预定安装车辆1车厢的预定外侧面2；

垂直架4，沿水平方向滑动设置在所述水平架3上，且位于所述水平架3的远离所述预定外侧面2的一侧；

水平驱动机构，用于驱动所述垂直架4沿水平方向滑动；

天线架5，用于固定天线6，沿竖直方向滑动设置在所述垂直架4上，且位于所述垂直架4的远离所述预定外侧面2的一侧；

竖直驱动机构，用于驱动所述天线架5沿竖直方向滑动；

伺服控制器，设置在所述预定安装车辆1厢体内，用于控制所述水平驱动机构和竖直驱动机构；

水平位置传感器7，固定设置在所述水平架3上，用于实时测量所述垂直架4在水平方向上的水平实时位置信息；

竖直位置传感器8，固定设置在所述垂直架4上，用于实时测量所述天线架5在竖直方向上的竖直实时位置信息；

运动控制器，设置在所述预定安装车辆1厢体内，用于根据预定需求生成水平目标位置信息和竖直实时位置信息；其中：

所述运动控制器还用于根据所述水平目标位置信息和水平实时位置信息的对比，生成用于控制所述水平驱动机构的控制信息；

所述运动控制器还用于根据所述竖直目标位置信息和竖直实时位置信息的对比，生成用于控制所述竖直驱动机构的控制信息。

优选的，所述水平架3包括所述水平架本体和倒伏机构，其中

所述倒伏机构位于所述垂直架4与所述水平架本体之间，所述倒伏机构沿水平方向滑动设置在所述水平架本体上，所述倒伏机构用于带动所述垂直架4沿垂直于所述预定外侧面2的转动轴线转动，转动角度为1°～90°。

较优选的，所述倒伏机构包括：

倒伏架9，沿水平方向滑动设置在所述水平架本体上；

弧形导轨10，固定设置在所述倒伏架9远离所述水平架本体的一侧，所述垂直架4)通过滑块11滑动设置在弧形导轨10上；

倒伏驱动件12，固定设置在所述倒伏架9上，用于驱动所述垂直架4转动。

较优选的，所述倒伏驱动件包括倒伏伺服电机13和电动缸14，所述电动缸14一端铰接在所述倒伏伺服电机13的驱动端，另一端铰接在所述垂直架4上；其中

所述运动控制器用于根据预定需求生成倒伏目标位置信息以及接收所述倒伏伺服电机13末端的码盘信息，并根据所述倒伏目标位置信息和所述码盘信息的对比，生成用于控制所述倒伏伺服电机13的控制信息。

较优选的，所述车载扫描架控制系统还包括：

天线控制机构，用于将所述天线6的安装端绕预定的铰接点铰接设置在所述天线架5上，同时，还用于控制所述天线6的另一端绕所述铰接点向左右方向以及俯仰方向摆动。

较优选的，所述天线控制机构包括：

左右驱动伺服电机，固定设置在所述天线架5上，用于驱动所述天线6的另一端向左右方向摆动；

俯仰驱动伺服电机，固定设置在所述天线架5上，用于驱动所述天线6的另一端向上下方向摆动；其中

所述运动控制器用于根据预定需求生成左右方向目标信息以及接收所述左右驱动伺服电机末端的码盘信息，并根据所述左右方向目标信息和所述码盘信息的对比，生成用于控制所述左右驱动伺服电机的控制信息；

所述运动控制器用于根据预定需求生成俯仰方向目标信息以及接收所述俯仰驱动伺服电机末端的码盘信息，并根据所述俯仰方向目标信息和所述码盘信息的对比，生成用于控制所述俯仰驱动伺服电机的控制信息。

较优选的，所述垂直架4是通过齿轮齿形带运动副15滑动设置在所述水平架3上。

较优选的，所述天线架5是通过齿轮齿形带运动副16滑动设置在所述垂直架4上。

较优选的，所述水平驱动机构和竖直驱动机构均为伺服电机17。

较优选的，所述水平位置传感器7和竖直位置传感器8均为磁栅。

本发明的技术方案中，工作状态下，天线架轴线垂直地面，天线可分别沿天线架轴线和载车车身做竖直升降和水平平移两个自由度的直线位移调整，操作灵活。天线自身还可以实现左右方位方向角位移姿态调整；储存或运输状态下，天线架可绕垂直车身侧面某一轴线90°翻转，以方便天线架储存、防雨与车辆的安全运输。

