CN109975796A - 一体化位置测量与调整装置及方法 - Google Patents

一体化位置测量与调整装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109975796A
CN109975796A CN201910289977.2A CN201910289977A CN109975796A CN 109975796 A CN109975796 A CN 109975796A CN 201910289977 A CN201910289977 A CN 201910289977A CN 109975796 A CN109975796 A CN 109975796A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
signal
psd
adjustment
regulation mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910289977.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109975796B (zh
Inventor
高学海
王学谦
刘厚德
朱晓俊
肖靖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Tsinghua University filed Critical Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority to CN201910289977.2A priority Critical patent/CN109975796B/zh
Publication of CN109975796A publication Critical patent/CN109975796A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109975796B publication Critical patent/CN109975796B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S2013/0236—Special technical features
    • G01S2013/0245—Radar with phased array antenna

Abstract

一体化位置测量与调整装置及方法，包括调整机构模块、光学模块、PSD信号转换模块和信号处理与控制模块，其中调整机构模块执行阵面安装位置的调整，调整机构模块上设置有光源，执行位置调整动作时带动光源移动，光学模块将光源的光信号投射到PSD信号转换模块上，PSD信号转换模块将光信号转化为电流信号，信号处理与控制模块采集电流信号并计算反映位置调整动作的移动距离信息，以此控制调整机构模块调整阵面安装位置。该装置可以在轨地对太空大型平面阵天线的平面度进行实时、精准、高效的调整，克服太空环境太阳光压、温度交变对天线的形变影响，保证天线的平面精度满足要求，而且该装置结构紧凑，操作可靠性高，能够很好地适用于在轨操作要求。

Description

一体化位置测量与调整装置及方法
技术领域
本发明涉及平面阵天线领域，特别是涉及一体化位置测量与调整装置及方法。
背景技术
雷达阵面平面度是平面阵天线设计的一项关键指标，是天线阵面实际反射面与理想反射面的偏差，该偏差会引起天线单元之间的相位误差，使得天线增益降低、副瓣电平增高，从而导致天线的波束指向精度变差。
当前，太空雷达阵面天线以展开为主，平面度的测量在地面完成，平面度的调整通过可展开的机构与结构实现，即测量装置和调整装置是分离的。不同于地面环境，太空雷达阵面处于失重状态，其平面度易受太空间环境影响，如太阳光压、大范围温度交变等，需要对雷达阵平面度进行实时调整。
未来将发展大型太空雷达阵天线，对于面积超过1000m2的雷达阵天线，由于无法一次在地面组装而需要进行在轨组装，其平面度的测量与调整需要在轨完成。因此，需要设计一种适用于太空应用的大型平面度测量与调整的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、操作可靠的一体化位置测量与调整装置，及相应的测量与调整方法，能够在轨地对太空大型平面阵天线的平面度进行实时、精准、高效的调整。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一体化位置测量与调整装置，用于在轨调整平面阵天线的阵面安装位置，包括调整机构模块、光学模块、PSD信号转换模块和信号处理与控制模块，所述调整机构模块耦合到平面阵天线的阵面安装结构上以执行阵面安装位置的调整，所述调整机构模块上设置有光源，所述调整机构模块执行位置调整动作时带动所述光源移动，所述光学模块经设置以将所述光源的光信号投射到所述PSD信号转换模块上，所述PSD信号转换模块将所述光信号转化为电流信号，所述信号处理与控制模块采集所述电流信号并计算为反映所述位置调整动作的移动距离信息，进而根据所述移动距离信息控制所述调整机构模块进行运动以调整所述阵面安装位置。
