CN108234055B - 一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备，该校准设备包括：三维转台，用于承载主动基站，并完成方位、俯仰和自旋运动，同时将位置信息反馈至控制系统；弧形扫描架，用于承载辅动基站，实现辅动基站以所述主动基站为方位中心的相对运动的模拟，同时将辅动基站的位置信息反馈至控制系统；一体化底座，用于安装所述三维转台和弧形扫描架；时间参数测试系统，用于对主动基站和辅动基站的时间同步性能进行校准测试；控制系统，接收所述三维转台以及弧形扫描架的位置信息，进而控制三维转台和弧形扫描架的相对运动。

Description

一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备
技术领域
本发明涉及校准技术领域。更具体地，涉及一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备。
背景技术
基于多动基站的空中分布式探测制导技术以反隐身导弹武器系统为背景，它采用空中多动基站组网的方式对隐身目标进行联合探测，然后通过信息融合技术实现对远距离隐身目标的高准确度探测、跟踪与有效拦截。基于多动基站的空中分布式雷达探测制导技术可以在战场上构成全方位、立体化、多层次的战斗体系，具有全频段、多体制等技术性能，是现代雷达应对“四大威胁”的有效措施。
在基于多动基站的空中分布式探测制导技术中，多动基站间时间同步和定位的准确度对多动基站的联合探测和多动基站的信息融合效能起着至关重要的作用，甚至决定整个多动基站平台对隐身目标探测、跟踪的准确度。
多动基站在进行时间同步与定位过程中，需对时间同步性能和定位性能进行校准，以有效验证多动基站的时间同步准确度和定位准确度。
因此，需要提供一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备，解决多动基站时间同步与定位的校准问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备，解决多动基站时间同步与定位的校准问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备，该校准设备包括：
三维转台，用于承载主动基站，并完成方位、俯仰和自旋运动，同时将位置信息反馈至控制系统；
弧形扫描架，用于承载辅动基站，实现辅动基站以所述主动基站为方位中心的相对运动的模拟，同时将辅动基站的位置信息反馈至控制系统；
一体化底座，用于安装所述三维转台和弧形扫描架；
时间参数测试系统，用于对主动基站和辅动基站的时间同步性能进行校准测试；
控制系统，接收所述三维转台以及弧形扫描架的位置信息，进而控制三维转台和弧形扫描架的相对运动。
优选地，所述三维转台由方位运动机构、俯仰运动机构、自旋运动机构、壳体及支撑结构组成。
优选地，所述方位运动机构由方位承载壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，俯仰自旋支撑结构组成；
其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件将方位运动机构的位置信息传递给控制系统，俯仰自旋支撑结构用来支撑所述俯仰运动结构。
优选地，所述俯仰运动机构由俯仰承载壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，自旋支撑结构组成；
其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件向控制系统反馈俯仰运动机构的位置信息，自旋支撑结构用来支撑自旋运动机构。
优选地，所述自旋运动机构由单轴转台壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，负载安装法兰组成；
其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件向控制系统反馈自旋运动机构的位置信息，负载安装法兰用来固定主动基站和单轴转台壳体。
优选地，所述弧形扫描架由弧形基座，弧形导轨，运动机构和支撑结构组成。
优选地，所述弧形基座通过安装法兰将弧形基座固定在所述一体化底座上，其中弧形基座的一侧粘贴光栅尺带。
优选地，所述运动机构由消隙齿轮副，行星减速机，交流伺服电机组成；
其中，交流伺服电机通过行星减速器来带动消隙齿轮副，消隙齿轮副安装在弧形基座上。
优选地，所述运动机构安装光栅读数头，读取弧形基座的光栅尺带从而定位辅动基站的位置，并将辅动基站的位置信息发送给控制系统。