附图说明

图1为本发明实施例的车载扫描架控制系统结构形式侧视图；

图2为本发明实施例的车载扫描架控制系统结构形式俯视图；

图3为本发明实施例的水平架本体示意图；

图4为本发明实施例的倒伏机构结构示意图；

图5为本发明实施例的垂直架竖直状态示意图；

图6为本发明实施例的垂直架倒伏后示意图；

图7为本发明实施例的垂直架构成图；

图8为本发明实施例的垂直架转动45°示意图；

图9为本发明实施例的车载扫描架控制系统的控制部分的原理框图；

图10为本发明实施例的车载扫描架控制系统的控制部分的组合示意图；

图11为本发明实施例的天线控制机构原理图；

图12为本发明实施例的车载扫描架控制系统的控制方法。

图中，1为车辆，2为外侧面，3为水平架，4为垂直架，5为天线架，6为天线，7为水平位置传感器，8为竖直位置传感器，9为倒伏架，10为弧形导轨，11为滑块，12为倒伏驱动件，13为倒伏伺服电机，14为电动缸，15为水平架上的齿轮运动副，16为垂直架上的齿轮运动副，17为伺服电机，18为水平支撑支架，19为垂直支撑支架，20为水平架上的磁栅，21为垂直架上的磁栅。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本实施例提出的一种RCS测试用车载扫描架控制系统，其结构形式的侧视图如图1所示，俯视图如图2所示，包括：

(1)水平架3，固定设置在预定安装车辆1车厢的预定外侧面2，外侧面一般指左、右、后，即可以根据需要设置在几个外侧面任意一个，本实施例设置在车辆左侧(延车长方向为轴，驾驶座侧为左，副驾驶座侧为右)。水平架3包括水平架本体和倒伏机构，其中：

水平架本体如图3所示，其固定在车厢的左侧，其用型号为WH120的齿轮齿形带运动副作为传动机构，总行程不小于8米。本实施例采用两根齿轮齿形带运动副15并排安装固定在水平支撑支架18上，每根长8.5米，且每根安装双滑块，滑块中心距离400毫米。在8米以外，本实施例在每根齿轮齿形带运动副的两端分别安装了电限位和机械限位，加上控制器的限位应用形成三级运动保护。

倒伏机构22位于垂直架4与水平架本体之间，其沿水平方向滑动设置在水平架本体上，用于带动垂直架4沿垂直于预定外侧面2的转动轴线转动，转动角度为1°～90°。如图4所示，倒伏机构包括：

倒伏架9，沿水平方向滑动设置在水平架本体上；

弧形导轨10，固定设置在倒伏架9远离水平架本体的一侧，垂直架4通过滑块11滑动设置在弧形导轨10上；和

倒伏驱动件12，固定设置在倒伏架9上，用于驱动垂直架4转动，如图8所示。倒伏驱动件包括倒伏伺服电机13和电动缸14，电动缸14一端铰接在倒伏伺服电机13的驱动端，另一端铰接在垂直架4上。本实施例采用THK的高精度弧形导轨，型号为HCR15A+60/300R作为旋转导向和连接支撑，使用弧形导轨取代传统的轴承，其优点是支撑面积大，高度、宽度尺寸小，承载力大。采用力姆泰克电动缸型号为LBM9-S2作为驱动件，两端铰接，将推杆直线运动变成旋转运动。

(2)垂直架4，沿水平方向(与车辆左侧面平行的方向为水平方向)通过齿轮齿形带运动副15滑动设置在水平架3上，且位于水平架3的远离预定外侧面2的一侧(即不贴在车厢侧面上)，其结构如图5～图7所示。倒伏机构用于载车行走过程中，将垂直架倒伏成水平状态以满足行车高度通过性要求，图6是通过倒伏后，垂直架与水平架平行示意图。如图7所示，本实施例采用型号为WH80的齿轮齿形带运动副16作为传动机构，该产品为封闭式结构，可防水溅。为保证运动平稳，本实施例采用两根齿轮齿形带运动副并排安装，固定在垂直支撑支架19上，每根齿轮齿形带运动副长3.5m，并安装长滑块。在行程3m之外，在每根齿轮齿形带运动副的两端均分别安装电限位和机械限位，加上控制器的限位应用形成三级运动保护。实施时，运动控制器通过倒伏驱动器控制倒伏伺服电机，实现垂直架4的状态，当运动控制器控制垂直架4为竖直状态时，本实施例优选的，采用电磁吸附装置对垂直架定位锁紧。

(3)水平驱动机构，用于驱动垂直架4沿水平方向滑动，本实施例采用伺服电机实现。

(4)天线架5，用于固定天线6，沿竖直方向(与大地垂直方向为竖直方向)通过两根并列设置的齿轮齿形带运动副16滑动设置在垂直架4上，且位于垂直架4的远离预定外侧面2的一侧。本实施例设置天线架铅锤位置，其竖直导轨对地面的不垂直度不大于0.5°，天线架水平移动导轨对地不平行度不大于5ˊ。