进一步地：
所述调整机构模块包括电机、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠和直线导轨，所述电机通过所述蜗轮蜗杆将转动转化为所述滚珠丝杠的直线移动，所述直线导轨与所述滚珠丝杠紧密连接以保证直线移动的准确度，所述阵面安装结构连接所述滚珠丝杠，随所述滚珠丝杠进行直线移动，所述信号处理与控制模块控制所述电机带动所述调整机构模块运动。
所述电机为直流无刷电机，所述信号处理与控制模块对所述直流无刷电机进行霍尔信号采集与位置控制。
所述信号处理与控制模块还进行所述PSD信号转换模块的温度采集与温度控制，所述PSD信号转换模块包括PSD传感器、热敏电阻和加热片，所述信号处理与控制模块通过所述热敏电阻采集所述PSD传感器的工作温度，并通过控制所述加热片发热以对PSD传感器进行加温。
所述光学模块包括平面反射镜和光学透镜组，所述光源发出的光信号经所述平面镜反射后通过所述光学透镜组件投射到所述PSD信号转换模块上。
所述光源为半导体激光器。
所述信号处理与控制模块包括PSD电流I/V转换电路、A/D转换电路和处理单元；所述PSD电流I/V转换电路包括两路电流电压转换电路，用于将PSD两电极输出的两路电流信号转换成电压信号，其中每一路电流电压转换电路包括第一运算放大器、第二运算放大器以及第一至第四电阻，所述第一运算放大器IC1进行电流电压转换，以将PSD的输出电流转换成电压，所述第二运算放大器IC2构成反相比例放大电路，放大到A/D转换所需的电压，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第一电容、所述第二电容以及第一至第四电阻R1、R2、R3、R4经设置形成如下的电流I与电压U的转换关系：
其中U为输出电压，根据式(3)和以下式(4)，由两路输出电压U1、U2确定待测的光点的位置X：
其中l为PSD的有效长度；
所述处理单元确定待测的目标光点的移动距离D为：
其中L为光点与光学透镜的距离，F为透镜的焦距，待测光点的位置XA、XB由式(4)计算得到。
一种一体化位置测量与调整方法，使用所述的一体化位置测量与调整装置对平面阵天线的阵面安装位置进行测量与调整。
进一步地：
所述方法包括：所述信号处理与控制模块采集所述PSD信号转换模块的温度并控制对其加热，当检测到温度高于0℃时不对所述PSD信号转换模块加热，当检测到温度低于0℃时开始对所述PSD信号转换模块加热，直至温度高于20℃停止加热。
所述方法包括：所述信号处理与控制模块获取阵面安装位置的增量信息；通过所述PSD信号转换模块采集并计算阵面安装结构的当前位置，并将当前位置加上所述增量信息以作为期望位置；获取当前电机位置的霍尔信号并转换为电机的换向值，并根据所述期望位置值计算电机的PWM控制信号并输出至所述调整机构模块，所述调整机构模块按所述PWM控制信号进行运动以调整所述阵面安装位置；优选地，测量与调整装置的控制周期为250ms。
本发明具有如下有益效果：
本发明中，用于在轨执行阵面安装位置调整的调整机构模块上设置有光源，所述调整机构模块执行位置调整动作时也带动所述光源作相应的移动，所述光源的光信号经所述光学模块投射到所述PSD信号转换模块上，将所述光信号转化为电流信号，并由所述信号处理与控制模块采集所述电流信号并计算为反映所述位置调整动作的移动距离信息，进而根据所述移动距离信息控制所述调整机构模块进行运动以调整所述阵面安装位置，由此，本发明的一体化位置测量与调整装置将测量装置和调整装置实现集成，通过该装置可以在轨地对太空大型平面阵天线的平面度进行实时、精准、高效的调整，能够克服太空环境太阳光压、温度交变对天线的形变影响，保证天线的平面精度满足要求，而且该一体化位置测量与调整装置结构紧凑，操作运行可靠性高，能够很好地适用于在轨操作要求。保证大型天线的平面精度满足要求。
附图说明
图1是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的系统框图；
图2a和图2b分别是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置两种视角的结构示意图；
图3是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的光学模块原理图；
图4是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的PSD的I/V转换电路图；
图5是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的温度采集与加热电路图；