优选地，所述控制系统包括Motorola DSP56303数字信号处理器及其外围电路。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案为主动基站和辅动基站提供了时间基准和位置基准，能够有效地校准多动基站的时间同步准确度和定位准确度。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出用于多动基站时间同步与定位的校准设备的示意图。
图2示出三维转台的结构示意图。
图3示出三维转台传动原理示意图。
图4示出弧形扫描架的结构示意图。
图5示出弧形扫描架传动原理示意图。
图6示出三维转台和弧形扫描架的整体结构示意图。
图7示出三维转台及弧形扫描架的同心示意图。
图8示出动基站和辅动基站等高示意图。
图9示出控制系统原理示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，为本发明所述的一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备的组成示意图，该校准设备由三维转台、弧形扫描架、一体化底座、控制系统以及时间参数测试系统组成。
在多动基站在进行时间同步与定位过程中，需对时间同步性能和定位性能进行校准测试，以有效验证多动基站的时间同步准确度和定位准确度。三维转台、弧形扫描架和一体化底座用于对主动基站和辅动基站的定位性能进行校准测试；时间参数测试系统用于对主动基站和辅动基站的时间同步性能进行校准测试；控制系统用于控制三维转台和弧形扫描架，实现对主动基站和辅动基站相对运动关系和相对位置关系的模拟，并控制整个校准设备实现校准过程。一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备为所述主动基站和所述辅动基站提供了时间基准和位置基准，能够有效地验证多动基站的时间同步准确度和定位准确度。
如图2所示，为三维转台承载主动基站的三维结构图，三维转台由方位运动机构200，俯仰运动机构205，自旋运动机构210以及壳体和支撑结构215 组成，其中支撑结构用来将主动基站220固定，进而主动基站能够完成方位、俯仰、和自旋等运动姿态。
方位运动机构由方位承载壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，俯仰自旋支撑结构组成；其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件将方位运动机构的位置信息传递给控制系统，俯仰自旋支撑结构用来支撑所述俯仰运动结构。
俯仰运动机构由俯仰承载壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，自旋支撑结构组成；其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件向控制系统反馈俯仰运动机构的位置信息，自旋支撑结构用来支撑自旋运动机构。
自旋运动机构由单轴转台壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，负载安装法兰组成；其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件向控制系统反馈自旋运动机构的位置信息，负载安装法兰用来固定主动基站和单轴转台壳体。
方位运动机构、俯仰运动机构及自旋运动机构采用系列化的模块设计方案，除壳体及支撑结构外，其复合传动系统采用基本相同的方式，根据负载情况匹配不同规格的传动副和运动副。三维转台中壳体及支撑结构为异型结构，主体结构采用铸造铝合金毛坯成型的加工方式，然后通过整体铣削的方式加工安装定位基准面和法兰。
如图3所示，为三维转台转动原理示意图，三维转台工作时，通过交流伺服电机驱动行星减速器，通过同步带，进而带动变导程蜗杆驱动蜗轮旋转，最终带动与蜗轮固定的主轴旋转。在传动链末端主轴非安装法兰端设置圆形光栅作为位置反馈元件，反馈主动基站的位置信息给控制系统。
如图4所示，为弧形扫描架三维结构图，三维扫描架由弧形基座400，弧形导轨405、运动机构415和支撑结构410组成，其中辅动基站420固定在支撑机构上面。
弧形基座是运动机构定位安装基准和扫描架整体支撑结构的关键部件，其弧形面尺寸准确度及形位公差要求较高，采用整体铣削的方式加工，材料选用硬质铝合金。基座底部设置定位安装法兰以接驳一体化底座。其中一个弧形基准面用于粘贴光栅尺带，作为位置反馈元件。
弧形导轨可采用日本THK公司的高精密圆弧型导轨，配以双滑块支撑运动机构。
运动机构主要包括消隙齿轮驱动副、行星减速机以及交流伺服电机。消隙齿轮副的齿条采用定制半径圆弧齿条，安装在基座的一个弧形基准面上，消隙齿轮副安装在行星减速机末端，行星减速机另一端安装交流伺服电机。
弧形导轨滑块上安装支撑结构，用于安装运动机构和固定辅动基站。