(5)竖直驱动机构，用于驱动天线架5沿竖直方向滑动，本实施例采用伺服电机实现。

(6)伺服控制器，设置在预定安装车辆1厢体内，用于控制水平驱动机构和竖直驱动机构，从而控制水平架和垂直架的滑动。

(7)水平位置传感器7，固定设置在水平架3上，用于实时测量垂直架4在水平方向上的水平实时位置信息，本实施例采用磁栅尺传感器20实现。

(8)竖直位置传感器8，固定设置在垂直架4上，用于实时测量天线架5在竖直方向上的竖直实时位置信息，本实施例采用磁栅尺传感器21实现。

(9)运动控制器，设置在预定安装车辆1厢体内，用于根据预定需求(操作者操作的指令，比如水平移动、竖直移动)，通过磁栅尺传感器接收水平位置和竖直位置的反馈信息后，还用于根据水平目标位置信息和水平实时位置信息的对比，生成用于控制水平驱动机构的控制信息，根据竖直目标位置信息和竖直实时位置信息的对比，生成用于控制竖直驱动机构的控制信息。

本实施例还包括天线控制机构，用于将天线6的安装端绕预定的铰接点铰接设置在天线架5上，同时，还用于控制天线6的另一端绕铰接点向左右方向以及俯仰方向摆动。天线控制机构包括：

左右驱动伺服电机，固定设置在天线架5上，用于驱动天线6的另一端向左右方向摆动；

俯仰驱动伺服电机，固定设置在天线架5上，用于驱动天线6的另一端向上下方向摆动，天线俯仰调节范围：-10°～+10°，转角精度0.1°。

如图11所示，左右和俯仰驱动伺服电机将速度反馈到运动驱动器，运动控制器将信息与工控机交换，通过驱动器控制左右和俯仰驱动伺服电机，实现方位和俯仰控制。

本实施例在车辆的舱内设置伺服控制柜，通过运动控制器控制天线架5的运动。

具体的，本实施例采用EMAC200型号的四轴运动控制器为核心，控制着倒伏机构、水平架与垂直架的三个轴运动，并通过同步脉冲板卡产生RCS测试设备所需要的同步脉冲信号，控制系统的原理框图如图9所示，组合示意图如图10所示。本实施例以控制水平架为例，运动控制器通过网口通讯接收工控机传递的位置指令值后与该运动控制器通过磁栅尺传感器7获得的水平架3位置值相比较，经过位置环控制算法计算后通过运动控制器的DA接口将驱动器所需的速度所对应的电压值输出到伺服驱动器，带动水平架3运动，并通过安装在水平架3两端的电限位开关进行限位控制。同步脉冲产生板卡，接受运动控制器发送的TTL脉冲信号，然后采用RS422电气标准传输脉冲信号以便长距离传输，经光电隔离后采取BNC接口与测试设备连接。相对对倒伏控制系统来说，码盘位置信号通过电机末端的码盘获得，其余工作原理与水平架的同理。

具体的，本实施例的控制方法流程图如图12所示，包括如下步骤：

1、判断系统是否开展寻零，是则进入寻零步骤，否则进入下一步；

2、判断系统是否收车复位，是则进入复位步骤，否则进入下一步；

3、判断是否两轴联动测试，是则进入下一步，否则判断是否进行单轴测试；

4、垂直架4向上运动一定距离，距离范围不大于运动副的长度，进入下一步；

5、判断垂直架4是否运动到设定终点，是则结束，否则进入下一步；

6、水平架3从设定起点运动到设定终点，并发起同步脉冲；

7、判断水平架是否运动到终点，是则结束，否则返回步骤4)。

其中：

寻零步骤包括：

①水平架3向车辆尾部运动1米；

②倒伏机构顺时针运动90°，使垂直支撑支架19垂直与水平支撑支架18；

③电磁吸附装置对垂直架定位锁紧；

④水平架3向车辆尾部继续运动，遇到电限位零位，停止运动；

⑤垂直架4向上升，遇到电限位零位，停止运动。

复位步骤包括：

a)水平架3向车头运动到6米处停止；

b)电磁吸附装置松开垂直支撑支架19；

c)倒伏机构逆时针运动90°，使垂直支撑支架19平行于水平支撑支架18；

d)垂直架4向下运动到电限位零位，停止运动；

f)水平架3向车头继续运动8米处，停止运动。

单轴测试的步骤包括：

I)判断是否进行垂直单轴测试，是则将垂直架4从设定起点运动到终点，并发送同步脉冲，否则进入下一步；

II)判断是否进行水平单轴测试，是则将水平架3从设定起点运动到终点，并发送同步脉冲，否则结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种RCS测试用车载扫描架控制系统，其特征在于，所述车载扫描架控制系统包括：