图6是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的模拟信号采集电路图；
图7是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的直流无刷电机霍尔信号采集电路图；
图8是本发明一种实施例的一体化位置测量与调整装置的控制流程图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图7，在一种实施例中，一体化位置测量与调整装置，用于在轨调整平面阵天线的阵面安装位置，包括调整机构模块1、光学模块2、PSD信号转换模块3和信号处理与控制模块4，所述调整机构模块1耦合到平面阵天线的阵面安装结构上以执行阵面安装位置的调整，所述调整机构模块1上设置有光源5，所述调整机构模块1执行位置调整动作时带动所述光源5移动，所述光学模块2经设置以将所述光源5的光信号投射到所述PSD信号转换模块3上，所述PSD信号转换模块3将所述光信号转化为电流信号，所述信号处理与控制模块4采集所述电流信号并计算为反映所述位置调整动作的移动距离信息，进而根据所述移动距离信息控制所述调整机构模块1进行运动以调整所述阵面安装位置。
在优选的实施例中，所述调整机构模块1包括电机101、蜗轮蜗杆102、滚珠丝杠103和直线导轨104，所述电机101通过所述蜗轮蜗杆102将转动转化为所述滚珠丝杠103的直线移动，所述直线导轨104与所述滚珠丝杠103紧密连接以保证直线移动的准确度，所述阵面安装结构连接所述滚珠丝杠103，随所述滚珠丝杠103进行直线移动，所述信号处理与控制模块4控制所述电机101带动所述调整机构模块1进行运动。
在优选的实施例中，所述电机为直流无刷电机。
所述信号处理与控制模块4对电机进行霍尔信号采集，并结合检测的移动距离信息对电机进行控制，实现述阵面安装位置的调控。
在优选的实施例中，所述信号处理与控制模块4还进行所述PSD信号转换模块3的温度采集与温度控制，所述PSD信号转换模块3包括PSD传感器、热敏电阻和加热片，所述信号处理与控制模块4通过所述热敏电阻采集所述PSD传感器的工作温度，并通过控制所述加热片发热以对PSD传感器进行加温。本实施例中，为了保证PSD在低温下正常工作，通过热敏电阻获取PSD传感器的工作温度，通过加热片对PSD传感器进行加温。
在优选的实施例中，所述光学模块2包括平面反射镜和光学透镜组，所述光源5发出的光信号经所述平面镜反射后通过所述光学透镜组件投射到所述PSD信号转换模块3上。采用反射镜将半导体激光器发出的光线反射到光学透镜组，有利于减小光学模块2的横向尺寸。
在优选的实施例中，所述光源5为半导体激光器。
所述信号处理与控制模块4包括PSD电流I/V转换电路、A/D转换电路和处理单元；所述PSD电流I/V转换电路包括两路电流电压转换电路，用于将PSD两电极输出的两路电流信号转换成电压信号，其中每一路电流电压转换电路包括第一运算放大器、第二运算放大器以及第一至第四电阻，所述第一运算放大器IC1进行电流电压转换，以将PSD的输出电流转换成电压，所述第二运算放大器IC2构成反相比例放大电路，放大到A/D转换所需的电压，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第一电容、所述第二电容以及第一至第四电阻R1、R2、R3、R4经设置形成如下的电流I与电压U的转换关系：
其中U为输出电压，根据式(3)和以下式(4)，由两路输出电压U1、U2确定待测的光点的位置X：
其中l为PSD的有效长度；
所述处理单元确定待测的目标光点的移动距离D为：
其中L为光点与光学透镜的距离，F为透镜的焦距，待测光点的位置XA、XB由式(4)计算得到。
在另一种实施例中，一种一体化位置测量与调整方法，使用所述的一体化位置测量与调整装置对平面阵天线的阵面安装位置进行测量与调整。
在优选的实施例中，所述方法包括：所述信号处理与控制模块4采集所述PSD信号转换模块3的温度并控制对其加热，当检测到温度高于0℃时不对所述PSD信号转换模块3加热，当检测到温度低于0℃时开始对所述PSD信号转换模块3加热，直至温度高于20℃停止加热。
在优选的实施例中，所述方法包括：所述信号处理与控制模块4获取阵面安装位置的增量信息；通过所述PSD信号转换模块3采集并计算阵面安装结构的当前位置，并将当前位置加上所述增量信息以作为期望位置；获取当前电机位置的霍尔信号并转换为电机的换向值，并根据所述期望位置值计算电机的PWM控制信号并输出至所述调整机构模块，所述调整机构模块按所述PWM控制信号进行运动以调整所述阵面安装位置；优选地，测量与调整装置的控制周期为250ms。
以下参考图1至图7进一步描述本发明具体实施例的特征及装置工作原理。