如图5所示，为弧形扫描架传动原理的示意图，当弧形扫描架工作时由交流伺服电机驱动行星减速器，驱动消隙齿轮，进而带动运动机构及支撑结构在齿条上沿弧形导轨运动。定位准确度主要取决于弧形导轨和消隙齿轮副。运动机构上安装光栅读数头，读取粘贴在基座上光栅尺带的栅格位置信息。
如图6所示，三维转台600和弧形扫描架610安装于具有精确的安装位置基准的一体化底座605上。其中，一体化底座采用钢制型材焊接成型，整体铣削加工定位基座面。底部安装调整地脚用于整体水平度调节，并设置脚轮便于校准设备移动。一体化底座完全按照三维转台和弧形扫描架的结构外形和预留出的定位基准进行设计，以保证空间位置的准确度。
如图7所示，弧形扫描架的旋转中心与三维转台的旋转中心重合，以保证在主动基站和辅动基站的相对运动过程中，主动基站和辅动基站始终保持相对确定的位置关系。
如图8所示，搭载在三维转台上的主动基站和搭载在弧形扫描架上的辅动基站具有相同的高度，以保证在主动基站和辅动基站的相对运动过程中，主动基站和辅动基站始终保持相对确定的位置关系。
如图9所示，控制系统的核心是运动控制器，运动控制器可以是MotorolaDSP56303数字信号处理器为核心，主时钟80MHz，其内部固化标准PID算法、速度和加速度前馈算法和阶式滤波器伺服算法，具有独立控制和联动控制三维转台和弧形扫描架的功能，通过程序控制功能，可实现各运动机构的精确位置控制。同时运动控制器提供了手轮脉冲发生器接口，可以实现本地手动控制功能。三维转台和弧形扫描架的各运动机构均采用位置——速度双闭环控制结构。系统采用电机反馈与伺服驱动器构成速度环路，保证运行速度平稳；同时，电机反馈与运动控制卡构成位置环路，保证系统的定位准确度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于多动基站时间同步与定位的校准设备，其特征在于，该校准设备包括：
三维转台，用于承载主动基站，并完成方位、俯仰和自旋运动，同时将位置信息反馈至控制系统；
弧形扫描架，用于承载辅动基站，实现辅动基站以所述主动基站为方位中心的相对运动的模拟，同时将辅动基站的位置信息反馈至控制系统；
一体化底座，用于安装所述三维转台和弧形扫描架；
时间参数测试系统，用于对主动基站和辅动基站的时间同步性能进行校准测试；
控制系统，接收所述三维转台以及弧形扫描架的位置信息，进而控制三维转台和弧形扫描架的相对运动。
2.根据权利要求1所述的校准设备，其特征在于，所述三维转台由方位运动机构、俯仰运动机构、自旋运动机构、壳体及支撑结构组成。
3.根据权利要求2所述的校准设备，其特征在于，所述方位运动机构由方位承载壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，俯仰自旋支撑结构组成；
其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件将方位运动机构的位置信息传递给控制系统，俯仰自旋支撑结构用来支撑所述俯仰运动机构。
4.根据权利要求2所述的校准设备，其特征在于，所述俯仰运动机构由俯仰承载壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，自旋支撑结构组成；
其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件向控制系统反馈俯仰运动机构的位置信息，自旋支撑结构用来支撑自旋运动机构。
5.根据权利要求2所述的校准设备，其特征在于，所述自旋运动机构由单轴转台壳体，复合消隙传动部件，位置反馈部件，交流伺服电机，负载安装法兰组成；
其中，交流伺服电机带动复合消隙传动部件转动并通过位置反馈部件向控制系统反馈自旋运动机构的位置信息，负载安装法兰用来固定主动基站和单轴转台壳体。
6.根据权利要求1所述的校准设备，其特征在于，所述弧形扫描架由弧形基座，弧形导轨，运动机构和支撑结构组成。
7.根据权利要求6所述的校准设备，其特征在于，所述弧形基座通过安装法兰将弧形基座固定在所述一体化底座上，其中弧形基座的一侧粘贴光栅尺带。
8.根据权利要求6所述的校准设备，其特征在于，所述运动机构由消隙齿轮副，行星减速机，交流伺服电机组成；
其中，交流伺服电机通过行星减速器来带动消隙齿轮副，消隙齿轮副安装在弧形基座上。
9.根据权利要求8所述的校准设备，其特征在于，所述运动机构安装光栅读数头，读取弧形基座的光栅尺带进而定位辅动基站的位置，并将辅动基站的位置信息发送给控制系统。
10.根据权利要求1所述的校准设备，其特征在于，所述控制系统包括MotorolaDSP56303数字信号处理器及其外围电路。
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