水平架(3)，固定设置在预定安装车辆(1)车厢的预定外侧面(2)；

垂直架(4)，沿水平方向滑动设置在所述水平架(3)上，且位于所述水平架(3)的远离所述预定外侧面(2)的一侧；

水平驱动机构，用于驱动所述垂直架(4)沿水平方向滑动；

天线架(5)，用于固定天线(6)，沿竖直方向滑动设置在所述垂直架(4)上，且位于所述垂直架(4)的远离所述预定外侧面(2)的一侧；

竖直驱动机构，用于驱动所述天线架(5)沿竖直方向滑动；

伺服控制器，设置在所述预定安装车辆(1)厢体内，用于控制所述水平驱动机构和竖直驱动机构；

水平位置传感器(7)，固定设置在所述水平架(3)上，用于实时测量所述垂直架(4)在水平方向上的水平实时位置信息；

竖直位置传感器(8)，固定设置在所述垂直架(4)上，用于实时测量所述天线架(5)在竖直方向上的竖直实时位置信息；

运动控制器，设置在所述预定安装车辆(1)厢体内，用于根据预定需求生成水平目标位置信息和竖直实时位置信息；其中：

所述运动控制器还用于根据所述水平目标位置信息和水平实时位置信息的对比，生成用于控制所述水平驱动机构的控制信息；

所述运动控制器还用于根据所述竖直目标位置信息和竖直实时位置信息的对比，生成用于控制所述竖直驱动机构的控制信息。

2.如权利要求1所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述水平架(3)包括所述水平架本体和倒伏机构，其中

所述倒伏机构位于所述垂直架(4)与所述水平架本体之间，所述倒伏机构沿水平方向滑动设置在所述水平架本体上，所述倒伏机构用于带动所述垂直架(4)沿垂直于所述预定外侧面(2)的转动轴线转动，转动角度为1°～90°。

3.如权利要求2所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述倒伏机构包括：

倒伏架(9)，沿水平方向滑动设置在所述水平架本体上；

弧形导轨(10)，固定设置在所述倒伏架(9)远离所述水平架本体的一侧，所述垂直架(4)通过滑块(11)滑动设置在弧形导轨(10)上；

倒伏驱动件(12)，固定设置在所述倒伏架(9)上，用于驱动所述垂直架(4)转动。

4.如权利要求3所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述倒伏驱动件包括倒伏伺服电机(13)和电动缸(14)，所述电动缸(14)一端铰接在所述倒伏伺服电机(13)的驱动端，另一端铰接在所述垂直架(4)上；其中

所述运动控制器用于根据预定需求生成倒伏目标位置信息以及接收所述倒伏伺服电机(13)末端的码盘信息，并根据所述倒伏目标位置信息和所述码盘信息的对比，生成用于控制所述倒伏伺服电机(13)的控制信息。

5.如权利要求1所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述车载扫描架控制系统还包括：

天线控制机构，用于将所述天线(6)的安装端绕预定的铰接点铰接设置在所述天线架(5)上，同时，还用于控制所述天线(6)的另一端绕所述铰接点向左右方向以及俯仰方向摆动。

6.如权利要求5所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述天线控制机构包括：

左右驱动伺服电机，固定设置在所述天线架(5)上，用于驱动所述天线(6)的另一端向左右方向摆动；

俯仰驱动伺服电机，固定设置在所述天线架(5)上，用于驱动所述天线(6)的另一端向上下方向摆动；其中

所述运动控制器用于根据预定需求生成左右方向目标信息以及接收所述左右驱动伺服电机末端的码盘信息，并根据所述左右方向目标信息和所述码盘信息的对比，生成用于控制所述左右驱动伺服电机的控制信息；

所述运动控制器用于根据预定需求生成俯仰方向目标信息以及接收所述俯仰驱动伺服电机末端的码盘信息，并根据所述俯仰方向目标信息和所述码盘信息的对比，生成用于控制所述俯仰驱动伺服电机的控制信息。

7.如权利要求1所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述垂直架(4)是通过齿轮齿形带运动副(15)滑动设置在所述水平架(3)上。

8.如权利要求1所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述天线架(5)是通过齿轮齿形带运动副(16)滑动设置在所述垂直架(4)上。

9.如权利要求1所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述水平驱动机构和竖直驱动机构均为伺服电机(17)。

10.如权利要求1所述的车载扫描架控制系统，其特征在于，所述水平位置传感器(7)和竖直位置传感器(8)均为磁栅。