参考图1，所述测量与调整装置包括调整机构模块1、光学模块2、PSD信号转换模块3和信号处理与控制模块4。调整机构模块1通过机械传动负责雷达阵面安装位置的调整并带动光源5移动；光学模块2负责光源5光信号的传输，光信号经平面镜发射后通过光学透镜组件投射到PSD传感器上；PSD信号转换模块3负责光信号的电流转换，转化为两路电流信号；信号处理与控制模块4负责PSD电流信号采集与位置计算、温度信号的采集与温度控制、直流无刷电机的霍尔信号采集与位置控制，PSD电流信号转化为电压信号并计算移动距离，进而控制直流无刷电机带动调整机构模块运动，以调整安装面的位置。
参考图2a和图2b，示出了测量与调整装置的机械结构与机构的构造。调整机构模块包括直流无刷电机(含减速器)、蜗轮蜗杆、精密滚珠丝杠、精密直线导轨，并连接到阵面安装结构。直流无刷电机通过蜗轮蜗杆将转动转化为精密滚珠丝杠的上下移动，精密直线导轨与滚珠丝杠紧密连接以保证上下移动的准确度，阵面安装结构随滚珠丝杠上下移动。精密滚珠丝杠精度等级优选C级。
参考图3，光学模块包括反射镜和光学透镜组。为了减小光学模块的横向尺寸，采用反射镜将光源发出的光线反射到光学透镜组。光源优选半导体激光器，也称激光二极管(laser diode，LD)的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一个光谐振腔。在正向偏置的情况下，LED结发射出光来并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。半导体激光器的谱线窄、方向性好、功率高，在光通信、测量及光存储等领域具有广泛的应用。
如图3所示，当待测的目标光点位于A点时，通过光学系统成像于PSD的光敏面上的A’点，PSD输出到中心的位置为XA；相同的，当待测的目标光点位于B点时，通过光学系统成像于PSD的光敏面上的B’点，PSD输出到中心的位置为XB。由于结构尺寸相对确定，光点与光学透镜的距离L、接收透镜的焦距F，均已知常数，设D为待测的目标光点移动距离，则可得：
根据PSD的原理，当有光点照射到PSD感光区，就会发生横向光电效应，其两电极输出将输出光电流分别为I1和I2，设l为PSD的有效长度，当以PSD的中心为原点，则光点的位置X为：
所以通过电流采集电路，获取PSD两极电流后即可计算位置XA、XB。PSD选用国产一维位置传感器PSD-1315，有效面积1.3mmX15mm，分辨率0.1um，响应时间1us，响应光谱400～1100nm。
信号处理与控制模块包括PSD电流I/V转换电路、温度采集与控制电路、A/D采集电路、FPGA处理器电路、电机驱动电路和CAN总线接口电路。
参考图4，I/V转换电路的目的是将PSD传感器的输出电流信号进一步转换成容易处理的电压信号。一维PSD共有两路电流输出，图4给出一路电流电压转换电路，运算放大器IC1用于电流电压转换，将PSD的输出电流转换成电压。运算放大器IC2构成反相比例放大电路，放大到A/D转换所需的电压。C1、C2用于减小信号的高频干扰。另外一路电流电压转换电路完全相同，电路中各阻容元件值对应相等。电流与电压的转换关系为：
将式(3)代入式(4)，那么位置信息可通过采集两路电压信号计算得到：
参考图5，该图为温度采集电路和温度控制电路。PSD的工作温度范围一般为-10～60℃，由于太空温度变化范围较大，低温可达-100℃，为了保证PSD正常工作，在温度较低时需要对其进行加热。设计PSD温度采集与控制电路，在其安装位置安装热敏电阻和加热片，热敏电阻选用NTC的MF501，加热片选用PI加热带。温度采集电路如图5(1)所示，热敏电阻Rf通过上拉电阻Rp接5V电源，Rp选择10KΩ，精度要求不低于0.1％，电压信号Uout接入A/D采集电路。热敏电阻Rf的电阻值与采集电压的关系为：
温度与热敏电阻阻值之间的关系为：
式中，a＝-6.01188、b＝4622.53337、c＝-86421.72414，为热敏电阻系数。
温度加热电路如图5(2)所示，加热带Rt通过MOSFET控制通断，为了保证温度控制电路的可靠性，采用两个MOSFET串联，MOS1和MOS2选择IRF7380，R1＝R3＝100Ω，R2＝R4＝51KΩ，Uin为控制信号。
温度加热的控制策略为：(1)当温度测量低于0℃时开始加热，直至温度测量高于20℃停止加热；(2)当温度高于0℃时不加热。
参考图6，该图为AD模拟量采集电路。由于有多路模拟量采集，因此模拟量通过模拟开关进行选择、经由运算放大器稳定后，送入AD芯片转换为数字量。
测量与调整装置的控制器采用FPGA，实现PSD信号采集与位置计算、温控电路信号的采集与控制、直流无刷电机的信号采集、直流无刷电机的PWM控制以及CAN总线通信。FPGA可选用抗辐照反熔丝型AX1000，CAN总线接口芯片选择SJA1000。
电机驱动电路采用全桥控制方式，利用霍尔元件作为换向。FPGA根据基本的电机换向逻辑，实现无刷电机的无接触换向。驱动电路可采用MOSFET构成三相逆变桥，来控制电机三相电流的通断。
参考图7，该图为直流无刷电机霍尔信号采集电路。电机换向采用霍尔传感器信号，霍尔信号为OC门上拉形式，采用反向二极管隔离防止电源倒灌。霍尔信号在到达FPGA的I/O接口之前还需进入一个RC滤波和施密特整形，目的在于消除霍尔信号上寄生的干扰信号。
参考图8，一体化位置测量与调整装置控制方法，该方法首先保证PSD的正常工作温度，然后再进行PSD位置计算和直流电机控制。信号处理与控制模块包括PSD电流I/V转换电路、A/D采集电路、温度采集与控制电路、FPGA处理器电路、电机驱动电路和CAN总线接口电路。
本系统按照功能具有初始化模块、数据采集模块、数据处理与控制模块、遥测数据输出模块。初始化模块的主要功能是FPGA程序的初始化，包括CAN总线接口初始化、A/D采集接口初始化、霍尔信号采集接口初始化、中断初始化、定时器初始化等；接口数据采集模块的主要功能是获取外部接口的数据，包括从CAN总线接收位置控制信号、从A/D接口获取PSD的电流转化为电压后的数字信号、从A/D接口获取表征温度变化热敏电阻的电压数字信号、从I/O接口获取当前电机位置的霍尔数字信号；数据处理与控制模块的主要功能是对获取的外部接口数据进行计算处理得到控制信号，其中数据处理包括将热敏电阻的电压数字信号转换为温度值、将PSD的电压数字信号转换为位置值、将霍尔数字信号转换为电机的换向值，控制信号计算包括根据当前温度值计算开启加热带的控制信号、根据期望位置值计算电机的PWM控制信号；遥测数据输出模块的主要功能是收集装置的关键信息数据信息并通过CAN总线传输，关键信息数据包括当前位置、当前温度、电机速度、加热带开关状态、PSD开关状态。
控制流程步骤分为S1～S6：
S1、初始化接口，CAN总线接口初始化、A/D采集接口初始化、霍尔信号采集接口初始化、中断初始化、定时器初始化等，其中测量与调整装置的控制周期为250ms，通过定时器实现；
S2、CAN总线位置控制信号接收，接收阵面安装位置的增量信息，正值为向上运动，负值为向下运动；
S3、温度采集与控制，从A/D接口获取表征温度变化热敏电阻的电压数字信号，按照式(6)计算当前工作温度，判断温度值是否大于零度。大于零度时进入下一步；低于零度时进行温度控制，控制策略为：(1)当温度测量低于0℃时开始加热，直至温度测量高于20℃停止加热；(2)当温度高于0℃时不加热；
S4、PSD信号采集与位置计算，温度大于零度时开启PSD，从A/D接口获取PSD的电流转化为电压后的数字信号，按照式(4)计算当前位置，并记录当前位置；加上S2获取的位置增量以作为期望位置；
S5、霍尔信号采集与电机控制，从I/O接口获取当前电机位置的霍尔数字信号并转换为电机的换向值；根据期望位置值计算电机的PWM控制信号并输出；
S6、CAN总线遥测信息输出，包括当前位置、当前温度、电机速度、加热带开关状态、PSD开关状态。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一体化位置测量与调整装置，用于在轨调整平面阵天线的阵面安装位置，其特征在于，包括调整机构模块、光学模块、PSD信号转换模块和信号处理与控制模块，所述调整机构模块耦合到平面阵天线的阵面安装结构上以执行阵面安装位置的调整，所述调整机构模块上设置有光源，所述调整机构模块执行位置调整动作时带动所述光源移动，所述光学模块经设置以将所述光源的光信号投射到所述PSD信号转换模块上，所述PSD信号转换模块将所述光信号转化为电流信号，所述信号处理与控制模块采集所述电流信号并计算为反映所述位置调整动作的移动距离信息，进而根据所述移动距离信息控制所述调整机构模块进行运动以调整所述阵面安装位置。
2.如权利要求1所述的一体化位置测量与调整装置，其特征在于，所述调整机构模块包括电机、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠和直线导轨，所述电机通过所述蜗轮蜗杆将转动转化为所述滚珠丝杠的直线移动，所述直线导轨与所述滚珠丝杠紧密连接以保证直线移动的准确度，所述阵面安装结构连接所述滚珠丝杠，随所述滚珠丝杠进行直线移动，所述信号处理与控制模块控制所述电机带动所述调整机构模块进行运动。
3.如权利要求2所述的一体化位置测量与调整装置，其特征在于，所述电机为直流无刷电机，所述信号处理与控制模块对所述直流无刷电机进行霍尔信号采集与位置控制。
4.如权利要求1至3任一项所述的一体化位置测量与调整装置，其特征在于，所述信号处理与控制模块还进行所述PSD信号转换模块的温度采集与温度控制，所述PSD信号转换模块包括PSD传感器、热敏电阻和加热片，所述信号处理与控制模块通过所述热敏电阻采集所述PSD传感器的工作温度，并通过控制所述加热片发热以对PSD传感器进行加温。
5.如权利要求1至4任一项所述的一体化位置测量与调整装置，其特征在于，所述光学模块包括平面反射镜和光学透镜组，所述光源发出的光信号经所述平面镜反射后通过所述光学透镜组件投射到所述PSD信号转换模块上。
6.如权利要求1至5任一项所述的一体化位置测量与调整装置，其特征在于，所述光源为半导体激光器。
7.如权利要求1至6任一项所述的一体化位置测量与调整装置，其特征在于，所述信号处理与控制模块包括PSD电流I/V转换电路、A/D转换电路和处理单元；所述PSD电流I/V转换电路包括两路电流电压转换电路，用于将PSD两电极输出的两路电流信号转换成电压信号，其中每一路电流电压转换电路包括第一运算放大器、第二运算放大器以及第一至第四电阻，所述第一运算放大器进行电流电压转换，以将PSD的输出电流转换成电压，所述第二运算放大器构成反相比例放大电路，放大到A/D转换所需的电压，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第一电容、所述第二电容以及第一至第四电阻R1、R2、R3、R4经设置形成如下的电流I与电压U的转换关系：
根据式(3)和以下式(4)，由两路输出电压U1、U2确定待测的光点的位置X：
其中l为PSD的有效长度；
所述处理单元确定待测的目标光点的移动距离D为：
其中L为光点与光学透镜的距离，F为透镜的焦距，待测光点的位置XA、XB由式(4)计算得到。
8.一种一体化位置测量与调整方法，其特征在于，使用如权利要求1至7任一项所述的一体化位置测量与调整装置对平面阵天线的阵面安装位置进行测量与调整。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：所述信号处理与控制模块采集所述PSD信号转换模块的温度并控制对其加热，当检测到温度高于0℃时不对所述PSD信号转换模块加热，当检测到温度低于0℃时开始对所述PSD信号转换模块加热，直至温度高于20℃停止加热。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，包括：
所述信号处理与控制模块获取阵面安装位置的增量信息；通过所述PSD信号转换模块采集并计算阵面安装结构的当前位置，并将当前位置加上所述增量信息以作为期望位置；获取当前电机位置的霍尔信号并转换为电机的换向值，并根据所述期望位置值计算电机的PWM控制信号并输出至所述调整机构模块，所述调整机构模块按所述PWM控制信号进行运动以调整所述阵面安装位置；优选地，测量与调整装置的控制周期为250ms。
CN201910289977.2A 2019-04-11 2019-04-11 一体化位置测量与调整装置及方法 Active CN109975796B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910289977.2A CN109975796B (zh) 2019-04-11 2019-04-11 一体化位置测量与调整装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910289977.2A CN109975796B (zh) 2019-04-11 2019-04-11 一体化位置测量与调整装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109975796A true CN109975796A (zh) 2019-07-05
CN109975796B CN109975796B (zh) 2021-08-13

Family

ID=67084208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910289977.2A Active CN109975796B (zh) 2019-04-11 2019-04-11 一体化位置测量与调整装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109975796B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111026170A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 中南大学 一种用于焊接过程监测平台光谱仪位置调节跟踪装置
CN111600529A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 贵州航天天马机电科技有限公司 一种天线收放控制系统
CN112909576A (zh) * 2021-02-02 2021-06-04 西安电子科技大学 分布式大型相控阵天线的平面度控制方法、装置及应用
CN114136229A (zh) * 2021-12-01 2022-03-04 上海市计量测试技术研究院 一种一维psd传感器量程拼接的设计方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020048203A (ko) * 2000-12-16 2002-06-22 이구택 교정기에서의 평탄도 검출 및 제어장치
CN1948903A (zh) * 2006-11-10 2007-04-18 苏州大学 二维水平度测量方法及其装置
CN102427166A (zh) * 2011-08-24 2012-04-25 清华大学 一种光控微波波束接收系统
CN202770914U (zh) * 2012-09-04 2013-03-06 成都锦江电子系统工程有限公司 三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统
CN203672339U (zh) * 2014-01-09 2014-06-25 安徽理工大学 一种基于激光三角法的pcb板平整度检测装置
CN103887604A (zh) * 2014-03-27 2014-06-25 清华大学 民用平面卫星接收天线
CN203858375U (zh) * 2014-05-26 2014-10-01 武汉理工大学 位置敏感探测器综合实验仪
CN104121805A (zh) * 2014-07-15 2014-10-29 南京理工大学 一种靶道空间基准装置及其调节方法
CN204807051U (zh) * 2015-05-21 2015-11-25 哈尔滨理工大学 基于二维psd的卫星转角测量仪
CN105406199A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 哈尔滨工业大学 一种天线阵面自动对接调节平台
CN107014321A (zh) * 2017-05-12 2017-08-04 西安交通大学 一种平面度快速现场测量装置及测量方法
CN107808997A (zh) * 2017-10-06 2018-03-16 廖忠民 太空阵列天线
CN107869963A (zh) * 2017-11-16 2018-04-03 深圳立仪科技有限公司 测量装置
CN109212497A (zh) * 2018-10-30 2019-01-15 哈尔滨工业大学 一种空间六自由度车载雷达天线位姿偏差测量及对接方法
CN208579761U (zh) * 2018-06-29 2019-03-05 东泰高科装备科技（北京）有限公司 水平度检测设备及系统
US20190094002A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Flatness detector

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020048203A (ko) * 2000-12-16 2002-06-22 이구택 교정기에서의 평탄도 검출 및 제어장치
CN1948903A (zh) * 2006-11-10 2007-04-18 苏州大学 二维水平度测量方法及其装置
CN102427166A (zh) * 2011-08-24 2012-04-25 清华大学 一种光控微波波束接收系统
CN202770914U (zh) * 2012-09-04 2013-03-06 成都锦江电子系统工程有限公司 三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统
CN203672339U (zh) * 2014-01-09 2014-06-25 安徽理工大学 一种基于激光三角法的pcb板平整度检测装置
CN103887604A (zh) * 2014-03-27 2014-06-25 清华大学 民用平面卫星接收天线
CN203858375U (zh) * 2014-05-26 2014-10-01 武汉理工大学 位置敏感探测器综合实验仪
CN104121805A (zh) * 2014-07-15 2014-10-29 南京理工大学 一种靶道空间基准装置及其调节方法
CN204807051U (zh) * 2015-05-21 2015-11-25 哈尔滨理工大学 基于二维psd的卫星转角测量仪
CN105406199A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 哈尔滨工业大学 一种天线阵面自动对接调节平台
CN107014321A (zh) * 2017-05-12 2017-08-04 西安交通大学 一种平面度快速现场测量装置及测量方法
US20190094002A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Flatness detector
CN109539956A (zh) * 2017-09-22 2019-03-29 富泰华工业（深圳）有限公司 平面检测仪
CN107808997A (zh) * 2017-10-06 2018-03-16 廖忠民 太空阵列天线
CN107869963A (zh) * 2017-11-16 2018-04-03 深圳立仪科技有限公司 测量装置
CN208579761U (zh) * 2018-06-29 2019-03-05 东泰高科装备科技（北京）有限公司 水平度检测设备及系统
CN109212497A (zh) * 2018-10-30 2019-01-15 哈尔滨工业大学 一种空间六自由度车载雷达天线位姿偏差测量及对接方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵希芳等: ""大型天线阵面平面度分析与控制"", 《电子机械工程》 *
高经伍等: ""PSD-LD在两平面平行度测量中的应用"", 《矿山机械》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111026170A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 中南大学 一种用于焊接过程监测平台光谱仪位置调节跟踪装置
CN111026170B (zh) * 2019-12-31 2020-11-17 中南大学 一种用于焊接过程监测平台光谱仪位置调节跟踪装置
CN111600529A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 贵州航天天马机电科技有限公司 一种天线收放控制系统
CN112909576A (zh) * 2021-02-02 2021-06-04 西安电子科技大学 分布式大型相控阵天线的平面度控制方法、装置及应用
CN112909576B (zh) * 2021-02-02 2022-04-15 西安电子科技大学 分布式大型相控阵天线的平面度控制方法、装置及应用
CN114136229A (zh) * 2021-12-01 2022-03-04 上海市计量测试技术研究院 一种一维psd传感器量程拼接的设计方法
CN114136229B (zh) * 2021-12-01 2023-09-19 上海市计量测试技术研究院 一种一维psd传感器量程拼接的设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109975796B (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109975796A (zh) 一体化位置测量与调整装置及方法
CN101124512B (zh) 光电位置确定系统
US20020074034A1 (en) Solar power generation system having cooling mechanism
CN100416237C (zh) 基于标准探测器的高精度辐亮度基准的实现方法和装置
CN105223977B (zh) 一种基于模糊控制的半导体激光器温度控制装置的控制方法
CN101881662A (zh) 全自动可见短波红外细分光谱辐照度计
CN106500853B (zh) 一种基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪
CN109883568A (zh) 一种基于分布式光纤测温系统的恒温盒装置
CN109788622A (zh) 光源控制装置、光源控制方法以及飞行时间传感器
CN105094173A (zh) 一种半导体激光器温度控制系统及其控制方法
CN208272348U (zh) 大功率固体激光器的光学机舱环境监测装置
CN204925836U (zh) 一种半导体激光器温度控制系统
WO2022007370A1 (zh) 一种定日镜光路闭环控制系统及方法
CN2690931Y (zh) 恒温智能控制器
CN1308782C (zh) 多点智能温控方法及温控多通道光辐射标准探测器
CN110514854A (zh) 一种提高全自动免疫分析仪测量稳定性的装置及控制方法
CN101615759B (zh) 基于碘稳频参考的双纵模热电致冷偏频锁定方法与装置
CN204439215U (zh) 一种红外热成像电子无热化系统
CN104331110A (zh) 一种基于半导体温控系统的温室大棚温度调控方法
CN106681375A (zh) 基于物联网的光伏组件追光伺服系统
CN208607541U (zh) 温度控制装置
KR101131160B1 (ko) 태양 추적 센서 및 이 센서가 장착된 집광 시스템
CN101191745A (zh) 一种红外线耳温温度计
CN105784199B (zh) 一种光模块
CN213516038U (zh) 一种具有温度补偿功能的卡片式热像仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant